Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления о реакции установки взора (Обзор литературы) 11
1.1. Развитие представлений о реакции установки взора 11
1.2. Кинематические характеристики реакции установки взора 14
1.2.1. Кинематика движений глаз 14
1.2.2. Кинематика движений головы 16
1.2.3. Кинематика движений взора и координация движений глаз и головы 17
1.2.4. Влияние эксцентриситета осей вращения глаз и головы на кинематику реакции установки взора 20
1.3. Нейрональные механизмы организации реакции установки взора 20
1.3.1. Нейрональная организация саккадических движений глаз 20
1.3.2. Нейрональная организация движений головы 28
1.3.3. Нейрональные механизмы координации движений глаз и головы 31
1.4. Современные представления о принципах управления взором — 34
1.5. Влияние невесомости в условиях космического полета и в условиях, моделирующих ее физиологические эффекты, на вестибуло-глазодвигательное взаимодействие 35
1.5.1. Влияние невесомости на характеристики вестибуло-глазодвигательного взаимодействия у человека 36
1.5.2. Влияние невесомости на характеристики реакции установки взора у обезьян 37
1.5.3. Влияние иммерсии на характеристики вестибуло-глазодвигательного взаимодействия у человека 39
1.5.4. Представление о роли опорного входа в контроле сенсо-моторных реакций, в частности реакции установки взора 40
ГЛАВА 2. Методические подходы к проведению иммерсионных исследований на обезьянах 42
2.1. Хирургическая подготовка животных 42
2.2. Способы тестирования вестибуло-глазодвигательного взаимодействия 44
2.3. Экспериментальные серии исследований 47
2.4. Содержание животных во время иммерсионного эксперимента 48
2.5. Схема экспериментальной установки 51
2.6. Калибровка ЭОГ 52
2.7. Обработка экспериментальных данных 54
ГЛАВА 3. Изменение реакции установки взора в иммерсионных и контрольных исследованиях у обезьян 60
3.1. Изменение характеристик реакции установки взора в ходе трехсуточной сухой иммерсии при погружении по уровень грудины 60
3.2. Изменение характеристик реакции установки взора в ходе суточной иммерсии при погружении по уровень грудины без костюмчика 67
3.3. Исследование реакции установки взора, выполняемой в стандартных условиях 84
3.3.1. Характеристики реакции установки взора и вестибулярного нистагма в условиях кресельной фиксации 84
3.3.2. Изменение параметров вестибуло-глазодвигательного взаимодействия в условиях различной освещенности 88
3.4. Характеристики реакции установки взора в темноте после пятичасовой иммерсии по уровень грудины 95
3.5. Изменение коэффициента вестибуло-окулярного рефлекса при тестировании вестибулярного нистагма в темноте после пятичасовой иммерсии по уровень грудины 99
3.6. Изменение характеристик реакции установки взора в ходе двухчасовой иммерсии по уровень шеи 100
ГЛАВА 4. Обсуждение 105
4.1. Возможность исследований реакции установки взора у обезьян при использовании иммерсионных воздействий 105
4.2. Влияние трехсуточной сухой иммерсии при погружении по уровень грудины на реакцию установки взора 108
4.3. Влияние суточной иммерсии при погружении по уровень грудины на реакцию установки взора 110
4.3.1. Особенности организации реакции установки взора у обезьян в фоновом тестировании 110
4.3.2. Особенности изменений реакции установки взора в ходе суточной иммерсии при погружении по уровень грудины 113
4.4. Первичные изменения, развивающиеся в иммерсионных условиях, при выполнении реакции установки взора 116
4.5. Изменение реакции установки взора в пятичасовой иммерсии по уровень грудины при тестировании в темноте 119
4.6. Влияние частичной опорной разгрузки на реакцию установки взора у обезьян 123
Заключение 126
Выводы 128
Список литературы 13 0
- Кинематика движений взора и координация движений глаз и головы
- Способы тестирования вестибуло-глазодвигательного взаимодействия
- Изменение характеристик реакции установки взора в ходе трехсуточной сухой иммерсии при погружении по уровень грудины
- Возможность исследований реакции установки взора у обезьян при использовании иммерсионных воздействий
Введение к работе
Актуальность темы
Известно, что процессы ориентации в пространстве и управление позой и движением в условиях Земли базируются на комплексе афферентаций, включающем зрительные, акустические, вестибулярные, опорные и проприоцептивные сигналы. Переход к невесомости сопровождается глубокими нарушениями в системе управления движениями в результате сенсорных рассогласований. Наблюдаемые нарушения исходно связывают с изменениями в вестибулярной системе, как наиболее гравитационно-зависимой. Однако, в исследованиях на человеке и животных в условиях космического полета (Козловская с соавт., 1992; Grigorieva et al., 1987) и в модельных экспериментах наблюдали аналогичные изменения (Керенская с соавт.,' 1985; Kozlovskaya et al., 1986), которые указывают на то, что эти изменения могут быть следствием опорной разгрузки.
