Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературные данные о строении, связях, фунщш и взаимоотношениях мивдалещдйого комшшкса ядер, хвостатого ядра и орбитальной области коры мозга. 12
1.1. Морфофункциональная организация орбитальной области коры больших полушарий головного мозга 12
I.I.a. Строение орбитальной области коры 12
I.I.6. Афферентные связи орбитальной области коры. 13
І.І.в. Эфферентные связи орбитальной области коры. 16
І.І.г. Участие орбитальной области коры в регуляции
пищевого поведения и высшей нервной
деятельности 18
1.2. Морфофункциональная организация хвостатых ядер . 26
1.2.а. Строение хвостатых ядер 26
1.2.6. Афферентные связи хвостатых ядер 27
I.2.5. Эфферентные связи хвостатых ядер 29
1.2 1. Участие хвостатых ядер в регуляции пищевого поведения и высшей нервной деятельности
1.3. Морфофункциональная организация миндалевидного - комплекса ядер 37
1.3.а. Строение миндалевидного комплекса ядер (амигдалы) 37
1.3.6. Афферентные связи миндалевидного комплекса ядер 39
1.3.в. Эфферентные связи миндалевидного комплекса ядер 41
1.3.г. Участие миндалевидного комплекса ядер в регуляции пищевого поведения и высшей нервной деятельности 42
1.4. Взашдоотношения орбитальной области коры, хвостатого ядра и миндалевидного комплекса ядер при пищевом и условнорефяекторном поведении животных. 49
1.5. Обоснование задач исследования 52
Глава II. Методика работы 55
1. Экспериментальные животные и порядок проведения опытов 55
2. Выведение протока околоушной слюнной железы, вживление раздражающих электродов в мозг и установка оснований с направляющими для фиксации микроманипуляторов 58
П.З. Гистологический контроль 61
П. 4. Регистрация секреции слюны в ходе эксперимента. 64
П. 5. Методика регистрации активности отдельных нейронов корковых и подкорковых структур мозга собак 71
П.6. Статистический анализ результатов экспериментов
и обработка нейрофизиологических данных 77
Глава III. Влияние электрической стимуляции вентральной части головки хвостатого ядра и еазо-латерального отдела миндалины на фоновую ритмику и функцио нальные связи нейронов орбитальной области неокортекса 82
1. Фоновая активность нейронов орбитальной коры 82
2. Влияние электрической стимуляции хвостатого ядра и миндалины на фоновую активность орбитальной коры „ .87
З. Определение функциональных связей нейронов орбитальной коры, головки хвостатого ядра и миндалины методом кросскорреляционного анализа при актива ции подкорковых афферентных входов 92
4. Обсуждение результатов 99
ГЛАВА ІV. Внешне электрической вентральной части головки хвостатого ядра и еазо-латералъного отдем миндалины на вызванную активность и фшщионалъные связи нейронов оржталыюй коры при пищевом поведении 106
1. Импульсная активность нейронов орбитальной коры. 106
2. Влияние электрической стимуляции хвостатого ядра и миндалины на импульсную активность орбитальной корн при выработке условного рефлекса на предъявление кормушки с пищей 115
З. Динамика функциональных связей нейронов орбитальной коры, головки хвостатого ядра и миндалины при пищевом поведении собак в условиях активации подкорковых афферентных входов 121
4. Обсувдение результатов 127
Глава V. Влияние электрической стимуляции вентральной части головки хвостатого ядра и еазо-латерального отдела миндалины на вызванную активность и функциональные связи нейронов орбитальной кры собак при формировании и реализаций пищевых условных рефлексов разной степени сложности 134
1. Импульсная активность нейронов орбитальной коры при формировании и реализации условных рефлексов 1-го и 2-го порядков 134
2. Влияние электрической стимуляции хвостатого ядра и миндалины на импульсную активность орбитальной коры при формировании и реализации пищевых условных рефлексов 1-го и 2-го порядков 147
З. Определение функциональных связей нейронов орбитальной коры, головки хвостатого ядра и миндалины (методом кросскорредяционного анализа) при формировании и реализации условных рефлексов 1-го и 2-го порядков у собак в интактном состоянии и при активации, подкорковых афферентных входов 159
.4. Обсувдение результатов 167
Стр.
