Материалы медицинских конференций

Главная / Материалы медицинских конференций / 2003 / VII Междисциплинарная конференция по биологической психиатрии «Cтресс и поведение»

Изучение тревожности у животных – вчера, сегодня, завтра

Человек давно пытался понять причины и особенности состояния беспокойства у животных. То, что животные боятся и беспокоятся, как люди, было известно еще древним. Особое внимание состоянию страха и тревожности уделялось, например, в папирусах Древнего Египта, где нередко можно видеть изображения напуганных людей и животных. Однако по-настоящему серьезное внимание исследователей тревожное поведение получило лишь в ХХ веке, по праву считающимся столетием нейробиологии. В разное время это состояние называли всевозможными терминами – гиперактивацией (hyperactivation), напуганностью или подверженностью страху (fearfulness), неврозом, страхом и т.д. При этом все это время тревожность рассматривалась в рамках состояния страха, а не как самостоятельная патологическая категория, и только стравнительно недавно тревожность стали рассматривать отдельно.

Тревожность (anxiety) представляет собой состояние, могущее быть в зависимости от ситуации естественной защитной реакцией организма или серьезной патологией. Изучение тревожности традиционно ведется в двух направлениях. У людей проблемами тревожности занимаются психиатры и психологи, использующие специфический набор поведенческих и когнитивных методик и опросников. У животных исследовать тревожность много проще с одной стороны, и сложнее – с другой. Исследователи могут применять довольно «экстремальные» методики при моделировании тревожности у животных, что они вряд ли стали делать на людях. Однако на «выходе» подобных исследований всегда будет возникать вопрос: насколько были близки к состоянию тревожности как таковой условия, в которые помещалось животное? К сожалению, животные лишены возможности ответить на данный вопрос, и проблема адекватности моделирования тревожности по-прежнему остается нерешенной. В этой связи интерес (и не только наукологический) представляет рассмотрение эволюции самой науки про моделирование тревожности у животных. Ведь понимание прошлого этой области научного знания позволить лучше понять те тенденции и вопросы, которые характерны для современной нейробиологии тревожности. Поэтому мы попытались вкратце систематизировать существующие парадигмы и представления в этой молодой и динамичной науке, разбив ее на определенные смысловые логические этапы. Многие из них представляют собой актуальные самостоятельные направления развития современной нейробиологии тревожности.

Неологические концепции тревожности. Несколько десятилетий назад, в первую очередь в работах Грея, была сформулирована популярная и сегодня концепция тревожности у животных и человека. Согласно ей, тревожность может подавлять поведение, которое привело бы к усугублению угрожающей ситуации - например, подавлять исследовательскую активность, социальное взаимодействие, однако способствовать максимализации анализа окружающей среды - в частности, повышать внимание животного и т.д. Согласно теории Грея, за это в мозге отвечает специальная система поведенческого ингибирования (СПИ). С этой точки зрения действие веществ-анксиолитиков объясняют инактивациией СПИ и "высвобождением" ряда заингибированных ранее поведенческих реакций, а анксиогеников - усилением СПИ. В эту концепцию укладывалось и то, что еще в 1950-х годах в работах Монтгомери (Великобритания) было обнаружено, что новизна вызывает у животных страхо-подобные “тревожные” состояния (неофобию). Им было также показано, что, наоборот, при пониженном уровне тревоги животные демонстрируют гораздо больший уровень исследовательской активности (неофилию). В противовес идеям Монтгомери, Холлидей (1966) и Лестер (1967) предположили, что исследовательское поведение животных зависит не от свойств новизны как таковой, а обусловлено состоянием тревожности или страха. В частности, что она не однозначно подавляется страхом, а может подавляться (сильный страх) или активироваться (слабый страх). Как свидетельствуют обстоятельные работы П.Рассела (1973), экспериментальные исследования на животных с лабиринтами различных типов доказали правоту Монтгомери и несостоятельность альтернативных гипотез.