Одну из ведущих ролей в пространственной ориентации и поведении человека и животных играет реакция установки взора (РУВ), которая также является основой операторской деятельности человека. РУВ базируется на сенсорной интеграции зрительного, вестибулярного и проприоцептивного входов и высокой координации движений глаз и головы (Bizzi et al., 1971, 1972; Dichgans et al., 1973, 1974; Freedman & Sparks 1997, 2000; Fuller et al., 1983; Guitton et al., 1984, 1987, 1990; Laumtis & Robinson, 1986; Pelisson et al., 1988; Phillips et al. 1995; Morasso et al., 1973; Tomlinson, 1986, 1990). Кинематические характеристики и организация РУВ у человека и обезьян имеют сходный характер (Козловская с соавт., 1981; Barnes, 1979). Детальное исследование РУВ у человека в условиях иммерсии (Крейдич с соавт., 1982; Репин, 1981; Barmin, 1983) позволило выявить изменения, аналогичные наблюдаемым у обезьян в полетах биоспутников (Сирота с соавт. 1992; Kozlovskaya et al., 1984; Sirota et al., 1987). В этих первых поисковых работах были показаны: снижение вклада движений головы в РУВ, гиперметрия смещения взора и увеличение коэффициента вестибуло-окулярного рефлекса (Квор).
7 Накопленные данные позволили связать природу двигательных нарушений в невесомости не только с увеличением вестибулярной возбудимости (Якушин с соавт., 1990; Kozlovskaya et al., 1990; Sirota et al., 1987, 1988), но и с устранением опоры. На основании этих данных была сформулирована концепция о пусковой роли опорной разгрузки в развитии двигательных нарушений (Крейдич с соавт., 1982; Kozlovskaya et al., 1985, 1990).
Таким образом, представлялось важным исследовать роль и механизмы влияния безопорности на РУВ (как модели операторской деятельности человека), поскольку это позволяет подойти к решению вопросов профилактики двигательных нарушений, в том числе и вестибуло-глазодвигательных, и имеет большую теоретическую важность в понимании механизмов сенсорного обеспечения управления движением.
ОДрдельные иммерсионные исследования на обезьянах позволят изучить влияние опорной разгрузки без изменений вестибулярного входа, используя аналогичные методы и режимы тестирования, что и в полетах биоспутников, и сравнить результаты иммерсионных экспериментов с большим объемом данных, полученных у обезьян в условиях невесомости.
Цель работы
Изучить влияние опорной разгрузки на параметры реакции установки взора у обезьян.
Задачи исследования:
Разработать комплекс приемов для проведения иммерсионных исследований на обезьянах с одновременной регистрацией движений глаз и головы при выполнении РУВ непосредственно в ходе иммерсии.
Изучить влияние иммерсионного погружения разного уровня на параметры РУВ у обезьян и оценить первичные изменения характеристик РУВ, развивающиеся в ходе иммерсии.
&
Оценить влияние иммерсии на состояние вестибулярного входа, тестируя вестибулярный нистагм в темноте.
Изучить особенности движений глаз, головы и взора у обезьян при быстрой и точной установке взора в условиях разного уровня освещенности.
Изучить изменения движений глаз, головы и взора у обезьян в условиях иммерсии при тестировании РУВ в темноте.
Научная новизна
Впервые проведены иммерсионные исследования на обезьянах с регистрацией движений глаз и головы при выполнении РУВ и показана информативность данной модели для исследований функционирования сенсомоторных систем у обезьян. Впервые получены количественные данные, свидетельствующие о влиянии иммерсии на установку взора у обезьян. Суточные и 3-суточные иммерсионные эксперименты с погружением по уровень грудины выявили существенные изменения характеристик РУВ. Впервые показано, что у обезьян опорная разгрузка уже через 5 ч иммерсии изменяет кинематику координированных движений глаз и головы.
