Изучение функциональной межполушарной асимметрии с помощью перерезок комиссуральных и афферентных связей
Один из самых первых и наиболее известных приемов состоит в перерезке мозолистого тела. Эта операция уменьшает полушарные связи и поэтому использовалась в клинической практике для предотвращения образования вторичных эпилептогенных очагов. Однако в связи с малой эффективностью она была заменена глубоким расщеплением мозга, при котором кроме мозолистого тела перерезались другие комиссуральные связи: передняя и гипокампальная комиссура, межталамическая комиссура и в некоторых случаях комиссуры среднего мозга. После подобных перерезок возникал так называемый синдром разобщенных полушарий который определялся в значительной мере отсутствием межполушарного переноса. С течением времени выраженность этогo синдрома уменьшалась, как полагают, по двум причинам: вследствие улучшения функциональной взаимосвязи посредством оставшихся спаек и аналогичного взаимодействия на уровне стволовых образований, а также вследствие пластических перестроек внутри каждого полушария. Наиболее часто применяемый в экспериментах и в некоторых случаях в клинике препарат мозга, получивший название split-brain состоит из комбинации глубокого расщепления мозга с рассечением хиазмы по средней линии. Впервые такой прием был использован R. Myers, R. Sperry (1953) при изучении межокулярного переноса у кошек. Этот прием позволил практически полностью обеспечить поступление зрительной информации от каждого глаза только в полушарие ипсилатеральное этому глазу, что давало возможность исследовать отдельно функции каждого полушария (T. Voneida, 1963).
Несколько позже был использован препарат, в котором глубокое расщепление мозга сочеталось с рассечением одного из зрительных трактов. Подобный препарат подробно исследовался в лаборатории Н.Н. Любимова (Н.Н. Любимов, 1969). Сочетание перерезок комиссуральных систем по сагиттальной линии с перерезкой одного из зрительных трактов приводило к резкой асимметрии поступления зрительной информации к одному из полушарий, что с одной стороны давало возможность изучения функций изолированного полушария, с другой - создавало структурно-функциональную модель для изучения асимметричной деятельности мозга. В этом случае информация, идущая от обоих глаз, поступала в одно полушарие, а другое было почти полностью деафферрентировано в отношении зрительных влияний (за исключением информации, поступающей через стволовую ретикулярную формацию). Надо сказать, что при этом наблюдаются сложные биохимические перестройки в обоих полушариях. В частности, возрастает активность опиатных рецепторов, причем больше на стороне интактного зрительного тракта, особенно в затылочной и теменной коре (R.M. Cohen et al., 2000).
В наших экспериментах перерезка зрительного тракта, а также комбинированная перерезка зрительного тракта и комиссуральных систем конечного, межуточного и среднего мозга не вызвали изменений в скорости формирования инструментальной реакции. Однако если кошке была предоставлена возможность использовать для инструментальной реакции правую или левую лапу по своему выбору, кошка предпочитала конечность, контралатеральную интактному зрительному тракту в 3—4 раза чаще, чем противоположную. Инструментальная реакция этой лапой легко формируется при аппликации на нее электрокожного раздражения, даже при нанесении раздражения на противоположную конечность животное предпочитает использовать лапу, контралатеральную интактному зрительному тракту и сохранившимся зрительным полям.
Инструментальная реакция лапой, испилатеральной интактному зрительному тракту, формируется более медленно—на 4-5 день при ограничении подвижности противоположной конечности, а также при нанесении повторных электрокожных раздражении на ипсилатеральную лапу в случае использования кошкой в инструментальных реакциях контралатеральной конечности. Таким образом, асимметрия многоканального проведения информации, приводящая к искусственному ограничению поступления афферентной информации в одно полушарие, есть условие, определяющее моторную асимметрию.
Анализ ЭЭГ позволяет раскрыть нейрофизиологическую природу факторов, формирующих моторную асимметрию. У животных после перерезки зрительного тракта или комбинированной перерезки зрительного тракта и комиссур переднего и заднего двухолмия реакция усвоения ритма в симметричных зрительных и сенсомоторных областях мало отличается от соответствующей реакции у интактных животных. У кошек с комбинированной перерезкой зрительного тракта и комиссур конечного, межуточного и среднего мозга наблюдается большая асимметрия ЭЭГ реакций. Тем не менее проведение зрительных влияний в полушарие, ипсилатеральное интактному зрительному тракту, сохраняется через стволовую ретикулярную формацию, что создает у оперированных животных предпосылки для формирования инструментальных навыков обеими лапами.
