Восходящие активирующие влияния на кору головного мозга у голодных животных

К. В. СУДАКОВ (Москва)

В последние годы благодаря применению новых методов физиологического эксперимента (электронные усилители, стереотаксическая техника) проблема голода, пищевого поведения и насыщения прочно заняла свое место среди основных проблем современной нейрофизиологии.

Установлено, что центральным пунктом формирования пищевых реакций животных и человека является гипоталамическая область. Так обнаружено, что при разрушении области вентромедиальных ядер гипоталамуса у животных возникает гиперфагия и на этой основе — ожирение. Наоборот, разрушение области латеральных гипоталамических областей вызывает афагию и гибель экспериментальных животных от истощения.

На основании этих и подобных им экспериментов было сформулировано представление о наличии в области латерального гипоталамуса так называемого «центра питания», а в области вентромедиальных ядер гипоталамуса— «центра насыщения» (17).

Вместе с тем в формировании пищедобывательного поведения первостепенная роль безусловно принадлежит клеткам коры головного мозга. Именно клетки коры головного мозга осуществляют синтез возбуждений, обусловленных воздействием на организм внутренней и внешней среды, производят их оценку и выработку своеобразного «решения» для совершения целенаправленного пищедобывательного акта. В связи с этим вопрос о том, на основе каких механизмов у голодных животных строятся функциональные взаимоотношения подкорковых пищевых центров с корой головного мозга, является наиболее важным для понимания природы пищедобывательного поведения. Однако прямого ответа на этот вопрос в современной научной литературе не имеется.

Открытие восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору головного мозга (20, 24, 25 и др.) позволило исследовать эту проблему в новом аспекте. Стало ясным, что возбуждение может распространяться к коре не только локально в определенные пункты по специфическим лемнисковым путям, но и генерализованно ко всем отделам через активирующие аппараты ретикулярной формации. Эти восходящие активирующие влияния ретикулярной формации на кору мозга многими авторами рассматривались как неспецифические. Такое представление возникло на основе факторов, показывающих, что раздражение любой сензорной модальности вызывает однотипные электроэнцефалографические изменения, проявляющиеся в форме реакции, известной под названием «реакции десинхронизации», «активации», «блокады альфа-ритма» и т. п.

Вместе с тем, исследования лаборатории П. К. Анохина показали, что каждая биологически важная реакция организма строится на основе своих специфических механизмов восходящих активирующих влиянии ретикулярной формации на кору мозга.

Так было установлено, что активация коры мозга при болевой п пищевой реакции определяется различными в химическом отношении активирующими элементами ретикулярной формации. Оказалось, что болевая реакция» а также оборонительное состояние животного избирательно подавлялись введением аминазина (хлор-промазина), который согласно общераспространенному взгляду, блокирует преимущественно метаболизм ростральной части ретикулярной формации (2, 7). Тем не менее введение аминазина не оказывало заметного действия на проявление пищевой реакции (1, 5, 6, 11, 16).

Дальнейшее подтверждение эта точка зрения нашла в исследованиях, показавших, что различные наркотические вещества также избирательно действуют на системы корково-подкорковых взаимоотношений, вовлекаемых в формирование реакции того или иного биологического качества.

Так было показано, что такое наркотическое вещество как нембутал почти полностью блокирует все формы восходящих активирующих влияний со стороны подкорковых образований на кору мозга. В то же время другое наркотическое вещество — уретан, блокируя активацию коры, связанную с состоянием бодрствования, допускал развитие корковой активации вслед за нанесением болевого раздражения (I).

Все эти наблюдения позволили взамен представления о неспецифическом механизме восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору мезга сформулировать представление о том, что подкорковые образования оказывают на кору мозга множественные восходящие активирующие влияния, каждое из которых соответствует определенной реакции того или иного биологического качества (П. К. Анохин, 1962) (2).

Такое представление позволило с новых позиций приступить к изучению корково-подкорковых механизмов «основных влечений» организма, одним из которых является состояние голода. Мы предположили, что пищевое возбуждение у голодных животных строится на основе своих специфических механизмов активации коры головного мозга со стороны подкорковых и пищевых центров.

В связи с этим мы поставили перед собой следующие основные задачи:

1. Изучить, каким образом пищевое возбуждение у голодных животных проявляется в электрической активности коры головного мозга?

2. Какие подкорковые образования определяют пищевое возбуждение животных?

3. Каковы функциональные взаимоотношения подкорковых центров с корой головного мозга у голодных животных?

4. Каким образом подкорковые образования вовлекают в свою деятельность элементы коры головного мозга, т. е. каковы те нейрофизиологические механизмы, на основе которых строится пищедобывательное поведение животных и человека?

МЕТОДИКА ОПЫТОВ

Опыты были проведены на 283 кошках под уретановым наркозом. Уретан вводили внутрибрюшинно в 7,5% или 15% растворе из расчета 1,5 гр. на кг веса животного.

В процессе наших экспериментов было установлено, что уретан, как наркотическое вещество, избирательно блокируя состояние бодрствования, в то же время оставлял относительно интактным нейрофизиологические механизмы пищевых возбуждений. Все это позволяло исследовать центральные механизмы «голодных» возбуждений в «чистом виде», не осложненные возбуждениями других биологических модальностей.

Под уретановым наркозом у животных регистрировалась ЭЭГ. Отведение ЭЭГ осуществлялось при помощи стальных игольчатых электродов, которые вкалывали непосредственно в кость черепа.

В большинстве опытов ЭЭГ отводили униполярным способом. Индифферентный электрод помещали по средней линии над лобной пазухой.

Для записи электрической активности подкорковых образований мозга так же как и для воздействия на них использовали изолированные за исключением кончика специальные погружные нихромовые электроды. Ориентацию погружения электродов в подкорковые образования проводили согласно координатам стереотаксического атласа мозга кошки, составленного Джаспером и Айжмон-Марсаном (20).

ЭЭГ записывали на чернилопишущем 10-канальном электроэнцефалографе фирмы «Альвар-Электроник».

В ряде опытов в коре мозга регистрировали вызванные потенциалы, возникающие в ответ на электрическое раздражение седалищного нерва и на раздражение подкорковых гипоталамических структур.

Регистрация вызванных ответов в коре мозга осуществлялась па 4-канальном катодно-лучевом - осциллографе «Биофаз» фирмы «Альвар-Электроник» с полосой пропускания 0,5 гц до 10 кгц.

Электрическое раздражение осуществляли стимулятором «физиовар» с трансформаторным выходом.

В специальной серии опытов производили коагуляцию или поляризацию различных подкорковых образований. Это достигалось действием на них анода постоянного тока. Локализацию кончиков электродов в мозге определяли проекционным методом (26). В ряде опытов препараты окрашивались по методу Ниселя.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Электрическая активность коры головного мозга у животных в состоянии голода и после приема пищи

Для того, чтобы характеризовать, каким образом возбуждения подкорковых отделов пищевого центра выходят на «кору мозга, в первой серии экспериментов нами изучался характер электрической активности коры мозга у животных в различные сроки голодания и после приема пищи.

Опыты-показали, что у подавляющего числа животных под уретановым наркозом после 1—2-суточного голодания в передних отделах коры головного мозга регистрировалась высокочастотная низкоамплитудная электрическая активность (амплитуда колебаний 6—10 мкв, частота 20—25 кол/сек), которая резко отличалась от высокоамллитудной (50—80 мкв), относительно медленной (6—8 кол/сек) активности теменно-затылочных областей.

Рис. 1. Электрическая активность коры мозга кошки под уретановым наркозом после 2-суточного голодания.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сейсомоторная правая, CMЛ — сензомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек.

Граница распространения но жоре головного мозга высокочастотной активности у животных после 1—й-суточного голодания была определена в специальных опытах. Такая активность в наиболее отчетливой форме наблюдалась над отделами мозга, расположенными впереди венечной борозды. Однако высокочастотная активность регистрировалась и в каудальных частях передних отделов мозга, в которых по мере продвижения в направлении теменных отделов постепенно нарастала высокоамплитудная активность. Задней границей распространения зоны высокочастотной низкоамплитудной ЭЭГ активности у животных после кратковременного голодания была область сильвиевых борозд.

Рис. 2. Схема распространения под уретановым наркозом реакции, десинхронизации по коре мозга у кошки после 2-суточного голодания.

У накормленных перед опытом животных характер электрической активности коры мозга значительно отличался от активности голодных животных. У таких животных со всех отделах коры мозга регистрировалась медленная высокоамплитудная электрическая активность (амплитуда 50—80 мчсв, частота 3—5 кол/сек)

Все эти эксперименты указывали на то, что у животных в состоянии физиологического голода наблюдается ЭЭГ активация коры мозга. Эта активация под уретановым наркозом наиболее отчетливо проявляется в передних отделах коры мозга.

Наличие реакции десинхронизации корковой электрической активности передних отделов мозга у голодных животных указывало ка то, что эти отделы мозга находились у них в -состоянии возбуждения. При насыщении животного это возбуждение не наблюдалось. Естественно было предположить, что ЭЭГ активация передних отделов шоры мозга у голодных животных определялась «голодным» возбуждением пищевого центра.

Для выяснения того, в какой степени избирательная ЭЭГ активация передних отделов коры мозга у голодных животных была связана с деятельностью пищевого центра, мы провели специальные эксперименты.

Прежде всего мы исследовали, как скажется на ЭЭГ у голодных животных их искусственное насыщение.

Такое «насыщение» осуществлялось двояким путем: в одних случаях вводили в кровь голодного животного, находящегося под уретановым наркозом, раствор глюкозы или >кровь накормленного животного; в других опытах — животному под уретановым наркозом вводили жидкую пищу в ротовую полость, а затем в желудок.

При наличии у голодного животного реакции ЭЭГ активации только в передних отделах коры мозга и медленной высокоамллитудной активности в теменных и затылочных отделах, (введение в кровь глюкозы вызывало через 0,5—2 минуты значительное возрастание амплитуды и снижение частоты колебаний в передних отделах коры мозга. При этом иногда также увеличивалась амплитуда и снижалась частота колебаний в теменных и затылочных отделах коры мозга.

Рис. 3. Электрическая активность коры мозга кошки под уретановым наркозом после кормления.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная правая СМЛ — сензомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек.

Pис. 4. Изменения электрической активности коры мозга у голодной кошки после введения внутривенно 40% — 2 мл глюкозы. Момент введения глюкозы обозначен стрелками. Обозначения: ЛП — лобная правая. ЛЛ — лобная левая. СМП — сензомоторная правая. СМЛ — сензомоторная левая. ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени I сек.

Следовательно, голодное состояние животного в какой-то степени влияло на деятельность и этих отделов коры.

Как правило, эффект введения глюкозы продолжался не более 15—20 минут, после чего электрическая активность коры мозга возвращалась к исходному активированному состоянию.

Аналогичные изменения ЭЭГ наблюдались при введении голодным животным крови накормленного животного.

С целью контроля в ряде опытов животным внутривенно вводили физиологический раствор. Однако введение физиологического раствора не изменяло заметно ЭЭГ голодного животного-

Произведенные опыты совершенно определенно указывали на значение гуморальных факторов для активации -коры мозга у голодных животных. Уже на основании этих опытов можно было считать, что активация передних отделов коры мозга у голодных животных определялась возбужденным «голодной» кровью пищевым центром.

Однако для более убедительного доказательства этого положения необходимо было исследовать, как изменится ЭЭГ картина голодного животного после натурального и естественного раздражения пищей.

Проведенные в этом направлении эксперименты доказали, что орошение рецепторов ротовой полости молоком, также как и введение молока в желудок, в ряде опытов приводило к временному устранению активации ЭЭГ у голодных животных.

Рис. 5. Изменения электрической активности коры мозга у голодной кошки после введения ей молока в желудок. А — исходная ЭЭГ голодного состояния. Б — через 5 мин. В — через 15 мин. Г — через 40 мин. после введения молока в желудок. Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная правая. СМЛ - сензомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек.

Только через час после введения пищи в желудок наблюдалось устойчивое возрастание амплитуды биотоков и устранение «голодной» активации коры мозга.

Все эти опыты указывали на то, что наблюдаемая у голодных животных под уретановым наркозом избирательная регионарная активация передних отделов коры мозга обусловливалась восходящими активирующими влияниями пищевого центра.

Нейрогуморальные механизмы избирательной активации коры мозга при пищевом возбуждении

Дальнейшие наши эксперименты показали, что активация, коры мозга у голодных животных устранялась не только после введения им в кровь раствора глюкозы, но и после одновременной перерезки обоих блуждающих нервов на шее и спинного мозга на уровне грудных или шейных сегментов.

Рис. 6. Изменение электрической активности коры мозга у голодной кошки после перерезки у нее обоих блуждающих нервов и спинного мозга на уровне первого шейного сегмента. В последнем случае животное переведено на искусственное дыхание.

Известно, что основная нервная афферентация, идущая в центральную нервную систему от желудка, поступает именно по этим путям. Изолированная перерезка только блуждающих нервов или спинного мозга не устраняла «голодной» активации коры мозга.

Таким образом, кора головного мозга у голодных животных и особенно ее передние отделы находятся под одновременным двойным влиянием «голодной» крови и афферентной сигнализации, поступающей от пустого желудка как по блуждающим нервам, так и по спинному мозгу.

Важно подчеркнуть, что все эти влияния оказывают в конечном счете одинаковое действие на корковые нейроны, создавая избирательное состояние ЭЭГ активации в передних отделах коры, не блокируемое наркотическим веществом.

Проведенные эксперименты позволили проанализировать некоторые стороны пищевого насыщения и прежде всего разрешить вопрос о том, каким образом при этом устраняется «голодная» активация коры мозга.

Мы установили, что устранение «голодной» активации коры мозга происходит уже при орошении рецепторов ротовой полости. Оно может усиливаться при последующем введении пищи в желудок. Однако наиболее устойчивое устранение ЭЭГ активации коры наблюдается только после поступления в кровь питательных веществ (через час после кормления).

Аналогичным образом эффект действия глюкозы в наших опытах был всегда более отчетливым -и продолжительным, если глюкозу вводили животному после введения пищи в желудок.

Проведенные опыты указывали, таким образом, на то, что изменения пищевого центра, характеризующие состояние насыщения животных, определяются также двойными влияниями нервных и гуморальных факторов- Причем наиболее отчетливое и устойчивое действие гуморальных раздражителей на центральные аппараты пищевого центра осуществляются только после воздействия пищи на рецепторы ротовой полости и желудка.

Тот факт, что после приема пищи исчезает избирательная ЭЭГ активация передних отделов коры мозга, которая отчетливо наблюдается в голодном состоянии, указывает на то, что при насыщении значительно снижаются восходящие активирующие влияния со стороны подкорковых образований пищевого центра на кору головного мозга.

Важно отметить то обстоятельство, что каждый этап прохождения пищи по пищеварительному каналу вызывает путем нервной сигнализации все углубляющиеся однотипные изменения в деятельности пищевого центра — снижение его функциональной активности.

