Психофизиология алкоголизма

Влияние острого введения этанола на разные формы поведения животных и человека исследуется во многих работах психологического, нейрофизиологического, клинического, генетического направлений. Действие этанола на активность нейронов зависит от ряда факторов: от дозы, кон-

2. ПСИХОФИЗИОЛОГИ?

JJJIiU-

_____ i

4UU/

Рис. 2.1. Действие бария на электрическую активность нейрона ЛПаЗ

а — ответ нейрона на микроаппликацию ацетилхолина (АХ) и на электрический стимул силой 1,25 нА

в нормальном физиологическом растворе; б — в безнатриевом растворе через 3 мин инкубации;

в — в бескальциевом растворе через 5 мин инкубации; г — в нормальном растворе через 15 мин;

д — в растворе с добавлением хлорида бария через 3 мин; е — в растворе, содержащем хлорид

бария, через 5 мин; ж — в растворе с хлоридом бария через 6 мин. Генерирование продленных ПД;

з — ответы на электрический стимул силой 1,25 нА в растворе с хлоридом бария. Продленные ПД

начинают развиваться во время действия АХ; и — через 15 мин в растворе с хлоридом бария ответ

на применение деполяризационного стимула силой 1,25 нА. Продленные потенциалы при действии

электрического стимула; к — в нормальном растворе через 1 ч 30 мин отмывки ответ на АХ

и на электрический стимул прежней силы. Калибровка: 10 мВ, 1 с

центрации в крови и ликворе, способа вве­дения, вида наркоза. В экспериментах на кроликах показано, что наиболее чувстви­тельны к действию этанола палео- и нео­кортикальные образования, в том числе структуры лимбической системы [Klernm et al., 1976]. Реорганизация активности лимбических структур является существен­ным звеном в механизмах формирования потребности в алкоголе. В одном из опы­тов исследовали активность нейронов кор­кового отдела лимбической системы, ко­торая с морфологической точки зрения характеризуется богатством связей с дру­гими областями коры и особой стратеги­ческой позицией структуры, связывающей неокортикальные области и гиппокамп. В лимбической коре обнаруживается максимальное по сравнению с другими областями коры количество терминалей,

содержащих дофамин, нарушение обмена которого играет, погвидимому, ключевую роль в патогенезе алкоголизма.

Нейронные механизмы действия этанола.Информация о клеточных механизмах действия этанола получена в основном в экспериментах на периферических отде­лах нервной системы позвоночных или же на препаратах ЦНС беспозвоночных животных [Lima-Landmann et al., 1989; Schwartz, 1985]. Все результаты этих опытов могут.быть представлены тремя группами фактов: 1) этанол вызывает специфическое снижение возбудимости нейронов, связанное с изменением потен-циалзависимых ионных проводимостей, лежащих в основе генерации потенциалов действия (ПД); 2) этанол оказывает непря­мые действия на возбудимость, влияя на пассивную проницаемость мембраны;

. 1. Общая психофизиология

3) этанол приводит к изменению синап-тической передачи, влияя на высвобожде­ние медиатора и на мембранно-связанные чеморецепторы. Тем не менее непонятно, нляется ли действие этанола специфич­ным для каждого нейрона или же зависит от места, которое занимает в системе дан­ный исследуемый нейрон. Кроме того, неизвестно, какие концентрации этанола непосредственно воздействуют на ЦНС и какого вида изменения электрической возбудимости и хемочувствительности возникают при действии этанола на ней-гоны. Частично ответы на эти вопросы получены в опытах с использованием внутриклеточной регистрации электричес-%!ix процессов; стимулами были микро-аппликации ацетилхолина_;(АХ) и внутри-%леточные деполяризационные импульсы электрического тока, вызывающие гене­рацию ПД и активацию пейсмекерных потенциалов.