В соответствии с морфо-функциональнои организацией мозолистого тела и других комиссуральных систем их функция состоит в передаче информации между симметричными и отчасти несимметричными пунктами больших полушарии и некоторых подкорковых образований, а также в проведении афферентной информации в полушарие и подкорковые центры из нервных центров другой половины мозга. Это позволяет комиссуральным системам участвовать в межполушарной сенсомоторной интеграции, а также в переносе энграмм памяти.
Наиболее типичная схема экспериментов по изучению переноса различных сенсорных модальностей состояла в следующем. У животного вырабатывали условный рефлекс, при котором сенсорное раздражение (зрительное, тактильное и др.) используется унилатерально в качестве условного стимула, и при сохранном мозолистом теле и других комиссурах производят аналогичную стимуляции симметричных рецепторных поверхностей. Как правило (это было показано еще в лаборатории И.П. Павловa), в этом случае тaк жe возникает условно-рефлекторная реакция. Затем у животных производят сагиттальное расщепление комиссур и спаек мозга и вновь повторяют эксперимент. В этом случае в зависимости от локализации и объема повреждения происходит либо полное, либо частичное нарушение переноса сенсорной информации (R. Myers, R. Sperry, 1953-1956). Однако при такой постановке опытов остается неясным, что передается по комиссуральным системам: информация определенной модальности или энграмма условного рефлекса? В настоящее время выявлена большая вероятность передачи первого вида информации. Так, в острых опытах на наркотизированных животных показано наличие транскаллозальных вызванных потенциалов кaк на естественное, так и на электрическое раздражение различных отделов анализаторных систем и в опытах на интактных животных, и на животных с перерезанными классическими афферентными проекциями. Например, в работе, выполненной на макаках, животные обучались осуществлять инструментальную реакцию лапой, ипсилатеральной полушарию, которое стимулировалось слабым электрическим током (c). После перерезки мозолистого тела с помощью специальной петли у бодрствующего животного, макаки не могли осуществлять инструментальной реакции при том же виде стимуляции. С сохранным мозолистым телом животные выполняли инструментальные реакции при раздражении симметричных участков обоих полушарии. Наряду с возможностью передачи простых сигналов комиссуральные системы способны и к переносу энграмм памяти (R. Doty, N. Negrao, 1973; R. Myers, R. Sperry, 1956 и др.).
Особенно значительна роль мозолистого тела в двигательных координациях и передаче моторных навыков с одной конечности на другую. Уже при анализе первых пациентов с перерезанными комиссуральными связями большинство авторов наблюдали существующие сразу после операции несогласованные движения передних конечностей. Кроме того, воспроизведение двигательных навыков, которыми владела доминирующая рука, оказывалось затрудненным.
У шимпанзе после перерезки мозолистого тела передача моторного навыка от одной лапы к другой была почти не выполнимой. Большой интерес представляет вопрос о способности управлять двумя конечностями с помощью моторных центров, локализованных в одном полушарии. После рассечения мозолистого тела обезьяна могла выполнять инструментальные движения двумя лапами при аппликации условных стимулов нa одно полушарие, можно полагать, что такое управление осуществляется при передаче моторных команд в другое полушарие по субкортикалыным связям (R. Doty, N. Negrao, 1973). Широко известны классические опыты Г. Фритча и Е. Гитцига, которые после электрической стимуляции моторных центров одного полушария получали движения только контралатеральной конечностью. В то же время из морфологических данных следует, что из двигательной коры одного полушария идут эфферентные пути не только в контралатеральное полушарие, но также и в ипсилатеральное. Обычно этим пyтям приписывали исключительно тормозные функции, необходимые для тонкой координации движений. Однако существуют сомнения в неспособности одного полушария управлять движениями обеих рук. Описаны конкретные пути передачи ипсилатеральных эфферентных влияний (J. Brinkman, H. Kuypers, 1972). В этой же работе в опытах, выполненных на семи обезьянах с перерезанной хиазмой и глубоким расщеплением всех спаек мозга до уровня дорзальной комиссуры среднего мозга включительно, показано, что оперированные животные могли выполнять простые рефлекторные движения, например, положить на какой-нибудь предмет лапу, ипсилатеральную активированному полушарию, однако тонкие координированные движения пальцев могли осуществляться только при контроле контралатерального полушария. Эти данные находятся в согласии с наблюдениями других авторов (M. Gazzaniga, 1966) В частности, показано, что при комбинированной перерезке хиазмы и комиссуральных связей с унилатеральным разрушением моторных зон одного полушария сохраняется управление обеими конечностями.