Снижение функциональной активности, которое возникает в пищевом центре при попадании пищи в ротовую полость, подкрепляется в дальнейшее афферентными влияниями, идущими из желудка. Однако эти изменения являются кратковременными. Только после всасывания пищевых веществ в кровь последние вызывают устойчивое снижение возбудимости пищевого центра.

Таким образом, для успешного осуществления процесса насыщения основным условием является естественная последовательность пищеварительных процессов. Проведенные опыты показали, что любое искусственное нарушение последовательности этого процесса, например, введение пищи сразу в желудок или глюкозы в кровь на фоне пустого желудка вызывает только кратковременные изменения ЭЭГ, характерные для сытого состояния.

Об участии подкорковых аппаратов в механизме избирательной активации коры мозга у голодных животных

В связи с наличием у голодных животных избирательной ЭЭГ активации коры мозга, особенно ее передних отделов, перед нами возник вопрос, какие подкорковые образования ее определяют?

Поскольку в настоящее время показано, -что основные центры, определяющие пищевые мотивации животных, расположены в гипоталамической области (17, 19, 21, 23 и др.) мы, естественно, прежде всего решили исследовать степень участия латеральных («центр питания») и медиальных («центр насыщения») отделов гипоталамуса в механизме обнаруженной нами «голодной» активации коры мозга.

Эти исследования были также проведены на кошках, находящихся под уретановым наркозом. Мы исходили из следующих соображений. Если уретан, избирательно блокируя бодрствующее состояние, допускает проявление пищевого возбуждения в деятельности коры мозга, то при этом должны сохранить свою функциональную активность все элементы пищевого центра, на каком бы уровне центральной нервной системы они не находились.

Рис. 7. Электрическая активность коры мозга и пищевых центров латерального и медиального гипоталамуса у кошки после 2-суточного голодания.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная правая, СМЛ — сензомоторная левая, ТГ1 — теменная правая, ТЛ — теменная левая. ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек. ГЛЛ — левая латеральная гипоталамическая область; ГМП — правое вентромеднальное ядро гипоталамуса.

Проведенные опыты показали, что у животных под уретановым наркозом после 1—2 суточного голодания характер электрической активности латеральных и медиальных отделов гипоталамуса почти точно соответствовал электрической активности передних отделов коры мозга.

В подавляющем большинстве экспериментов в гипоталамических отделах пищевого центра регистрировалась такая же как и в передних отделах коры мозга высокочастотная низкоамплитудная электрическая активность (амплитуда 2—5 мкв, частота 30—40 кол/сек).

У животных, которые были накормлены до введения наркотического вещества, в этих отделах гипоталамуса регистрировались медленные высокоамплитудные колебания (амплитуда 50—70 мкв, частота 6—8 кол/сек).

Рис. 8. Электрическая активность коры мозга и пищевых центров гипоталамуса у накормленной кошки, находящейся под уретановым наркозом.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная правая, СМЛ — сензомоторная левая, ГП — теменная правая, ТЛ — теменная левая ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек. ГМЛ — левое всптромеднальнос ядро гипоталамуса; ГЛП — працан латеральная гипоталамнческая область.

Введение глюкозы голодным животным вызывало наряду с появлением медленной высокоамплитудной электрической активности в передних отделах коры возникновение такой же активности в медиальных и латеральных отделах гипоталамуса.

То же наблюдалось при раздражении пищей рецепторов ротовой полости и через 50—70 минут после (введения голодным животным пищи в желудок. Наличие у голодных животных в латеральном и медиальном гипоталамусе, так же как и в передних отделах торы мозга, низкоамплитудной высокочастотной электрической активности уже само по себе указывает на то, что пищевые центры гипоталамуса, так же как и клетки передних отделов коры мозга, находятся у них в состоянии возбуждения. После приема пищи это возбуждение исчезает. В связи с этим перед нами возник вопрос, не являются ли вышеупомянутые центры гипоталамуса тем инициативным пунктом, который в состоянии голода и определяет восходящие влияния на кору мозга. Для выяснения этого вопроса в последующих опытах был применен метод локального воздействия постоянным током (на различные отделы гипоталамуса.

Известно, что локальное действие анодом постоянного тока на любую возбудимую систему вызывает снижение ее возбудимости, т. е. так называемый анэлектротон. С другой стороны, действие катода вызывает повышение возбудимости — катэлектротон. Используя методику воздействия постоянным током, мы рассчитывали и а то, что если восходящие активирующие влияния на передние отделы коры мозга при голоде определяются гипоталамическими отделами пищевого центра, то искусственное снижение их возбудимости при действии анода постоянного тока должно привести к устранению этой активации. Наоборот, активация коры мозга должна, естественно, усилиться при действии на них катода постоянного тока. Результаты опытов полностью подтвердили наши предположения. Двухстороннее локальное воздействие анодом постоянного тока на латеральные и медиальные отделы гипоталамуса вызывало у голодных животных исчезновение ЭЭГ активации передних отделов коры головного мозга и значительное возрастание амплитуды потенциалов во всех корковых отведениях. После этого электрическая активность во всех отделах коры мозга становилась характерной для состояния глубокого сна.

Подобный эффект вызывала и коагуляция вышеуказанных областей гипоталамуса.

Наоборот, действие катода и а эти отделы гипоталамуса приводило к возникновению генерализованной ЭЭГ активации коры мозга.

Все эти опыты указывали на то, что активация передних отделов коры мозга у голодных животных определяется высотой функциональной активностью гипоталамических отделов пищевого центра. При снижении возбудимости этих отделов гипоталамуса при помощи анэйектротона «голодная» активация коры мозга исчезает.

Рис. 9. Изменения характера электрической активности коры мозга голодной кошки (левая часть рисунка) после действия анода постоянного тока (0,5мА — 0,5 мии) на вентромедиальные ядра гипоталамуса.

ГЛЛ — левая латеральная гипоталамическая область; ГМП — правое вентромедиальное ядро гипоталамуса. ГМЛ — левое вентромедиальное ядро гипоталамуса; ГЛП — правая латеральная гипоталамическая область.

Все это позволяет сделать вывод о том, что в состоянии голода избирательная ЭЭГ активация передних отделов коры мозга в значительной степени определяется восходящими активирующими влияниями гипоталамуса. Насыщение, наоборот, связано со снижением функциональной активности последнего, благодаря чему исчезает «голодная» активация коры мозга.

Дальнейшие опыты показали, что у голодных животных под уретановым наркозом наряду с возбуждением передних отделов коры мозга и пищевых центров гипоталамуса наблюдается возбуждение в ретикулярной формации среднего мозга и в медиальных отделах таламуса.

Возбуждение в этих структурах также исчезает после искусственного насыщения животных, т. е. после введения им в кровь глюкозы или жидкой пищи в ротовую полость и желудок.

Рис. 10. Электрическая активность коры мозга правого медиального та-ламуса (ТМП), левой латеральной гипоталамической области (ГЛЛ) и области, расположенной справа и слева вокруг Сильвиева водопровода на уровне верхних бугорков четверохолмия (РФП и РФЛ) у кошки под уретановым наркозом после 2-суточного голодания.

Это указывало на то, что у голодных животных имеется целая система возбужденных нервных элементов, объединяющая как различные подкорковые образования, так и нервные клетки коры головного мозга. Примечательно, что вся эта система возбужденных нервных элементов те блокировалась уретаном. В связи с этим перед нами возник вопрос, каковы функциональные взаимоотношения между подкорковыми аппаратами этой системы, какие из них являются ведущими и определяющими возбуждение всей системы в целом. Ответить на этот вопрос позволили следующие эксперименты.

Было установлено, что действие анода постоянного тока на пищевые центры гипоталамуса, как правило, приводило к устранению «голодного» возбуждения в ретикулярной формации среднего мозга и медиальных отделах таламуса, так же как и в коре головного мозга. Такое же воздействие анода постоянного тока на медиальные отделы таламуса приводило к устранению ЭЭГ активации только в коре мозга. В гипоталамических отделах и в ретикулярной формации при этом сохранялось состояние возбуждения. При действии анода постоянного тока на ретикулярную формацию среднего мозга (на уровне верхних бугорков четверохолмия) ЭЭГ активация устранялась только в теменных и затылочных отделах коры мозга (если она там до этого регистрировалась). В передних отделах коры, в медиальных ядрах таламуса и в пищевых центрах гипоталамуса сохранялось состояние возбуждения. Эти опыты указывают на то, что в системе пищевого возбуждения у голодных животных центральная и инициативная роль принадлежит пищевым центрам гипоталамуса. Наряду с восходящими активирующими влияниями на кору мозга эти отделы гипоталамуса оказывают у голодных животных активирующее влияние и на ретикулярную формацию среднего мозга -и медиальные отделы таламуса. Распространение восходящих активирующих влияний гипоталамуса на кору мозга осуществляется преимущественно через медиальную группу ядер таламуса.

Проведенные эксперименты поставили перед нами следующий вопрос. Если гипоталамичеокие отделы пищевого центра являются инициативными в механизме восходящих активирующих влияний на кору мозга, то каким образом эти влияния распространяются на корковые синаптические организации?

Вопрос этот чрезвычайно важен, поскольку только расшифровка механизма избирательного вовлечения синаптических образований коры в пищевое возбуждение, вызванное состоянием голода, позволит прямо установить, на основе каких механизмов формируется целенаправленное пищевое поведение?

Распространение восходящих активирующих влияний гипоталамуса на синаптические организации коры мозга у голодных животных

Приступая к настоящей серии исследований, мы решили в качестве показателя функциональной активности синаптических организаций коры мозга использовать вызванный потенциал, возникающий в коре мозга в ответ на одиночное раздражение седалищного нерва.

Предыдущими исследованиями сотрудников нашей лаборатории (3, 4, 10, 13 и др.) было показано, что вызванный потенциал, регистрируемый с поверхности коры мозга, представляет собой результат множественных восходящих влияний, поступающих к синапсам корковых клеток по различным каналам от различных подкорковых образований.

Согласно этим представлениям, отрицательная фаза и вторичные ответы вызванного потенциала обусловливаются в коре множественными восходящими влияниями неспецифических подкорковых систем, которые адресуются к аксодендритным синапсам поверхностного плексиморфного слоя. В то же время положительная фаза первичного ответа определяется возбуждениями аксосоматических сипапсов на нейронах IV слоя коры за счет прихода возбуждений по классическим лемнисковым путям (2, 3 и др.).

Рис. 11. ЭЭГ (внизу) и карта, показывающая отсутствие распространения соматосензорных вызванных потенциалов на кору мозга у кошки после 2-суточного голодания. Уретановый наркоз.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная правая, СМЛ — сензомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗГТ — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл.

Отметка времени 1 сек.

Приступая к настоящей серии экспериментом, мы исходили из следующего предположения. Состояние голода на основе восходящих активирующих влияний подкорковых образований, создает в центральной нервной системе определенное доминантное состояние, сопровождающееся мобилизацией определенных корковых синаптических образований. В этом состоянии любое возбуждение другой биологической модальности, поступающее к коре мозга, должно было неизбежно вступить в какие-то взаимодействия с наличным пищевым возбуждением и, естественно, претерпеть определенные изменения. Особенно отчетливо эти изменения должны быть выражены у соматосензорного вызванного ответа, поскольку формирующее его возбуждение адресуется к тем же передним отделам -коры мозга, куда поступают и возбуждения пищевого центра.

Проведенные опыты показали следующее. У голодных животных, находящихся под уретановым наркозом, соматосензорные вызванные потенциалы в ответ на одиночное раздражение седалищного нерва регистрировались только в ограниченном участке сензомоторной области коры мозга, т. е. в той области, которая является специфической проекционной зоной соматосензорных возбуждений.

Как правило, в этом пункте регистрировались вызванные ответы только с первичноположительной фазой. В ряде опытов у голодных животных соматосензорные вызванные ответы вообще не регистрировались. Характерно, что в то же время и в том же пункте коры вызванные потенциалы, возникающие у голодных животных при раздражении пищевых центров гипоталамуса, выявлялись в коре мозга совершенно отчетливо.

Рис. 12. Вызванные потенциалы в сензомоторной области коры у голодных кошек, находящихся под уретановым наркозом, при раздражении седалищного нерва (А) и различных отделов гипоталамуса 1Б.

Pиc. 13. ЭЭГ (внизу) и карта распространения соматосензорного вызванного потенциала по коре мозга кошки, накормленной перед опытом. Уретановый наркоз.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая. СМП — сензомоторная правая. СМЛ — сензомоторная левая, ТП — теменная правая, TЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, 3Л — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек.

Наоборот, у накормленных перед опытом животных соматосензорные вызванные ответы с отчетливо выраженными первичной положительной и отрицательной фазами и нередко с вторичным положительным колебанием регистрировались над обширной областью передних отделов коры мозга.

Аналогичный эффект возрастании амплитуды отрицательной фазы в фокусе максимальной активности и расширения зоны регистрации вызванных ответов наблюдался при введении голодным животным раствора глюкозы или при -коагуляции медиальных отделов гипоталамической области.

Рис. 14. Изменения характера выявления и распространения соматосензорного вызванного ответа по коре мозга у голодной кошки после внутривенного введения 40% — 2 мл раствора глюкозы. Уретановый наркоз.

I — вызванный ответ в тех же точках 1, 2, 3 до введения глюкозы; II — вызванный ответ в тех же точках через 15 минут после введения глюкозы.

Все это указывало на то, что изменения соматосензорного вызванного ответа у голодного животного определялись восходящими активирующими влияниями гипоталамуса на кору мозга.

В результате этих пищевых возбуждений происходит своеобразное ««вычитание» синапсов из целостной деятельности, участвующей в формировании соматосензорных вызванных потенциалов.

Рис. 15. Изменение характера и распространения соматосензорного вызванного ответа по коре мозга у голодной кошки после коагуляции вентромедиальных отделов гипоталамуса и субталамуса. Уретановый наркоз.

I — исходный вызванный потенциал в точках 1, 2, 3. II — вызванный потенциал в тех же точках после коагуляции медиальных отделов гипоталамуса и субталамуса.

Поскольку в состоянии голода у животных наблюдалось избирательное подавление отрицательной фазы первичного ответа и вторичного положительного колебания соматосензорного вызванного ответа, то можно думать, что возбуждения гипоталамических отделов пищевого центра в состоянии голода адресуются именно к тем синаптическим организациям сензомоторной области коры, которые формируют эти фазы вызванного потенциала. Так как отрицательная фаза первичного ответа, а также вторичные потенциалы обусловливаются восходящими влияниями неспецифических подкорковых систем, адресующихся к аксодендритньим синапсам поверхностных слоев коры (2, 3, 4 и др.), можно думать, что восходящие активирующие влияния гипоталамических отделов пищевого центра специфически адресуются именно к этим синаптическим образованиям коры головного мозга.