Глава МШ. Заключение 183
Вывода 196
Список литературы 198
- Морфофункциональная организация орбитальной области коры больших полушарий головного мозга
- Выведение протока околоушной слюнной железы, вживление раздражающих электродов в мозг и установка оснований с направляющими для фиксации микроманипуляторов
- Фоновая активность нейронов орбитальной коры
- Влияние электрической стимуляции хвостатого ядра и миндалины на импульсную активность орбитальной корн при выработке условного рефлекса на предъявление кормушки с пищей
Введение к работе
Актуальность проблемы, И.П.Павлов определял высшую нервную деятельность как результат взаимосвязанного функционирования коры большого мозга и подкорковых формаций, подчеркивая, что "... подкорковые центры в большей или в меньшей мере определяют деятельное состояние больших полушарий и тем разнообразно изменяют отношение организма к окружающей среде" /122/. Вопросам корково-подкорковых взаимоотношений большое внимание уделяли П.К.Анохин /9/, И.С.Беритов /19/, Э.А.Асратян /12/, М.Н.Ливанов /99/, Н.П.Бехтерева /20/, Н.Ф.Суворов /145/ и другие. Основываясь на данных работ, выполненных в лаборатории физиологии высшей нервной деятельности Института физиологии им.И.П.Павлова АН СССР, Н.Ф.Суворов /145/ высказал предположение, что в процессе выработки условного рефлекса в корково-подкорковых структурах формируется модель пространственного распределения многих, но вполне определенных для каждого поведенческого акта, совозбужденных нервных образований.
При изучении механизмов образования временных связей при пищевом условнорефлекторном поведении животных с учетом принципа многоуровневой организации функций в центральной нервной системе особое значение приобретает выяснение детальных механизмов пластических перестроек подкорковых влияний на кору в процессе формирования и реализации условных рефлексов. Кроме того, практически ничего не известно о доле вклада отдельных подкорковых образований и подсистем в формирование и реализацию поведенческих реакций, о временной последовательности включения и выключения подкорковых структур в механизмах интеграции и об участии этих образований в анализе биологической значимости для организма сенсорных раздражителей /144, 145/.
Поставленные вопросы наиболее удобно рассматривать на примере взаимодействия в процессе пищевого уеловнорефлекторного поведения орбитальной коры и структур стриарного (вентральный сегмент головки хвостатого ядра) и лимбического (базо-латеральный отдел миндалины) уровней. Орбитальная кора является высшим представительством безусловного пищевого рефлекса /92, 246/ и имеет отношение к формированию и реализации программ целостной условной пищевой реакции /3, 143/. В формировании этих программ важную роль играет импульсапия хвостатого ядра, являющаяся результатом конвергенции и компарапии афферентной информации /145, 156/. Большое значение при этом имеет также миндалина, импульсапия которой несет информацию об ее участии в работе нервного аппарата мотивации /154/ и в механизмах долговременной памяти на биологически значимые стимулы /219/.
Не менее актуальным является электрофизиологическое изучение влияния подкорковых структур на орбитальную кору в процессе реализации более сложной модели пищевого поведения - условного рефлекса 2-го порядка.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилось детальное изучение механизмов влияния каудатного и амигда-лярного входов на корковые орбитальные зоны и роли каждого из этих образований в процессе формирования и реализации пищевых условных рефлексов 1-го и 2-го порядков.
Конкретные задачи работы заключались в следующем: I) исследование роли каудатного и амигдалярного входов в динамике перестроек спайковой активности нейронов орбитальной коры, характеризующей пищевое условнорефлекторное поведение разной степени слож- ности; 2) проведение корреляционного анализа динамики перестроек активности нейронов базо-латерального отдела миндалины, головки хвостатого ядра и орбитальной зоны коры в процессе формирования, упрочения и реализации условных рефлексов 1-го и 2-го порядков; 3) проведение анализа по определению удельного веса и последовательности включения этих структур в систему, обеспечивающую формирование и реализацию пищевых условных рефлексов.
Работа является частью комплексных исследований по теме "Механизмы условного рефлекса", проводимых в лаборатории физиологии высшей нервной деятельности Института физиологии им.И.П.Павлова АН СССР.
Основные положения, выносящиеся на защиту. Реакция нейронов орбитальной коры на стимуляцию головки хвостатого ядра зависит от сложности поведенческой ситуации, в которой находится животное. При условнорефлекторном поведении активация каудатного входа оказывает различное действие на клетки разных групп нейронов орбитальной коры, а при реализации условного рефлекса 2-го порядка зависит еще и от раздражителей, предъявляемых животному. Влияние раздражения головки хвостатого ядра на функциональные связи изучаемых структур зависит от величины значения функции кросскор-реляции для данной поведенческой ситуации.