Короткие 2-часовые иммерсионные эксперименты с более глубоким погружением (по уровень шеи), а также 5-часовые иммерсионные эксперименты с тестированием вестибулярного нистагма позволили выявить динамику изменений, возникающих в условиях безопорности. Впервые установлено, что опорная депривация на ранних этапах изменяет организацию движений головы, что выражается в снижении скоростных характеристик движений головы и увеличении количества реакций с многофазным профилем движений головы. Наблюдаемые в иммерсии изменения кинематики движений головы во время выполнения РУВ всегда имеют однонаправленный характер, независимо от степени и длительности воздействия, а также уровня освещенности.
9 Научно-практическая значимость
Разработаны методические приемы, позволяющие проводить иммерсионные исследования на обезьянах и тестировать моторные реакции (в частности реакцию установки взора) у обезьян непосредственно в условиях иммерсии.
Полученные в работе сведения о влиянии опорной разгрузки на РУВ у обезьян углубляют представления о механизмах сенсорного обеспечения вестибуло-глазодвигательного взаимодействия и могут быть использованы в качестве теоретической основы для новых исследований. Наблюдаемые в иммерсии изменения вестибуло-глазодвигательного взаимодействия следует учитывать при разработке профилактических мероприятий по устранению нежелательных эффектов опорной разгрузки.
1.
2. 3.
Основные положения, выносимые на защиту
Иммерсия может быть использована у обезьян для исследования влияния опорной разгрузки на функционирование сенсомоторных систем. Влияние опорной разгрузки в условиях иммерсии на характеристики РУВ у обезьян прямо связано с длительностью и уровнем погружения. Опорная разгрузка в условиях иммерсии изменяет организацию движений глаз, головы и их координацию при установке взора, изменяя в первую очередь скорость движения головы.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены: на VIII Школе молодых ученых «Актуальные проблемы нейробиологии» (Казань, 2001); Конференции молодых ученых и студентов, посвященной дню космонавтики (Москва, 2002); 8 Европейском симпозиуме по биологическим наукам совместно с 23 Международной конференцией по гравитационной физиологии (Стокгольм, Швеция, 2002); XII Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); Конференции молодых
10 ученых и студентов, посвященной дню космонавтики (Москва, 2003); 24 Международной конференции по гравитационной физиологии (Санта-Моника, США, 2003); Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям» (Москва, 2003); 25 Международной конференции по гравитационной физиологии (Москва, 2004); XIX Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005).
Диссертация апробирована на заседании секции «Космическая физиология и биология» Ученого совета ГНЦ РФ- ИМБП РАН.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания методик, результатов исследования, обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Список цитируемой литературы включает 196 источников, из которых 25 опубликованы в отечественных изданиях, 171 - в иностранных. Материал диссертации иллюстрирован 36 рисунками и 26 таблицами.
Кинематика движений взора и координация движений глаз и головы
В нормальных условиях смещение взора амплитудой менее 20 осуществляется, как правило, за счет изолированных движений глаз (Phillips et al., 1995). По мере увеличения угла смещения взора саккада глаз возрастает, достигая предельных значений при углах в 30-35, и увеличивается также вклад движений головы в установку взора. Предельная величина саккады глаз определяет окуломоторный диапазон при первоначально центрированных глазах в орбитах, который у приматов составляет 30-35. По данным Freedman & Sparks (1997) общий вклад движений головы с увеличением амплитуды смещения взора в пределах 25-60 возрастает линейно вдоль горизонтального меридиана. С увеличением амплитуды перемещения взора средние и максимальные скорости глаз и взора снижаются, а скорость головы увеличивается. Таким образом, кинематика движений глаз и взора изменяется как функция сопутствующего движения головы (Freedman & Sparks, 1997).
