анатомия и физиология цнс 1 рубеж ргсу. 1 рубеж Анатомия. Контрольные вопросы к разделу 1 Вклад нейробиологии в понимание психической деятельности
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
Современные неинвазивные методы исследования мозга человека. Неинвазивные методы исследования мозга можно разделить на те, которые позволяют только наблюдать за тем, что происходит в мозге, и на те, которые позволяют воздействовать на мозг. К «наблюдательным» методам относятся, например, магнитно-резонансная томография, благодаря которой с точностью до миллиметра можно получить пространственную картину мозга, методы электроэнцефалографии (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ), позволяющие оценивать изменения электрической активности мозга. Среди неинвазивных методов «воздействия» на мозг наиболее широко распространены транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) и транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС). ТМС позволяет воздействовать на мозг как однократными стимулами с непосредственной оценкой эффекта (нейростимуляция), так и с целью получения длительного пост-эффекта (нейромодуляция). ТЭС используется только для нейромодуляции. При ТМС используется магнитная катушка, генерирующая магнитное поле, которое проходит через скальп (отсюда название: «транскраниальный») и позволяет стимулировать структуры мозга с точностью до нескольких миллиметров. С помощью ТМС проводятся исследования мозга (например, картирование двигательных и речевых зон мозга), осуществляется диагностика повреждений мозга (такое картирование может быть полезно перед нейрохирургической операцией), ведутся попытки изменения когнитивных способностей у здоровых людей. ТМС дает возможность воздействовать на один регион мозга и смотреть, что в этот момент происходит в других, то есть выявлять причинно-следственные связи между областями мозга, между функцией и структурой. ТМС активно сочетают с «наблюдательными» методами изучения мозга, такими как ЭЭГ и МРТ Говоря об изменении когнитивных функций у людей с помощью ТМС-нейромодуляции, можно привести следующий пример: руководитель департамента психологии ВШЭ Василий Ключарев, занимаясь нейроэкономическими исследованиями, показал, что при стимуляции левой префронтальной коры головного мозга человек может стать чуть меньшим конформистом, но этот эффект продлится всего менее часа. Таким образом, кратковременно изменить у человека привычные паттерны принятия решений можно, но искусственно сделать из конформиста революционера (или наоборот) нельзя. При ТЭС используется очень слабый электрический ток (1-2 миллиампера), но он все равно оказывает мощное воздействие на мозг. Такая стимуляция может осуществляться как постоянным, так и переменным током. Аппаратура для ТЭС гораздо более дешевая и компактная, чем для ТМС, основное устройство выглядит, как шлем или лента с несколькими электродами, которые не ограничивают повседневную деятельность человека, умственную или физическую. Это позволяет легко сочетать ТЭС с любыми активностями. В то же время воздействие ТЭС на мозг не такое локальное, как у ТМС. Важно помнить об этических моментах использования неинвазивной стимуляции мозга. Неинвазивная стимуляция мозга за последние десятилетия показала свою безопасность и эффективность при применении в научных лабораториях и при использовании определенных протоколов в клинике. В то же время эффект от неконтролируемого применения аппаратов для неинвазивной стимуляции мозга, которые стали доступны для приобретения любым пользователем в последнее время, не определён. «Если бы мы знали, что одна конкретная область мозга целиком отвечает за конкретную функцию и только за нее, всё было бы просто, и врачи могли бы эффективно лечить почти любые заболевания, — говорит Мария Назарова. — Но, к счастью или сожалению, мозг — очень сложная штука. Очень многие функции «завязаны» на разные структуры мозга, поэтому так важно сочетать методы наблюдения с методами стимулирования, чтобы лучше понять наш мозг и научиться помогать ему в случае болезни». Формирование синаптических контактов и нейронных сетей, их генетическая детерминированность и изменчивость. При формировании этих сетей требуется огромная точность отклонения от норм поведения, наблюдавшиеся у человека и у других животных, возникают из-за аномалий в формировании контактов в соответствуюш,их сетях (см. гл. 31). В развитии, так же, как и в политике, своевременность решает все. Анализ экспериментальных данных позволяет установить сложную последовательность этапов в процессе формирования специфических контактов. Неспособность к образованию новых нейронов могла бы означать, что зрелая нервная система представляет собой статичное устройство с жестко фиксированными связями. Однако это далеко от истины. Хотя новые нейроны не образуются, у каждого нейрона сохраняется способность к формированию новых отростков и новых