Специальные опыты показали, что блокада распространения самотосензорных потенциалов по коре мозга у голодных животных происходит и на уровне медиальных ядер таламуса. Коагуляция медиальных ядер таламуса у накормленных животных прекращает генерализованное распространение вызванных потенциалов на передние отделы контралатерального полушария.

Рис. 16. Изменения распространения соматосензорного вызванного потенциала по коре мозга у накормленной кошки. Уретановый наркоз.

I — до, II — после коагуляции медиальных групп ядер правого таламуса. После этого вызванный потенциал перестает распространяться на ипсилатеральной стороне.

На основании этих опытов мы пришли к выводу, что восходящие активирующие влияния гипоталамуса в состоянии голода специфически распространяются и на аксодендритные синапсы передних отделов коры за счет первичного возбуждения медиальной группы таламических ядер.

Нейрохимические механизмы восходящих активирующих влияний на кору мозга у голодных животных

Наличие у голодных животных системы пищевого возбуждения избирательно объединяющей корковые и подкорковые элементы, поставило перед нами вопрос, какие механизмы производят функциональное объединение различных нервных элементов в единую систему пищевого возбуждения, не блокируемую даже уретаном? Мы предположили, что такое функциональное объединение при пищевом возбуждении может быть основано на едином химическом механизме системы восходящих активирующих влияний гипоталамических пищевых центров на кору головного мозга.

Эксперименты, проведенные в нашей лаборатории показали, что такое адренологическое вещество, как аминазин, избирательно блокирует механизмы восходящей активности коры при болевой реакции, но оставляет при этом относительно интактной активацию коры мозга, обусловленную «голодным» возбуждением животного (15). Это позволяло думать, что пищевое возбуждение у голодных животных определялось не адренергическими механизмами мозга. Учитывая литературные данные о том, что ретикулярная формация ствола мозга использует в своих восходящих активирующих влияниях на кору мозга и холинергические механизмы (7, 8, 9, 18, 28 и др.) на предположили, что механизмы восходящих активирующих влияний на кору мозга у голодных животных строятся на основе холинореактивных элементов. Опыты подтвердили такое предположение.

Рис. 17. Изменения ЭЭГ голодной кошки после подкожного введения 0,1%—2 мл атропина (правая часть рисунка). В правой части рисунка кроме того показан эффект раздражения седалищного нерва на фоне действия атропина. Уретановый наркоз.

Обозначения: ЛП — лобная правая, ЛЛ — лобная левая, СМП — сензомоторная: правая. СМЛ — сензомоторная левая, ТП — теменная правая, ТЛ — теменная левая, ЗП — затылочная правая, ЗЛ — затылочная левая обл. Отметка времени 1 сек.

Рис. 18. Изменения характера соматосензорного вызванного потенциала, регистрируемого в сензомоторной коре I — до, II — после введения 0,1% — 2 мл атропина. Уретановый наркоз.

Так, подкожное введение голодным животным растворов атропина или амизила из расчета 0,5—0,6 мг на 1 кг веса на фоне отчетливой избирательной десинхронизации ЭЭГ в передних отделах коры мозга уже через 2—5 минут устраняло «голодное» возбуждение и приводило к появлению во всей коре мозга медленных высокоамплитудных колебаний.

Однако, пороговое раздражение седалищного нерва при этом по-прежнему вызывало, хотя и менее отчетливую, генерализованную ЭЭГ активацию всей коры мозга. После введения голодным животным холинолитических веществ у них, так же как и у накормленных животных, начинала отчетливо регистрироваться отрицательная фаза корковых соматосензорных потенциалов. Это указывало на то, что холинолитические вещества избирательно блокировали только механизмы пищевой восходящей активации коры больших полушарий, оставляя относительно интактными механизмы болевой активации. Дальнейшее подтверждение этого было получено в опытах, проведенных в нашей лаборатории (14).

Аппликация холинолитических веществ непосредственно на кору мозга у голодных животных в его опытах приводила в пункте аппликации к устранению «голодной» активации и резкому возрастанию здесь отрицательной фазы соматосензорных вызванных потенциалов. Аналогичные данные были получены и А. А. Панфиловым (1965), «который показал, что избирательная ЭЭГ активация передних отделов коры мозга у голодных животных исчезает после локальной инъекции холинолитимов непосредственно в область латерального гипоталамуса.

Все это указывало на то, что система пищевого возбуждения у животных после 1—2-суточного голодания строится преимущественно на основе холинергических механизмов.

Однако при этом следует иметь в виду, что в активации коры мозга у «голодных животных принимают участие и адренергические механизмы. Опыты показали, что адренергические механизмы вое более интенсивно возбуждаются при увеличении сроков голодания животных Наблюдаемая у животных после 4-суточного голодания генерализованная ЭЭГ активация, в отличие от региональной активации передних -отделов коры мозга у животных после 1—2-суточного голодания, блокируются аминазином. Это дает основание считать, что адренергические механизмы определяют ту реакцию общего напряжения организма, которая развивается при увеличении сроков голодания.

Заключение

Проведенные нами эксперименты показывают, что пищевое возбуждение у голодных животных охватывает целую систему функционально объединенных нервных элементов, находящихся как в подкорковых образованиях, так и в кюре головного мозга. Эта система «голодного» возбуждения формируется на основе специфических механизмов восходящих активирующих влияний подкорковых образований на кору головного мозга. Возбуждения подкорковых образований строго избирательно мобилизуют элементы коры головоного мозга, что выражается в специфической форме активации ЭЭГ голодных животных.

В механизме этих восходящих активирующих влияний на кору мозга центральная роль принадлежит пищевым центрам гипоталамичеовой области. Искусственное снижение функциональной активности пищевых центров гипоталамуса приводит к устранению пищевого возбуждения у голодных животных, как в подкорковых образованиях, так и в коре головного мозга.

Из всего этого следует, что гипоталамические отделы пищевого центра обладают огромной силой тонического воздействия на другие структуры мозга и прежде всего на кору больших полушарий. Все это дает нам основание рассматривать пищевые центры гипоталамуса как своеобразный «пейцмекер» всей системы пищевого возбуждения у голодных животных.

Проведенные опыты показывают, что распространение восходящих активирующих влияний гипоталамуса на кору мозга у голодных животных осуществляется через медиальные ядра таламуса. Наряду с этим гипоталамические пищевые центры оказывают активирующее действие на ретикулярную фармацию среднего мозга. Эти влияния все более усиливаются при увеличении сроков голодания. Вовлечение в систему пищевого возбуждения ретикулярной формации среднею мозга приводит к появлению генерализованных активирующих восходящих влияний на всю кору головного мозга, что, в свою очередь, определяет еще более высокий энергетический тонус пищедобывательного поведения.

Разобранные нами специальные механизмы восходящих активирующих влияний на кору мозга у голодных животных подтверждают представления нашей лаборатории о такой функциональной организации взаимоотношений коры и подкорки, при которой подкорковые образования берут на себя роль своеобразного источника энергии, который избирательно поддерживает в рабочем тонусе всю обширную функциональную систему данной специфичности. Очевидно, именно, через этот физиологический механизм реализует себя та подкорковая «слепая сила», о которой много раз писал И. П. Павлов.

Наши опыты показали, что восходящие активирующие влияния подкорковых областей на кору мозга при голоде за счет первичного возбуждения медиальных ядер таламуса распространяется преимущественно на аксодендритные синапсы плексиморфного слоя коры мозга. Восходящие активирующие влияния подкорковых отделав пищевого центра у голодного животного производят избирательную мобилизацию корковых синапсов из их общей массы. Только на основе избирательного возбуждения клеток коры мозга может возникнуть специальная пищедобывательная деятельность. Такое избирательное функциональное вовлечение инициативными подкорковыми пищевыми центрами в свою деятельность элементов коры мозга у голодных животных происходит на основе их единых, преимущественно холинергичеcких, механизмов.

Из всего изложенного выше следует, что пищевое возбуждение формируется на основе такой вертикальной построенной функциональной организации, в которой инициативным пунктом являются пищевые центры гипоталамуса, избирательно мобилизующие для пищедобывательной деятельности другие подкорковые аппараты, а также клетки коры головного мозга.

Рис. 19. Схема восходящих активирующих влиянии гипоталамических отделов пищевого центра на кору мозга. I — состояние голода, II — после приема пищи. Обозначения: Г — гипоталамус, Т — таламус, РФ — ретикулярная формация.

Благодаря таким вертикально организованным системам восходящих активирующих влияний подкорковых образований на кору мозга, весьма малое количество начальной энергии, которое образуется при возбуждении центральных рецепторов через мобилизацию многочисленных корковых нейронов, может привести в последующем к появлению огромной энергии. Именно в этом заключается смысл формирования этих реакций по доминантному типу.

Выводы

1. Нейрофизиологическую основу состояния голода и пищевой мотивации, определяющей пищедобывательное поведение, составляют специфические механизмы восходящих активирующих влияний подкорковых отделов пищевого центра на кору головного мозга.

Пищевое возбуждение у животных после 1—2-суточного голодания проявляется в форме избирательной активации ЭЭГ передних отделов коры мозга даже под уретановым наркозом, несмотря на глубокий сон животного.

2. Избирательная активация коры головного мозга у голодных животных определяется двойными влияниями со стороны «голодной» крови и нервных импульсаций, поступающих от желудочно-кишечного тракта по блуждающим нервам и чувствительным волокнам, идущим через спинной мозг.

3. Активация коры головного мозга у голодных животных определяется целой системой возбужденных подкорковых образований, находящихся на различных уровнях ствола мозга. Она объединяет пищевые центры гипоталамуса (латеральные и медиальные его отделы), медиальные отделы таламуса и ретикулярной формации среднего мозга. Во всех этих отделах у голодных животных под уретановым наркозом, так же как и в передних отделах коры мозга, регистрируются высокочастотная низкоамплитудная электрическая активность, характеризующая состояние возбуждения.

4. Центральным и инициативным пунктом системы возбужденных подкорковых образований, оказывающих у голодных животных восходящие активирующие влияния на кору мозга, являются гипоталамические отделы пищевого Центра. Их можно рассматривать как своеобразный «пейцмекер» всей системы пищевого возбуждения.

5. Восходящие активирующие влияния гипоталамуса на кору мозга у голодных животных распространяются преимущественно через медиальные отделы таламуса.

Наряду с восходящими активирующими влияниями на кору мозга гипоталамические отделы пищевого центра у -голодных животных оказывают активирующие влияния и на ретикулярную формацию среднего мозга. Эти влияния гипоталамических центров на ретикулярную формацию среднего мозга значительно усиливаются при увеличении сроков голодания.

6. Восходящие активирующие влияния -гипоталамуса на кору мозга в состоянии голода через первичное возбуждение медиальных ядер таламуса распространяются преимущественно на аксодендритные синапсы поверхностного плексиморфного слоя передних отделов коры мозга.

7. Функциональное объединение различных нервных элементов, находящихся в подкорковых образованиях и в коре мозга, в систему пищевого возбуждения у животных после 1—2-суточного голодания происходит на основе единых химических, преимущественно холинергических механизмов.

8. Состояние насыщения характеризуется значительным снижением функциональной активности различных отделов пищевого центра, находящихся на разных уровнях центральной нервной системы и устранением их восходящих активирующих влияний на кору мозга.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агафонов В. Г. Журн. невропатологии и психиатрии, 1956, 56, 94.

2. Анохин П. К. Журн. высшей нервной деятельности, 1962, 12, З, 379.

3. Ата-Мурадова Ф. А. Материалы 1-ой научной конф., посвященной проблемам физиологии, морфологии и клиники ретикулярной формации головного мозга, М., 1960, стр. 14.

4. Ата-Мурадова Ф. А. Физиологический журнал СССР, 1963, 49, 7, 781.

5. Гавличек В. Физиологический журнал СССР, 1958, 44, 4, 305.

6. Зачиняева И. А. Материалы 3-ей конф. по вопросам электрофизиологии цнс, Киев, 1960, стр. 161.

7. Ильюченек Р. Ю. Сб. «Электрофизиология н. е.», Ростов-на-Дону, 1963, стр. 169.

8. Каграманов К. М. Тр. ин-та нормальной и патоуюгич. физиологии АМН СССР, 1964, т. 7, стр. 47.

9. Калюжный Л. В. Жури, высшей нервной деятельности, 1962, 12, 2, 313.

10. Лю-Джан-Гуй. Электрофизиологический анализ механизмов генерализации возбуждений в коре больших полушарий головного мозга. Канд. дисс., М., 1960.

11. Макаров Ю. А. Физиологические механизмы взаимодействия условных реакций различного биологического качества. Канд. дисс., М., 1960.

12. Панфилов А. А. и Лосева Т. Н. Материалы 26 итоговой сессии научн. студенч. общества 1 МОЛМИ, М., 1964, стр. 18—20.

13. Полянцев В. А. и Сербиненко М. В. Сборник «Вопросы физиологии и патологии н. е.». Тр. института нормальной и патологической физиологии АМН СССР, М., 1962, т. 6, стр. 8—10.

14. Туренко А. И. Сб. «Физиология и патология н. е.». Тр. института нормальной и патологической физиологии АМН СССР, 1964, т. 7, стр. 100.

15. Фадеев Ю. А, Рефераты работ Всесоюзной конф. молодых ученых ин-та нормальной и патологической физиологии АМН СССР, М., 1956, 56, 116.

16. Шумилина А. И. Журн. невропатологии и психиатрии им. Корсакова, 1956, 56, 116.

17. Anand В. К. and Brobeck J. R. Vale J. Biol Med., 1951, 24 123

18. Bradley P. B. and Eccles G. С .J. Physiol. (Zond), 1953, 120, 14 p.

19. Brobeck J. K- Am. N. G. Acad. Sci., 1955, 63, 44.

20. J a s p e r H. H. and A j m о n e—M a r s a n C. Nat. Research. Council, of Canada Ottawa, 1952.

21. J a s p e r H. H. Neurophysiol., 1949, 1, 405.

22. Larsson S. Acta Physiol. Scand., 1954, 32, suppi 115.

23. M a g e r J. J. Bull. New Engl. Med. Cent., 1952, 14, 43.

24. Moruzzi G. und Magoun H. W. Neurophysio)., 1949, 1, 455.

25. M u r p h у J. P. and G e 1 1 h о r n E. J. Neurophysiol., 1945, S, 341.

26. Q u z m a n F. С., A l с a r a z M. and Fernandez-Guar-d i о 1 a A. Boletin inst. Egfud. Med Biol., 1858, 16, 1, 29.

27. Rothballer A. B. Neurophys., 1956, 8, 603.

28. R i n a 1 d i F. and Hi m w i с h H. E. Arch. Neurol. Psychiat., 1955, 73, 396.

 

К характеристике изменения ЭЭГ у больных, находящихся на длительном лечебном голодании

В. В. АРШАВСКИЙ, Б. В. КРАЙЦЕРОВ (Москва)

Из многочисленных данных литературы известно, что центральный отдел висцерального анализатора как у животных, так и у человека проецируется в передних отделах коры больших полушарий головного мозга (1, 2, 6, 11, 12, 16, 17, 19).