С увеличением угла расположения мишени относительно сагиттальной плоскости точность взора снижается. Взор амплитудой менее 20 град точно устанавливается на мишени как при закрепленной, так и незакрепленной голове, а при большем угловом расстоянии мишени первоначальное смещение взора в большинстве случаев типометрично. Итоговое смещение взора при незакрепленной голове в среднем более точное, однако характеристики движения глаз и головы сильно варьировали по величине и во времени (Phillips et al., 1995). После конца саккады глаз и начала их рефлекторного противовращения взор продолжает приближаться к мишени за счет движения головы. Между окончанием саккады глаз и завершением движения головы динамика взора определяется параметрами ВОР, обеспечивающего компенсаторное противовращение глаз. При большой текущей ретинальной ошибке возможна коррекция взора с помощью корректирующей саккады. Известно, что рассмотрение мишени возможно лишь при скольжении образа по фовеа, не превышающем 2- 4/с (Demer & Amjadi, 1993). Эти ограничения (попадание на фовеа и небольшая скорость скольжения) определяют возможность осуществления точной и одновременно быстрой установки взора-на мишень.
ВОР вызывается как активными, так и пассивными поворотами головы, обеспечивая рефлекторное противовращение глаз и способствуя удержанию линии взора. Динамика компенсаторного противовращения глаз при поворотах головы характеризуется коэффициентом усиления вестибуло-окулярного рефлекса (Квор) и временной константой затухания ВОР. При пассивных поворотах головы в темноте, вызывающих вестибулярный нистагм, величина Квор составляет 0,6-0,9 (Robinson, 1976; Roy & Cullen, 1998; Tabak et al./ 1996).-Идеальное значение Квор на свету-равно 1. Однако в ряде экспериментов было установлено, что при больших амплитудах смещения взора величина Квор меньше 1 (Tomlinson, 1990; Tomlinson и Bahra, 1986b; Minor etal., 1999).
При синусоидальном вращении в темноте с постоянной скоростью временная константа ВОР может составлять несколько секунд ( 20 с). При увеличении скорости вращения (Raphan et al., 1979), при повторных тестированиях (Jager & Henn, 1981; Cohen et al., 1992), при повышенном внимании субъекта, а также при вращении на свету (Waespe et al., 1985) она снижается. Однако временная константа ВОР никогда не снижалась ниже временной константы полукружных каналов ( 5с) (Robinson 1976), что обеспечивается механизмом «сохранения скорости» (Cohen et al., 1977). Устойчивое снижение временной константы ВОР называется хабитуацией (привыкание) (Cohen et al., 1992). Устойчивое изменение Квор называется адаптацией вестибуло-окулярной передачи. Например, постоянное ношение инвертирующих и телескопических линз приводит к адаптации ВОР в течение нескольких дней, при этом уменьшается ошибка взора при несоответствии зрительных и вестибулярных сигналов (Robinson, 1976; Melvill Jones et al., 1984; Cohen et al, 1992).
В настоящее время для оценки ВОР все чаще используют вращения со скоростью 100% и высоким первоначальным ускорением. Это позволяет избежать влияния механизмов слежения на ВОР, латентное время которых значительно больше, а также исключить затухание рефлекса при синусоидальных вращениях с низкой частотой (Minor et al., 1999). Латентное время оптокинетического ответа у человека составляет 70-80 мс (Gellman et al., 1990), а у обезьян около 40 мс (Collewijn & Smeets, 2000)
Кинематические характеристики движения взора, глаз и головы у человека и обезьян при выполнении РУВ в значительной мере определяются условиями тестирования. Это положение справедливо для латентных периодов движений глаз и головы (Козловская И.Б. с соавт., 1981; Phillips et al., 1995; Freedman & Sparks, 1997; Fuller, 1996). Увеличение предсказуемости появления мишени ведет к движениям головы, предшествующим изменениям взора (Bizzi et al. 1972; Moschner & Zangemeister 1993; Zangemeister & Stark 1982). Ha кинематические характеристики координированных движений глаз и головы также влияют исходное положение глаз в орбитах (Freedman & Sparks, 1997; Voile & Guitton, 1993; Cornell etal., 2002-И) и направление смещения взора. По данным Козловской И.Б. с соавторами (1981), несмотря на различия в параметрах движений глаз и головы, у человека взор точно устанавливается на мишени в пределах 100-300 мс после окончания саккады глаз.
Поскольку оси вращения глаз и головы не совпадают, при построении кривых движений глаз, головы и взора важно учитывать взаимное расположение этих осей, особенно когда рассматриваются близко расположенные мишени. Известно, что Квор увеличивается по мере приближения рассматриваемого объекта (Viirre et al., 1986), что геометрически обусловлено наличием эксцентриситета осей вращения глаз и головы.