Раздражение миндалины влияет на подготовку к реализации и на реализацию пищевой программы, не влияя на выполнение уже запущенной программы. При условнорефлекторном поведении животных активация амигдалярного входа приводит к изменению структуры импульсного потока нейронов орбитальной коры, выражающемуся в перераспределении импульсных интервалов. Чем сложнее и более упрочено пищевое условнорефлекторное поведение, тем сильнее снижение значений функции кросскорреляоди при стимуляции миндалины. __ При формировании программ пищевого условнорефлекторного пове- дения последовательность включения структур следующая: на первых фазах коррелируевшй процесс прежде всего обнаруживается в хвостатом ядре, затем в миндалине; в процессе упрочения сформированной программы максимум функции кросскорреляции наблюдается между орбитальной корой и миндалиной, причем коррелируемый процесс сначала формируется в орбитальной коре; при реализации окончательно сформированной программы максимальная корреляция наблюдается между орбитальной корой и хвостатым ядром, с опережением коррелируемой структуры импульсации в орбитальной коре.
Экспериментальные данные по перестройкам нейронной активности орбитальной коры при формировании и реализации пищевых условных рефлексов 1-го и 2-го порядков и по динамике функциональных взаимоотношений с головкой хвостатого ядра и миндалиной подтверждают гипотезу о том, что орбитальная кора имеет отношение к программированию и непосредственному обеспечению целостной условной пищевой реакции и к формированию процессов опережающего возбуждения в пусковых структурах /3, 143/. Хвостатое ядро принимает активное участие в центральных механизмах, связанных со смысловой стороной как анализа условного сигнала (на 1-ой стадии выработки пищевой поведенческой программы), так и реализации поведенческих программ /145/. Миндалина принимает участие в работе системы, определяющей биологическое значение сигналов, выявляя приоритет каждого из них ;с учетом существующей в данный момент времени мотивации /67/ на основе памяти о предшествующем опыте /219/.
Научная новизна. В работе получены новые данные о характере перестроек импульсной активности нейронов вентральной части головки хвостатого ядра и базо-латерального отдела миндалины собак в процессе реализации пищевого акта и при формировании условного пищевого рефлекса 1-го порядка. Впервые проведен кросскорреляци- онный анализ импульсной активности структур трех уровней организации мозга - лимбического, стриарного и кортикального - в условиях формирования пищевых условных рефлексов у собак. Впервые получены данные о характере перестроек нейрональной активности орбитальной коры в процессе формирования и упрочения классических условных рефлексов 2-го порядка и прослежена динамика функциональных связей при этом между орбитальной корой, головкой хвостатого ядра и миндалиной. Анализ ответных реакций нейронов орбитальной коры при активации каудатного и амигдалярного входов позволил определить нейрофизиологическую специфичность участия активируемых подкорковых структур в системе, ответственной за формирование и целостную реализацию пищевых условных рефлексов. Все это позволило экспериментально обосновать представления о функциональной неоднозначности каудатного и амигдалярного входов в орбитальную кору в механизмах формирования и реализации пищевых условных рефлексов разной степени сложности. Приведены данные, подтверждающие гипотезу о том, что орбитальная кора имеет отношение к программированию и непосредственному обеспечению целостной условной пищевой реакции и к формированию процессов опережающего возбуждения в пусковых структурах /3, 143/.
Практическое значение работы. Усовершенствована методика фиксации и управляемого погружения металлических микроэлектродов. Разработано простое устройство для быстрой регулировки величины капель при регистрации слюноотделения у различных животных. Получены хорошие результаты при применении универсальной кормушки, разработанной в соавторстве с О.В.Костяевой. Все эти методические усовершенствования могут быть рекомендованы к применению в практике физиологических исследований.
Новые данные о характере перестроек активности нейронов орбитальной коры, головки хвостатого ядра и миндалины могут иметь - II - важное значение для выяснения принципов структурно-функциональной и пространственно-временной организации систем пищевого условного рефлекса. В диссертации представлены новые, важные для психологии и педагогики факты, свидетельствующие о перестройках активности и динамике функциональных связей коры и подкорковых структур в процессе обучения и его нарушении при изменении функционального состояния подкорковых структур.
Результаты исследования могут также иметь значение для клинических исследований нейрофизиологических механизмов некоторых видов дискинезий, а также некоторых невротических и эмоциональных расстройств.