Время пребывания нейронов в этанол-.одержащих растворах не превышало 15— ) мин. На фоне стабильного уровня МП эбнаружилось уменьшение амплитуды ис­ходного ответа на АХ вплоть до полного исчезновения. Крайне редко проявля­ется повышение чувствительности, Хотя такое увеличение чувствительности в аб-.олютных единицах не слишком велико — .оставляло 5—7 мВ при исходной ампли-ле ответа 12-18 мВ — тем не менее оно .ущественно для понимания механизмов ействия этанола на рецепторы мембраны. Повышение чувствительности обнаружили )лько для нейронов, имевших исходный кюудительный ответ. Имело место также •вменение знака исходного ответа. У не--.оторых нейронов инкубация в этанол-ржащем растворе не вызвала никаких вменений исходного ответа на медиатор, ггы показывают, что изменение хемо-твительности зависит от концентра-этанола в физиологическом растворе, означает, что при действии одной кон-Фации эффект может проявляться в ышении хемочувствительности, а при • ой — в ее снижении вплоть до полного -•зновения. Интересно также то, что юлее сильно выраженные изменения (чувствительности могут развиваться о время действия этанола, а позже, уже

после замены этанолсодержащего раствора нормальным.

Устойчивым оказался уровень МП ис­следованных нейронов. Фактически не отмечено случаев изменения МП более чем на 5 мВ при инкубации нейронов в физиологических растворах, содержащих этанол в концентрациях до 0,1% в течение 60 мин. Изменения МП обнаружены при инкубации клеток в 1%-ном этанол содер­жащем растворе. При инкубации нейронов в течение менее 60 мин погибает около 30% нейронов, из них 12% -- при инкубации в 1%-ном этанолсодержащем растворе в течение около 15 мин. Гибели нейронов предществует медленная деполяризация.

Сложны и неоднозначны влияния эта­нола на процессы спайкогенерации и со­стояние пейсмекерного механизма нейро­нов, В зарегистрированных нами случаях обнаружено как полное выключение спай­когенерации и пейсмекерной,активности, так и явление активации пейсмекерного механизма, приводящее к увеличению чис­ла и амплитуды пейсмекерных колебаний и ПД. Наблюдалось постепенное падение амплитуды ПД во время инкубации ней­ронов в этанолсодержащих физиологичес­ких растворах. Для анализа явлений, раз­вивающихся при действии этанола, при­менили метод замещения нормального физиологического раствора безнатриевым и бескальциевым, а также этанолсодержа-щим безнатриевым и бескальциевым раст­ворами. Результаты показывают, что при действии этанола изменения электрогенеза и состояния пейсмекерного механизма вызывают прежде всего изменение «рисун­ка» ответа на прямое электрическое раздра­жение. Контрольные опыты показывают, что если генез ПД определяется в основ­ном ионами Са++, то действие этанола приводит к значительным изменениям характера ответа на электрический стимул. Если же ПД оказываются натрийзависи-мыми, то действие этанола на структуру ответа выражено в меньшей степени.

На основании проведенных опытов можно предполагать, что кальциевые и натриевые процессы, обеспечивающие ге­нерацию ПД и активацию пейсмекерного механизма, имеют разную чувствитель­ность к этанолу. Наиболее высока она у

2. психоФизиог:

кальциевой системы. Влияя на кальцие­вую проводимость, этанол не только из­меняет структуру ответа нейрона, но и нарушает генез ПД, тем самым изменяя функциональные возможности нейрона. Опыты, проведенные на изолированных нейронах виноградной улитки, показали, что действие этанола непосредственно на хемочувствительность и электровозбуди­мость эффективно даже при его концент­рации 0,01% в нормальном физиологичес­ком растворе. Влияния на электрическую активность нейронов зависят от концент­рации этанола в окружающем физиологи­ческом растворе и различны для разных концентраций. Действие этанола специ­фично для каждого нейрона. Разнонаправ-ленность действия этанола обнаружена не только для нейронов разных структур мозга, но и для нейронов внутри одной структуры (Александров и др., 1990].

