Дискуссии. механизмы мотивационной детерминации нейронной активности в поведении

Автор: Л. В. БОБРОВНИКОВ

Доктор техн. наук, кандидат биол. наук, ст. научный сотр. НИИ нормальной физиологии имени П. К. Анохина РАМН, академик РАЕН, Москва

С позиций общей теории функциональных систем рассматриваются экспериментальные данные, полученные при проведении сравнительного анализа нейрофизиологических механизмов пищедобывательных и оборонительных инструментальных действий, идентичных по способу достижения результата. Обсуждается круг вопросов, касающихся различных аспектов проблемы мотивационной детерминации нейронной активности в поведении.

Ключевые слова: мотивация, нейроны, функциональная система, целенаправленное поведение, инструментальные формы нейрохимического взаимодействия.

Результаты уже самых первых микроэлектродных исследований, проведенных на бодрствующих неанестезированных животных, позволили установить, что значительная часть нейронов головного мозга млекопитающих обладает спонтанной биоэлектрической активностью [32, 33, 35]. Оказалось, что даже в условиях строго контролируемой сенсорной депривации в клетках зрительной [32], сенсомоторной [2] коры, других отделов центральной нервной системы (ЦНС) [16, 19, 34] все равно наблюдается интенсивная разрядная деятельность.

Рассмотрению этого явления, анализу лежащих в его основе нейрофизиологических механизмов было посвящено множество специальных экспериментальных работ. Но несмотря на большой объем выполненных в данном направлении исследований, причины возникновения спонтанной нейронной активности и сегодня еще остаются до конца неясными.

Попытки получить ответ на этот вопрос на основе представлений о процессах "внутреннего" возбуждения ЦНС человека и животных дали довольно противоречивые результаты. Действительно были установлены факты, свидетельствующие в пользу гипотезы о существовании особых подкорковых структур, нейроны которых при изменении определенных показателей гомеостаза способны оказывать генерализованное возбуждающее влияние на клетки вышележащих отделов головного мозга [36]. На первый взгляд, удалось даже идентифицировать конкретные паттерны нейронной активности, специфичные в отношении процессов формирования пищевой [24, 30], питьевой [21], ряда других метаболических потребностей организма [6, 22].

Однако результаты последующих экспериментальных работ, выполненных на базе более совершенных методов регистрации и анализа нейронной активности, не подтвердили основные выводы предыдущих исследований. По данным ряда авторов, никакого значительного возрастания средней частоты разрядов клеток подкорковых структур мозга при возникновении внутренней потребности не происходит [18, с. 170]. А это значит, что нейроны указанных отделов ЦНС не могут в такие периоды времени выполнять функцию пейсмекеров, т.е. оказывать прямое возбуждающее влияние на какие-либо другие клеточные единицы.

Не менее серьезные вопросы возникают и при рассмотрении данных, указывающих на специфичность нейрональных паттернов мотивационного возбуждения. Дело в том, что во всех исследованиях, посвященных решению этой проблемы, соответствующие заключения основывались на результатах анализа интервальных гистограмм, построенных в системе координат с неравномерной шкалой времени. Ширина канала составляла 10 мс (для интервалов от 0 до 100 мс) и 100 мс (для интервалов в области 100 - 1000 мс). Утверждалось, что возникновение пищевой [7, 13,29], питьевой [21] или оборонительной [23,28] мотивации сопровождается массовым переходом нервных клеток от регулярной формы разрядной активности к характерному пачечно-групповому типу импульсации. В качестве критерия доминирования "пачкообразной" ритмики рассматривалось наличие двух экстремумов ("бимодальность") соответствующих интервальных гистограмм.

C) 2003 г.

стр. 98

Рис. 1. Идентичность показателей модальности интервальных гистограмм нейронов с регулярной (А) и пачечно-групповой (Б) формой разрядной активности (в системе координат с неравномерной шкалой времени). По оси абсцисс -длительность интервалов. По оси ординат - их количество. N - число экстремумов на графике (в скобках - моменты их возникновения).

Нетрудно понять, что использование подобного методического приема на самом деле полностью исключает возможность объективного решения поставленной задачи. В этом можно убедиться на следующем простом примере. На рис. 1, А представлена нейронограмма, распределение межспайковых интервалов которой аппроксимируется классической мономодальной кривой (А2), и та же самая гистограмма, но построенная уже в системе координат с неравномерной шкалой времени (A3). Сравнивая эти графики нетрудно заметить, что до момента изменения масштаба оси абсцисс они в точности повторяют друг друга. Однако начиная со 100 мсек, такое соответствие нарушается. Каждому очередному каналу гистограммы A3 начинает соответствовать суммарное "содержимое" десяти каналов исходного распределения (А2). В результате образуется второй (фантомный) пик в области 100 - 200 мс, и нейрон с четко выраженной регулярной формой активности начинает ошибочно идентифицироваться как клетка пачечно-группового типа.