Становление парадигмы тревожности. Примерно первую половину существования современной концепции тревожности применяемые исследователями экспериментальные поведенческие модели тревожности отличались механистичностью и большой степенью «биологической» жесткости. К таким моделям относятся все разновидности условно-рефлекторного избегания, впервые используемые для оценки уровня тревожности с начала 1960х годов. При изучении тревожности у животных последних били током, подвешивали в висячем положении, подвергали другим изнуряющим воздействиям (конфликтный тест Геллера и Фогеля, tail-suspension test, вертикальный экран-сетка и др. – см. Калуев, 1998). Разумеется, сейчас очень трудно говорить о каком-либо поведении животных в таких условиях. Еще более сомнительна правомочность называть провоцируемое состояние тревожностью.

Примерно в это же время начинается другое «бедствие» нейроэтологии тревожности – повальное увлечение измерением вегетативного поведения – в первую очередь дефекаций и уринаций. Этот подход, основываясь на в общем-то здравой идее автора «открытого поля» К.Холла (1934) о том, что при тревожности вегетативное поведение активируется, на практике зачастую реализовывался с передергиваниями. Так, на протяжении почти 20 лет число болюсов во многих работах всерьез называлось «индексом эмоциональности» или даже «единственным надежным формальным маркером уровня тревожности». Впрочем, к счастью, впоследствие ученые осознали, что тот факт, что болюсы и пятна уринации легко подсчитать физически, еще не означает, что именно они и есть показатель уровня тревоги. В гораздо меньшей степени это относится к грумингу, который иногда также рассматривался в качестве неспецифического поведенческого маркера тревожности (см. критику Калуев, 2002).

Первые «настоящие» поведенческие модели. В начале 90-х годов в области нейроэтологии тревожности наметилась другая, более продвинутая тенденция. Все большее и большее число авторов старалось уйти от чрезмерной механистичности и жесткости применяемых тестов путем изучения спонтанного поведения животных в условиях довольно умеренного стресса. Чрезвычайную популярность для изучения тревожности приобретают известные гораздо ранее «общеповеденческие» тесты, основанные на помещение животного в незнакомую ситуацию новизны – открытого поля (Холл, Бродхурст), норковой камеры и т.д. Животных в таких моделях освещали лампами, поднимали на высоту, помещали рядом с тест-объектом и т.д. Постепенно популярность приобретает еще один тест - крестообразный приподнятый лабиринт (КПЛ), в основе которого лежали еще «эксплорационные» представления С.Монтгомери. Именно на их основе в 1984 г. исследователями из Бирмингема Хендли и Миттани КПЛ был валидирован и введен в широкую фармакоэтологическую практику, толчок чему дала опубликованная ими статья в малоизвестном германском журнале, на которую до сих пор продолжают ссылаться сотни и сотни авторов по всему миру. По-настоящему популярным КПЛ, однако, сделали убедительные работы Сандры Файл и ее лаборатории. Их корректные опыты окончательно убедили многих исследователей в том, что именно КПЛ является удобным поведенческим тестом на тревожность. К сожалению самой Шейлы Хандли, теперь КПЛ знают больше как модель Сандры. Впрочем, позднее эта женская компания была разбавлена и к числу активно работающих с данной моделью авторов присоединился Р.Роджерс из Лидса. Ему и его коллеге Коул принадлежат обстоятельные главы о КПЛ в различных книгах по поведенческому моделированию в психофармакологии. С тех пор каждый год изобретаются и валидируются самые разные модификации КПЛ – от лабиринта с прозрачными стенками до О-образного его аналога. Второе место после КПЛ до сих пор прочно удерживает т.н. черно-белая камера, впервые использованная Ж.Краули в 1981 г в работах на мышах, а затем валидированная для крыс и других грызунов. Впрочем, дискуссии относительно поведенческих параметров в данном тесте продолжается и по сей день. В своей недавней работе И.П.Лапин (1999) обращает внимание на то, что именно частота выглядываний из темного отсека (а не число переходов, как было принято считать ранее) является единственным постоянным показателем, чувствительным к действию анксиотропных веществ. Появляются и многие другие, зачастую весьма оригинальные экспериментальные модели тревожности. При этом в поведении животных в различных тестах выделяется небольшое число чувствительных «валидных» показателей («традиционные», «классические» параметры тревожности), а остальные формы поведенческой активности при анализе опускаются или регистрируются в виде индексов суммарной «поведенческой неспецифики».