Нейронные системы и этанол. Опыты, направленные на исследование тонких синаптических и эндонеирональных меха­низмов действия этанола, демонстрируют глобальность изменений в работе клеток после воздействия этого вещества и раз­нообразие проявлений такого влияния. Как же отражается изменение активности нервных клеток на функционировании нейронных систем, опосредующих реали­зацию определенных форм поведения? В создании нейронной системы принимают участие элементы многих структур мозга, которые характеризуются различиями метаболических процессов и нейрофунк-циональных специализаций. Результаты опытов, выполненных на разных уровнях, показывают, что кроме прямого действия на мембрану нейрона этанол, изменяя активность других нейронов, а также прак­тически все этапы метаболизма, оказывает и непрямое действие, которое определя­ется особенностями медиаторных и реиеп-торных систем, кровоснабжения, связей данной структуры и данного нейрона.

Для сопоставления данных о действии этанола на нейронном и поведенческом уровне необходимо знать, какова роль соответствующих групп нейронов в обес­печении этой формы поведения. В экспе­риментах на кроликах, обученных инстру­ментальному пищедобывательному пове-

дению, Ю.И.Александров с соавт. [19 1991] выясняли, какие изменения акт ности нейронов лимбической и м< областей коры соответствуют нарушен этого поведения, вызванному внутри г: шинным введением 12%-ного раствс этанола в дозе 1 г/кг. В экспериментах животных, в том числе на кроликах показано, что кора мозга относи к структурам, наиболее чувствите:п>^; к действию этанола. После введения этнола число активных нейронов и патте; специализации нейронов моторной к остается неизменным. Тем не менее н.т" вовлекающихся в обеспечение повело' нейронов моторной коры изменяется счет вовлечения в этот процесс одних к. ток и исключения других. Величина отш шения частоты активации к частоте фо^ вовлекающихся нейронов возрастает. В мс горной коре число активных нейроне после введения этанола не изменяло. Оставался неизменным и паттерн их повс денческой специализации; ни для одно из групп не было обнаружено внутригруп повых изменений соотношения числа ней ронов разных подгрупп. постоянсте паттерна специализации обусловило ; неизменность «суммарной картины активности нейронов. Особенно подчерк нем отсутствие изменений после введени: этанола числа обнаруживаемых в мотор ной коре О-нейронов (нейроны, имеющие различную поведенческую специализа цию, сформированную при обучении). Этс позволяет предполагать, что группа О-ней­ронов не гомогенна. В пользу данного предположения свидетельствует также полученный ранее факт о различной выра­женности влияния этанола на О-нейроны. лежащие в разных слоях коры. Однако стабильность паттерна специализации и «суммарной картины» активности в мотор­ной коре не означает неизменности соста­ва нейронов. После введения этанола на­блюдается уменьшение представленное!!! вовлекающихся нейронов в верхних слоях и увеличение — в нижних. Эти изменения являются функциональными, не связан­ными с гибелью нейронов.

Результаты опытов, выполненных на кроликах в свободном поведении, показы­вают избирательное угнетающее влияние

2.1. Общая психофизиология

этанола на фоновую активность. Это избирательное угнетение может быть след­ствием как прямого, так и непрямого вли­яния этанола. С применением метода ионофореза было показано, что химическая чувствительность спонтанной активности и отдельных фаз вызванных разрядов у определенных нейронов различается. Такое различие химической чувствитель­ности может быть основой прямого изби­рательного влияния этанола на фоновую активность.

Известно, что лимбические структуры играют существенную роль в процессах формирования зависимости от алкоголя, количество активных нейронов в лимбичес-кой коре животного достоверно уменьша­ется по сравнению с контролем (введение физиологического раствора). Это умень­шение имело место за счет избиратель­ного угнетения активности О-нейронов; абсолютное число Д-нейронов (нейроны, специализированные на ранних этапах индивидуального развития) не изменялось. Можно было сделать вывод, что в этой

•оласти мозга количество О-нейронов, специфически чувствительных к действию этанола, достоверно превышает количество Д-нейронов. Количество активных нейро­нов в проходке микроэлектрода по срав­нению с контрольными опытами умень-ось на 1/3. Паттерн специализации ронов антеролатеральной моторной коры кроликов в норме характеризуется • обратным по сравнению с лимбической •,орой соотношением О-нейронов и ос-

дльных групп клеток. В моторной коре О-нейронов меньше, чем Д-нейронов. Паттерн поведенческой специализации