синаптических контактов. Таким образом, несмотря на то что в каждом центре зрелой нервной системы тело нервной клетки является сравнительно неизменным компонентом, синаптические сети, образуемые между разными нейронами, подвергаются непрерывной модификации. Имеется также целый ряд веских поведенческих доказательств того, что наши нейронные сети способны изменяться мы овладеваем новыми навыками и познаём новые факты, запоминаем их и затем можем их использовать самыми разными способами. Исследования, проведенные на клеточном уровне, позволили убедиться в том, что свойства клетки зависят от ее деятельности, и связать эту зависимость с молекулярными механизмами. Эти механизмы будут обсуждаться позже в нескольких главах, особенно в связи с клеточными и молекулярными свойствами, которые лежат в основе памяти и научения (гл. 30), а также функций коры головного мозга (гл. 31). Как указывалось выше, в период формирования кратковременной и долговременной памяти большую роль играют синаптические образования. Установлено, что при различных функциональных состояниях, включая процесс тренировки и обучения, количество контактов между нейронам[1 возрастает. При этом число синапсов в одном нейроне колеблется в значительных пределах (30—1000). Следовательно, минимальное число синапсов в головном мозгу находится в пределах 3-10 — 4,5 10 а максимальное количество может достигать 1 10 — 1,5 10 , т. е. такого количества синаптических образований В последнее время идентифицированы гены, контролирующие нейрогенез у С. elegans тес-3, определяющий наподобие гена сш Drosophila специфичность типа нервной клетки и гены ипс-5, ипс-6, ипс-40, наподобие гена fas-I Drosophila, контролирующие характер роста нервных отростков. Еще один ген ипс-4 регулирует специфику формирования синаптических контактов VA мотонейронов. У соответствующих мутантов локомоторный дефект коррелирует со специфическими изменениями синаптических связей нейронов этого типа Многочисленные нейроспецифические белки, многие из которых представляют собой глико- или липопротеины, выполняют важные функции, в частности, участвуют в формировании рецепторных участков ютеточной поверхности, в процессах адгезии клеток, в перестройке межклеточных контактов в онтогенезе. Некоторые нейроспецифические белки вовлечены в процессы синаптической передачи и формирования долговременной памяти В эту группу входят преимущественно гликопротеины. Они представл5иот собой исключительно гетерогенную группу белков. Гликопротеины являются важнейшими участниками межклеточных контактов, обеспечивая взаимное узнавание и адгезию определенных нейронов, участвуют в синаптической передаче, рецепторных реакциях, формировании и хранении памяти. Они входят в состав сложных надмолекулярных образований синаптических мембран и других цитоструктурных образований. Формирование постсинаптической мембраны в зоне синапсов может быть обусловлено трансцитозом в постсинаптнче-ской клетке в ходе пробной секреции медиаторов зарождающихся синапсов. Одетые везикулы и вакуоли из систе-Пре-СП ГЭРЛ поступают из центра на периферию в область будущего контакта, поставляя туда необходимый материал. Недаром при синаптической активности в области постсинаптических мембран наблюдается множество вакуолей и цитоскелетных структур, а в клетке — пролиферация аппарата Гольджи. Многочисленные морфологические исследования обнаружили существенные изменения ультраструктуры синапсов при интенсивной пресинаптической стимуляции наряду с Са-зависимой секрецией медиаторов. Обнаружено просветление гранулярных синаптических пузырьков скопление их близ пресинаптической мембраны частичная агрегация и увеличение ассоциации синаптических пузырьков вблизи активной зоны синапсов снижение количества синаптических пузырьков и уменьшение их диаметра (сморщивание) увеличение размеров терминалей (набухание нервных окончаний) увеличение размеров активной зоны пре-синаптической мембраны (увеличение площади контакта) увеличение количества асимметричных синапсов, т. е. увеличение утолщений постсинаптических мембран нередкий контакт с пресинаптической мембраной сдвоенных синаптических пузырьков когда первая слипшаяся везикула является триггером для последующего слипания с ней другой везикулы и именно после этого инициируется слипание двойной везикулы ( восьмерки ) с плазмалеммой увеличение числа экзоцитозных синаптических пузырьков, т. е. структур типа омега появление округлых вдавливаний в пресинаптической мембране (пунктов слияния) перемещение митохондрий к району секреции образование глубоких складок в участках аксолеммы между активными зонами синапсов формирование зоны состыковки, т. е. увеличение конических выступов с кратероподобными отверстиями на, вершине. Все вышеописанные изменения обратимы Специфические особенности генома нервных клеток. К отличительным особенностям генома нервных клеток относится их исключительно высокий по сравнению с другими тканями уровень функционально активных (транскрибируемых) уникальных последовательностей ДНК. Характерным для нервных клеток является прогрессирующее увеличение в них (в течение индивидуальной жизни) числа открытых для синтеза уникальных кодонов ДНК, чего не происходит в тканях других органов. Нейрональная миграция как основа дальнейшего позиционирования.   