Проделав аналогичное преобразование для нейронов, действительно обладающих "пачкообразной" конфигурацией биоэлектрических разрядов (рис. 1, Б), и сопоставив полученные графики, приходится признать, что в системах координат с неравномерной шкалой времени переход от регулярного типа импульсации (рис. 1, A3) к пачечно-групповой (рис. 1, БЗ) не поддается объективизации по критерию модальности интервальных гистограмм. На первый взгляд, непонятно каким образом здесь вообще удается получать какие- либо мономодальные распределения.

Ответ дает следующий простой пример. На рис. 2 представлены интервальные гистограммы нейрона, обладающего регулярной формой разрядной активности, но имеющего различную интенсивность импульсации в разные периоды времени. Хорошо видно, что если средняя величина межспайковых интервалов находится в пределах 100 - 200 мс, соответствующее распределение сохраняет свой мономодальный вид и после преобразования (Б2 --> БЗ). Но при этом оказывается, что в системе координат с неравномерной шкалой времени в зависимости от средней частоты импульсной активности один и тот же нейрон может быть идентифицирован как клетка и "пачечно-группового" (рис. 3, А), и регулярного (рис. 3, Б) типа.

Подводя итог, приходится с сожалением констатировать, что результаты проведенных к настоящему времени исследований не позволяют сделать вывод о существовании каких-либо специфических нейрональных кодов, отражающих на клеточном уровне процесс формирования мотивационного возбуждения. На основе применяемой авторами процедуры первичной обработки данных в принципе невозможно провести объек-

стр. 99

Рис. 2. В системе координат с неравномерной шкалой времени простое снижение средней частоты нейронной активности начинает выглядеть как характерный переход от бимодального распределения межспайковых интервалов нервной клетки (А) ("пачки") к мономодальному (Б) ("регулярность"). Обозначения как на рис. 1.

Рис. 3. Динамика изменения разрядной активности нервных клеток на последовательных этапах реализации пищедобывательного (А) и оборонительного (Б) инструментального поведения. 1 - движение к педали, 2 - нажатие на педаль, 3 - движение от педали, 4 - взятие пищи и жевание. Определенный вектор на каждой диаграмме отражает величину средней частоты импульсации одного и того же нейрона в разных поведенческих ситуациях. Подробное пояснение - в тексте.

тивное разделение всей совокупности регистрируемых нервных клеток на нейроны с регулярной и пачечно-групповой формой импульсной активности. Этот вывод, естественно, распространяется и на утверждение о наличии особого, мотивационно-детерминированного распределения по отделам головного мозга нейронов с характерной пачкообразной ритмикой (90% - латеральный гипоталамус, 60% - сенсомоторная кора, 45% -зрительная область коры и т.п.) [17]. На самом деле, даже если число таких клеток будет равно нулю, наличие феномена бимодальности интер-

стр. 100

вальных гистограмм все равно вполне может отмечаться в тех же самых соотношениях (рис. 1, А).

Кроме того, ни в одной из проведенных в данном направлении многочисленных работ нельзя найти каких-либо математических выкладок (или хотя бы доверительных интервалов на гистограммах), которые на основе результатов аналитической статистики давали бы надежду другим исследователям полагать, что, повторив применяемую авторами последовательность экспериментальных процедур, они также с достаточно высокой вероятностью будут наблюдать именно описываемый ряд закономерностей.

Если с учетом вышеизложенного попытаться сформулировать перечень требований, соблюдение которых является необходимым для проведения корректных исследований в данном направлении, следует выделить ряд основных моментов:

1. Применяемые экспериментальные модели должны предоставлять возможность неоднократного повторения в ходе регистрации активности каждой исследуемой нервной клетки ситуации контролируемого изменения уровня или биологической модальности доминирующей мотивации при наличии строгих физиологических и поведенческих критериев смены соответствующих функциональных состояний организма.

2. Нейрофизиологические закономерности, наблюдаемые в рамках любого конкретного интервала времени, следует рассматривать только в качестве выборочных данных из соответствующей генеральной совокупности. Это является необходимым условием проведения полноценного статистического анализа, включающего в себя определение достоверности наблюдаемых нейрональных феноменов.