,-иронов, зарегистрированных в лимби-

; ее кой системе, после введения этанола изменился. Количество нейронов в новых icMax, сформированных при обучении животных инструментальному поведению, уменьшилось более чем на 50%, а нейро­нов, обеспечивающих реализацию поведе­ния, сформированного на предыдущих этапах индивидуального развития, увели­чилось с 18 до 36%. В моторной области коры, в отличие от лимбической, после острого введения этанола паттерн поведен­ческой специализации и число активных нейронов не изменяются. В основе нару-

2 Современная психолошн

шения поведения при остром введении этанола лежит сложная комбинация эф­фектов этанола, качественно различных для разных областей коры: изменение набора нейронов, вовлекающихся в обес­печение поведения; уменьшение числа нейронов, принадлежащих ко вновь сфор­мированным системам, и угнетение меж­системных отношений.

Число нейронов, выявляемых в микро­электродном треке, уменьшается на 1/3. Соотношение же нейронов, участвующих и не участвующих в пищедобывательном поведении, остается постоянным. Это го­ворит о том, что этанол при остром введе­нии по-разному влияет на нейроны разных специализаций. Процентное содержание нейронов, специализированных относи­тельно систем, формируемых на начальных и завершающих стадиях обучения, изменя­ется: первых - - возрастает, вторых -падает. Нарушению пищедобывательного поведения при остром введении этанола соответствует уменьшение числа активи­рующихся в поведении нейронов лимби­ческой коры и изменение паттерна актив­ности нейронных систем.

Является ли избирательное угнетающее действие этанола на нейроны новых сис­тем закономерностью, общей для разных видов животных? На крысах было показано, что введение этанола редуцирует имеющу­юся в норме зависимость ответов нейро­нов первичной соматосенсорной коры крысы на стимуляцию их рецептивных полей от поведенческого контекста. Осо­бая чувствительность нейронов новых сис­тем может рассматриваться как механизм феноменов, выявляемых при исследовании влияния острого введения этанола на память у людей и животных: этанол дей­ствует на использование, приобретение и сохранение нового материала. Действие острого введения этанола на поведенчес­кие акты определяется не только последо­вательностью их формирования, но и взаи­модействием ряда факторов.

В основе нарушения воспроизведения приобретенной формы поведения может лежать феномен диссоциированных состоя­ний. Многократно описанное в литературе явление диссоциации может выражаться как в невозможности реализовать в одном

2. ПСИХОФИЗИОЛОГИ

состоянии поведение, сформированное в другом состоянии, так и в ухудшении характеристик его реализации. А.А. Аза-рашвили [1981] выдвинул гипотезу, объяс­няющую феномены диссоциированного обучения: при введении фармакологичес­кого вещества формируется «нейронная сеть», отличающаяся от той, которая реа­лизовывала определенное поведение в норме. Факты, полученные в опытах с использованием этанола в ситуации обу­чения пищедобывательному поведению, подтверждают эту гипотезу. Для достиже­ния результатов при остром введении этанола формируется особая система, отличающаяся от исходной по числу и пат­терну активности нейронов. Различие сравниваемых интеграции, по-видимому, возрастает от более старых к более новым системам. Реализация инструментального пищедобывательного поведения в норме и при введении этанола обеспечивается активностью разных наборов нейронов. Вероятно, подобные различия лежат в основе феномена диссоциированного обу­чения.

Нарушению инструментального пище­добывательного поведения у кроликов под влиянием этанола соответствует уменьше­ние числа активных нейронов лимбической коры и изменение паттерна их поведен­ческой специализации. Зависимость дей­ствия этанола от специализации нейрона проявляется в том, что процентное содер­жание нейронов, обеспечивающих реали­зацию наиболее новых систем, сформиро­ванных при обучении животных инстру­ментальному поведению, уменьшается, а нейронов, обеспечивающих реализацию систем, сформированных на предыдущих этапах индивидуального развития, увели­чивается. Таким образом, результаты ис­следования показывают, что основное раз­личие во влиянии этанола на активность нейронов в моторной и лимбической областях коры состоит в следующем: после введения этанола число активных нейронов, паттерн поведенческой специа­лизации и уровень активности изменяются в лимбической, но не в моторной коре. Это связано, по-видимому, не только с исход­ным различием паттернов специализаций нейронов сопоставляемых структур, но и