Морфофункциональная организация орбитальной области коры больших полушарий головного мозга
Орбитальные структуры неокортекса находятся в тесных морфо-функциональных взаимоотношениях с различными отделами мозга. Представительство различных висцеральных систем в орбитальной коре было подробно исследовано в работах В.Н.Черниговского /170/, Р.А.Дуриняна /55/ и др. Біло показано, что на нейронах орбитальной коры возможно широкое перекрытие не только самих висцеральных систем, но и висцеральных и соматических проекций /III, 170, 188/.
В соответствии с данными многих авторов вкусовая импульсация и другие виды пищевого возбуждения по восходящим афферентным путям достигают орбитальной коры /3, III, 188/. Анализ первичных вызванных ответов, регистрируемых в орбитальной и сенсомоторной зонах коры мозга кроликов при раздражении языка /115/ позволил сделать вывод о том, что рецепторы языка в коре больших полушарий располагаются в зонах Par Ш и i3 и частично В Par I, Ear П,
Par iv согласно цитоархитектонической карте м.і.Rose /292/, причем порог раздражения, при котором появляется первичный ответ, в орбитальной зоне коры значительно ниже чем в сенсомоторной. Кроме того, показано, что предъявление естественных раздражителей полости рта и желудка давало возможность обнаружить в орбитальной и сенсомоторной зонах коры нейроны, отвечающие только на предъявление этих раздражителей /153/. В орбитальной коре есть нейроны, резко снижающие или прекращающие активность в ответ на раздражение рецепторов желудка /154/.
Обширные афферентные пути, идущие от подкорковых образований в орбитальную зону коры, были установлены методом ретроградного транспорта пероксидазы хрена. Основные связи идут в эту область из медиального дорсального ядра таламуса. Кроме этого, многочисленные волокна поступают из ядер средней линии, интраламинарной группы, из вентромедиального и латерального заднего ядер, ограды, ядер шва, синего пятна, гипоталамуса, миндалины, вентральной области тегментума /250/.
В последние годы установлены каудато-кортикальные связи /56, 58, 60, 61/. В этих исследованиях впервые показано, что в орбитальную (поля 46, 43) и параорбитальную (поля 9, II, 12) области коры мозга кошки нервные проводники поступают из рострального отдела головки хвостатого ядра и переднего участка его каудального отдела, а из каудального отдела головки хвостатого ядра волокна поступают в основном в каудальные части поля 46 /145/. Емеете с тем проекции рострального и каудального отделов хвостатого ядра в орбитальной области коры перекрывают друг друга /145/.
У собак после разрушения хвостатого ядра наибольшее количество дегенерированных окончаний наблюдается в моторной и премотор-ной зонах коры, а также в орбитальных (поля Рс и PcJ - верхне-и нижнеорбитальное) и соматосенсорных областях. При общей значи тельной дискретности локализации зон для полей Рс и PcJ обнаружено перекрытие проекций, идущих из дорсальной и вентральной половин хвостатого ядра. Полученные факты были подтверждены данными, полученными в других лабораториях /44, 56 и др./.
Долгое время оставался открытым чрезвычайно важный вопрос о точном распределении концевых волокон миндалевидного комплекса ядер. В исследовании, проведенном И.С.Егоровой /57/ на кошках, было установлено, что только у филогенетически более молодой ба-зо-латеральной группы ядер амигдалы наблюдается связь со структурами новой коры, причем эти ядра преимущественно связаны с такими зонами, как задняя орбито-фронтальная кора, пингулярная и задняя височная извилины /166/. Перекрытие волокон, идущих из базального и латерального ядер, наблюдается лишь в задней сильвие-вой извилине /57/.
Ряд афферентных путей в орбитальную извилину был установлен ЭЛеКТрофИЗИОЛОГИЧеСКИМИ Методами. H.Korn, R.Wendt, D.Albe-Pes sard /248, 249/ зарегистрировали вызванные потенциалы и изменения активности нейронов в орбитальной зоне при предъявлении раздражений разной модальности кошкам, находящимся как в бодрствующем состоянии, так и под наркозом. В условиях хлоралозового наркоза и при применении локальной анестезии в орбитальной коре кошек были зарегистрированы ответы на соматическую, слуховую и зрительную стимуляции, а также на раздражение соматических и висцеральных нервов /68, 69, 70, 187, 199, 208, 227/. Исследования Т.С.Наумовой с соавторами /115/ показали, что в орбитальной коре кролика, находящегося под нембуталовым наркозом, на звук реагировало 60$ нейронов, а на электрическое раздражение языка реакция обнаруживалась у 80$ нейронов орбитальной зоны, на световые раздражения реагировало 60$ нейронов. Анализ реакций позволил авторам сделать вывод о том, что 50$ нейронов дают полисенсорные ре акции, 36$ - бисенсорные, 6% - моносенсорные н 8% нейронов арре-активны к предъявляемым стимулам.
