Материалы медицинских конференций

Главная / Материалы медицинских конференций / 2003 / Материалы Международных чтений, посвященных 100-летию со дня рождения члена-коррес-пондента АН СССР, академика АН АрмССР Э.А.Асратяна.

Холинергическая система участвует в реализации условного рефлекса и условнорефлекторного переключения

Условнорефлекторное переключение (УРП) представляет собой одну из универсальных форм индивидуального адаптивного поведения, свойственную как животным, так и человеку. Работы Э.А. Асратяна, выделившего УРП в особую форму высшей нервной деятельности, создали теоретическую и экспериментальную базу, на которой построено большинство исследований этого феномена. Нейрофизиологические исследования УРП показали, что в процессе выработки и реализации УРП происходят изменения уровня активности различных отделов головного мозга как непосредственно в ответ на условный стимул (УС), так и в межсигнальный и в постсигнальный периоды [Борукаев, 1966, 1971; Котляр, Тимофеева, 1986; Тимофеева с соавт., 1982-1999]. При этом, УРП и вероятность выполнения животным условнорефлекторной реакции определяются уровнем тонической активности многих структур головного мозга.

В настоящей работе исследована активность нейронов базального крупноклеточного ядра (БКЯ) основания переднего мозга. Эта структура является основным источником ацетилхолина в коре больших полушарий головного мозга [Mesulam et. al., 1983] и, таким образом, в значительной степени контролируют ее возбудимость и пластичность. Известно, что выделение ацетилхолина в коре больших полушарий и других структурах создает необходимые предпосылки для поддержания бодрствующего состояния центральной нервной системы [Buzsaki, Gage, 1991] и внимания [Sarter, Bruno, 2000].

Эксперименты выполнены на 6 взрослых кроликах, которые во время регистрации находились в свободном поведении в манеже. Исследование ЭЭГ и активности нейронов проводили при реализации условного инструментального рефлекса (движение отряхивания одним ухом) и УРП однородных инструментальных рефлексов (движения отряхивания левым или правым ухом). В качестве УС использовали звуковой тон 400 Гц. Переключающий стимул - пороговое электроболевое раздражение - подавали перед началом каждой серии на то ухо, которое считалось рабочим в данной серии. Важной особенностью нашей модели переключения является применение фазных переключающих стимулов, не совпадающих во времени с предъявлением УС и выполнением животным условной реакции. Это позволяет избежать непосредственного влияния переключающего стимула на регистрируемую фоновую и вызванную нейронную активность [Тимофеева c соавт., 1982].

При реализации инструментального рефлекса зарегистрировано 129 нейронов БКЯ. Активность 68 нейронов БКЯ изучена в ситуации УРП. Для выделения проекционных холинергических нейронов и локальных интернейронов в БКЯ анализировали связь между частотой спонтанного разряда зарегистрированного нейрона и мощностью дельта-ритма ЭЭГ лобной коры [Buzsaki, Gage, 1991; Detari et al., 1999].

Статистически достоверные реакции на УС продемонстрировали 89.7% клеток БКЯ. Таким образом, подавляющее большинство нейронов БКЯ были вовлечены в условнорефлекторную деятельность. Отмечено достоверное преобладание активационных реакций на УС (60.9% от числа реактивных нейронов). У 60% нейронов этой группы возбудительная реакция наблюдалась с коротким латентным периодом в диапазоне от 20 до 50 мс. Предположительно холинергические нейроны БКЯ обладали преимущественно возбудительной реакцией на УС, в то время как предположительно локальные интернейроны чаще отвечали на УС торможением (p=0.002).

В ситуации УРП подавляющее число нейронов (69%) было одновременно вовлечено в реализацию обоих рефлексов. Достоверные различия при двух переключаемых рефлексах выявлены в фоновой активности у 47.1% нейронов БКЯ, а в реакции на УС - у 52.9%.

Активность предположительно холинергических нейронов была значимо выше при выполнении животным инструментальной реакции на УС по сравнению с частотой разряда при отсутствии поведенческого ответа. Этот эффект проявлялся как в фоновой активности (p<0.02), так и в реакции на УС (p<0.03). Можно предположить, что животное игнорировало УС в тех реализациях, когда как фоновое выделение ацетилхолина в предшествующий межсигнальный период, так и его фазический выброс в ответ на включение УС были снижены.

Анализ ошибочных реакций на УС при УРП (т.е. случаев, когда животное выполняет одно инструментальное движение вместо другого) показал, что холинергические нейроны отвечают более высокой частотой разряда на включение УС, если после этого животное совершает ошибку, - в сравнении с правильной инструментальной реакцией (p<0.02). Вероятно, при избыточном выделении ацетилхолина возрастает вероятность выбора неадекватной поведенческой реакции.

Полученные результаты показывают, что нейроны БКЯ принимают участие в обеспечении условнорефлекторной инструментальной деятельности, в том числе УРП. Вероятно, их роль состоит в обеспечении необходимого уровня бодрствования и внимания, причем с участием как тонического, так и фазического механизмов. Правильному выполнению задачи соответствует определенный уровень активности нейронов БКЯ и, соответственно, определенная скорость выделения ацетилхолина в коре больших полушарий. Снижение этого уровня ведет к отсутствию условнорефлекторной реакции животного, а чрезмерный уровень повышает вероятность выбора животным неадекватной реакции при УРП.