3. Постановка экспериментов должна осуществляться только на свободно подвижных животных, поскольку в настоящее время установлено большое число фактов, свидетельствующих о кардинальном изменении функциональных свойств нервных клеток в условиях иммобилизации. В последнем случае, по сути дела, приходится говорить об особом разделе нейрофизиологии, в котором констатируются закономерности, имеющие мало общего с реальными процессами, протекающими в нервной системе интактного, свобод неподвижного животного.

4. Применяемые экспериментальные модели должны давать возможность рассмотрения получаемых данных на основе простых однофакторных схем анализа, поскольку в естественных условиях контролировать весь комплекс переменных, влияющих на исследуемый нейрофизиологический процесс, как правило, не удается. Переход же ко все более и более жестким аналитическим схемам проведения опыта неизбежно приводит к искажению реальной картины изучаемых явлений.

Цельнастоящей работы - рассмотреть возможные пути решения данного круга вопросов на основе современных методов экспериментального исследования.

МЕТОДИКА

Перечисленному выше ряду требований в полной мерю удовлетворяет разработанная в нашей лаборатории экспериментальная модель, в рамках которой подопытные животные (кролики) во время регистрации у них активности отдельных нервных клеток нажимали передними лапами на площадку специальной педали для получения пищи и устранения по звуковому сигналу болевого электрокожного раздражения (ЭКР) [8]. Наличие высокого уровня оборонительной мотивации в последнем случае подтверждается результатами электрокардиографического анализа [12].

Импульсная активность отдельных нейронов отводилась экстраклеточным способом [15] у животных с выработанным и закрепленным инструментальным поведением. На магнитофон марки "Брюль и Къер-7003" регистрировались: разрядная активность нейрона, звуковой оборонительный сигнал, электрокожное раздражение, отметки нажатия на педаль и взятия пищи из кормушки, актограмма перемещений животного по экспериментальной камере. Для регистрации актограммы на черепе животного укрепляли миниатюрную электролампочку, а на противоположных стенах камеры (возле педали и кормушки) устанавливали фотоэлектрические пластины. По величине суммарной фото-ЭДС на них можно было судить о местоположении животного в тот ил и иной момент времени. Дополнительно по специальной методике [31] осуществлялась регистрация электромиограммы глубокой части собственно жевательных мышц. Посте окончания опыта магнитную запись воспроизводили с редукцией скорости в десять раз на чернилопишущий прибор.

Объектом изучения были нейроны сенсомоторной области коры головного мозга. Координаты места трепанации кости черепа - A3, L3; РЗ, L3. При выборе зоны отведения учитывалось заключение, что именно на уровне сенсомоторной коры у 60% клеток при формировании мотивации голода наблюдается возникновение характерной пачкообразно<й активности [17]. Вместе с тем, здесь весьма отчетливо проявляется и другой базовый нейрофизиологический феномен -поведенческой специализации нейронов [1, 3]. Это обстоятельство позволяет считать, что "именно сенсомоторная кора является одним из ответственных пунктов головного мозга, где на основе восходящих мотивационных возбуждений разыгрываются физиологические процессы формирования целенаправленного поведения" [27, стр. 9].

Анализ полученных результатов проводился в три этапа. На первом из них с помощью применяемой системы поведенческих отметок на нейронограмме выделяли интервалы времени, соответствующие периодам реализации отдельных инструментальных актов. Для каждого такого периода определяли следующие параметры разрядной деятельности регистрируемого в данный момент нейрона: среднюю частоту его импульсации, структуру фазных активаций (т.е. тип поведенческой специализации клетки) и модальность гистограмм распределения межспайковых интервалов. В последнем случае для нейронов, имеющих низкий уровень разрядной активности, построение интервальных гистограмм проводилось путем объединения данных по нескольким (3 - 5) "смежным" инструментальным актам.

Основной этап обработки полученных данных включал в себя сопоставление показателей средней частоты, специализации и интервальных характеристик одного и того же нейрона в пищедобывательных и оборонительных инструментальных актах. Затем на основе известных методов регрессионного анализа выясняли, существуют ли направленные изменения перечисленных выше показателей в ходе постепенного снижения уровня мотивации голода по мере насы-

стр. 101

щения животного. Пищедобывательные и оборонительные действия рассматривались при этом независимо друг от друга.

Достоверность полученных данных оценивали по критерию Стьюдента (уровень значимости р < 0.05). Более подробно методика экспериментов и особенности анализа результатов изложены ранее [8, 9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В общей сложности была исследована разрядная активность 134 нейронов сенсомоторной области коры головного мозга.

Первое, что сразу обращает на себя внимание при рассмотрении полученных данных, - наличие у значительного числа зарегистрированных клеток (49%) закономерно повторяющихся от акта к акту однонаправленных изменений текущей частоты импульсации, приуроченных к строго определенным этапам инструментального действия.