Существует несколько подходов, позволяющих адекватно сравнивать полученные данные движения глаз, головы и взора. Первый способ -приведение текущего положения цели относительно центра вращения глаз в пространстве (линия взора). Этот способ позволяет оценить эффективность взора и вычислить текущую ретинальную ошибку непосредственно из данных движения глаз, головы и расположения мишени. Второй способ приведения взора относительно центра вращения головы или какой-то стационарной точки позволяет нивелировать влияние эксцентриситета глаз и сравнивать сигналы движения взора, полученные в разных экспериментальных условиях (Huebner et al., 1995).
Нейрональная организация саккадических движений глаз В организации саккадического движения глаз участвует большое число нейрональных структур. Зрительная информация по восходящим зрительным путям поступает через стриарную и экстрастриарную кору головного мозга к латеральной внутритеменной коре, фронтальной глазодвигательной области, дополнительной глазодвигательной области (Colby & Goldberg, 1999) и в поверхностные слои верхних бугров четверохолмия - superior colliculus (SC). Теменные области коры мозга проецируются в промежуточные и глубокие слои SC, которые в свою очередь получают ингибиторный вход от черной субстанции и слабые возбуждающие входы - от поверхностных слоев SC. Таким образом, промежуточные и глубокие слои SC являются главным пунктом конвергенции нисходящих саккадозависимых сигналов (Scudder et al., 2002). SC, формирующий саккадическую команду, проецируется к генератору - burst generator (BG), запускающему горизонтальные и вертикальные саккады глаз, ретикулоспинальным нейронам ретикулярной формации и нейронам шейного отдела спинного мозга для синхронного управления движениями головы, а также к мозжечку, который влияет на точность саккад и движений головы, предварительно переключаясь в ретикулярных ядрах крыши моста. Все саккадические двигательные команды генерируются премоторными зонами BG и направляются к мотонейронам шести пар глазодвигательных мышц.
Способы тестирования вестибуло-глазодвигательного взаимодействия
Для изучения вестибуло-глазодвигательного взаимодействия использовали реакцию установки взора (РУВ) на световую мишень. Животных обучали выполнению условно-рефлекторной моторной задачи. Предварительный этап обучения осуществляли с помощью сотрудников лаборатории 0-162 (зав.отд, д.м.н. Корольков В.И.). Обезьяну фиксировали в приматологическом кресле перед световым табло, располагавшемся на расстоянии 24,5 см от глаз животного (Рис.5). По периметру табло располагались мишени размером в 1 угл.град. Каждый цикл выполнения моторной задачи начинался с зажигания центральной мишени, которую обезьяна должна была успеть погасить в течение 1 с нажатием пальца руки. В ответ на гашение центральной мишени с задержкой в 60 мс в случайном порядке зажигалась одна из 4-х периферических мишеней, расположенных в горизонтальной плоскости на расстоянии ±20 угл.град и ±40 угл.град от центральной мишени. Время свечения бокового символа составляло 1-1,5 с. Для более точной установки взора на периферические мишени использовали положительный или отрицательный дифференцировочные символы. При гашении положительного символа обезьяна получала порцию сока из штуцера, тогда как гашение отрицательного символа сопровождалось задержкой предъявления следующего цикла. Правильное выполнение моторной задачи состояло в гашении положительного символа и негашении отрицательного, а неправильное - в гашении отрицательного стимула и негашении положительного. Таким образом, обученное животное в каждом цикле выполнения моторной задачи осуществляло РУВ на одну из боковых мишеней.
Животное, находящееся в приматологическом кресле с фиксированной головой, подвергали кратковременному (менее 1с) вращению в темноте относительно вертикальной оси со скоростью 120-140 %, вызывая горизонтальный вестибулярный нистагм (ВН) (Рис.6). Ступеньку скорости вращения создавали вручную при отпускании груза массой 10 кг, поворачивающего кресло с обезьяной с ускорением 800 %2 в течение 0,16 с. Торможение кресла после поворота на 100 угл.град. обеспечивалось упругим амортизатором. Количество поворотов было не менее 30. Выбор направления вращения производился в случайном порядке.