Было установлено, что на проведение висцеральных импульсов к коре большое влияние оказывают неспецифические структуры головного мозга — ретикулярная формация среднего мозга и моста и древние корковые образования — лимбическая кора и гиппокамп (1, 2, 4, 5, 13, 14).

Эти данные были подтверждены в ряде экспериментальных работ, в которых изучалось влияние голодания животных на биоэлектрическую активность мозговых структур. При непродолжительном 1—3-дневном голодании у животных в ЭЭГ отмечается развитие десинхронизации в передних отделах коры большого мозга. Эта десинхронизация связывается с развитием возбудительного процесса в задних ядрах гипоталамуса, а затем в ретикулярной формации среднего мозга (8, 10). В этих исследованиях показано, что пищевое возбуждение, определяющее пищевые мотивации животных в состоянии голода, охватывает целую систему функционально объединенных нервных элементов, находящихся в подкорковых и корковых структурах головного мозга. В механизме избирательной активации передних отделов коры у голодных животных решающая роль принадлежит восходящим влияниям из пищевых центров гипоталамуса. Эти влияния осуществляются через медиальные ядра таламуса. Избирательная активация передних отделов коры мозга у животных после кратковременного голодания не блокируется аминазином, подавляющим адренэргический субстрат ретикулярной формации, но снимается введением холинолитических веществ. Однако авторы отмечают, что наряду с восходящими активирующими влияниями на кору мозга, гипоталамические отделы пищевого центра у голодных животных оказывают активирующее влияние и на ретикулярную формацию среднего мозга. Это влияние усиливается при больших сроках голодания. При длительном голодании холинергические механизмы восходящих влияний на кору все в большей степени обогащаются адренэргическими механизмами восходящих активирующих влияний ретикулярной формации среднего мозга, которые могут быть заблокированы аминазином. Данные, полученные указанными авторами, подтверждают предположение П. К. Анохина (3) о специфическом характере множественных восходящих активирующих влияний подкорковых образований на кору большого мозга при реакциях различных биологических модальностей.

Подобных исследований на человеке не проводилось. Тем не менее внедряющийся в клинику соматических и психических болезней метод лечебного голодания настоятельно требует проведения подобного рода исследований. В книге Ю. С. Николаева (17) отмечается, что у людей, находящихся на длительном лечебном голодании, в ЭЭГ развивается десинхронизация во всех отведениях, сохраняющаяся длительное время.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Нами исследовано в динамике проведения лечебного голодания 21 человек с различными диагнозами: шизофрения простая форма — 6, параноидная — 3, ипохондрическая — 5, циклотимия — депрессивная фаза — 2, атеросклероз сосудов головного мозга — начальная стадия — 1, остаточные явления органического поражения головного мозга с преимущественным вовлечением диэнцефальной области — 4 человека.

Запись ЭЭГ производилась до начала голодания, на 3—5 день голодания (в некоторых случаях эта запись производилась с применением аминазиновой пробы — аминазин вводился внутримышечно или в дозе 25—50 мг), на 10—12 день голодания, в последний день голодания (эта запись производилась с первым приемом пищи — стакан фруктового сока, последняя запись осуществлялась на 10—14 день питания больного. Все больные находились на лечебном голодании в течение от 17 до 35 дней (с последующей молочно-растительной диетой), в результате которого 12 больных дали хороший эффект, а для 9 больных лечение было безрезультатным.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Следует отметить, что изменения, обнаруженные нами в ЭЭГ больных, находящихся на длительном лечебном голодании, были в основном однотипны и проявлялись в виде десинхронизации, развивающейся в ЭЭГ в большей или меньшей степени, и появления быстрой острой активности в лобных (а иногда и в височных) отделах коры. Однако подобный эффект выявлялся в большей степени на ЭЭГ только в том случае, если фоновая кривая больного не была десинхронизирована или гиперсинхронизирована, т. е. когда фон ЭЭГ не был возбужден.

Эти изменения, возможно, связаны с развитием возбудительного процесса в ретикулярной формации ствола и задних ядер -гипоталамуса и могут обеспечиваться наличием «голодной» импульсации с интероцепторов желудка и кишечника. В эту стадию голодания малые дозы аминазина снимают я ЭЭГ десинхронизацию, развивающуюся особенно четко в передних отделах. Следует отметить, что у больных, которые хотели в это время есть, введение аминазина ослабляет, по-видимому, чувство голода, т. е. блокада ретикулярной формации аминазином сказывается даже в субъективном исчезновении чувства голода.

В конце периода голодания десинхронизация в коре сохраняется, а в некоторых случаях несколько ослабевает, появляются небольшие группы альфа-активности в теменно-затылочных отделах коры. Быстрая острая активность в лобных отделах коры чаще всего сохраняется. Эти изменения могут быть связаны или с наличием «голодной» импульсации, которая к концу голодания снова усиливается, или является следствием сдвигов гуморальной среды — результатом прямого раздражения мозга «голодной» кровью.

Первый прием пищи приводит к появлению в ЭЭГ синхронных ритмов и исчезновению быстрой активности в передних отделах коры.

Когда больной начинает нормально питаться, в ЭЭГ регистрируется или синхронизированный фон, или десинхронизация сохраняется более длительное время, но отмечается некоторая тенденция к синхронизации.

Голодание вызывает возбуждение субкортикальных образований головного мозга. Это проявляется в развитии общей десинхронизации и появлении быстрой, острой активности в передних отделах коры, которая снимается аминазином и первым приемом пищи. Иногда в результате возбуждения глубоких структур мозга усиливаются и выявляются синхронные пароксизмальные разряды медленных и острых волн.

Отмеченные особенности изменения ЭЭГ выявляются у больных, у которых лечебное голодание и последующее питание в восстановительном периоде было связано со значительным терапевтическим эффектом.

Для примера приведем результаты исследования нескольких больных.

Больной П., история болезни № 2026, диагноз: циклотимия, депрессивное состояние. В больницу госпитализировался но собственному желанию с установкой на лечебное голодание. Проведено в течение 17 дней лечебное голодание с последующей молочно-растительной диетой, курс пироге-нала (3 инъекции внутримышечно от 2,5 до 7,5 гамм). Голодание перенес хорошо, но все время хотел есть. Уже в процессе голодания стало выравниваться настроение, стал активнее; в период питания наладился ночной сон. Появилось ощущение физического здоровья, почувствовал себя работоспособным. Выписан в хорошем состоянии. В течение одного года чувствовал себя здоровым, были нерезкие колебания настроения, с которыми справлялся самостоятельно.

Данные исследования ЭЭГ этого больного в динамике приведены на рис. 1.

Рис. 1. ЭЭГ больного П.

Отведения:

1 — затылочное

2 — теменное

3 — центральное

4 — лобное

5 — височное

6 — теменно-лобное

7 — теменно-затылочное

I — фоновая запись; II — на 4 день голодания; III — через 20 минут после введения аминазина; IV — на 17 день голодания; V — через 15 минут после первого приема пищи; VI — на 10 день восстановительного периода.

До начала голодания в ЭЭГ выражен альфа-ритм, более регулярный с амплитудой до 70 мкв в затылочных и теменных отведениях, при биполярной записи амплитуда альфа-волн в теменно-лобных отведениях выше, чем в теменно-затылочных. В центральных и лобных отведениях небольшие группы альфа-волн сменяются бета-ритмом и низкоамплитудными синхронными группами тэта-волн. Бета-ритм и диффузные пологие медленные волны выявляются в височных отведениях. На 4 день голодания во всех отведениях выявляются десинхронизированные кривые, бета-активность наслаивается на диффузные пологие медленные волны; в лобных отведениях доминирует быстрая острая активность амплитудой 30—40 мкв. Через 20 минут после введения аминазина (25 мг внутримышечно) во всех отведениях появляются группы альфа-волн, быстрая активность в лобных отведениях исчезает. На 17 день голодания кривые остаются десинхронизированными, во всех отведениях доминирует бета-активность и быстрые острые волны амплитудой 30—40 мкв. Через 15 минут после первого приема пищи (стакан апельсинового сока) во всех отведениях отмечается замедление ритмов, исчезает быстрая острая активность, появляются небольшие группы низкоаплитудных альфа-волн. На 10 день питания, наряду с общей синхронизацией ЭЭГ, появлением групп заостренного альфа-подобного ритма во всех отведениях, сменяющегося группами бета-ритма, выявляются пароксизмальные синхронные разряды замедленных альфа и тета-волн амплитудой до 80—90 мкв, особенно четко выраженные в теменных, центральных лобных и височных отведениях.

Больной М. история болезни № 1419. Диагноз: шизофрения, депрессивно-параноидная форма, ипохондрический вариант. В больницу поступил с установкой на лечебное голодание. В течение 31 дня находился на режиме полного голодания с последующим переводом на растительно-молочный ахлоридный стол. На 17 день голодания значительно улучшилось самочувствие, уменьшились неприятные ощущения в теле. Состояние стало значительно лучше на 14—15 день питания. В течение одного года больной работал, чувствовал себя хорошо.

На ЭЭГ у этого больного (рис. 2) до лечения выявляется альфа-ритм преимущественно в затылочных и теменных отведениях, прерывающийся заостренными волнами.

Рис. 2. ЭЭГ больного М.

Отведения те же, что и на рис. 1.

I — фоновая запись; II — на 5 день голодания; III — на 31 день голодания; IV— через 15 минут после первого приема пищи; V — на 14 лень восстановительного периода.

В остальных отведениях в фоне доминирует бета-ритм, сменяющийся группами альфа-подобных низкоамплитудных колебаний и пологих медленных волн. На 5 день голодания на ЭЭГ отмечается развитие десинхронизации, кривые во всех отведениях уплощены и в них бета-ритм наслаивается на пологие медленные волны различной частоты. В лобных отведениях выявляется быстрая острая активность небольшой амплитуды; На 31 день голодания ЭЭГ осталась без изменений, кривые во всех отведениях десинхронизированы, в лобных отведениях доминируют острые волны. Через 15 минут после первого приема пищи отмечается появление низкоамплитудных групп альфа-волн во всех отведениях и несколько усиливается бета-активность. Быстрая острая активность в лобных отведениях значительно ослабевает. На 14 день питания в ЭЭГ регистрируются небольшие группы альфа-воли, сменяющиеся группами бета-колебаний и синхронными вспышками острых волн, и тэта-волн преимущественно в темен-но-центральных отведениях.

Надо думать, что отмеченные изменения в ЭЭГ связаны с развитием при голодании возбудительных процессов в субкортикальных образованиях головного мозга и, в частности, в гипоталамических ядрах и в стволовой части ретикулярной формации. С этим может быть связана как общая десинхронизация, так и появление быстрой острой активности в передних отделах коры, более тесно связанными с неспецифическими структурами мозга. Прием пищи снимает возбуждение в подкорковых структурах, что и выражается в развитии синхронизации в ЭЭГ. Это было отмечено и в экспериментах на голодных кошках (8, 9, 10). По-видимому, при непродолжительном голодании затрагиваются не только холинергические механизмы головного мозга, но и адренэргические структуры. В наших наблюдениях введение на 3—4 день голодания аминазина в дозах 25 мг на кг веса приводило к появлению в ЭЭГ синхронизации, сменяющей исходную («голодную») десинхронизацию.

Здесь также интересно отметить, что регистрируемые изменения в ЭЭГ совпадают с фазами голодания и восстановительного периода (7) и соответствуют стадиям общего адаптационного синдрома (21): первая стадия — повышенной пищевой возбудимости (12—7 дней) — первая фаза общего адаптационного синдрома; вторая стадия — нарастание ацидоза и угнетение пищевой возбудимости, заканчивается ацидотическим кризом (7—13 до 17 дней) — вторая прешоковая фаза адаптационного синдрома; третья стадия компенсации или выравнивания (13—30 дней) — третья фаза равновесия общего адаптационного синдрома. Восстановительный период также имеет 3 стадии: первая стадия — нарастания пищевой возбудимости (4—5 дней), вторая стадия — интенсивного восстановления (2—3 недели), третья стадия — нормализации.

Иной характер носили изменения ЭЭГ у больных, у которых длительное голодание не дало значительного терапевтического эффекта.

По фоновой ЭЭГ этих больных можно разбить на две группы.

У первой группы больных (5 человек) и до начала голодания в ЭЭГ отмечалась десинхронизация. Эта десинхронизация может быть связана с наличием возбуждения в субкортикальных (возможно стволовых) образованиях головного мозга. И голодание может здесь вызвать перевозбуждение этих структур. Значительных изменений ЭЭГ в динамике голодания здесь не отмечается. И в начале, и в конце голодания, и после него ЭЭГ остается десинхронизированной. Введение аминазина в первые дни голодания вызывает появление синхронных групп альфа-волн.

Пример. Больная М., история болезни № 883. Диагноз: шизофрения, вяло текущая форма, неврозоподобный этап. В больницу поступила с установкой на лечебное голодание. Был проведен курс лечебного голодания в течение 28 дней, затем курс инсулина (32 комы), электросудорожная терапия — 4 сеанса, курс френалона, либриум. Терапевтического эффекта не отмечено.

На ЭЭГ исследуемой больной (рис. 3) до лечения отмечается десинхронизированный фон.

Во всех отведениях выявляется бета-ритм и диффузные низкоамплитудные острые волны, наслаивающиеся на пологие медленные колебания. На 4 день голодания кривые остались без изменения, но через 20 минут после введения аминазина (50 мг) появились синхронные группы альфа-колебаний, лучше выраженные в затылочных и теменных отведениях, и синхронные группы заостренных волн. В конце курса лечебного голодания кривые по существу остались без изменений, десинхронизированы, но несколько увеличилось количество диффузных пологих медленных волн. Такие же кривые сохранились и на 10 день восстановительного периода.

Рис. 3. ЭЭГ больной М. Отведения те же, что и на рис. 1.

I — фоновая запись; II — на 4 день голодания; III — через 20 минут после введения аминазина; IV — на 10 день восстановительного периода.

У второй группы больных с безрезультатным лечением голодом (4 человека) отмечается, напротив, не десинхронизированные, а гиперсинхронизированные фоновые кривые. В результате голодания изменений в ЭЭГ не выявляется. Десинхронизация не развивается и несколько усиливается гиперсинхронизация, увеличивается количество пароксизмальных разрядов высокоамплитудных медленных и острых волн, более четко выраженных в передних отделах коры.

Рис. 4. Отведения и обозначения те же, что и на рис. 3.

Не исключено, что подобный фон ЭЭГ возникает в результате возбуждения неспецифических таламических ядер, которые, как считают некоторые авторы (20), находятся в антогонистических отношениях с ретикулярной формацией ствола мозга. В этом случае возбуждение ретикулярной формации при голодании не создается в результате этих антагонистических отношений.