Это явление, хорошо известное как феномен поведенческой специализации нейронов, констатируется в выводах большинства микроэлектродных исследований, проводимых на свободноподвижных животных. При этом отмечается очень высокий уровень стабильности подобных функциональных перестроек [3, 14].

Стабильность феномена поведенческой специализации нейронов отчетливо проявлялась и в рассматриваемом нами случае. Более того, возможность анализировать разрядную активность одной и той же нервной клетки в условиях многократного перехода от пищедобывательного поведения к оборонительному позволяет сделать вывод не только о стабильности, но и об очень быстром и полном восстановлении всей структуры поведенческой специализации нейронов после каждой очередной смены приспособительной направленности инструментального акта. Нам ни разу не удалось наблюдать каких-либо проявлений частичного или хотя бы даже постепенного восстановления паттерна нейронной активности в период возобновления пищедобывательных действий после прерывания их поведением оборонительного характера. Несомненный интерес представляет и тот факт, что фазные изменения частоты импульсации отмечались у изученной нами группы сенсомоторных нейронов именно на стадии реализации приспособительных действий. Ни у одной из этих клеток не удалось зарегистрировать активаций или торможений в ответ на включение звукового оборонительного сигнала или в момент прекращения исходного пищедобывательного поведения.

Вместе с тем было установлено, что доминирующая мотивация выступает в качестве важного фактора, определяющего структуру специализации нервных клеток. Об этом свидетельствуют результаты сравнительного анализа нейронной активности в сходных по своим двигательным параметрам пищедобывательных и оборонительных инструментальных действиях. Основные результаты такого анализа приведены на рис. 3. Каждая из семи представленных здесь векторных диаграмм отражает разрядную активность одновременно 66-и нейронов, у которых на определенных этапах пищедобывательного (А) и/или оборонительного (Б) инструментального поведения наблюдались статистически достоверные (р < 0.05) изменения частоты импульсации. Номер вектора на всех диаграммах соответствует индексу одной и той же нервной клетки. Окружность меньшего диаметра условно отражает средний уровень "фоновой" разрядной деятельности нейронов (для разных клеток он, естественно, был различен). Возрастание или, наоборот, снижение частоты генерации потенциалов действия на определенном этапе инструментального акта выражается в сдвигах по определенной оси в сторону от центра (активация) или к центру (торможение). Поскольку амплитуда таких изменений у разных нейронов варьировала в довольно широких пределах, соответствующие величины откладывались по осям в логарифмическом масштабе.

Представленные на рис. 3 данные свидетельствуют о том, что нейрональное обеспечение идентичных по способу достижения результата пищедобывательных и оборонительных инструментальных актов было различным. Паттерн импульсации 57% фазно-активных нервных клеток менялся при изменении мотивационной основы поведения.

У девяти нейронов было выявлено статистически достоверное повышение частоты разрядов только в пищедобывательных актах (р < 0.05). В оборонительном поведении импульсная активность у них либо вообще отсутствовала, либо носила регулярный характер. У трех других клеток наблюдалась фазная активность исключительно в рамках инструментальной оборонительной деятельности. Особо выделялась группа из 42 нейронов, которые избирательно активировались во время развертывания как пищедобывательного, так и оборонительного поведения. Фазные активации 23 из них были связаны с одними и теми же этапами реализации акта нажатия на педаль независимо от его мотивационной основы. Паттерн разрядной активности других 19 нейронов был различен в пищедобывательных и оборонительных инструментальных действиях, но на разных этапах их реализации такого рода различия проявлялись в разной мере. Если во время движения животного к педали и кормушке, как правило, происходили однонаправленные изменения импульсации в пищедобывательном и оборонительном поведении, то в период нажатия животным на педаль такой однонаправленности уже не наблюдалось.

стр. 102

Необходимо особо подчеркнуть, что в рамках каждой из двух сравниваемых форм инструментального поведения амплитуда фазных нейронных активаций или торможений (т.е. величина изменения частоты импульсации по отношению к "фону") существенно варьировала. Нельзя было выделить и двух пищедобывательных или оборонительных актов, нейрональное обеспечение которых по этому критерию было бы полностью идентичным. Причем, проведенный корреляционный анализ показал, что степень выраженности фазных перестроек нейронной активности не зависит от двигательных параметров инструментального действия, в частности от продолжительности различных его этапов, количества и длительности нажатий животным на педаль и т.д. Величина коэффициентов корреляции практически во всех случаях имела значения, которые не достигали критериального уровня р < 0.05.