В первой серии, проведенной на 4-х животных, исследовали изменение РУВ в течение 3-суточной «сухой» иммерсии по уровень грудины. Длительное пребывание обезьян в воде потребовало использования водонепроницаемого костюмчика и применения кетамина (5 мг/кг) при его ежесуточной смене. Тестирование РУВ проводили до заполнения ванны водой (фон) и каждые сутки иммерсионного воздействия (не ранее, чем через 24 ч после введения кетамина). В последующих сериях иммерсионных исследований водонепроницаемый костюмчик и, соответственно, кетамин не использовали.
Во второй серии изучали изменение РУВ в течение суточной иммерсии с погружением по уровень грудины у 3 обезьян. Тестирование РУВ проводили до и через 2, 5 и 24 ч иммерсии. В третьей (контрольной) серии исследований, проведенной на одной из обезьян, участвовавшей в суточных иммерсиях, тестировали РУВ при разных уровнях освещенности и уровнях иммерсионного воздействия, а также оценивали влияние 5-часовой кресельной фиксации на характеристики РУВ. В четвертой серии оценивали влияние иммерсии по уровень грудины на состояние вестибулярного входа с помощью тестирования ВН в темноте. Фоновые тестирования ВН проводили у 4-х животных, у 2-х из них регистрировали нистагм через 5 ч иммерсии по уровень грудины. На время тестирования кресло с животным извлекали из иммерсионной ванны и устанавливали на стенд вращения. При повторных обследованиях животные подвергались иммерсионному воздействию не чаще одного раза в неделю. 2.4. Содержание животных во время иммерсионного эксперимента Для проведения иммерсионных погружений обезьян и возможности выполнения ими сеансов моторной задачи нами была разработана конструкция и изготовлен образец специального кресла, включающего в себя: S ложемент полетного кресла на облегченном жестком основании со съемным фиксатором тазовой области и мягким фиксирующим нагрудником; стойки для передвижения и закрепления фиксирующего устройства головы; S фиксирующее устройство, позволяющее закреплять головное кольцо с помощью 3 винтов и изменять угол наклона головы; S съемную верхнюю разделительную пластину, препятствующую движению рук к голове, но не ограничивающую движений к световому табло; S устройство крепления штуцера подачи сока, смонтированное на верхней разделительной пластине;S нижнюю разделительную пластину, предотвращающую контакт рук животного с водой. Перед началом иммерсионных исследований обезьян адаптировали к условиям экспериментального помещения и приучали к выполнению РУВ в пустой иммерсионной ванне при фиксации в специальном кресле. При проведении иммерсионного эксперимента кресло вместе с животным помещали в ванну, после чего ванна заполнялась водой (рисунок 7), температура которой в ходе иммерсии автоматически поддерживалась в пределах 34-3 5С.
Изменение характеристик реакции установки взора в ходе трехсуточной сухой иммерсии при погружении по уровень грудины
При пребывании в течение 3-х суток иммерсии общее количество выполненных обезьянами циклов РУВ у двух животных (001,284) снижалось в первые сутки, а у двух других (036, 237) - во вторые сутки, повышаясь к концу эксперимента (таблица 2).
Количество правильно выполненных реакций на знак высвечиваемого символа до погружения животных в воду составляло 80-90% (таблица 2). Через 24 ч иммерсии этот показатель у всех 4-х животных достоверно снижался на 10 - 25,1 %, а в последующие сутки постепенно увеличивался (рисунок 11). Снижение числа правильно выполненных реакций в первые сутки у всех животных может свидетельствовать о влиянии иммерсии на качество выполнения животными условно-рефлекторной моторной задачи именно в первые сутки воздействия.
У одного из экспериментальных животных (обезьяна 036) во время выполнения РУВ на ± 40 угл.град. отмечалось две саккады глаз примерно одинаковой амплитуды, что не соответствовало требованиям отбора данных (отсутствие предикативных саккад) и не позволило включить ее данные в дальнейшую обработку.
Данные движений глаз и поворота головы при выполнении РУВ на мишени, расположенные на расстоянии ± 40 угл.град. от центра табло, объединяли и усредняли по остальным 3-м обезьянам (036, 237, 284) в соответствующие временные срезы. В результате снижения общего числа отработанных обезьянами циклов РУВ в первые двое суток иммерсии и их дальнейшего отбора соответственно установленным критериям (см. главу II) итоговое число данных в первые два дня иммерсии оказалось недостаточным для статистической обработки. В связи с этим анализ влияния иммерсионного воздействия на характеристики РУВ строился на основании сравнения фоновых данных с данными, полученными через 72 ч воздействия. В эти временные срезы итоговое количество соответствующих критериям реакций у всех обезьян было одинаковым и достаточным.