с различием свойств нейронов этих облас тей, принадлежащих к одному и тому ж типу поведенческой специализации. Те? не менее неизменность числа активны нейронов и паттерна их специализации н означает, что этанол не влияет на участи нейронов Моторной коры в обеспечена поведения. В моторной коре, так же ка: и в лимбической, набор вовлекающихся обеспечение пищедобывательного пове дения нейронов изменяется за счет рекру тации в этот процесс одних клеток i исключения других. Кроме того, значи,м< изменяются частотные характеристик} импульсной активности вовлекаемых ней ронов.

Проведенное сопоставление показывает что различия между эффектами этанола н; моторную и лимбическую области корь не просто количественные. Этанол влияе-на моторную кору иным образом, чем т лимбическую. Нарушения поведенш животных, наблюдаемые при введенш этанола, могут иметь в основе комбина­цию этих сложных эффектов: изменение набора нейронов, вовлекающихся в обес­печение пищедобывательного поведения уменьшение числа активных О-нейроно! и угнетение межсистемных отношений.

Постсинаптические механизмы пластич­ности и этанол.Этанол изменяет воспро­изведение заученной формы поведения В основе этого явления лежит искажение межсистемных отношений различны> структур мозга, нервные клетки которы> участвуют в реализации энграммы. Чтобы выяснить, какие именно нейронные про­цессы изменяются под действием этанола во время обучения, были выполнены опы­ты, в которых регистрировали внутрикле­точную активность отдельных нейронов. Такие опыты проведены на изолированных нейронах моллюска при концентрации этанола в физиологическом растворе 0,1%.

Результаты показали, что при модели­ровании ситуации привыкания, когда один и тот же стимул применяется много раз до достижения критерия обучения, присутст­вие этанола может полностью блокировать развитие пластических эффектов. Наруше­ние пластичности затрагивает различные виды ее реализации. Если в норме привы­кание было выражено изменением коли-

2.1. Общая психофизиология

чества потенциалов действия и амплитуды пейсмекерных колебаний, то в присутст­вии этанола эти изменения могут пол­ностью блокироваться или замещаются противоположным по направлению эффек­том, т. е. вместо привыкания развивается фасилитация (рис. 2.2). После восстанов­ления хемочувствительности к нейромеди-

Список литературы

Азарашвили А.А. Исследование механизмов памяти с помощью физиологически активных соеди­нений. М.: Наука, 1981.

Александров И.О., Максимова Н.Е. Функ­циональное значение колебания Р,₀₀//Психол. журн. 1985. Т. 6, № 3. С. 86-95.

Александров Ю.И., Греченко Т.Н. Действие этанола на электрическую активность изолированных

Рис. 2.2.Влияние этанола в концентрации 0,1% на пластич­ность ответов к электрической внутриклеточной стимуляции у нейрона ЛПаЗ

а — ответ нейрона на микроаппли­кацию ацетилхолина и изменение от­ветов при повторном применении эле­ктрического деполяризационного им­пульса тока силой 1,5 нА длительнос­тью 2,5 с, предъявляемого с частотой один раз в 30 с. Цифры у левого ни­жнего угла нейрограмм соответству­ют номеру предъявляемого электри­ческого стимула; б — вторая серия предъявлений электрических импуль­сов прежних параметров; в — разви­тие процесса при действии повторя­ющихся стимулов через 26 мин инку­бации нейрона в этанолсодержащем физиологическом растворе. Концен­трация этанола 0,1%. Обозначения прежние; г — применение безнатрие­вого (1) и бескальциевого (2) раство­ров для контроля изменений ионной проводимости после пребывания в этанолсодержащем физрастворе; д — изменение направления динами­ки развития реакции через 1 ч пребы­вания нейрона в физиологическом раст-воре с этанолом. Калибровка: 10 мВ, 1 с