Понятно, что вышеизложенные факты ставят вопрос о кортико-кортикальных афферентных связях орбитальной коры. С помощью методики, заведомо выявляющей кортико-кортикальные пути, разработанной J.G.Dusser de Barenne /206/ - "СТрИХНИННОЙ НеЙрОГрафИИ" - , было показано, что орбитальная кора имеет прямые афферентные корковые связи с моторными и соматосенсорными полями, а также с передними отделами вторичной слуховой зоны /68, 249/.
Таким образом, на нейронах орбитальной коры обнаруживается конвергенция мультисенсорных возбуждений, причем афферентная им-пульсация к ней следует и по прямым специфическим путям, и по сложной системе переключений, включающей как некоторые неспецифические, так и задние ассоциативные ядра таламуса /I, 3/. При этом зоны первичных и ассоциативных ответов здесь тесно перекрываются /68, III, 170/. Все это указывает на необычайную сложность афферентной организации этой области коры, что не позволяет отнести ее ни к проекционному, ни к ассоциативному типу коры. На основании того, что орбитальная зона должна рассматриваться не только как проекционная, но и в значительной степени как интегрирующая структура, О.С.Адрианов /3/ относит ее к интегративно-пусковым структурам.
Выведение протока околоушной слюнной железы, вживление раздражающих электродов в мозг и установка оснований с направляющими для фиксации микроманипуляторов
Для исследований по классической условнорефлекторной методике отбирались уравновешенные и сильные собаки - самцы - средние по размеру и весу (18-24 кг). В течение нескольких дней изучались особенности их поведения. Затем собак приучали длителнное время (до 1,5 час) находиться в звукоизолированной и экранированной камере. Лямки, ограничивающие движения животного, не применялись. Никакие специальные раздражители, кроме обстановочных, в камеру не подавались.
После того как собака привыкала к таким условиям, у нее производилась операция выведения протока околоушной слюнной железы для регистрации слюноотделения. Затем приступали к операции по вживлению стимулирующих электродов в мозг и к фиксации стальных оснований с направляющими, необходимых для закрепления на черепе животного микроманипуляторов с микроэлектродами на время эксперимента.
Через 10-15 дней после операции приступали к проведению первой серии экспериментов - отведению фоновой активности отдельных клеток орбитальной коры, хвостатого ядра и миндалины. Фоновая активность записывалась в тех же условиях, в которых животное находилось до операции. В этой же серии экспериментов изучалось влияние электрической стимуляции одиночными импульсами хвостатого ядра и миндалины на фоновую активность нейронов орбитальной коры с одновременной регистрацией фонового слюноотделения. Затем
животных приучали получать пищу из кормушки в экспериментальной камере. В ходе этих опытов нейрональная активность орбитальной коры также отводилась как при интактном состоянии хвостатого ядра и миндалины, так и при их стимуляции за I мин до предъявления пищи животному - в первом варианте постановки опытов, за 10 с - во втором варианте, в момент подачи кормушки - в третьем варианте и через 10 с после окончания еды в четвертом варианте постановки опытов. Для стимуляции миндалины и хвостатого ядра собаке вживляли биполярные нихромовые электроды в стеклянной изоляции с длиной активного кончика 0,5 мм и межэлектродным расстоянием 1,0-1,5 мм (рис.4,Б). Раздражение подкорковых структур производили одиночными импульсами от стимуляторов ЭСЛ-2 или ЭСУ-2 через изолирующий трансформатор (1:3,3). Импульсы имели следующие параметры: сила тока 100 мкА, длительность прямоугольного стимула 0,5 мс. В завершение этой серии экспериментов приступали к выработке классического условного рефлекса (условного рефлекса 1-го порядка) по широко известной методике павловской школы /125/. Рефлекс вырабатывался на метроном 180 ударов в минуту, 65 дБ. Нейрональная активность записывалась как в отсутствие стимуляции, так и при нанесении электрического стимула в вентральный отдел головки хвостатого ядра (Ш серия экспериментов) или в базо-латеральный отдел миндалины"(I серия экспериментов) за I мин до предъявления условного раздражителя. Во второй и четвертой сериях экспериментов после выработки классического условного рефлекса 1-го порядка приступали к выработке условного рефлекса П-го порядка /247/. В качестве условного раздражителя 2-го порядка использовался свет (24 В, 16 Вт). Длительность действия условных раздражителей 1-го и 2-го порядков составляла 10 с, интервал между ними также равнялся 10 с. В течение одного опыта животному предъявлялось 8-9 сочетаний условных раздражителей, подкрепляемых пищей.