Социализация поведенческих моделей. Еще в самом начале 1980-х в работах группы С.Файл для изучения уровня тревожности стали применяться модели, основанные на социальном поведении животных (т.н. модели социального взаимодействия). Оказалось, что анксиолитические препараты и манипуляции усиливают социальное поведение, а анксиогеники – подавляют его. Данное наблюдение, являясь частным случаем действия СПИ Грея, привело к созданию целого ряда тестов на тревожность, основанных на оценке уровня социабельности животных. Примерно в это же время, в первую очередь в работах групп Адамека, Мичека, Вальдмана и Пошивалова, начинают серьезно исследовать уровень тревожности и его влияние на проявления защитного «оборонительного» поведения. Также основываясь на концепции поведенческого ингибирования, такие модели используют тот факт, что в спокойном состоянии животные демонстрируют гораздо меньшую степень оборонительности своего поведения, а при тревожности защитные реакции усиливаются. В начале 1990-х «защитные» индексы тревожности – в первую очередь ультразвуковая вокализация (Де Ври и др., 1993) и реакция «вызванного» испуга - весьма популярны и активно используются в фармакоэтологических исследованиях. Аналогично, в работах группы Бланчарда (1990) и Файл (1995) активно исследуются защитные тревожные поведенческие реакции, связанные с экспозицией запаху хищника – сильного стрессора, основанного на врожденной (innate) тревоге у животных, развивающейся к определенной категории объектов (змеи, хищные звери и т.д.). Все эти работы окончательно убеждают исследователей в очень важном феномене – гетерогенности самой природы моделируемой тревожности и существовании различных ее разновидностей.

Фармакологизация поведенческих моделей. Психофармакологам довольно давно было известно, что целый ряд анксиолитиков обладает еще одним эффектом – выраженным антисудорожным действием. Основываясь на этих наблюдениях, хемоконвульсанты вошли в практику фармакоэтологических исследований как агенты, при помощи которых можно не только изучать судороги, но и косвенно оценивать уровень тревожности у животных (Липпа и др, 1979). Исследование хемо-индуцированной каталепсии внесло свой вклад в развитие различных фармакологических моделей тревожности у животных. Важным моментом явились также попытки сконструировать нейрохимическую мозаику тревожности (Лапин, 1998). Этологизация поведенческих моделей. Примерно 10-15 лет назад среди специалистов в области моделирования тревожного поведения снова стала раздаваться справедливая критика «жестких» подходов к применяемым стрессорам. Критики предлагали снижать уровень стрессорности ситуаций, в которые помещались животные, а также указывали на необходимость существенного расширения диапазона исследуемого поведения путем включения в него целого ряда паттернов, ранее упускаемых (т.н. «этологические производные» в терминологии Роджерса, Коул и Файл). Вот, например, как были сформулированы эти идеи в работе Н.А.Крупиной (2000): этологическая адекватность для выявления эмоциональных состояний страха и тревоги, исключение грубых инструментальных воздействий, непровоцирование возникновения сильных конкурентных мотиваций, легкая воспроизводимость, получение ответа немедленно по окончании теста. В духе этих представлений, в середине 1990-х очень популярна точка зрения, что тревожность (особенно у высших позвоночных – например, приматов) можно адекватно оценивать по уровню смещенной активности (которая усиливается при стрессе, в т.ч. тревожности). В этом же ключе следует рассматривать увлечение многих авторов 1990-х исследованиями груминга – еще одной поведенческой реакции, которая при стрессе активируется. Лишь позже пришло понимание, что такая реакция при тревожности характерна далеко не для всех животных, и что в комфортных условиях груминг тоже активируется, и что по своей микроструктуре груминг очень гетерогенен и по-разному изменяется в зависимости от силы стресса и природы факторов, вызывающих тревожность (Калуев, 1999, 2002).