Пример. Больной Г., история болезни № 1383. Диагноз: шизофрения, параноидная форма. В клинику поступил с установкой на лечебное голодание с целью «похудеть» и, как потом выяснилось, снять диагноз шизофрении. Больной в течение 28 дней воздерживался от пищи. «Голодал» по ареактивному типу без выраженных стадии. Выписан в прежнем состоянии.

На ЭЭГ у этого больного (рис. 4) до начала голодания отмечается гиперсинхронизированный фон за счет высокоамплитудного альфа-ритма, выраженного во всех отведениях.

Регионарные особенности ЭЭГ отсутствуют. Регистрируются высокоамплитудные синхронные разряды острых, а иногда и медленных волн. На 4 день голодания гиперсинхронизированный заостроенный альфа-ритм несколько усилился. После введения аминазина (25 мг внутримышечно) кривые остались без изменения. В конце голодания ЭЭГ не изменилась, осталась гиперсинхронизированной. С возобновлением питания и нормализацией его кривые ЭЭГ остались без изменений — гиперсинхронизированный альфа-ритм доминирует во всех отведениях.

Учитывая вышеизложенные факты можно сделать вывод, что в электроэнцефалограмме людей, находящихся на длительном лечебном голодании, развивается десинхронизация, появляются быстрые острые волны в лобных отделах коры и синхронные пароксизмальные разряды медленных и острых волн в передних отделах коры больших полушарий головного мозга. Указанные изменения ЭЭГ могут быть связаны с усилением восходящих активирующих влияний на кору большого мозга из субкортикальных образований, возможно из пищевых центров гипоталамических ядер и неспецифических структур мозгового ствола. Наряду с усилением восходящих активирующих влияний из холинергических структур гипоталамических ядер, которое отмечали некоторые авторы при кратковременном голодании у животных, уже в первые дни лечебного голодания выявляются восходящие активирующие влияния на кору из неспецифических структур ствола головного мозга. Во всяком случае, развившаяся в результате голодания десинхронизация в ЭЭГ человека и появившаяся быстрая острая активность в передних отделах коры снимается в первые дни голодания малыми дозами аминазина, который, как известно, блокирует не холинергический, а адренэргический субстрат ретикулярной формации. Надо отметить, что эти восходящие активирующие влияния на кору из возбужденных субкортикальных образований головного мозга подавляются при первом приеме пищи и постепенно исчезают при нормализации питания, когда исчезает возбуждение этих субкортикальных структур.

В порядке очень осторожного предположения можно думать, что благоприятный прогноз в результате проведения лечебного голодания следует ожидать в том случае, если в ЭЭГ больного развивается десинхронизация и появляется быстрая острая активность в передних отделах коры. Если же ЭЭГ больного и до начала голодания десинхронизирована или, напротив, гиперсинхронизирована, и в первые дни голодания десинхронизация не развивается, т. е. когда у больного имеется возбужденный фон ЭЭГ, очевидно, в результате уже имеющего место возбуждения, распространяющегося из глубоких образований головного мозга, то терапевтический аффект при лечебном голодании, возможно, будет неудовлетворительным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айрапетьянц Э. Ш. Высшая нервная деятельность и рецепторы внутренних органов, Л., 1952.

2. Айрапетьянц Э. Ш. В кн. Матер, научн. конф. по пробл. функциоиальн. взаимоотношения между различными системами организма в норме и патологии. Иваново, 1962, 503.

3. А и ох и н П. К- Ж. Высш. нервн. деятельн. им. Павлова, 1962, 12, 3, 379.

4. Д е л о в В. Е., Адамович Н. А., Б о р г е с т Г. П. Физиолог. ж. СССР им. Сеченова. 1961, 47, 9, 1083.

5. Д ы к м а и Л. М. В кн. Матер, иаучн. конференц. по пробл. физиолог. и патолог, кортико-висцеральн. взаимоотиошен. и функц. сист. организма. Иваново, 1965, 2, 598.

6. М а к а р о в П. О. Физиолог, ж. СССР им. Сеченова, 1952, 38, 3, 281.

7. Николаев Ю. С. Лечение шизофрении дозированным голоданием. Тр. ин-та психиатрии МЗ РСФСР, М., 1963, 09, 7.

8. Судаков К. В. Физиолог, ж. СССР им. Сеченова, 1962, 48, 2, 150.

9. Судаков К- В. Физиолог, ж. СССР им. Сеченова, 1965, 51, 4, 449.

10. Судаков К. В., Туренко А. И. В кн. Матер, научн. конференц. по пробл. физиолог, и патолог, кортико-висцеральн. взаимоотнош. и функц сист. организма. Иваново, 1965, 2, 321.

11. Толмасская Э. С. Бюлл. эксперимент, биолог, и медицин, 1948, 25, 1, 15.

12. Т о л м а с с к а я Э. С. О нервных механизмах координации соматических и висцеральных функций организма. М., 1964.

13. Т о л м а с с к а я Э. С., Д ы к м а н Л. М. Ж- высш. нервн. дея-тельи. им. Павлова, 1962, 12, 1, 161.

14. Ч е р н и г о в с к и й В. Н. Интероцепторы. М., I960.

15. Adam G., Meszoros J. C/R. Soc. Biol., 1958, 152, 1, 73.

16. Amass i an V. Fed. Pros., 1952, 11, 5.

17. A m a s s i а п V. J. Neurophysiol., 1951, 14, 435.

18. Dell P. J. Physiol., 1952, 44, 471.

19. F u 11 о n G. Physiology of the nervous system. N/.G. — Toronto, 1943.

20. Джаспер Г. В кн. Ретикулярная формация мозга. М., 1962, 237.

21. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме, М„ 1960.

 

Анализ физиологических механизмов восходящих активирующих влияний на кору мозга у голодных животных методом аппликации различных фармакологических веществ

А. И. ТУРЕНКО (Москва)

Многочисленные исследования показали, что основным регулятором потребления пищи является гипоталамическая область, так называемые центры «питания» и «насыщения» (5,6,7).

На основании исследований данных авторов было установлено, что латеральный гипоталамус — центр «питания» «улавливает» изменения внутренней среды организма, связанные с уменьшением пищевых веществ в крови и, возбуждаясь, формирует пищевое поведение. Медиальный же отдел гипоталамуса выполняет функцию центра «насыщения», так как нервные клетки последнего, в противоположность центру «питания», возбуждаются при поступлении в организм пищевых веществ.

В лаборатории П. К. Анохина было установлено, что у голодавших в течение 1—2 суток кошек, находящихся под уретановым наркозом, наблюдается отчетливо выраженная избирательная активация передних отделов коры мозга, в то время как в теменных и затылочных отведениях имеет место высокоамплитудная медленная электрическая активность. Эта избирательная активация осуществляется за счет восходящих активирующих влияний гипоталамуса (2, 3).

С другой стороны известно, что реакция десинхроннзации корковой электрической активности может быть получена и в случае действия на организм раздражителей другого качества, в частности, при ноцицептивных раздражениях.

Таким образом, разные по биологической модальности реакции (пищевая и болевая) имеют более или менее сходные черты в электрических корковых проявлениях (реакция десинхронизации).

Следовательно, электрографический корковый феномен десинхронизации не позволяет судить о биологической специфике возникающей при этом реакции.

В связи с этим мы решили исследовать особенности нейрохимических механизмов синаптических организаций коры, ответственных за формирование реакции десинхранизации ЭЭГ у голодных животных методом аппликации различных химических веществ непосредственно на кору мозга. В частности, намечалось выяснить, какие нейрохимические процессы участвуют в мобилизации корковых элементов на разных этапах пищевой реакции (голод — насыщение), и сравнить их с механизмами болевого возбуждения.

МЕТОДИКА

Опыты проводились на 55 голодавших (1—4 суток) и предварительно накормленных кошках, находившихся под уретановым наркозом. Для анализа нейрохимических механизмов «голодной» активации передних отделов коры на последние с помощью фильтровальных бумажек размерами 0,3 на 0,3 см, апплицировались 0,5—1% растворы атропина, окополамнна и амизила. Фильтровальные бумажки прикладывались к исследуемым зонам коры на 2—7 минут. Для более тонкого анализа синаптических организаций, участвующих в механизмах пищевого возбуждения, в зоне аппликации в ответ на раздражение седалищного нерва регистрировался вызванный потенциал. Кроме того, непосредственно от зоны аппликации, контрольной зоны противоположного полушария, теменных и затылочных отделов обоих полушарий регистрировалась биоэлектрическая активность.

Для регистрации ЭЭГ использовался 10-канальный электроэнцефалограф фирмы «Альвар-Электроник». Вызванные потенциалы регистрировались на универсальном осциллографе «Биофаз» той же фирмы. Для болевого раздражения периферических нервов использовался универсальный стимулятор «Физиовар».

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Опыты показали, что аппликация холинолитических веществ (атропина, скополамина и амизила) на передние отделы коры головного мозга животных, голодавших в течение 1—2 суток, т. е. на те отделы коры, в которых наиболее четко была выражена «голодная» десинхронизация, вызывала в зоне аппликации через 7—15 минут замедление частоты и увеличение амплитуды биоэлектрической активности (с 35— 40 до 2—4 гц и с 25—35 до 150—100 мкв). В это же время во всех остальных отделах коры головного мозга биоэлектрическая активность не претерпевала заметных изменений. Передние отделы противоположного полушария оставались активированными.

Нанесение болевого раздражения электрическим током на седалищный нерв вызывало у этих же животных генерализованную десинхронизацию электрической активности во всех отделах коры головного мозга, включая и зону аппликации холинолитиков.

Рис. I. Изменение ЭЭГ-активности у кошки после суточного голодания, аппликации на сензомоторную область правого полушария 1% амизила и последующего нанесения болевого раздражения.

А — исходная биоэлектрическая активность и аппликация амизила; Б — через 5 минут после аппликации. В зоне аппликации наблюдается некоторое снижение частоты и увеличение амплитуды биоэлектрических колебаний; В — через 30 минут после аппликации. В зоне аппликации наблюдается высокоамплитудная медленная активность, в то же время как в остальных отведениях биоэлектрическая активность не претерпевает существенных изменении. Нанесение на этом фоне болевого раздражения вызывает диффузную десинхронизацию во всех отделах коры, включая и зону аппликации.

Описанный избирательный блокирующий эффект холинолитиков на «голодную» активацию коры мозга плохо или совсем не выявлялся у животных, голодавших более 2 суток, а также у животных с исходной диффузной активацией всей коры мозга, обусловленной, по-видимому, болевыми раздражениями, связанными с операционными манипуляциями. Только после внутримышечного введения аминазина у этих животных последующая аппликация холинолитиков на передние отделы коры мозга вызывала уменьшение частоты и увеличение амплитуды биоэлектрических колебаний в зоне аппликаций. Однако у животных, голодавших свыше 3 суток, нам редко удавалось получить уменьшение частоты и увеличение амплитуды биоэлектрической активности при аппликации холинолитиков на передние отделы коры даже после предварительного внутримышечного введения аминазина.

Рис. 2. Изменение биоэлектрической активности в зоне аппликации 1% атропина на фоне генерализованной десинхронизации и после введения аминазина.

А — на фоне диффузной активации холинолитики не вызывают снижения частоты и увеличения амплитуды в зоне аппликации; Б — введение аминазина голодным животным устраняет активацию в теменных и затылочных отведениях, оставляя активированными передние отделы коры мозга; В — аппликация на этом фоне атропина вызывает увеличение амплитуды и снижение частоты биоэлектрических колебаний в зоне аппликации.

Аппликация холинолитических веществ на передние отделы коры у предварительно накормленных животных, у которых регистрировалась высокоамплитудная медленная ЭЭГ активность во всех отделах коры, почти не изменяла частоту и амплитуду спонтанной электрической активности электрокортикограммы. Нанесение болевого раздражения спустя 20—30 минут после аппликации вызывало генерализованную десинхронизацию ЭкоГ, включая и зону аппликации. Обращал однако на себя внимание тот факт, что в зоне аппликации холинолитических веществ десинхронизация ЭЭГ была менее выраженной по сравнению с остальными отделами коры головного мозга. Процесс восстановления исходной биоэлектрической активности после болевой десинхронизации в зоне аппликации происходил значительно быстрее.

Для более углубленного анализа нейрохимических механизмов синаптических образований коры мозга, участвующих в пищевом возбуждении, в следующих экспериментах мы исследовали изменения соматосензорного вызванного потенциала на фоне «голодной» активации передних отделов коры и после локального устранения этой активации аппликацией холинолитических веществ. Кроме того, с целью контроля в ряде опытов вызванные потенциалы исследовались на фоне активации, вызванной нанесением болевого раздражения.

Исходя из концепции П. К. Анохина относительно природы вызванного потенциала, сущность которой состоит в том, что вызванный потенциал образуется на основе множественных посылок восходящих возбуждений (одних — к аксосоматическим синапсам четвертого слоя коры, ответственных за формирование положительной фазы первичного ответа, других — к аксодендритическим синапсам плексиморфного слоя коры и ответственных за формирование отрицательной фазы), можно предполагать, что изменение фаз первичного ответа при действии каких-либо фармакологических веществ является следствием влияния этих фармакологических веществ на синаптические организации, ответственные за генез этих фаз.

Приступая к настоящим исследованиям, мы рассчитывали на то, что если синаптические образование коры, участвующие в механизме «голодной» активации, являются холинэргическими, то при аппликации на передние отделы коры мозга голодных животных холинолитических веществ при блокаде на корковом уровне пищевого возбуждения, вызванный потенциал в ответ на раздражение седалищного нерва должен был внешне измениться приблизительно таким же образом, как и после кормления.

Как показали опыты К. В. Судакова (1964) (4), вызванный потенциал в ответ на раздражение седалищного нерва у голодных животных на фоне избирательной пищевой ЭЭГ активации передних отделов коры мозга выявляется плохо. Он регистрируется в фокусе максимальной активности, как правило, в форме положительной фазы и нестабилен. Эти данные были подтверждены и нашими экспериментами. Все это указывало на то, что система голодного возбуждения избирательно объединяла определенные синаптические образования коры мозга и тем самым ограничивала возможность мобилизации достаточного количества аксодендритическнх постсинаптических потенциалов в ответ на раздражение седалищного нерва для формирования соматосензорного вызванного ответа.

Опыты показали, что через 5—7 минут после аппликации холинолитиков на передние отделы коры мозга первичный ответ в фокусе максимальной активности начинал изменяться — начинала появляться отсутствующая до этого отрицательная фаза и к 20-ой минуте после аппликации она составляла 35—45 мкв; появлялось и вторичное положительное колебание.