Вид животного, закрепленного в стереотаксическом приборе (А), внешний вид разъема PC-I9 с раздражающими электродами (Б) и верхняя поверхность мозга собаки с отметками введения раздражающих электродов (черные кружки) в головку хвостатого ядра и в базо-латеральный отдел миндалины (В).
Импульсная активность отводилась во всех фазах выработки и реализации условного рефлекса 2-го порядка. Изучение влияния каудатно-го и амигдалярного входов в орбитальную кору при выработке условного рефлекса 2-го порядка проводилось таким же образом, как и в серии экспериментов по выработке классического пищевого условного рефлекса 1-го порядка.
Для проведения всех серий исследований, а также для отработки методики стереотаксического введения электродов в изучаемые структуры было использовано 23 беспородные собаки. Из них: 19 собак для основной экспериментальной работы, 4 собаки - для отработки введения электродов в хвостатое ядро и миндалину.
Основным вегетативным показателем условнорефлекторной реакции собак в нашей работе служила секреция слюны. Для регистрации слюноотделения производилась операция по выведению протока околоушной слюнной железы по методике Н.А.Подкопаева /125/. Сразу же по завершении операции собаке внутрибрюшинно вводили гексенал из расчета 50 мг на I кг веса и приступали к операции по вживлению электродов в мозг и к установке на черепе стальных оснований с направляющими для микроманипуляторов. При проведении этой операции голову животного фиксировали в стереотаксическом приборе СЭЖ-2. Координаты для введения раздражающих электродов и направляющих для микроэлектродов в орбитальную область коры, хвостатое ядро и миндалину вычисляли по атласу О.САдрианова и Т.А.Меринг /5/. Определялись следующие координаты: I) расстояние от нулевой точки (ушные штыри) до рострального отдела головки хвостатого ядpa и базо-латерального отдела миндалины. Обычно для головки хвостатого ядра это расстояние равнялось 32-35 мм; для базо-латерального отдела миндалины - 24-27 мм; 2) расстояние от сагиталь-ного шва. Для головки хвостатого ядра (вентральный отдел) оно равнялось 5-6 мм; для базо-латерального отдела миндалины - 12-13 мм; 3) глубину погружения раздражающих электродов (направляюще погружались в мозг не более чем на 5-8 мм от поверхности мозга). Для вентрального отдела головки хвостатого ядра это расстояние составляло 24-26 мм, для базо-латерального отдела миндалины - 37-39 мм.
Дяя направляющих сверлились отверстия диаметром 1,0 мм. Затем специальным трепаном под отверстиями удалялась твердая мозговая оболочка. Электроды отцентровывались и вводились в мозг. Вид головы животного, закрепленного в стереотаксическом приборе (А), раздражающих электродов с разъемом типа PC-I9 (Б) и мозга (вид сверху) представлен на рис.4.
Для фиксации микроманипуляторов на черепе животного, а также для исследования влияния биологически активных веществ на услов-норефлекторную деятельность, суммарную и нейрональную активность подкорковых структур головного мозга крупных животных в хроническом эксперименте нами, совместно с А.Ф.Якимовским /175/, было разработано простое устройство, легко изготовляемое из инъекционных игл (рис.5). (Удостоверение № 22 на рацпредложение "Устройство для одновременной регистрации нейрональной активности, микро-инъекций, ЭЭГ и электростимуляции внутримозговых структур", выданное Щуваеву В.Т. и Якимовскому А.Ф. 2 июля 1980 и). Чертежи и точные размеры основных компонентов этого устройства приведены на рис.5,А. Технология сборки устройства заключается в следующем. В отверстие диаметром 1,5 мм основания (I) запрессовывается направляющая игла (П).
Фоновая активность нейронов орбитальной коры
Фоновая активность структур коры и подкорковых образований мозга представляет особый интерес, так как она характеризует не только нормальное функционирование исследуемых зон коры и подкорковых ядер в отсутствие специальных раздражителей, но и является исходным состоянием нервных клеток, на котором развиваются и координируются все интегративные процессы, отражающие протекание поведенческих реакций организма.
Как указывалось в предыдущей главе, фоновое слюноотделение и фоновую активность коры и подкорковых структур регистрировали в хронических экспериментах у животных, находящихся в спокойном бодрствующем состоянии.