Кроме того, было установлено, что по мере насыщения животного и, как следствие, снижения уровня пищевой потребности амплитуда активаций (или торможений) нервных клеток также статистически достоверно не меняется. Ни в одном случае нам не удалось выявить корреляционной зависимости между величиной изменения частоты нейронной импульсации на соответствующем этапе поведения и количеством съеденных кроликом порций пищи. Даже в тех случаях, когда длительная регистрация одной и той же нервной клетки сопровождалась плавным возрастанием интенсивности разрядной деятельности (5 нейронов) или, наоборот, ее снижением (4 нейрона), величина фазных изменений частоты импульсации оставалась в пределах статистической погрешности.

Заключение о том, что амплитуда нейрональных активаций не зависит от временных показателей инструментальных действий и не меняется в процессе насыщения подопытных животных, имеет принципиально важное значение, поскольку позволяет с единых позиций подходить к анализу всей группы последовательно регистрируемых в опыте нейронов. То есть период регистрации каждой клетки можно рассматривать как некоторую "выборку" из одной и той же (генеральной) совокупности аналогичных поведенческих актов [9]. Это, в свою очередь, дает возможность проводить объективную оценку динамики параллельно протекающих в мозге элементарных нейрофизиологических процессов на основе данных, получаемых путем последовательной (выборочной) регистрации каждого из них в отдельности.

Как показывают результаты такого анализа, нейроны, обладающие определенными типами поведенческой специализации (рис. 3), действительно являются компонентами одной и той же функциональной системы, в рамках которой активность всех ее составляющих характеризуется очень высоким уровнем временной синхронизации. Узловыми моментами проявления такого рода синхронизации, как правило, выступают определенные события организменного уровня, связанные с достижением животным этапных или конечных результатов. А это значит, что по основным своим признакам указанная группа нейронов полностью соответствует критерию системоспецифичности [4, 5].

Совершенно иная картина складывается, если попытаться оценить динамику тех же самых системных процессов на основе анализа интервальных характеристик нейронной активности. Как показывает проведенный анализ, лишь у 14% сенсомоторных нейронов синхронно возникают характерные пачечно- групповые конфигурации биоэлектрических разрядов, специфичные в отношении процесса формирования пищедобывательного поведения [7,13,24 и др.]. Для большинства же клеток (84%) вообще не удается установить наличие каких бы то ни было общих интервальных показателей, свидетельствующих о согласованном характере их разрядной деятельности. По сути дела здесь приходится говорить о соотношении: один нейрон - один паттерн.

Но даже для первой группы клеток (14% нейронов) синхронное возникновение пачечно-групповой формы импульсной активности, как выяснилось, не связано с процессом формирования мотивации голода, а обусловлено особенностями их поведенческой специализации. Оказалось, что все они относятся к числу "нейронов жевания" (рис. 4). В пользу этого заключения свидетельствует строгая корреляция их разрядной деятельности с определенной фазой жевательных движений. Кроме того, по мере насыщения животного у данной группы клеток ни разу не отмечалось постепенного снижения степени выраженности феномена "пачкообразной" ритмики при жевании. Между тем, отдельные нейроны нам удавалось регистрировать непрерывно в течение нескольких часов во время неоднократно воспроизводимых ситуаций удовлетворения пищевой потребности и ее повторного возникновения.

Если в свете этих данных вновь обратиться к примеру, представленному на рис. 4, нетрудно понять, что в рамках простых экспериментальных моделей, когда наличие мотивации голода и факт ее удовлетворения могут быть объективно определены только по критерию поедания животным пищи или отказу от нее, "нейроны жевания" неизбежно будут ошибочно идентифицироваться как нейроны соответствующего мотивационного возбуждения. А поскольку число таких клеток значительно больше (свыше 90% [1]) в центральных структурах мозга, очень легко сделать и другой

стр. 103

Рис. 4. Завершение процесса жевания проявляется в активности нейронов как переход от пачечно-групповой формы их импульсации (А) к регулярной (Б). 1 - нейронограмма, 2 - миограмма жевательных мышц, ниже - интервальные гистограммы с равномерной (3) и неравномерной (4) шкалой времени. N - число экстремумов ("модальность") соответствующих распределений.

ошибочный вывод - о существовании градуального распределения нейронов пищевой мотивации по различным отделам ЦНС [17].