Экспрессия генов в интегративной деятельности нейронов. Экспрессия генов — процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Некоторые этапы экспрессии генов могут регулироваться: это транскрипция, трансляция, сплайсинг РНК и стадия посттрансляционных модификаций белков. В концепции интегративной деятельности нейрона, предложенной им вместо традиционной «суммационной» концепции, рассматривающей нейрон как сумматор и проводник возбуждения в рефлекторной дуге, генерация потенциалов действия нейроном рассматривалась как обеспечение достижения результата системы и следствие внутринейронных химических процессов. ... В настоящее время становится общепризнанным, что многие закономерности модификации функциональных и морфологических свойств нейронов, а также регуляции экспрессии генов, лежащие в основе научения у взрослых, сходны с теми, которые определяют процессы созревания, характеризующие ранние этапы онтогенеза Становление нервных связей. Большинство нейронных связей формируются в раннем детстве – в период усвоения наибольшего количества информации и обретения наибольшего количества навыков. Информация (навык, убеждение, привычка), содержащаяся в сформировавшихся нейронных цепях, воспринимается ее «хозяином», как истина. Критические периоды развития мозга и его старение. Критический период — это фаза, в течение которой связи клеток мозга становятся более пластичными и восприимчивыми к влиянию определенного вида опыта. Эти связи, называемые синапсами, могут формироваться или укрепляться легче в течение этого периода. Синаптические соединения обычно стабилизируются после этого промежутка времени, и их становится труднее изменить. В течении критического периода развития мозга обычно формируется новый навык при наличии определенного опыта. Если опыт не доступен в течение этого времени, то после его окончания, становится гораздо труднее или даже невозможным приобрести навык. Это доказано в сенсорных системах, таких как зрение и слух. Например, если один глаз (но не оба) закрыт сразу после рождения, лишенный зрения глаз навсегда потеряет остроту зрения. Это происходит потому, что закрытый глаза в критический период может постоянно изменять физическую структуру мозга. Критический период для овладения языком Применительно к овладению языком критический период, в течение которого легче овладеть новыми языками наравне с уровнем владения родным, этот период начинается в раннем детстве и заканчивается незадолго до наступления полового созревания. После окончания этого периода, даже при наличии лингвистически насыщенной среды, становится гораздо труднее овладеть новым языком. Уже в 1967 году Эриком Леннебергом, лингвистом и неврологом, в книге "Биологические основы языка" были описаны результаты исследования с явным разрывом в результатах между обучением в критический период и обучением вне его. Взрослые все еще могут выучить новый язык после полового созревания, хотя это труднее и может занять больше времени, чем у маленьких детей. Почему критический период важен?! Критические периоды важны, потому что многие важнейшие функции нашего организма устанавливаются именно в эти периоды, а некоторые - только в эти периоды. Ученые обнаружили, что следующие функции лучше всего развиваются во время их критических или чувствительных периодов: Эмоциональное реагирование Чувствительный период эмоционального реагирования приходится на период от рождения до 2 лет. В исследованиях, проведенных в детских домах, только сироты, которые были усыновлены приемными семьями до достижения 2-летнего возраста, развили навыки эмоционального реагирования, сравнимые с навыками никогда не помещенных в интернат детей. Зрение Существуют различные критические периоды для различных функций зрительной системы. Они обычно попадают между открытием глаз и половым созреванием. Например, острота зрения обычно развивается от рождения примерно до 5 лет, и период между 3 и 5 годами показывает наибольший рост. С другой стороны, стереопсис, восприятие глубины, имеет критический период, который заканчивается в возрасте 2 лет. Чувствительность к повреждениям в зрительном развитии также имеет свой критический период. Например, амблиопия, состояние, при котором один из глаз имеет пониженное зрение из-за того, что глаз и мозг не работают должным образом, может возникнуть в возрасте от нескольких месяцев до 7 или 8 лет. Знание языка Как уже упоминалось, критическим периодом для освоения нового языка считается период до наступления половой зрелости. После полового созревания намного