Всего в этих условиях в опытах на 6-ти собаках одновременно с записью слюноотделения было зарегистрировано 72 нейрона орбитальной коры, 13 нейронов вентральной части головки хвостатого ядра и 13 нейронов базо-латерального отдела миндалины. Запись импульсной активности обычно проводилась следующим образом: после подведения микроэлектрода к юоновоактивному нейрону одной из исследуемых структур регистрировали активность из этой точки в течение 7-Ю опытных дней, после чего электрод подводился к новому фоновоактивному нейрону.
Параллельная с электрофизиологическими параметрами регистрация слюноотделения показала, что фоновая секреция характеризуется довольно низким ее уровнем у всех животных (0,8-1,4 деления шкалы за 10 с); средняя величина секреции для каждого животного была достаточно стабильной (рис.13,1,П,а).
Анализ структуры 648 записей 10-секундных отрезков фоновой активности нейронов орбитальной коры позволил выделить три наиболее часто встречающиеся формы импульсной активности: нерегулярную одиночную форму активности у 61,4$ клеток (пример такой активности представлен на рис. 14,АД), пачечную или "взрывную" форму активности у 5,6% клеток и групповую форму у 33$ клеток (пример на рис.14,А,2). В целом нейроны характеризовались средней частотой разрядов 5,91+1,19 имп./с, однако, диапазон изменений средней частоты разрядов у отдельных нейронов колебался в весьма широких пределах: от 0,46 до 33,3 Гц. Одиночная нерегулярная форма активности характеризуется довольно низкой средней частотой разрядов: от 0,46 имп./с до 8,76 имп./с. Групповая фоновая активность весьма различается по частоте и рисунку разрядов. Обычно наблюдаются серии из 5-6 импульсов, разделенных длительными тормозными паузами - до 5,2 с. Пачечная активность встречается редко и представляет собой группы разрядов по 2-Ю импульсов в пачке с частотой внутри ее до 100 имп./с.
Анализ гистограмм межимпульсных интервалов фона выявил преобладание унимодальных гистограмм (рис.15,0К,б,г) над би- и муль-тимодальными (рис.15,0К,а,в). Как и следовало ожидать, унимодальные распределения соответствуют одиночной нерегулярной форме активности нейронов, би- и мультимодальные гистограммы отражают групповую и пачечную формы активности. Во всех проанализированных гистограммах распределения межимпульсных интервалов наблюдается доминирование межимпульсных интервалов ("модальный интер В этой части исследований была зарегистрирована фоновая активность 38 нейронов орбитальной коры при стимуляции базо-латераль-ного отдела миндалины и 17 нейронов - при раздражении вентральной части головки хвостатого ядра. Исследования выполнялись на 4-х собаках. Миндалина подвергалась раздражению 456 раз, а головка хвостатого ядра - 204.
Регистрация слюноотделения, проводимая в этой серии экспериментов, позволила установить, что одиночная стимуляция базо-лате-рального отдела миндалины и вентральной части головки хвостатого ядра не вызывает у необученных собак достоверных изменений, хотя как в первом (рис.13,1,6), так и во втором (рис.13,II,б) случаях наблюдалась (недостоверно) тенденция к снижению секреции.
В ответ на одиночное электрическое раздражение головки хвостатого ядра 62,5$ нейронов орбитальной коры увеличивали среднюю частоту разрядов на 10-30$, а 37,5$ снижали частоту импульсации на 15-35$. Нами не зарегистрированы нейроны орбитальной коры, арре-активные к раздражению головки хвостатого ядра.
Анализ гистограмм распределения межимпульсных интервалов тех импульсных потоков нейронов орбитальной коры, которые в ответ на раздражение снижали активность, показал, что электрическая стимуляция в 25$ случаев не приводит к изменению их формы (рис.16, ГХЯ,1,П,а,д).