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты проведенных нами экспериментальных исследований определенно свидетельствуют о том, что в период реализации целенаправленного инструментального поведения доминирующая мотивация не играет роль императивного фактора, способного оказывать прямое влияние на процесс формирования разрядной активности отдельных нервных клеток. Это заключение касается как показателей средней частоты, так и конфигурации (паттерна) нейронных разрядов. Основным проявлением мотивационной специфичности работы нервных клеток является определенная структура их поведенческой специализации, которая существенным образом меняется при смене характера приспособительной направленности инструментальных действий. Отмечаемый же в публикациях ряда авторов феномен массового возникновения "пачкообразной" (мотивационно-детерминированной) формы нейронной импульсации является артефактом первичной обработки данных и обусловлен неправомерным применением системы координат с неравномерной шкалой времени при построении соответствующих интервальных гистограмм (рис. 1).

В наиболее последовательной форме полученные данные могут быть интерпретированы с позиций основных положений общей теории функциональных систем [4]. Согласно развиваемым здесь представлениям, разрядная активность нейронов головного мозга в естественных условиях не формируется как реакция на синаптические воздействия, поступающие со стороны рецепторов или клеток других структур ЦНС (в том числе и "мотивациогенных" подкорковых центров). Она является следствием особенностей функционального статуса определенной части нейронов, наличия у них собственных пейсмекерных механизмов, связанных с развертыванием базовых внутриклеточных функций. Соответственно, объединение такого рода фоновоактивных нейронов в единую интеграцию реализуется как процесс синхронного устранения "избыточного числа степеней свободы" [5] (рис. 5, А).

С этих позиций нейрофизиологическую основу поведения человека и животных составляют процессы формирования совершенно иных по набору своих компонентов центрально-периферических интеграции, нежели те, которые можно объективизировать по критерию эффективного синаптического межклеточного взаимодействия. Последнее рассматривается лишь как один из

стр. 104

Рис. 5. Схема, иллюстрирующая принцип последовательного устранения "избыточного числа степеней свободы" нервной клетки в процессе ее вовлечения в состав функциональной системы (А) и в условиях биохимической оперантной детерминации определенного паттерна разрядной активности (В). По оси ординат (рис. 5Б) - вероятность возникновения данного паттерна биоэлектрических разрядов, по оси абсцисс - его условный номер.

многих механизмов вовлечения отдельного компонента в состав соответствующей функциональной системы. Ведущий же принцип построения каждой такой интеграции определяется как принцип взаимосодействия всех ее составляющих на получение полезного для организма приспособительного результата [4, с. 41]. Вследствие этого именно результат становится императивным фактором, определяющим процесс устранения избыточного числа степеней свободы нервных клеток (рис. 5, А). Любые же другие системные детерминанты, включая пусковой стимул или доминирующую мотивацию, подобным свойством не обладают.

Принципиально важное значение при этом приобретает вопрос о роли синаптических механизмов в процессах формирования нейронной активности. То, что решающая роль здесь принадлежит именно нейромедиаторным функциям, не вызывает сомнений. Но вот конкретная схема, в рамках которой происходит их реализация, во многом еще остается не определенной.

Острота этой проблемы вполне понятна. Как уже отмечалось, активность нейронов, входящих в состав любой функциональной системы, характеризуется исключительно высоким уровнем стабильности [1, 14]. И по своей структуре, и по степени выраженности закономерно повторяющиеся от акта к акту фазные нейронные активации сохраняются не только при значительных изменениях различных параметров двигательной активности животного, но даже в случае кардинальной реорганизации некоторых основных условий достижения приспособительного результата [2, 19]. Обращает на себя внимание и отсутствие направленной динамики изменения фазных перестроек нейронной импульсации в ходе развертывания большого числа идентичных целенаправленных действий.

Попытка достижения такого рода аномально высокой стабильности на основе обычных ("стимуляционных") подходов к моделированию нейромедиаторных функций неизбежно заканчивается неудачей. Одна из причин - быстрое развитие процесса привыкания (габитуации) нейрона к любым внешним воздействиям [25]. Такого рода габитуационная форма динамики вызванной нейронной активности отражает базовое функциональное свойство любой нервной клетки и наблюдается даже в случае прямой микроионофоретической аппликации возбуждающих нейромедиаторов [20] или при деполяризации клеточной мембраны [26]. Причем, чем ближе параметры нейромедиаторного воздействия к естественным показателям (строгая локальность зоны действия вещества, кратковременность), тем менее устой-

стр. 105

чивои становится ответная нейронная реакция [10]. Как же в таком случае возникает феномен поведенческой специализации нервных клеток?