Данные опыты показали, что после аппликации холинолитиков на кору мозга вызванный потенциал приобретал те же фазы, которые регистрировались и у предварительно накормленных животных. Это указывало, что в данных опытах исключалась восходящая специфическая «голодная» система возбуждений гипоталамических структур пищевого центра к определенным синаптичеоким образованиям коры мозга. Однако если у накормленных животных мы имеем снижение активности гипоталамических пищевых центров, то в опытах с аппликацией холинолитиков на передние отделы коры имела место искусственная блокада механизмов синаптического проведения восходящих возбуждений гипоталамических структур непосредственно на корковом уровне.

При нанесении болевого раздражения на седалищный нерв развивалась диффузная активация всей коры мозга. При атом изменялся и характер соматосензорного вызванного потенциала. Такие же изменения наблюдались и в зоне аппликации холинолитиков (отрицательная фаза первичного ответа полностью исчезала, вызванный потенциал становился нестабильным). Эти исследования свидетельствуют о том, что в данных условиях система болевого возбуждения мобилизовала аксодендритные синоптические образования и тем самым устраняла возможность формирования постсинаптических аксодендритных потенциалов в ответ на одиночное раздражение седалищного нерва, т. е. в данном случае имел место известный «феномен маскировки».

Рис. 3. Изменение ЭЭГ-активности и вызванного потенциала у кошки после суточного голодания, аппликации 1% амизила и последующего нанесения болевого раздражения.

А — исходная ЭЭГ и вызванный потенциал, регистрируемый в сензомоторной области правого и левого полушария, до и после аппликации амизила; Б — через 12 минут после аппликации амизила. В зоне аппликации наблюдается увеличение амплитуды и снижение частоты биоэлектрических колебаний, изменяется и вызванный потенциал. Нанесение болевого раздражения вызывает диффузную десинхронизацию и изменяет характер- соматосензорного вызванного потенциала в зоне аппликации; В — через 4 минуты после нанесения болевого раздражения. Обозначения: ЛЛ — лобная левая, ЛПР — лобная правая, ТЛ — теменная левая, ТПР — теменная правая, ЗЛ — затылочная левая, ЗПР — затылочная правая.

Представленные данные свидетельствуют о том, что при небольших сроках голодания (1—1,5 суток) избирательная активация передних отделов коры мозга осуществляется преимущественно за счет холинэргических аксодендритных синапсов плексиморфного слоя коры. Генерализованная активация коры мозга, являющаяся следствием операционной травмы или вызванная искусственно при раздражении седалищного нерва и избирательно блокируемая аминазином, строится, по-видимому, на основе не холинэргических, а адренэргических механизмов. Механизм активации коры мозга при длительных сроках голодания (свыше 3 суток) также, по-видимому, имеет адренергический характер.

Исследования, проведенные нами, показали, что нейрохимический механизм корковой активации даже при одном виде восходящих возбуждений не всегда един, что он лабилен и может каким-то образом изменяться при изменении исходного функционального состояния организма (болевая активация у голодного и сытого животного).

В целом, представленные данные являются новым подтверждением концепции химической гетерогенности синоптических образований коры мозга, участвующих в формировании восходящих возбуждений при реакциях различного биологического качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин. П. К. Журн. высш. нервн. деят., 1962, 12, 3, 379.

2. Судаков К. В. Физиолог, журнал СССР, 1962, т. 48, № 2, стр. 150.

3. Судаков К. В. Физиологич. журнал СССР, 1963, т. 49, № И, стр. 1310.

4. С у д а к о в К. В. Бюлл. экспер. биологии и медицины, 1965, № 2, стр. 3.

5. А II a n d В. К. and В г о b е с k J. К. Jale J. Biol. med. 1951, 24, 123.

6. В го beck J. К. Am. N. J. Acad. Sci., 1955, 63, 44.

7. Mage г J. J. Bull. New Engl. Med. Cent., 1952, 14, 43.

 

Активность нейронов коры головного мозга у голодных животных

Ю. А. ФАДЕЕВ (Москва)

Успехи, современной нейрофизиологии, связанные с использованием новых тонких методов электрофизиологического исследования мозга, позволили подойти к изучению центральных механизмов мотивационных состояний животного и человека. Эти состояния организма являются необходимым компонентом афферентного синтеза при формировании целенаправленной поведенческой реакции животного (П. К. Анохин) (13). Известно, например, что такая поведенческая реакция как пищедобывательная, полноценно развертывается только в том случае, если животное длительное время было лишено пищи, т. е. голодало. Следовательно, голодное состояние организма является важным побуждающим моментом в формировании целенаправленного пищевого поведения. Выяснение механизмов, по которым на основе этого внутреннего состояния животного складывается тот нервный аппарат, в дальнейшем приводящий животного к конечной цели (получение пищи), имеет несомненно практическое значение.

В настоящее время установлено, что пищевое возбуждение у голодных животных на основе первичного возбуждения пищевых центров гипоталамуса и его восходящих активирующих, влияний избирательно распространяется на кору головного мозга, в частности адресуется к ее передним отделам (К. В. Судаков) (6). Однако остается невыясненным вопрос о том, как восходящие активирующие влияния гипоталамуса у голодных животных изменяют деятельность корковых нейронов. Ответив на этот вопрос, можно ближе подойти к пониманию конкретных механизмов афферентного синтеза в пищедобывательной деятельности.

Исходя из всего вышеизложенного, в настоящем исследовании мы изучали активность нейронов коры головного мозга у голодных животных.

Опыты проводились под уретановым наркозом. Голодное состояние животного, находящегося под уретановым наркозом, характеризовалось повышенной биоэлектрической активностью передних отделов коры головного мозга, что выражалось внешне высокочастотными низкоамплитудными колебаниями биопотенциалов. Такая избирательная ЭЭГ активация передних отделов коры головного мозга исчезала при искусственном насыщении животного, т. е. после введения молока в желудок и инъекции глюкозы в кровь (5). Применив микроэлектродную технику регистрации активности одиночных нейронов коры мозга, мы решили установить, как отражается состояние голода и насыщения в деятельности нейронов коры головного мозга.

Активность нейронов регистрировалась в передних отделах коры мозга внеклеточно с помощью стеклянных микроэлектродов. Экспериментальные данные были получены на 31 кошке.

В первой серии опытов у голодных и накормленных животных сравнивалась активность нейронов передних отделов коры головного мозга. При погружении микроэлектрода в передние отделы коры мозга голодной кошки (2-суточное голодание) мы обнаружили значительное количество нейронов, имеющих фоновую импульсную активность. Рисунок фоновой активности нейронов очень разнообразен, а частота возникновения импульсаций в нейронах лежала в пределах от 8 до 25 в секунду. В некоторых случаях частота разрядов нейронов была очень низкой (3—4 импульса в секунду) или очень высокой (40—50 импульсов в секунду). Нейроны с исходной фоновой активностью обычно встречались по всей глубине коры головного мозга. Их активность продолжалась 5—10 минут, иногда до 20 минут. У накормленных до опыта животных под уретановым наркозом в передних отделах коры мозга нейроны с исходной фоновой активностью встречались в значительно меньшем количестве, чем у голодного животного. Их активность длилась очень короткое время (0,5—1 минута). Все это указывало на то, что у голодных животных исходная фоновая активность нейронов передних отделов коры мозга выражена более отчетливо, чем у накормленных.

Для сравнения степени активации нейронов передних отделов коры головного мозга у голодных -животных мы подсчитывали (количество нейронов с фоновой активностью, встречающихся по мере прохождения микроэлектрода -через всю толщину коры. В результате нами было установлено, что у голодных животных в передних отделах коры -мозга встречалось в среднем 7—8 нейронов с исходной фоновой активностью на одно прохождение микроэлектрода через все слои коры. У накормленных же животных в передних отделах коры мозга встречалось значительно меньше таких нейронов, в среднем 3 нейрона на одно прохождение микроэлектрода через все слои коры.

Найденное нами различие в уровне активности нейронов передних отделов коры головного мозга у голодных и накормленных животных позволило нам предположить, что у первых выраженная фоновая активность нейронов была связана с исходным голодным состоянием. С целью проверки этого предположения мы исследовали реакции нейронов передних отделов коры мозга при определенном воздействии на животное, приводящем к снижению уровня его «голодного» возбуждения. В качестве такого воздействия мы применили введение в кровь голодному животному раствора глюкозы. Обычно применялся 40% раствор, который вводился в количестве 2 см3 как внутриартериально (a. carotis), так и внутривенно (v. femoralis).

Всего в 2-8 опытах на голодных животных мы исследовали 121 нейрон. Было выделено 5 типов реакций нейронов на введение в кровь глюкозы (табл. 1).

Таблица 1

Соотношение типов нейронов коры мозга по ответной реакции на введение глюкозы

Как видно из таблицы, большая труппа нейронов передних отделов коры головного мозга в ответ на введение глюкозы снижала частоту своих разрядов, иногда вплоть до прекращения активности (2 и 3 типы, 44,6%). Некоторые нейроны после введения глюкозы наоборот увеличивали частоту разрядов (6,7%).

Кроме того, в передних отделах коры головного мозга голодных животных мы обнаружили так называемые «молчащие» нейроны, т. е. нейроны, не имеющие исходной фоновой активности, которые, однако, активировались во время или после введения глюкозы (4,9%). Наконец, имеется также и большая труппа нейронов, которая в ответ на введение в кровь глюкозы не изменяла своей исходной фоновой активности (43,8%). Подобное распределение типов реакций нейронов на введение глюкозы является статистически достоверным (Р = 0,04).

Рис. 1. Нейрон с исходной фоновой активностью из передних отделов коры мозга голодной кошки (уретановый наркоз).

А — активность нейрона до введения глюкозы; Б — снижение активности через 20 секунд после введения глюкозы; В — прекращение активности через 30 сек. после введения глюкозы.

Pис. 2. Нейрон с исходной фоновой активностью из передних отделов коры мозга голодной кошки (уретановый наркоз).

А — активность до введения глюкозы; Б — увеличение активности через 47 сек. после введения в кровь глюкозы.

Таким образом, можно видеть, что у голодного животного в ответ на введение в кровь глюкозы наиболее типичной реакцией нейронов является снижение их исходной фоновой активности, нередко до полного се прекращения.

С целью контроля специфичности этих реакций в некоторых случаях мы вводили в кровь голодному животному физиологический или гипертонический растворы хлористого натрия. Как правило, при введении физиологического раствора нейроны не изменяли частоту своих разрядов или несколько ее увеличивали в случаях введения гипертонического раствора.

На основании полученных данных мы пришли к выводу, что у кашек после двухсуточного голодания повышенная исходная фоновая активность кормовых нейронов, реагирующих на введение в кровь глюкозы, отражает «голодную» активацию передних отделов коры мозга, которая в ЭЭГ выражается высокочастотными, низкоамплитудными колебаниями биопотенциалов.

Этот вывод подтвердили результаты несколько экспериментов (3 опыта), проведенных на предварительно накормленных кошках, ЭЭГ которых под уретановым наркозом характеризовалась наличием высокоамплитудных медленных колебаний биопотенциалов во всех отделах коры головного мозга. При исследовании у этих животных реакций нейронов передних отделов коры головного мозга на введение в кровь глюкозы оказалось, что при этом большинство нейронов не меняет частоты своей исходной импульсации (75%) (табл. 4). Только несколько нейронов у этих животных снижало частоту разрядов после введения глюкозы. Несколько «молчащих» нейронов при этом, наоборот, активировалось (табл. 1). Эти контрольные эксперименты показали, что функциональное состояние нейронов передних отделов коры больших полушарий голодного животного существенно отличается от функционального состояния нейронов этих же отделов кары у накормленных животных.

Следует также отметить тот факт, что реакция корковых нейронов у голодных животных на введение в кровь глюкозы зависела и от способа ее введения (внутриартериальный или внутривенный) (табл. 2).

Таблица 2

Распределение нейронов по типам в зависимости от ответной реакции на введение глюкозы различными способами

Из таблицы видно, что при внутриартериальном способе ведения глюкозы нейроны более четко изменяют свою активность, чем при внутривенном. При последнем способе введения большое количество нейронов (51,2%) не дает ответных реакций. В наших опытах физиологический эффект изменения клеточной активности обычно наступал через 40—50 сек после введения глюкозы. В ряде случаев он наступал несколько быстрее (через 20—30 сек), а в некоторых — активность нейронов изменялась через 5—10 секунд после введения глюкозы. Такие латентные периоды одинаковы для всех типов реакций нейронов, но следует отметить, что при внутривенном введении глюкозы по сравнению с внутри артериальным латентные периоды реакций были более короткими.

При анализе полученных нами экспериментальных данных перед нами прежде всего возникли следующие вопросы: чем обусловлена высокая активность корковых нейронов у голодного животного и каков механизм ответных реакций корковых нейронов на введение в кровь глюкозы?

В свое время еще И. П. Павлов (4) указывал на то, что одним из главных факторов в возникновении голодного состояния животного является снижение уровня питательных веществ в крови («голодная кровь»). Работами Майера (14, 15, 16) было довольно точно доказано существование в гипоталамусе рецепторов, специфически чувствительных к уровню сахара крови, на основании чего им была выдвинута «глюкостатическая» теория регуляции пищевого поведения. Проводимые многими авторами исследования по изучению нейрофизиологических механизмов пищевых реакций убедительно показали наличие в гипоталамических отделах мозга центров «голода» и «насыщения» (8—10, 13, 15). Наличие двусторонних морфологических связей гипоталамических пищевых центров с передними отделами коры больших полушарий указывает на их тесную функциональную связь (11, 19). Эта функциональная связь у голодного животного проявляется в активирующем влиянии со стороны гипоталамуса на передние отделы коры головного мозга (1, 2, 5, 6, 7). Исходя из этого, можно думать, что установленная в наших экспериментах высокая активность нейронов передних отделов коры больших полушарий отражала пищевое возбуждение, формируемое восходящими влияниями пищевых центров гипоталамуса.

Это означает, что у голодных животных синаптические организации коркового нейрона вовлечены в доминирующее пищевое возбуждение. Показателем того, что данный нейрон находится под влиянием именно «голодного» восходящего возбуждения со стороны гипоталамуса для нас является реакция этого нейрона на введение в кровь глюкозы. По мере воздействия ее на специфические глкжорецепторы снижалась возбудимость гипоталамичеокого центра «голода», а это приводило к уменьшению восходящих влияний на кору головного мозга со стороны этого центра, результатом чего являлось прекращение нейронной активности коры. Однако наряду с центральными рецепторами имеется большое поле периферических рецепторов, сигнализирующих об уровне глюкозы а крови.