сложнее овладеть акцентом и грамматикой нового языка. Музыкальный слух — это способность определять и воспроизводить высоту музыкального звука без внешнего ориентира. Дети, которые начали заниматься музыкой в возрасте от 4 до 6 лет, скорее всего, достигнут абсолютного уровня звука. Но обучение, которое начинается после 9 лет, редко приводит к такому уровню мастерства. Слуховая обработка Ученые обнаружили, что при установке кохлеарных имплантатов для обхода нефункциональных внутренних ушей у этих детей в возрасте до 3,5 лет они, скорее всего, могут научиться говорить успешно, особенно если они также подвергаются воздействию языковой среды, богатой языками. Поэтому критический период развития навыка обработки слуховой информации длится примерно до 3,5 лет Как родители, мы должны позаботиться о том, чтобы наши дети не были лишены опыта, особенно в критические периоды. Среди различных способностей, зависящих от опыта, эмоциональное реагирование, базовое доверии к миру является самой важной из тех, над которыми родители должны работать. Поэтому самое важное, что должны сделать родители, — это создать благоприятную среду для вашего ребенка и помочь ему обрести устойчивость. Старение сопровождается также изменением активности и содержания в ткани мозга человека энзимов, имеющих отношение к синтезу и разрушению тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы в черной субстанции, хвостатом ядре и скорлупе; холинацетилазы и ацетилхолинестеразы — в коре, стриатуме, гиппокампе и мозжечке, и следовательно, синтез ацетилхолина в этих структурах уменьшен. Напротив, в среднем мозге увеличивается содержание моноаминоксидазы. Нарушение обмена нейромедиаторов в дофаминергических нейронах головного мозга влечет за собой его снижение в базальных ганглиях, хвостатом ядре и скорлупе, что и вызывает нарушение двигательной активности. Уменьшение содержания серотонина и норадреналина, снижение содержания и скорости обмена дофамина в гипоталамусе связывают с развитием депрессии у лиц пожилого возраста [16]. Возрастное ухудшение кровоснабжения головного мозга по экстра- и интракраниальным сосудам сопровождается изменениями мелких сосудов: склерозом и гиалинозом стенок, сужением просвета. При старении снижается мозговой кровоток, нарушаются функции гематоэнцефалического барьера, уменьшается сопряжение между мозговым кровотоком и метаболизмом глюкозы в связи с использованием в качестве энергетического субстрата кетоновых тел, снижаются уровни тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, а также внутриклеточный рН в мозге, что характеризует изменения церебрального энергетического обмена на всех уровнях. Такие изменения при нормальном старении выражены относительно слабо, тем не менее они повышают чувствительность мозга к окислительному стрессу и другим повреждающим факторам [17—19]. Возрастные изменения сосудистых сплетений проявляются склерозом, образованием кист, кальцификацией, появлением псаммозных телец. Процессы обызвествления в них прогрессируют с возрастом: при компьютерной томографии они выявляются у 1 из 3 — 50-летних, у 3 из 4 — 60-летних и у 5 из 6 — 80-летних пациентов [11]. В процессе старения имеет место постепенное снижение высших психических функций — восприятия, внимания, памяти, мышления. Снижаются скорость обработки информации, объем оперативной памяти, способность к обучению и запоминанию новой информации [20, 21]. Для пожилых людей характерны эмоциональная неустойчивость, снижение умственной работоспособности, повышение порога безусловных рефлекторных реакций, трудности выработки условных рефлексов, а также более медленное их угасание по сравнению с молодым возрастом [22, 23]. По мере того, как человек становится старше, процесс восприятия новой информации и ее кодирования для последующего хранения требует все большего времени, что связано со сниженной эффективностью нервной передачи и сенсорным дефицитом, который ограничивает способность человека быстро и точно воспринимать информацию, предъявляемую для запоминания [24, 25]. У пожилых людей, кроме того, снижается способность извлекать хранящиеся в памяти сведения. Отчасти это обусловлено тем, что им сложнее дифференцировать необходимый фрагмент информации от обильных запасов сведений и знаний, накопленных в течение долгих лет жизни. Этот процесс отграничения (дифференцировки) может быть особенно трудным в случае, когда новая информация сходна по содержанию с давно усвоенной. Вследствие этого пожилые люди демонстрируют гораздо худшие показатели по сравнению с молодыми, в тестах на свободное вспоминание, когда их просят вспомнить заученную информацию, давая при этом минимум подсказок. Однако эта разница сводится к минимуму, когда пожилым испытуемым дается достаточное количество подсказок и ориентиров, чтобы сузить фокус поиска в памяти нужной информации, или когда их просят выбрать правильный ответ из небольшого числа вариантов [ |