В таблице 3 представлены данные, характеризующие начало движения глаз и головы. Как видно из таблицы, латентное время движений глаз через 72 ч иммерсии существенно не отличалось от данных фонового тестирования. Латентное время движений головы через 3-е суток иммерсии также не изменялось. Сравнение латентных времен движений глаз и головы при выполнении РУВ показало, что в контрольных условиях движения глаз несколько опережали (на 10 мс; р=0,003) движения головы, тогда как через 72 ч после погружения в воду латентные времена движений глаз и головы в сторону мишени были сравнимы (р=0,608).
Величины амплитуд, длительности саккад, средней скорости саккад глаз в РУВ через 72 ч пребывания в иммерсии были сравнимы с фоновыми. Вместе с тем максимальная скорость саккад глаз достоверно снижалась на 5,7 % (р=0,0045), однако эти изменения были выражены слабо (ДИ = 15,50 - -78,70%), о чем свидетельствуют невысокие значения ДИ, сравнимые со стандартными отклонениями средних до и через 72 ч иммерсии (таблица 4). Анализ динамики движения глаз при выполнении РУВ как в период саккадического движения, так и в период их противовращения (после завершения саккады) показал, что в 3-х суточной иммерсии характеристики движений глаз существенно изменялись только на участке саккадического движения (рисунок 12 А). Наиболее существенные изменения оказала иммерсия на скорость поворота головы (рисунок 12 Б). Максимальная скорость поворота головы через 72 ч иммерсии увеличивалась в среднем на 15,1%. Это увеличение от 96,82±19,54 в фоне до 111,41 28,67 в конце 72 ч иммерсии было высоко достоверным (р=0,002; ДИ=5,34-23,84). На рисунке 12 Б усредненная кривая скорости поворота головы не дает точного представления об изменениях кинематики движений в каждой отдельной реакции, но отражает характер наблюдаемых изменений: увеличение скорости поворота головы через 3 суток иммерсии обусловливалось большими значениями ускорения поворота, что отражалось в увеличении угла наклона кривой скорости головы в фазе ее нарастания. Отрицательное ускорение движений головы, развиваемое на участке уменьшения скорости, через 72 ч также увеличивалось. В течение иммерсии амплитуда поворота головы к моменту окончания саккады глаз достоверно увеличивалась на 34,2 % (ДИ = 0,72 2,25; р 0,001) и составляла через 72 ч 5,81 ± 1,77 град против 4,33 ± 2,26 град в фоновом тестировании, а амплитуда саккады глаз несколько снижалась (на 0,5 град). Несмотря на это, амплитуда смещения взора не изменялась: как в фоновом тестировании РУВ, так и через 3-е суток иммерсии первоначально взор смещался в среднем на 39 град (рисунок 13).
Возможность исследований реакции установки взора у обезьян при использовании иммерсионных воздействий
Данное исследование было логическим продолжением экспериментов в условиях космического полета по изучению изменений РУВ у обезьян как одной из реакций, осуществляемой при операторской деятельности. В исследовании также предполагалось проверить справедливость концепции о влиянии опорной и проприоцептивной депривации на вестибуло-глазодвигательное взаимодействие (Крейдич, 1982; Kozlovskaya et al. 1985, 1990). Выбранная нами модель создания опорной разгрузки (иммерсия обезьян в положении сидя) при исследовании РУВ у обезьян ранее не применялась. Поэтому первоначально необходимо было оценить саму возможность исследований РУВ в иммерсионных экспериментах на обезьянах.
Использование обезьян в качестве объекта исследования позволяет, в силу наибольшей анатомической и физиологической близости обезьян к человеку, экстраполировать полученные результаты на человека. Эксперименты на обезьянах имеют ряд преимуществ перед исследованиями с участием человека. Во-первых, позволяют более жестко стандартизировать экспериментальные условия и тем самым исключить нежелательную вариативность результатов, которая, как известно, сильно зависит от моторной задачи и условий тестирования. Во-вторых, процессы, лежащие в основе адаптации организма к измененным условиям, развиваются у обезьян быстрее, чем у человека. Наконец, потенциальная возможность нейрональной регистрации отдельных структур мозга, участвующих в обеспечении и регуляции двигательных реакций, в частности РУВ, может позволить связать кинематику производимых движений с их нейрональным обеспечением, что невозможно у человека.