Существует точка зрения, согласно которой в печени имеются рецепторы, информирующие центральную нервную? систему о внутриклеточной концентрации глюкозы и близких к ней метаболитов (17). В последнее- время стали известны факты, говорящие о том, что уровень пищевой возбудимости зависит от артериавенозной разницы в концентрации глюкозы в крови (9, 18). Аналогичный вывод можно сделать и на основании наших экспериментов. Как указывалось выше, нами было установлено, что латентные периоды реакций нейронов на введение в кровь глюкозы были значительно меньше при внутривенном способе введения, чем при артериальном. Этот, казалось бы, парадоксальный факт, на наш взгляд, говорит о наличии периферических рецепторов, чувствительных к изменению уровня питательных веществ в крови. Кроме того, при внутривенном способе введения глюкозы быстро уменьшалась артериовенозная разница в концентрации сахара крови, что приводило к снижению пищевой возбудимости. Однако, все изменения уровня сахара крови, которые воспринимаются периферическими рецепторными зонами в конечном счете достигают в первую очередь гипоталамических пищевых центров, а затем уже по принципу восходящих влияний адресуются к коре головного мозга. Мы, конечно, не можем полностью отрицать возможность непосредственного воздействия глюкозы на нейроны передних отделов коры головного мозга, однако данных, подтверждающих это, в литературе нам найти не удалось.

Как показали наши эксперименты, наряду с нейронами,, прекращающими свою активность в ответ на введение глюкозы в кровь, в передних отделах коры мозга голодного животного встречались также нейроны, которые при этом увеличивали частоту своих разрядов. Вероятно, эти нейроны находились под влиянием гипоталамического центра «насыщения», так как по данным некоторых авторов, этот центр повышает свою возбудимость после введения глюкозы в кровь животному (8, 9, 20). Под влиянием того -же центра, на наш взгляд, находились и те «молчащие» нейроны, которые после введения глюкозы активировались.

Наличие в передних отделах коры головного мозга голодного животного большого количества нейронов, имеющих исходную фоновую активность и не реагирующих на введение глюкозы, в некоторых случаях, очевидно, было обусловлено способом ее введения (табл. 2). С другой стороны, возможно, что исходная фоновая активность этих нейронов отражает какие-то другие корковые активации, которые мы не можем выявить в наших экспериментах.

На основании вышеизложенных экспериментальных данных можно сделать вывод, что при введении в кровь голодному животному глюкозы, в передних отделах коры головного мозга избирательно вовлекаются в реакцию клеточные системы, которые как-то в прошлом были связаны с пищевым поведением животного. Эти нейронные системы мобилизуются теми микропроцессами, которые разыгрываются в гипоталамусе на границе: чувствительная клетка — кровь, и которые являются стимулом для развертывания организмом вполне определенной, биологически целенаправленной пищевой деятельности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин П. К. Журн. в. н. д., 1959, 9, 4, 489.

2. Анохин П. К. Журн. в. н. д., 1962, 12, 3, 379.

3. Анохин П. К. Физиологическая архитектура поведенческих актов разной сложности. Конф. «Физиологические основы сложных форм поведения», реф. докл., M-J1., 1963.

4. Павлов И. П. О пищевом центре. «Тр. об-ва русских врачей», 1911, т. 78, 31.

5. Судаков К. В. Бюлл. эксперим. биол. и мед., 1962, 8, 3.

6. Судаков К- В. Физиол. журн. СССР, 1963, 49, 8, 901.

7. Судаков К- В., Фадеев Ю. А. Физиол. журн. СССР, 1963, 49, 11, 1310.

8. A nan d В. К. Physiol. Revs., 1961, 41, 4, 677.

9. An and В. К. Amer. J. Physiol., 1964, 207, 5, 1146.

10. Brobeck J. R. Gastroenterology, 1957, 32, 2, 169.

11. С 1 a r k Le G г о s. Lancet, 1948, 254r 6497, 353.

12. Hess W. R. Hypothalamus und Thalamus. Stuttgart, 1956.

13. Larsson S. Acta physiol. Scandinav. (supp. 115), 1954, 32, 1.

14. Mayer J. Ann. N. J. Acad. Sci., 1955, 63, 15.

15. Mayer J. Clin. Research. Proc., 1957, 5, 123.

16. Mayer J. New England. J. Med., 1953, 249, 13.

17. Russek M. Nature (Engl), 1963, 197, 4862.

18. V a n S t a 1 i e Т. B. Diabetes, 1959, 8, 226.

19. Ward A. A., Me Culloch W. S.J. Neurophysiol., 1947, 10,

20. Yulaka Oocuura. Science, 1964, 143, 3605, 484, etal. 

 

Особенности возбуждения коры головного мозга у животных при длительном голодании

Т. Н. ЛОСЕВА, А. А. ПАНФИЛОВ (Москва)

Изучению реакции организма на длительное голодание посвящено много работ. Большинство из них касается обменных процессов, биохимии синтеза и распада пластических структур живой клетки, влиянию голода на систему кроветворения и т. д. (5, 7, 11).

Рядом исследователей, изучавших поведенческие реакции у длительно голодавших животных, было отмечено нарастание агрессивности пищедобывательных реакций, свидетельствующие о вовлечении в процесс симпатоадреналовой системы (7).

Вместе с тем в последние годы появился ряд работ, рассматривающих проблему голода с нейрофизиологической точки зрения.

В лаборатории П. К. Анохина (2) работами К. В. Судакова (8, 9) было показано, что состояние физиологического голода у животных определяется избирательной активацией передних отделов коры мозга, которая носит строго специфический характер и обусловливается восходящими активирующими влияниями гипоталалических отделов пищевого центра. Эта избирательная активация коры головного мозга у голодных животных как выражение определенного доминантного состояния, отчетливо регистрируется даже у животных, находящихся под уретановым наркозом. Таким образом оказалось, что уретан, как наркотическое вещество с избирательным действием на механизмы корково-подкорковых взаимоотношений, не блокирует систему пищевого возбуждения у голодных животных.

В электроэнцефалограмме животных, находящихся под уретановым наркозом, состояние физиологического голода выражается в форме низкоамплитудной высокочастотной электрической активности в передних отделах коры, тогда как в теменно-затылочных отделах наблюдается высокоамплитудная медленная электрическая активность. В работах ряда исследователей (3, 6) также показано, что электрическая, активность коры мозга и ретикулярной формации различная в состоянии голода и насыщения.

Однако специальных работ, посвященных изучению электрической активности коры мозга при длительном голодании животных, нам обнаружить не удалось.

В связи с этим мы поставили перед собой задачу исследовать, как окажется в ЭЭГ животного состояния длительного голодания? Имеются ли при этом какие-либо отличия от ЭЭГ животных при кратковременном голодании?

МЕТОДИКА

Эксперименты были проведены на 20 кошках, которые в течение определенного времени (от 2 до 6 суток) полностью лишались пищи. Вода предоставлялась животным в неограниченном количестве.

В 15 опытах использовались животные, голодавшие более 4-х суток, в 5 опытах от 1 до 3 суток. Опыты проводились под уретановым наркозом. Уретан вводился внутрибрюшинно в 7,5% растворе из расчета 1,5 г на 1 кг веса животного.

Под наркозом у животных обнажалась поверхность черепа, в кость вкалывались стальные игольчатые электроды. Отведение биопотенциалов от лобных, сензомоторных, теменных и затылочных областей коры мозга осуществлялось униполярным методом. Индиферентный электрод располагался по средней линии, над лобной пазухой. ЭЭГ регистрировалась на 10-канальном электроэнцефалографе фирмы «Альвар-Электроник».

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ

В первой серии экспериментов изучались изменения ЭЭГ при длительном лишении животных пищи (свыше 3 суток). ЭЭГ этих животных в ряде опытов сравнивалась с ЭЭГ животных после 1—2-суточного голодания. Как уже указывалось выше, у животных после 1—2-суточного голодания наблюдается избирательная активация ЭЭГ передних отделов коры мозга, тогда как в теменно-затылочных отведениях регистрируется высокоамллитудная медленная активность (8). Этот факт был подтвержден вашими исследованиями.

Рис. 1. Электроэнцефалограмма у животного (кошки) в состоянии физиологического голода (1—2 суток).

Отведение от областей (здесь и на последующих рисунках):

ЛП и ЛЛ — лобная правая и левая; СМП и СМЛ — сензомоторная правая и левая; ТП и ТЛ — теменная правая и левая; ЗП и ЗЛ — затылочная правая и левая.

Однако наши опыты показали, что по мере удлинения сроков голодания, начиная с 3-го дня, высокочастотная низкоамплитудная активность (реакция десинхронизации) начинает регистрироваться не только в передних отделах коры, но и все в большей степени в теменно-затылочных отделах.

Рис. 2. ЭЭГ у животного в состоянии длительного голода (свыше 4 суток).

а — исходная ЭЭГ животного после 4-суточного голодания; б — после введения аминазина 5 мг/кг.

В ряде опытов у длительно голодавших животных, находящихся под уретановым наркозом, мы наблюдали периодические вспышки высокоамплитудного упорядоченного ритма (8—10 к/сек), временами группирующегося в веретена. Эта активность несколько напоминает тот высокоамплитудный упорядоченный ритм, который ряд авторов рассматривает, как «ритм напряжения» (4, 12, 13). Все эти опыты указывали на то, что при длительном голодании животных наблюдается резкое повышение восходящих активирующих влияний со стороны подкорковых образований на кору мозга.

Рис. 3. Высокоамплитудный упорядоченный ритм в электроэнцефалограмме кошки при длительном голодании.

Рис. 4. Изменение ЭЭГ у длительно голодавших кошек после введения в сонную артерию 5% глюкозы.

а — исходная ЭЭГ животного после 4-суточного голодания; б — через 2 мин. после введения 10,0 мл 5% глюкозы.

Известно, что состояние голода первично складывается в гипоталамических отделах пищевого центра под влиянием раздражения «голодной» кровью, и только после этого пищевое возбуждение избирательно вовлекает в свою деятельность синаптические и клеточные образования коры мозга (14, 15).

Поэтому для того, чтобы установить в какой степени генерализованная активация коры мозга у животных при длительном голодании связана с деятельностью именно «пищевого центра», мы решили исследовать, как скажется на ЭЭГ этих животных введение раствора глюкозы, как фактора насыщения. Для этой цели в кровяное русло животных вводился 5% раствор глюкозы. Опыты показали, что введение глюкозы животным после длительного голодания приводило только к кратковременному 2—3 мин. устранению ЭЭГ активации преимущественно в теменно-затылочных отделах коры, в то время как в передних ее отделах сохранялась стойкая реакция десинхрнизации.

Таким образом, введение глюкозы животным после длительного голодания не могло заблокировать у них восходящие активирующие влияния гипоталамических отделов пищевого центра на передние отделы коры мозга. Все это указывало на то, что функциональная активность этих центров гипоталамуса у животных при длительном голодании резка возрастала и малые дозы глюкозы уже не были способны ее подавить. Вместе с тем введение глюкозы приводило к устранению генерализованной активности коры у этих животных и превращало ее в локальную ЭЭГ активацию, подобную той, какая наблюдалась у животных после кратковременного голодания. Все это позволяло думать, что генерализованная активация, наблюдаемая у животных после длительного голодания, определялась распространением влияний сильна возбужденных гипоталалических отделов пищевого центра-на другие активирующие аппараты подкорковой области.

Рядом авторов было установлено, что генерализованная активация коры мозга может быть обусловлена адренэргическим субстратом ретикулярной формации ствола мозга (18).

В связи с этим для анализа участия активирующих восходящих аппаратов ретикулярной формации в формировании генерализованной реакции десинхронизации ЭЭГ у животных при длительном голодании в наших опытах был применен аминазин.

Все это позволяло думать, если генерализованная активация ЭЭГ, которая наблюдалась у животных после длительного голодания, обусловливается восходящими активирующими влияниями андренэргичеаких элементов ретикулярной формации, то введение аминазина должно избирательно устранить эту реакцию, не повлияв заметным образом на регионарную активацию ЭЭГ в передних отделах коры мозга. Наши опыты подтвердили такое предположение.

Известно, что аминазин как адренолитическое средство, избирательно блокирует механизмы восходящих активирующих влияний ретикулярной формации ствола мозга, которые осуществляются андренэргическим субстратом (1, 2, 16).

Экспериментальные факты (10) показали, что внутримышечное введение аминазина в дозе, не превышающей 5 мг на 1 кг веса животного, как правило, не устраняет избирательной активации передних отделов коры у животных после 1—2-суточного голодания, оказывая в то же время блокирующее действие на механизмы генерализованной по коре болевой активации.

В подавляющем большинстве наших опытов, введение животным после длительного голодания аминазина в указанной выше дозе устраняло активацию коры только в теменно-затылочных областях. При этом в передних ее отделах по-прежнему сохранялась реакция десинхронизации. Последняя устранялась только после введения больших доз аминазина (свыше 5 мг на 1 кг веса животного).

Рис. 5. Изменение ЭЭГ у длительно голодающих кошек после внутримышечного введения аминазина.

Таким образом, проведенные нами эксперименты дают основание считать, что по мере увеличения сроков голодания, в механизм восходящей активации коры мозга, кроме специфических гипоталамических структур пищевого центра, все в большей степени вовлекаются активирующие аппараты ретикулярной формации среднего мозга. Это отличает состояние длительного голода от физиологического, при котором активация коры головного мозга осуществляется преимущественно за счет восходящих активирующих влияний пищевых центров гипоталамуса.

На основании вышеизложенного, механизмы генерализованной восходящей активации коры мозга при длительном голодании можно представить следующим образом.

Рис. 6. Схематическое изображение восходящих активирующих влиянии гипоталамуса на кору головного мозга при длительном голодании.

Обозначения: T — таламус, РФ — ретикулярная формация, ГПТ — гипоталамус.

Схема показывает, что при длительном голодании генерализованная активация коры головного мозга осуществляется за счет влияния со стороны гипоталамуса и адренэргических элементов ретикулярной формации.

По мере увеличения сроков голодания под влиянием действия «голодной» крови и нервной сигнализации от пищеварительных органов происходит значительное повышение активности пищевых центров гипоталамуса. Это, в свою очередь, ведет к иррадиации возбуждения в сторону андренэргического субстрата ретикулярной формации ствола мозга, возбуждение которой приводит к расширению потока восходящих активирующих влияний и генерализованной активации всей торы мозга. Такая реакция, по нашему мнению, в отличие от чисто пищевого возбуждения носит уже характер реакции общего напряжения организма (Г. Селье) (19). Она развивается в связи с угрозой для его жизни.

Именно на основе таких генерализованных влияний на все элементы коры мозга организм приобретает способность направить все свои усилия на поиск и потребление пищи. Это влияние, формируясь на основе адренергических субстратов ретикулярной формации ствола мозга, обладает высокоэнергетической силой воздействия на кору мозга, подчиняя всю ее деятельность единой доминирующей функции — восполнению питательных веществ в организме.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агафонов В. Н. Журн. невропатол. и психиат., 1964, 56 (2), 94.

2. Анохин П. К. Физиол. журнал СССР, 1957, 43, № 11, 1072.

3. Бакурадзе А. Н. Матер. I конф. по ретикулярной формации ствола мозга. 1961.

4. Банцекина М. М. Канд. дисс., М., 1963.

5. Ильин-Куку ев Б. И. Сборник работ по физиологии, I МОЛМИ, М., 1939, стр. 114.