Выше указывалось на необходимость совместной деятельности больших полушарий для выполнения тонкого пространственного анализа. Современные данные подтверждают это положение. Однако наибольшие различия между нормальными и каллозотомированными животными обнаруживаются при формировании достаточно сложных диффереренцировок, в то время как различия при восприятии простых сигналов разной модальности у интактных и оперированных животных, как правило, несущественны (M. Dennis, 1976).
Пocлeдняя функция мозолистого тела, которая представляет интерес в рамках настоящей темы, это участие в механизмах памяти. Пo данным D. Zeidel, R. Sperry (1974), пациенты после комиссуротомии в течение длительного времени (срок наблюдения - до 8,5 лет) страдают ухудшенной кратковременной памятью. Это отчасти происходит и с коммссуротомированными животными, которые неспособны выработать дифференцировку при последовательном предъявлении некоторых зрительных стимулов. Хотя эта дифференцировка вырабатывалась при одновременной демонстрации изображений, комиссуротомированным животным для пространственной или яркостной дифференцировки требуется намного больше времени, чем интактным (М.А. Макашвили, 1979).
Перерезка мозолистого тела при определенных условиях приводит к асинхронной работе больших полушарий. Однако мозг животного и человека, лишенный комиссуральных связей, обладает не только недостатками в своей деятельности. Например, обезьян с перерезкой мозолистого тела и передней спайки обучали выполнять две противоположные зрительные дифференцировки одновременно (C. Trevarthen, 1962). В большинстве случаев одно полушарие доминировало, но в некоторых случаях удавалось добиться того, чтобы две дифференцировки выполнялись одновременно. Чтобы не было интерференции при выработке противоположных цветных дифференцировок, к указанным перерезкам добавили рассечение комиссур среднего мозга и таким образом добились в значительной мере независимой и эффекгивной работы двух полушарий, что невозможно при сохранении мозолистого тела и других комиссуральных систем. Пo мнению М. Gazzaniga (1974) и некоторых других авторов, полученным на обезьянах и человеке, расщепленный мозг может перерабатывать почти вдвое больше информации, чем интактный.
После опубликования результатов первых опытов на людях с расщепленным мозгом, выявивших качественную неоднородность полушарий, в близких методических условиях были проделаны эксперименты на субприматах, не показавшие принципиальных различий в деятельности полушарий. Например, задачи зрительных дифференцировок кошки решали одинаково успешно правым и левым полушарием. Однако, по замечанию R. Doty, N. Negrao (1973), в этих опытах не была учтена специфическая особенность экспериментальных животных, к тому же опыты не были связаны с достаточно широким кругом проблем восприятия и переработки информации.
В настоящее время накоплен экспериментальный материал, позволяющий утверждать наличие у животных асимметрии в переработке информации обоими полушариями, в том числе и при иx раздельном функционировании. Так, найдено, что перерезка хиазмы и мозолистого тела у кошек, предварительно обученных распознаванию различных фигур, обоими полушариями осуществляется по-разному (W. Webster, 1972). Причем такое распознавание выполняется лучше субдоминантным полушарием (большой процент правильных ответов; инструментальные реакции осуществляется с более короткой латентностью). У животных еще до операции, oпределялась ведущая лапа (по участию передних конечностей в пищедобывательных реакциях). Пocлe сагиттального расщепления хиазмы и мозолистого тела преференция лапы не менялась. Автор выявил корреляцию между ведущей лапой и пoлушарием, которое справляется с задачами распознавания более успешно. М. Gazzaniga (1963) в задачах зрительного распознавания у обезьян также обнаpyжил функциональную неравнозначность пoлушарий. Нейрохимическая асимметрия была показана в опытах на крысах с перерезанным мозолистым телом (S. Glick et al, 1975-1979). Обнаружено различное содержание дофамина в правом и левом стриатуме. Кроме того, у каллозотомированных крыс возрастала noвeденческая асимметрия. Крысы до перерезки мозолистого тела вращались в предпочтительном направлении под влиянием введения амфетамина в два раза реже, чем после операции. Кроме того, у оперированных животных обнаружена асимметрия, которой не было до операции, в содержании ацетилхолина в стриопаллидарной системе.
Перерезка мозолистого тела не препятствовала формированию моторной преференции у кошек при этом характер движений выполняемых правой или левой передней конечностью был принципиально тем, же. Тогда как у интактных животных имелись достоверные различия в двигательной активности «доминантной» и «субдоминантной» лапой (В.Ф. Фокин, 1982).
Таким образом, уже на основании этих данных, указывающих на наличие функциональной межполушарной асимметрии у животных с сагиттальным расщеплением мозга, можно предполагают структурно-функциональную неравнозначность обоих полушарий, особенно при выраженной моторной преференции.