Вместе с тем, проведение иммерсионных экспериментов на обезьянах осложнено рядом объективных причин. Обучение обезьян условно-рефлекторному выполнению РУВ на зажигание периферических мишеней и различению подкрепляемого и дифференцировочного сигналов занимает достаточно большой срок (2-4 месяца), поэтому количество животных в ограниченном по времени проведения работы не может быть большим. По многочисленным литературным данным количество животных, используемых в подобного рода исследованиях, составляет , как правило, 2-4 обезьяны. Кроме того, потребовалась разработка приемов и приспособлений для проведения иммерсии на обезьянах и стандартизации условий тестирований РУВ и ВН; не было четких представлений о поведении обезьян при погружении в воду и об особенностях выполнении ими в этих условиях моторной задачи. Без преодоления всех вышеописанных трудностей проведение 3-суточных иммерсионных исследований на обезьянах было невозможным.
Длительность первой серии иммерсионных исследований (3 суток) была выбрана неслучайно, поскольку у обезьян в условиях космического полета существенные изменения характеристик РУВ наблюдались уже в первые дни полета (на 2-3 сутки) (Сирота с соавт, 1992b;Kozlovskaya et. al., 1985; Sirota et. al., 1987).
Проведенная серия 3-суточных иммерсионных погружений до уровня грудины с участием 4 животных показала, что все обезьяны лишь при первом погружении непосредственно в период заполнения ванны водой проявляли признаки беспокойства, что в дальнейшем не наблюдалось. В условиях трехсуточной иммерсии все животные выполняли РУВ в рамках поставленной моторной задачи. Снижение общего количества выполненных циклов РУВ в первые двое суток иммерсии, возможно, обусловлено снижением потребления жидкости. Поскольку в качестве вознаграждения при выполнении РУВ использовался сок, общее количество выполненных реакций могло зависеть от уровня питьевой мотивации. Известно, что перераспределение жидких сред организма приводит к увеличению диуреза и уменьшению потребления жидкости (Григорьев с соавт., 1988; Хантун, Синтрон, 1997). Возможно, что через трое суток иммерсии у обезьян, погруженных в воду по уровень грудины, имело место восстановление водопотребления, что проводило к увеличению общего кличества выполненных реакций через 3 суток. Наши данные
107 согласуются с данными, полученными в полетах биоспутников у обезьян, у которых в первые дни полета также наблюдалось снижение моторной деятельности, выражавшееся в уменьшении количества выполненных РУВ, а уже на третий день полета моторная деятельность была достаточно высокой (Shlyk et al., 2000).
Наблюдаемое через сутки иммерсии по уровень грудины снижение количества правильно выполненных реакций на знак высвечиваемого стимула, характеризующее дифференцировку сигнала, и последующее его восстановление, не столь выражены, чем общее количество выполненных реакций. Очевидно, что количество правильно выполненных реакций - менее чувствительно к воздействию иммерсии, нежели общее количество выполненных реакций. В ходе космического полета дифференцировка зрительного стимула у обезьян была достаточно высокой и существенно не изменялась (Shlyk et al., 2000).
Многосуточное пребывание обезьян в воде потребовало обязательного использования водонепроницаемого костюмчика, одевание и переодевание которого проводилось при обездвиживании животного с применением кетамина. Однако, кетамин изменяет нейрональную активность структур, обеспечивающих глазодвигательные реакции (Leopold et al., 2002). Эти изменения у крыс сохраняются в течение 4 часов после введения кетамина (Porro et al., 1999). Мы исходили из предположения, что суточный интервал между сеансами регистрации достаточен для того, чтобы пренебречь возможным «следовым» действием кетамина у обезьян.
Односуточные иммерсионные эксперименты на обезьянах, проведенные с использованием водонепроницаемого тканевого костюмчика без введения кетамина, показали, что в этих условиях обезьяны достаточно успешно выполняют моторную задачу установки взора на боковые мишени: общее количество выполненных РУВ у 4-х обезьян колебалось в ходе суточной иммерсии, максимально увеличиваясь у всех обезьян к 5 ч иммерсии; количество правильно выполненных реакций у всех обезьян был не ниже 80%.