Модели «базовой-ситуативной» и «острой-патологической» тревожности. Понимание гетерогенности моделируемой тревожности у животных приводит исследователей к осознанию того, что большинство из применяемых моделей использует острый однократный стресс (КПЛ, черно-белая камера и т.д.), позволяющий моделировать острую, ситуативную тревожность, а не базовую. Моделирование последней, однако, представляет наибольший интерес с точки зрения применения результатов модели к тревожной психопатологии человека. Поэтому появление качественно иных поведенческих моделей тревоги, основанных на моделировании ее базовой, патологической составляющей, стало важным и перспективным направлением нейробиологии тревожности. Примерами таких моделей могут быть ампутация вибрисс (Козловский и др..1999), тест агонистических конфронтаций «перегородка» (Кудрявцева и др., 1999, 2000, 2001), а также модели хронического умеренного стресса, хронической экспозиции запаха хищника и др. Разработка подобных моделей фактически первым шагом к последующей «гибридизации» этологических животных моделей (см.далее).

Модели, не основанных на «вынужденной» новизне. Еще в 1955 г. Берлин указал на то, что поведение в вынужденной ситуации новизны отличается от поведения животного в ситуации, когда у него есть выбор, исследовать новое, или нет. К сожалению, эти идеи были на целых пять десятков лет проигнорированы нейророэтологами. Впрочем, важный этап в нейробиологии тревожного поведения был ознаменован появлением в 1992-1994 гг. работ группы Грибела и Фогеля, которые обратили внимание исследователей на то, что большинство из традиционных моделей тревожности моделируют базовую тревожность, гораздо менее интересную патофизиологам. В то же самое время поведение животных в ситуации вынужденной новизны может позволить анализировать ситуативную, нежели базовую разновидности тревожности. Такие подходы помогли разработать целый ряд моделей, основанных на свободном выборе животным исследования новизны либо знакомого пространства (неофилия будет выше у нетревожных животных). Интеграционные подходы. За последние 10-20 лет достаточно часто вызказывается мнение о необходимости оценивать тревожность в комплексе, то есть сразу по всем регистрируемым параметрам одновременно, а не по измерению выбранных «ключевых». Своеобразным вариантом количественных методик регистрации можно назвать т.н. метод построения круговых этограмм. В ряде отечественных и зарубежных лабораториях данный метод успешно и интенсивно используется на протяжении последних лет. В данном случае речь идет о получении интегрированной картины, отражающей не отдельные "тревожные" показатели, а изменение их в комплексе (и, что особенно важно, - на фоне изменения других поведенческих показателей, не несущих "тревожную" нагрузку). Позволим себе высказать мысль, что аналогичный подход вполне может быть использован и для качественных (последовательностных) показателей поведения. Например, при введении показателя частотной изменчивости для каждой из регистрируемых поведенческих реакций можно будет построить аналогичную круговую этограмму, в основе которой будут положены не количественные показатели, а их последовательностные характеристики. Иными словами, подобный метод может позволить интегрировать количественный и качественные подходы к изучению тревожного животного. Еще одним способом интегрировать результаты исследований в единую картину можно считать подходы, в которых предлагается использовать для оценки тревожности батарею тестов, степень выраженности тревожности в каждом из которых оценивалась по балльной системе. Сумма баллов в итоге по всем моделям давала формализованную, т.е. выраженную в числах, интегрированную оценку состояния тревожности.

Нелинейность тревожного поведения. Тревожное поведение справедливо связывается с возбуждающими процессами ЦНС, состоянием физиологического arousal. Некоторые авторы (Plutnik, 1987), рассматривали тревожность, как тривиальное поведенческое проявление arousal. В 1995 году фармакоэтологами впервые был обнаружен феномен анксиолитичности малых доз некоторых ГАМК-литических препаратов, до этого известных как классические анксиогены (Rodgers et al 1995, Kalueff, 1995). Это позволило сформулировать представления о сложном, нелинейном характере зависимости тревожного поведения от уровня arousal ЦНС. Было сделано предположение, что умеренное возбуждение ЦНС провоцирует положительно-эмоциональные состояния (т.н. pleasurable emotions), которые приводят к неожиданному снижению тревожности до тех пор, пока растущий arousal не начинает быть анксиогенным. Понимание данного феномена позволит нейроэтологам более корректно интерпретировать поведение животных, регистрируемых в используемых ими поведенческих моделях.