Контуры определенного ответа на этот вопрос стали вырисовываться после того, как было установлено, что наряду с классическими ("хемореактивными") формами нейромедиаторного взаимодействия в ЦНС человека и животных возможна принципиально иная схема проявления биологически активного характера веществ медиаторной природы (рис. 5, В). Оказалось, что они могут выступать не только в качестве инициаторов развития хемореактивных процессов, но и как факторы подкрепления эндогенно- или экзогенно- детерминированных перестроек импульсации фоновоактивных нейронов [11]. Причем, динамика подобных функциональных изменений на клеточном уровне, а также условия их возникновения качественным образом отличаются от аналогичных параметров хемореактивных процессов. Но особого внимания, конечно же, заслуживает высокий уровень устойчивости достигаемых таким путем перестроек нейронной активности.

С этих позиций исключительно важное значение для проведения дальнейших исследований в данном направлении приобретает вопрос о базовом нейрофизиологическом феномене, составляющем основу процесса обучения. Как известно, современные нейрофизиологические концепции строго ориентированы в своих заключениях на вывод об изменении эффективности синаптической передачи. На наш взгляд, схема детерминации нейронной активности по П. К. Анохину (рис. 5, А) может быть реализована только на основе совершенно иного принципа модификации элементарных нейрофизиологических функций при обучении. Весьма вероятно, что решающая роль здесь принадлежит именно процессам реорганизации инструментальных форм нейрохимического взаимодействия. С нашей точки зрения, детальный анализ этого феномена, выяснение лежащих в его основе молекулярно- биологических механизмов имеет принципиально важное значение для разработки новых базовых нейрофизиологических моделей, учитывающих способность нервных клеток объединяться в устойчивые по составу группы (функциональные системы), в рамках которых строго согласованный характер активности отдельных элементов достигается на основе процесса положительного биохимического подкрепления индивидуальных паттернов разрядной деятельности.

ВЫВОДЫ

Основной формой проявления мотивационной специфичности работы нейронов головного мозга в поведении является определенная структура их системной специализации, которая существенным образом меняется при изменении характера приспособительной направленности инструментальных действий.

В период развертывания целенаправленного инструментального поведения доминирующая мотивация не играет роль императивного фактора, способного оказывать прямое влияние на процесс формирования разрядной активности отдельных нервных клеток.

Отмечаемый в работах ряда авторов феномен "пачкообразной" (мотивационно- детерминированной) формы нейронной импульсации на самом деле является артефактом первичной обработки данных и возникает вследствие необоснованного применения системы координат с неравномерной шкалой времени при проведении соответствующих оценок.

Наиболее вероятным механизмом детерминации нейронной активности в поведении является механизм согласованного устранения избыточного числа степеней свободы определенных групп фоновоактивных нервных клеток на основе процесса положительного биохимического подкрепления индивидуальных паттернов их разрядной деятельности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров Ю. И. Психофизиологическое значение активности центральных и периферических нейронов в поведении. М.: Наука, 1979.

2. Александров Ю. И., Александров И. О. Активность нейронов зрительной и моторной областей коры мозга при осуществлении поведенческого акта с открытыми и закрытыми глазами // Журн. высш. нервн. деят. 1981. N 6. С. 1179 - 1189.

3. Александров Ю. И., Гринченко Ю. В., Мац В. Н., Лаукка С., Корпусова А. В. Участие нейронов моторной коры кролика в обеспечении инструментального поведения до и после хронической алкоголизации: сравнение с лимбической корой // Журн. высш. нервн. деят. 2002. N 1. С. 85 - 96.

4. Анохин П. К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. М.: Наука, 1971.

5. Анохин П. К. Системный анализ интегративной деятельности нейрона // Успехи физиол. наук. 1974. N 2. С. 5 - 92.

6. Бадиков В. И. Механизмы динамического взаимодействия положительных и отрицательных эмоций в поведенческих актах: Автореф. дисс.... докт. мед. наук. М.; 1986.

7. Безуглый А. П. Взаимодействие норадреналина и пентагастрина в нейрохимических механизмах пищевой мотивации: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. М., 1993.

8. Бобровников Л. В. Динамика формирования двух типов инструментального поведения у кроликов // Журн. высш. нервн. деят. 1982. N 1. С. 25 - 31.

стр. 106

9. Бобровников Л. В. Вероятностно-статистические критерии оценки поведенческой специализации нервных клеток // Психол. журн. 1989. N 2. С. 90 - 98.

10. Бобровников Л. В. "Подпороговые" нейромедиаторные процессы и их роль в реализации механизмов интегративной деятельности нейрона // Вестник новых медицинских технологий. 1998. N 1. С. 42 - 45.

11. Бобровников Л. В. Явление положительного биохимического подкрепления в функционировании ии сложных нейронных систем // Вестник РАЕН. 2003. N 2.

12. Бобровников Л. В., Чанг Куанг Тин. Динамика ритма сердечных сокращений во время реализации пищедобывательных и оборонительных инструментальных действий // Материалы VII Всесоюзн. конференции "Системные механизмы подкрепления". М, 1986. С. 8 - 9.