6. Мариц А. М. Физиол. журнал СССР, 1962, т. 48, № -8, с. 889.

7. Молчанова О. П., Ежова Е. Н. Сборник работ по физиологии, I МОЛМИ, М„ 1939, стр. 85.

8. Судаков К- В. Физиол. журн. СССР, 1962, 48, № 2, 165.

9. Судаков К. В. Физиол. журн. СССР, 1963, 49, № 9, 901.

10. Фадеев Ю. А., Судаков К- В. Физиол. журн. СССР, 1963, 49, № 11, 1310.

11. Шапиро Ю. Л. Канд. дисс. Москва, 1965.

12. Шумилина А. И. >Kvp

13. Шумилина А. И. Физиол. журн. СССР, 1956, 45, № 10, 1176.

14. An and В. К-, Brobeck J. R. Vale journ. Biol. Med., 1951, 24 123.

15. Brobeck J. R. Vale journ. Biol. a. Med., 1957, 29, 565.

16. Dell P., Bonvallet M., H u g i 1 i n A., EEG a. clin. Neu-rophyciol., 1954, 6, 599.

17. Кен нон В. Физиология эмоций. Л., 1927.

18. М о г u z z i G., Magoun Н. W. EEG clin. Neurophysiol., 1949, 3, 455.

19. Селье Г. «Очерки об адаптационном синдроме». И. Л., М., 1960.

 

Механизмы регуляции поведения у собак при наличии у них голода и жажды

Н. Я. АСМАЯН (Москва)

При изучении высшей нервной деятельности за последнее время все больше внимания уделяется механизмам регуляции свободного поведения животных.

Исследования в этом направлении в Советском Союзе уже давно проводились во многих лабораториях (1, 4).

Для изучения поведения у собак были предложены различные методики, но среди них предпочтение следует отдать методике П. К. Анохина, поскольку она в отличие от всех остальных полностью сохраняет все принципы условно-секретной методики И. П. Павлова и является ее дальнейшим усовершенствованием. По этой методике выработка условного рефлекса проводится также в звуконепроницаемой камере, где, однако, животное может свободно перемещаться по станку и получать подкрепление условного раздражителя на двух его сторонах. Помимо слюноотделения по этой, методике регистрируются движения и дыхание животного.

Использование этого метода уже с самого начала позволило выявить некоторые особенности корковой деятельности.

Прежде всего было показано, что условнорефлекторная деятельность есть целостная реакция всего организма, в которой деятельность отдельных органов и систем не однородна. Если деятельность одних отражает специфическую активность, направленную на действие раздражителя, например, слюноотделение при приеме пищи, то деятельность других — общую активность, направленную на подготовку условий для удовлетворения потребности организма, например, подготовки условий для приема пищи, изменение дыхания, уровня кровяного давления и сердечной деятельности и, наконец, двигательная реакция, подход к кормушке и т. д.

На основании этих фактов возникло представление о функциональной системе, как целостной реакции организма на раздражение, направленной на достижение различных приспособительных эффектов организма (П. К. Анохин, 1935). Каждая функциональная система имеет характерные узловые пункты: афферентный синтез, акцептор действия, обратная афферентация от результатов действия и т. д.

Известно, что афферентный синтез возникает в результате анализа всей поступающей в центральную нервную систему информации. Информация может поступать как извне, в виде пусковой и обстановочной афферентации, так и изнутри, как информация об изменении констант или увеличения той или другой потребности организма.

Появление потребности вызывает стремление к ее ликвидации. Такое стремление к удовлетворению основных потребностей организма (голод, жажда и т, д,) получили название мотивации или основных влечений организма.

В результате афферентного синтеза выбор ценной информации всегда-происходит строго в соответствии с потребностью организма и возникшей на ее основе мотивации. Поэтому мотивация или влечение являются главной движущей силой, которая хотя и формируется на основе афферентного синтеза, оказывает основное влияние на образование функциональной системы и на поведение животного.

Подтверждением этого может служить тот факт, что выработка пищевых условных рефлексов возможна лишь у голодных собак, когда достаточно выражена пищевая мотивация. В случае, если пищевая мотивация отсутствует или ослаблена, возможна другая доминантная деятельность, другой процесс в афферентном синтезе и образование другой функциональной системы.

В настоящее время хорошо изучены механизмы образования пищевой функциональной системы. Изучена роль в ее образовании пусковой и обстановочной афферентации. Однако значение мотивации, как основной движущей силы в процессе формирования функциональной системы и особенно поведения, изучено недостаточно. Известно лишь, что по мере удовлетворения потребности организма, мотивация уменьшается, а в связи с этим происходят изменения в афферентном синтезе, в функциональной системе и, наконец, в самом поведении животного.

Отсутствие достаточных сведений о роли мотиваций в формировании поведения животного зависит, по-видимому, от того, что при его изучении для животного чаще всего создавались условия, когда усиливалась только одна потребность и, следовательно, была выражена только одна мотивация. От всех остальных потребностей животное ограждалось и если они обнаруживались, то по возможности удовлетворялись без особого учета. Так, например, известно, что при работе в камере условных рефлексов животные специально получали воду с тем, чтобы жажда не оказывала влияния на их пищевое поведение.

Такая форма исследования, когда все внимание сосредоточено на формировании только одной функциональной системы имело большое значение при изучении механизмов образования пищевых условных рефлексов, однако, она недостаточна и ограничивает возможность анализа тех отношений, которые могут возникнуть в естественных условиях, когда постоянно возникает необходимость в удовлетворении не одной, а нескольких потребностей, когда одна мотивация может сменить другую, а поведение животного неожиданно и резко изменяется.

Таким образом, чтобы понять механизмы регуляции поведения, необходимо в эксперименте создать такие условия, при которых у животного могла быть не одна потребность и не одна мотивация.

Исходя из этого, в настоящей работе была поставлена задача провести исследование механизмов регуляции поведения на собаках, при условии наличия у них одновременно двух мотиваций: мотивации голода и мотивации жажды.

Для проведения опытов была использована методика выработки условных рефлексов в камере конструкции П. К. Анохина с двухсторонним подкреплением. Удовлетворение мотивации голода и жажды строго фиксировалось за кормушками. В кормушке на левой стороне всегда подавалась вода (40 см3), на правой стороне — сухари (20 г). Сигнал, предупреждающий о возможности получения подкрепления для обеих кормушек был один и тот же — метроном — 60 ударов в минуту.

Вначале у животных вырабатывался обычный условный рефлекс на М-60 при подаче обеих кормушек, так что животное устремлялось к одной из них по собственному выбору.

Эти условные рефлексы были выработаны сравнительно легко. Обе собаки стали бегать к той и другой кормушке на сигнал уже спустя 10—12 дней.

Для поддержания у собак весом в 16—17 кг умеренного голода и умеренной жажды был установлен пищевой рацион на сутки: 150 г ржаного хлеба, 150 г сырого мяса, 75 г белых сухарей и 100 мл воды. Опыты ставились ежедневно, спустя 18—20 часов после приема пищи. Для поддержания у собак умеренного голода и сильной жажды был использован тот же пищевой рацион, но без воды. Опыты также начинались спустя 18—20 часов после приема пищи, но проводились через день. Воду животные получали только во время опыта. Причем им предоставлялась возможность пить до отказа. Собаки, находясь на этих рационах, были в хорошем состоянии и в весе не теряли.

После того, как указанные условные рефлексы были выработаны, мы в схему их выработки ввели некоторое инструментальное дополнение. Оно заключалось в том, что та и другая кормушки на сигнал экспериментаторами не поддавались, а должны были запускаться самой собакой в результате нажатия ею по собственному выбору на соответствующий для каждой кормушки рычаг. Оба рычага имели определенные внешние различия: для «водяной» кормушки площадка рычага имела форму креста, а для «сухарной» — форму круга. На станке оба рычага могли свободно переставляться.

В целях объективного контроля за поведением животного велась регистрация его реакций, подаваемых сигналов и подкрепления.

Все это регистрировалось на бумажной ленте с помощью чернильных самописцев лентопротяжного механизма. Для регистрации подхода к кормушкам, еды сухарей и питья воды сверху кормушек были пристроены, специальные коробки, которые прикрывали отверстия кормушек. Передняя стенка коробки висела на петле, так что животное могло ее легко отодвигать мордой и проникать к воде или сухарям. Движение передней стенки коробки использовалось для регистрации момента обследования кормушки, еды сухарей и питья воды собакой Отодвигание передней стенки коробки на «сухарной» кормушке регистрировалось на бумаге, как подъем писчика вверх, а отодвигание передней стенки коробки «водяной» кормушки, как опускание этого же писчика вниз.

Движение животного по станку регистрировалось при помощи другого писчика. Расположение животного на середине станка писалось как нулевая линия. Движение в сторону сухарной кормушки отмечалось движением писчика вверх, а движение в сторону водяной кормушки — как движение писчика вниз. Кроме этого, регистрировались отметки подачи условного сигнала, отметка момента и сила нажатия собакой на рычаг и отметка подачи кормушки. Нажатие собакой на сухарный рычаг регистрировалось подъемом писчика вверх, нажатие на водный рычаг — опускание вниз. Кроме того, обычным капельно-контактным методом велась регистрация слюноотделения и регистрировалось дыхание при помощи пневматической передачи.

Сначала, когда собаки приучались к рычагам, последние устанавливались на станке, а в дальнейшем ставились в определенных местах на приставном столике.

Опыты показал, что животные довольно быстро научились давить на площадку рычага, в результате чего запускали кормушку и получали соответствующее подкрепление.

При этом следует отметить, что как в условиях умеренной жажды и умеренного голода, так и сильной жажды и умеренного голода, животные оказываются сосредоточенными на удовлетворении главным образом одной мотивации — мотивации голода или мотивации жажды. В соответствии с этим они определяют нужный рычаг и пользуются им в дальнейшем. 

Рис. 1. Поиск нужного рычага для удовлетворения мотивации голода.

Обозначения сверху вниз: а — кривая дыхания; б — отметка обследования собакой кормушки и еда сухарей; в — отметка нажатия собакой на рычаг — вниз на «водяной», вверх на «сухарный»; г — отметка движения собаки по станку, от средней линии вверх — в сторону сухарной кормушки, вниз — в сторону водяной; д — отметка перехода на приставной столик; е — регистрация слюноотделения в каплях; ж — отметка подачи условного сигнала (М-60 в 1 мин); з — отметка подачи кормушки; и — отметка времени в сек.

В условиях умеренного голода и умеренной жажды животные больше ориентируются на кормушку с пищевым подкреплением и своим поведением характеризуют стремление к удовлетворению пищевой мотивации. На сигнал они бегут либо прямо к «сухарному» рычагу, либо иногда прежде всего к «сухарной» кормушке и уже после ее обследования к рычагу. Здесь они нажимают на него, запускают кормушку, вновь бегут к ней и поедают пищу. Иногда животное может ошибиться и нажать не тот рычаг, который вызывает погребное для него подкрепление, тогда, несмотря на звук от срабатываемой другой кормушки, оно все же направляется к той стороне, где ожидается пищевое подкрепление. Проверка кормушки подтверждает ошибку и стимулирует поиск.

В случае умеренного голода и резко выраженной жажды животные, наоборот, больше сосредоточивают свое внимание на «водяной» кормушке. Они постоянно находятся на ее стороне, редко забегают на сторону «сухарной» кормушки, а в случае ее подачи и подхода к ней отказываются от еды.

Pис. 2. Поиск нужного рычага для удовлетворения мотивации жажды.

Обозначения те же, что на рис. 1.

По мере удовлетворения этой резко выраженной мотивации жажды выявляется и все более усиливается мотивация голода. Животные все чаще начинают забегать на сторону «сухарной» кормушки. Вначале только после подкрепления мотивации жажды, затем — до и после. К этому времени они во время пауз все больше находятся на стороне «сухарной» кормушки и начинают поиск нужного рычага именно с этого места. Наконец, когда мотивация жажды оказывается удовлетворенной полностью, животное свое внимание целиком переключает на «сухарную» кормушку.

Наблюдая за поведением животного в условиях переключения с одной мотивации на другую, мы обнаружили в нем не только автоматизированные движения, но и ориентировочно-исследовательскую реакцию, связанную с сопоставлением полученных результатов с ожидаемыми.

В качестве примера приводятся данные, полученные на собаке Дружок.

Pис. 3. Исправление собакой ошибки нажатия на «водяной» рычаг при отсутствии жажды под влиянием «акцептора действия», обеспечивающего предвидение результатов, связанных со стуком водяной кормушки. Обозначения те же.

По ходу опыта собака в результате многократного подкрепления мотивации жажды переключилась на удовлетворение мотивации голода. На поданный условный раздражитель она бежит на приставной столик, но в силу автоматизированной реакции и плохой дифференциации рычагов нажимает, как и прежде, на водяной рычаг. Нажав на рычаг, собака перебегает на станок, в сторону сухарной кормушки, но в это время срабатывает водяная кормушка. На стук водяной кормушки животное останавливается, поворачивается, но к водяной кормушке не идет, а вновь перебегает на приставной столик и нажимает уже на сухарный рычаг, после этого вновь бежит в сторону сухарной кормушки. «Ожидаемый» стук сухарной кормушки совпадает с действительной. Собака подбегает к этой кормушке и получает подкормку.

Наблюдения показывают, что поведение животного в этих условиях протекает не как цепной рефлекс, а значительно сложнее. Оно оказывается зависимым не только от условных раздражителей, пусковой и обстановочной афферентации, но и от взаимодействия между потребностями и смены одной мотивации на другую.

В этом опыте обнаруживается, что со сменой мотивации изменяется ориентировка животного, изменяется и «ожидание» будущих результатов действия. Теперь животное, нажимая на рычаг, ориентируется на стук уже не «водяной», а «сухарной» кормушки.

Рассогласование между действительным стуком «водяной» кормушки и «ожидаемым» стуком «сухарной» кормушки оказывает влияние на его поведение. Животное оценивает это несоответствие между сигналом и подкреплением, вновь возвращается к рычагам и исправляет «ошибку».

Уже на основании этих фактов можно сделать вывод, что в основе регуляции поведения животного лежат более сложные механизмы мозга, чем обычная условнорефлекторная деятельность. Поведение, как видно, зависит не только от мотиваций, действия условного раздражителя и обстановочной афферентации, но и от возникающего в мозгу собаки представления о будущих результатах действия (акцептор действия).

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин П. К. Внутреннее торможение как проблема физиологии, Медгиз—М., 1958.

2. Беритов И. С. Нервные механизмы поведения высших позвоночных животных, М., 1961.

3. Купалов П. С., Воеводина О. Н., Волкова В. Д., Милюкова И. В., Селиванова А. Т., Сыренский В. И., Хананашвили М. М., Шичко Г. А. Ситуационные условные рефлексы у собак в норме и патологии, Изд. «Медицина», Л., 1964.

4. Протопспов В. П. Исследование высшей нервной деятельности в естественном эксперименте, Киев, 1950.