«Гибридизация» поведенческих моделей. Тревожное поведение в экспериментальных животных моделях можно изучать не только как самостоятельный феномен, но и в привязке к другим процессам и разновидностям поведения. Например, интересно исследовать взаимоотношения тревожности и аппетентного поведения, тревожности и агонистического поведения и т.д. Решению этой задачи удовлетворяют появившиеся недавно модели, в которых одновременно можно оценивать уровень тревожности и показатели иного исследуемого поведения, к тревожности не относящегося (например, уровень памяти, аппетентности, агонистичности и т. д.). Примерами таких моделей может стать появление приподнятого Т-лабиринта (работы группы Граеффа, 1995-1997) для одновременного исследования памяти и тревоги, открытого «питьевого» поля (Стаут, Вейсс, 1994) для оценки тревожности и аппетентного поведения и др. Гибридизация поведенческих моделей тревожности (Калуев, 1999, 2000) представляет собой крайне перспективный путь в нейробиологии тревожности.   Транзиторные модели. Транзиторные модели – логическое продолжение гибридизационных тенденций в моделировании тревожного поведения. Их особенностью является то, что они позволяют моделировать две разные, но патогенетически связанные патологии, одной из которых является тревожность. Примерами транзиторных моделей могут быть модели тревожно-депрессивного поведения. Взаимосвязь тревожности и депрессии на сегодняшний день хорошо изучена и описывается основным патогенетическим вектором острый стресс – тревога – хроническая тревога – депрессия. Однако вопрос «где заканчивается тревога и начинается депрессия?» по-прежнему остается открытым для специалистов в области биологической психиатрии. К сожалению, вопрос не решить модификацией существующих моделей тревоги или депрессии в сторону повышения их валидности, чувствительности и т.д. Следовательно, возникает необходимость в качественно ином подходе, которым может быть использование т.н. транзиторных экспериментальных моделей, которые на начальном этапе служат тестами на тревожность, а при более длительном применении становятся моделями депрессии (Калуев, 2000). Удачным примером транзиторной модели тревожности и депрессии у грызунов является периферическая аносмия. У этих макросматиков она на ранних стадиях (7 дней) вызывает анксиогенез, а при более длительном применении (3-4 недели) известна как модель депрессии (Макарчук, Калуев, 2000). Транзиторные модели, разумеется, далеко не обязательно должны быть связаны с сенсорной депривацией. Однако удачное сочетание 1) первичного анксиогенного фактора (резкий скачок неопределенности окружающей среды вследствие неожиданного сенсорного блока) и 2) вторичных ангедонических продепрессантных последствий длительной сенсорной депривации позволяет полагать, что именно манипуляции с сенсорными системами (а также депривация сразу нескольких анализаторов) могут дать целое семейство интересных транзиторных методик. Определенным потенциалом «транзиторности», на наш взгляд, обладает также семейство зоосоциальных «конфронтационных» моделей, также являющихся анксиогенными вначале и продепрессивными при более длительных сроках. Они активно разрабатываются в лаборатории Н.Н.Кудрявцевой в Новосибирске. Сюда также можно отнести комбинацию сенсорно-депривационных и зоосоциальных факторов. Теоретически возможны и другие семейства транзиторных моделей. С их помощью можно будет приступить к решению еще одной важной задачи нейроэтологии – пониманию общих нейробиологических механизмов, происходящие в мозге собственно в мериод «перехода» тревожности в депрессию.

«Генизация» поведенческих моделей. Развитие молекулярной биологии в настоящее время позволяет вызывать точечные мутации определенных генов, что находит свое применение и в нейроэтологии. Выключение определенных генов у исследуемых линий животных (генетический нок-аут) и тестирование последних в различных описанных выше моделях тревожности позволяет привести нейроэтологию тревожности на уровень конкретных генов. Подобная «генизация» экспериментальных моделей тревожности представляет собой весьма перспективный и информативный этап развития нейробиологии тревожности, хотя не следует чрезмерно упрощать ситуацию. Далеко не всегда тревожное поведение напрямую и линейно зависит от активности того или иного гена.