13. Борисова Е. В. Электрофизиологический и нейрохимический анализ нейронов ретикулярной формации и орбитальной коры при пищевом мотивационном возбуждении: Автореф. дисс. ... канд. би-ол. наук. М., 1983.

14. Горкин А. Г., Шевченко Д. Г. Стабильность поведенческой специализации нейронов // Журн. высш. нервн. деят. 1990. N 2. С. 291 - 300.

15. Гринченко Ю. В., Швырков В. Б. Простой микроманипулятор для исследования нейронной активности кроликов в свободном поведении // Журн. высш. нервн. деят. 1974. N 4. С. 870 - 872.

16. Доти Р. В., Бартлетт Ж. Р. и др. Люксотонические нейроны в стриарной коре неанестезированных обезьян // Функциональное значение электрических процессов головного мозга. М.: Наука, 1977. С. 151 - 159.

17. Журавлев Б. В. Нейрофизиологические механизмы опережающих возбуждений в системной организации поведенческих актов: Автореф. дисс. ... докт. мед. наук. М., 1986.

18. Журавлев Б. В. Системный анализ активности нейронов мозга при пищедобывательном поведении животных // Нейроны в поведении. Системные аспекты. М.: Наука, 1986. С. 170 - 179.

19. Карпов А. П. Активность нейронов обонятельной луковицы кролика в пищедобывательном поведении // Системные аспекты нейрофизиологии поведения. М.: Наука, 1979. С. 111 - 145.

20. Котляр Б. И., Мясников А. А., Медведовский Б. В. Динамика реактивности корковых нейронов к повторяющейся электрофоретической аппликации ацетилхолина // Журн. высш. нервн. деят. 1986. N 4. С. 736 - 743.

21. Котов А. В. Пластичность доминирующей мотивации: Автореф. дисс. ... докт. мед. наук. М., 1986.

22. Мещеряков А. Ф. Анализ участия нейронов перифорникальной области гипоталамуса в механизмах алкогольной мотивации у крыс: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 1981.

23. Муртазина Е. П. Системный анализ нейрофизиологических механизмов участия нейротропина в процессах обучения животных оборонительному навыку: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. М., 1993.

24. Орбачевская И. Ю. Участие гастрина в центральных механизмах пищевого поведения: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. М., 1982.

25. Пивоваров А. С., Дроздова Е. И. Генерализованные и локальные изменения холиночувствительности нейронов виноградной улитки после однократного или тетанического локальных подведений к ним АЦХ // Журн. высш. нервн. деят. 1997. N 4. С. 715 - 723.

26. Соколов Е. Н. Привыкание гигантского нейрона моллюска к электрическим внутриклеточным раздражениям//Нейронные механизмы обучения. М.: МГУ, 1970. С. 92.

27. Судаков К. В. Значение мотивационных возбуждений в интегративной деятельности отдельных нейронов головного мозга // Журн. высш. нервн. деят., 1978. С. 8 - 15.

28. Сулин В. Ю. Нейрофизиологические механизмы процесса обучения животных оборонительному поведению в условиях действия фрагмента 125 - 129 А-2 интерферона RITLY: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 1993.

29. Тимошин Д. В. Динамика импульсной активности нейронов коры при формировании и воспроизведении пищедобывательного навыка у кролика в условиях модуляции нейроиммунных процессов нейротропином: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. М., 1991.

30. Шамаев Н. Н. Импульсная активность нейронов орбитальной коры и латерального гипоталамуса при пищевом поведениия кролика: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 1982.

31. Basmajian J. V., Stecko G. A new bipolar electrode for electromyography // J. Appl. Physiol. 1962. V. 17. P. 849 - 851.

32. Burns B. D. The uncertain nervous system / Ed. E. Arnold. London, 1968.

33. Evans E. V. et al. Spontaneous discharge of single neurons during sleep and waking // Science. 1962. V. 135. P. 726 - 728.

34. Findlay A. L., Hayward J. N. Spontaneous activity of single neurons in the hypothalamus of rabbits during sleep and waking //J. Physiol. 1969. V. 201. P. 237 - 258.

35. McElligott J. G. Long-term spontaneous activity of individual cerebellar neurons in the awake and unrestrained cat // Brain Unit Activity During Behavior / Ed. M.Ian Phillips. Springfield, 1973. P. 197 - 223.

36. Phillips M. I., Olds J. Unit activity: motivation-dependent responses from midbrain neurons // Science. 1969. V. 165. P. 1269 - 1271.

стр. 107