горам пластические изменения чувстви-:льности постсинаптической мембраны гиобретают форму быстро развивающейся гсенситизации — уже второе или третье ^именение нейромедиатора становится июэффективным. Контрольные опыты, которых производилось изменение ион-:го состава физиологических растворов, :казали, что при длительном действии *анола происходит нарушение динамичес-

го взаимодействия каналов кальциевой и :триевой проводимости. Можно пред­ложить, что именно это звено является гитичным для искажения пластических -рестроек нейронной активности в эта-

лсодержащих физиологических раство-

нейронов виноградной улитки//Журн. высшей нерв­ной деят. 1991. Т. 41, № 2. С. 423-426.

Александров Ю.И., Гринченко Ю.В., Свет-лаев И.А. Влияние острого введения этанола на реализацию поведения и его нейронное обеспече-ние//Журн. высшей нервной деят. 1990. Т. 40, № 3. С. 456-465.

Александров Ю.И., Гринченко Ю.В., Лаук-ка С. и др. Влияние острого введения этанола на активность нейронов моторной области коры кроли­ка в пищедобывательном поведении//Журн. высшей нервной деят. 1991. Т. 41, № 4. С. 806-815.

Греченко Т.Н. Нейрофизиологические исследо­вания памяти. М.: Наука, 1979.

Греченко Т.Н., Соколов Е.Н. Нейрофизиоло­гия памяти и обучения: Руководство по физиологии (Механизмы памяти). Л.: Наука, 1986. С. 132-172.

Греченко Т.Н., Хлудова Л.К. Нейрофизио­логический анализ паттерна ответа на прямое элек­трическое раздражение нейронов ЛПаЗ и ППаЗ виноградной улитки//Журн. высшей нервной деят. 1990. Т. 40, № 3. С. 597-599.

2. ПСИХОФИЗИ

Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагнос­тика функциональных состояний. М.: МГУ, 1992.

Максимова Н.Е., Александров И.О. Типоло­гия медленных потенциалов мозга, нейрональная активность и динамика системной организации поведения // ЭЭГ и нейрональная активность в пси­хофизиологических исследованиях. М.: Наука, 1987. С. 44-72.

Соколов Е.Н. Механизмы памяти. М.: МГУ, 1969,

Соколов Е.Н. Нейронные механизмы памяти и обучения. М.: Наука, 1981.

Соколов Е.Н. Принцип векторного кодирования в психофизиологии//Вестник Моск. ун-та. Сер. Пси­хология. 1995. № 4. С. 3-13.

Соколов Е.Н. Пейсмекерный потенциал в нейронной организации//Системный анализ интег-ративной деятельности нейрона. М.: Наука, 1974. С. 41- 52.

Хлудова Л.К., Греченко Т.Н. Проблемы нейроэкологии: действие солей тяжелых метал-лов//Вестник Моск. ун-та. Сер. 14. Психология. 1994. № 1. С. 28-36.

Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир, 1990.

Faber D.S., Klee M.R. Actions of ethanol on neuronal membrane properties and synaptic trans-mission//Alcohol and opiates: (neurochem. and behav. mech.). N.Y.: Acad. Press, 1977. P. 40-63.

Grechenko T.N. Active memory: neurophysiolo-gical researching//J. Rus. East Eur. Psychology. 1993. V. 31, № 5. P. 55-72.

Klemm W.R., Mallari C.G., Dreyfus L.R. et al. Ethanol-induced regional and dose response differences in multiple activity in rabbits//Psychopharmacol. 1976. V. 49, № 2. P. 153-159.

Lima-Landman M.T.R., Albuquergea E.X. Ethanol potentials and blocks NMDA-activated single-channel currents in rat hippocampal pyramidal cells//EBS Left. 1989. V. 247, № 1. P. 61-67.

Penfield W. The mind's brain mecanism//Excerpta Medica. 1969. V. 193. P. 179.

Schwartz M.H. Effect of ethanol on subthreshold currents of Aplysia pacemaker neurons//Brain Res. 1985. V. 332. P. 337-353.