Влияние электрической стимуляции хвостатого ядра и миндалины на импульсную активность орбитальной корн при выработке условного рефлекса на предъявление кормушки с пищей
В этой серии экспериментов одновременная регистрация слюноотделения и спайковой активности орбитальной коры показала, что раздражение одиночными электрическими импульсами базо-латерально-го отдела миндалины и головки хвостатого ядра за I минуту до предъявления кормушки приводит к достоверному снижению секреции: до 51,6+1,7 делений шкалы у собаки "Черный" (рис.21,Б), до 39,8+ 1,9 делений шкалы у собаки "Гончар" (рис.21,В). Одиночное раздражение, наносимое в базо-латеральный отдел миндалины за 10 с подачи пищи, не вызывало у необученных собак достоверных изменений секреции (у собаки "Полкан" секреция равнялась 2,14+1,06 и 1,92 +1,72 делениям шкалы до и после раздражения соответственно). Стимуляция миндалины через 10 с после завершения еды также недостоверно снижала секрецию (у собаки "Полкан" секреция 18,4+9,8 и 17,4+5,1 делений шкалы до и после раздражения соответственно). Однотипная с этими данными картина наблюдалась и при стимуляции головки хвостатого ядра, хотя тенденция к снижению секреции была здесь более выраженной. С другой стороны, если стимуляция миндалины во время еды не приводила к сколько-нибудь заметным изменениям в поведении животного и в динамике секреции, то стимуляция головки хвостатого ядра вызывала мгновенное, кратковременное прекращение еды (на 1,0-2,0 с) и затормаживание секреции, животное поднимало голову от кормушки и как бы "замирало". С возвращением к еде все параметры секреции возвращались к норме через 2,0-3,0 с.
В этих экспериментах в орбитальной области коры зарегистрированы 33 нейрона (1188 десятисекундных участка спайковой активности) при стимуляции миндалины в разных режимах (раздражение за I минуту до подачи пищи, за 10 с до подачи пищи и через 10 с после окончания еды) и 25 клеток (900 десятисекундных участков спайковой активности) при стимуляции вентрального сегмента головки хвостатого ядра при раздражении за I минуту до подачи кормушки, за 10 с до начала еды и в момент еды . Всего проанализировано 2088 реакций нейронов орбитальной коры на стимуляцию подкорковых структур.
Раздражение головки хвостатого ядра одиночными импульсами электрического тока вызывало в 80% случаев реакцию активации или торможения. Постстимульные гистограммы и анализ изменений средней частоты разрядов показывают, что 90% из реагирующих нейронов орбитальной коры отвечают на раздражение повышением частоты на 2-3 Гц за 10-секундный отрезок записи импульсной активности (рис.25,11,111) и в 10$ случаев наблюдается ответ тормозного типа (рис.25,1). Во время еды (в условиях предварительной стимуляции как за I минуту, так и за 10 с до подачи пищи) наблюдается выраженное торможение импульсной активности у нейронов орбитальной коры независимо от исходных реакций на электрическую стимуляцию (рис.25,1,11,ПІД). Анализ гистограмм распределения межимпульсных интервалов показал, что стимуляция головки хвостатого ядра вызывает торможение импульсной активности нейронов орбитальной коры, но качественно не влияет на импульсный поток: форма гистограмм, модальный интервал и другие параметры остаются прежними (рис.25, 1,П,Ш,В,Г,Д). Что касается показателя Н, то после стимуляции он имеет тенденцию к возрастанию, т.е. к увеличению упорядоченности разрядов (например: 1,63 и 1,68; 2,06 и 2,10; 1,51 и 1,91, до и после стимуляции соответственно).
Постстимульные гистограммы и анализ средней частоты разрядов показали, что 70$ нейронов реагируют на раздражение резкой активацией импульсации, а у остальных отмечается снижение частоты разрядов.
Гистограммы распределения межимпульсных интервалов показывают, что стимуляция вызывает качественное изменение активности нейронов орбитальной коры, выражающееся, как правило, в увеличении числа коротких интервалов (рис.26,11), тогда как во время еды при резком возрастании секреции наблюдается незначительное снижение числа коротких интервалов. Вероятность Н появления в импульсации нейрона модального интервала снижается.
Применение одиночного раздражения миндалины до и после еды позволило выявить различия в реакциях нейронов. Постстимульные гистограммы и анализ изменений средней частоты разрядов позволили разделить нейроны орбитальной коры по типу реакции на две группы: к первой отнесли нейроны, отвечающие относительным торможением импульсации на первый стимул, активацией и выравниванием ритма разрядов во время еды и резкой дополнительной активацией наряду с небольшим затормаживанием секреции в ответ на стимул, предъявляемый после завершения еды; ко второй - нейроны, отвечающие активацией на все три раздражителя. Гистограммы распределения межимпульсных интервалов демонстрируют качественные изменения импульсной активности в ответ на первый стимул (рис.27,П). Форма гистограмм межимпульсных интервалов практически не изменяется в ответ на стимул, наносимый через 10 с после окончания еды, несмотря на дальнейшее по сравнению с импульсацией в период еды увеличение числа коротких интервалов (рис.27,17).
