Удк 159. 9 Ббк88 р 12 Федеральная программа книгоиздания России Рецензенты канд психол наук С. А. Исайчев, доктор биол наук И. И. Полетаева РавичЩербо ив и др Р
 Скачать 3.61 Mb.
|
|
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕРВНОЙ И ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМ В РЕГУЛЯЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов на уровне целого организма сложились в х годах в исследованиях видного отечественного генетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и Н.Г. Лопатиной [98]. Согласно данным представлениям, каждый генетический процесс в организме, начиная с клетки, протекает не изолированно, а в тесной зависимости от других сопряженных с ним процессов. Иначе говоря, он всегда находится под контролем ряда соподчиненных систем, начиная от генной системы клетки, в которой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, органа и, наконец, организма. Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней факторы как целое. В результате такого контроля протекание различных генетических процессов в разных клетках организма в пределах созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отношению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и систем организма. Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процессов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно, что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразумевая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуляции жизнедеятельности организма. Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего вегетативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге железу гипофиз, образно именуемую дирижером эндокринного оркестра. Нейроны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосинтез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней секреции (щитовидной, надпочечников, половых, которые в меру своей активности изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение. 276 Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на молекулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию активности нервной системы, таки регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной системы является регуляция активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами организма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими словами, функциональная активность нервной системы может играть роль фактора, изменяющего активность генных систем. Экспериментальные доказательства в пользу гипотезы были получены в опытах на мышах. В частности, было установлено, что изменение генной активности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлектор- ному принципу, те. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный с болевым раздражителем. Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонительный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излучением структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки условного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (светового стимула) вызывало изменения показателей, характеризующих уровень митозов в клетке и частоту хромосомных аберраций, аналогичные действию тока. Предъявление дифференцировочного раздражителя (стимула, близкого по своим параметрам к условному) не оказывало влияния ни на частоту ми- тозов, ни на частоту хромосомных аберраций [98]. Регулирующую роль нервной активности в реализации генетической информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинс- кого с сотрудниками [87]. Они установили, что проявление ряда генетически детерминированных поведенческих актов зависит от уровня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая положительная связь между общей возбудимостью животного, проявлением и степенью выраженности генетически обусловленных оборонительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбудимости нервной системы определенные генетически детерминированные формы поведения могут и не обнаруживаться, но они проявляются по мере повышения нервной возбудимости. О регулирующем влиянии уровня активности мозга на процессы реализации генетической информации свидетельствуют, кроме того, прямые корреляции между содержанием РНК в нейронах и уровнем возбуждения нервной системы. Во многих исследованиях было показано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы, сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Установлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в зависимости от степени информационного разнообразия окружающей среды она тем выше, чем более обогащенной входе развития является среда (28]. Таким образом, имеются основания полагать, что нервное возбуждение, вызванное воздействиями среды, может существенно влиять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом. Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, являются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодействие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность влиять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми. Во-вторых, гормоны рассматриваются как специфические индукторы функциональной активности генов [34, 105]. Экспериментально установлена возможность гормональной регуляции экспрессии и активности генов. Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрипции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они, служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и генной системой организма. Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на генетические процессы. Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливающую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к новым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализаторных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сигнал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в кровь. Существуют три основные эндокринные оси, участвующие в реакциях такого типа адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связаны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообразных психологических воздействий. В работах видного генетика Д. К. Беляева и его сотрудников [11, 12] установлено, что у мышей под воздействием эмоционального иммо- билизационного стресса, те. стресса, вызванного ограничением движения, существенно изменяется способность к воспроизведению потомства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических линий по-разному реагируют на стресс. Об этом свидетельствует тот факт, что при сравнении показателей воспроизводства в обычных условиях и при стрессе меняются ранги животных разных генотипов в отношении воспроизводительной функции. Иными словами, животные, более продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктивными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внут- рипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность 278 животных разных генотипов в нормальных условиях и при стрессе оказывается неодинаковой. Установлено также, что эмоциональный стресс влияет на частоту рекомбинационного процесса, а также на индукцию доминантных аллелей. В прямых исследованиях продемонстрировано влияние гормонов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экспрессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкретных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некоторых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влиянием гормонов изменения генной активности могут наследоваться. По мнению Д. К. Беляева, совокупность этих данных свидетельствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами. Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутреннего механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюционного процесса. По отношению к организму как к целому стресс выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрес- сирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уровней генного, эндокринного, нервного и психического. Сточки зрения Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регулятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но ив эволюции. 3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕТАБОЛИЗМА ЦНС И ИНДИВИДУАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗЛИЧИЯ По современным представлениям, генетическая изменчивость структур и функций мозга может влиять на межиндивидуальную изменчивость психики человека. Учитывая множественность факторов, которые модулируют уровень функциональной активности нервной системы и множественность биохимических звеньев, опосредующих эти влияния, есть все основания полагать, что генетически обусловленные различия в психике могут иметь свои истоки на разных уровнях реализации индивидуальных особенностей генотипа. В общем виде уровни проявления и изучения генетической изменчивости мозга можно схематически представить так, как показано на рис. 12.1. По-видимому, существует значительный полиморфизм по многим структурными регуляторным генам, в результате которого возникают генетически обусловленные различия в деятельности ферментных систем организма в целом и мозга в частности. Эти различия определяют индивидуальные особенности метаболизма в ЦНС. Так, например, установлена генетическая детерминированность индивидуальных различий по уровню активности для некоторых ферментов, связанных с обменом медиаторов (моноаминооксидазы, катехола- 279 Рис. 12.1. Возможные уровни исследования генетической изменчивости функции мозга по 159]. Сплошной контур — уровень, на котором может наблюдаться генетическая изменчивость пунктирный контур — метод исследования. минотрансферазы и др. Причем есть указания, что биохимическая изменчивость ферментов определенным образом связана с - индивидуальными особенностями биоэлектрической активности мозга см. гл. XIII). Уже есть прямые экспериментальные доказательства того, что наследственный биохимический полиморфизм мозга может быть связан с индивидуальными особенностями психики и поведения. Так, в известных исследованиях М. Закермана [460] изучалась тенденция человека к поиску или избеганию новых переживаний, атак- же стремление к физическому и социальному риску. Эту склонность определяют как поиск ощущений. С помощью специального опросника можно оценить потребности человека в новизне, сильных и острых ощущениях, толерантность к однообразной, монотонной деятельности и т.д. 280 При оценке внутрипарного сходства 233 пар МЗ и 138 пар ДЗ близнецов по шкале поиска ощущений были получены корреляции для первых и 0,21 для вторых. Коэффициент наследуемости составил 0,78. Установлено, что индивидуальный уровень потребности вощу- щениях имеет свои биохимические предпосылки или корреляты. Степень потребности в ощущениях отрицательно связана с уровнем следующих биохимических показателей моноаминооксидазы (МАО), эндорфинов и половых гормонов. Функция моноаминооксидазы заключается в контроле и ограничении уровня некоторых медиаторов, в частности норадреналина, дофамина. Эти медиаторы обеспечивают функционирование нейронов катехоламиноэрги- ческой системы, имеющей отношение к регуляции эмоциональных состояний индивида. Если содержание МАО в нейронах оказывается сниженным по сравнению с нормой, то ослабляется биохимический контроль за действием указанных медиаторов. Эндорфины — продуцируемые в мозге биологически активные вещества (эндогенные пептиды) — снижают болевую чувствительность и успокаивающе влияют на психику человека. Половые гормоны (андрогены и эстрогены) связаны с процессами маскулинизации и феминизации. Другими словами, индивиды, у которых имеет место наследственно обусловленное снижение МАО, эндорфинов и половых гормонов, с большей вероятностью будут склонны к формированию поведения риска. Есть некоторые свидетельства того, что помимо перечисленных имеются и другие биохимические различия между индивидами с разным уровнем потребности в ощущениях. Этот пример позволяет надеяться, что в дальнейшем будут обнаружены генетически обусловленные биохимические различия, создающие условия для формирования других устойчивых индивидуально-психологических особенностей. Основания для такого прогноза существуют, и они связаны, в первую очередь, с развитием новых научных направлений. К числу последних относится биохимическая генетика мозга, в задачу которой входит изучение общих закономерностей метаболизма в ЦНС. Однако еще основоположник концепции биохимической индивидуальности Р. Уильяме [153] подчеркивал исключительное разнообразие биохимической изменчивости человека, указывая, что водном индивиде редко воплощаются все средние значения. Изучение индивидуальных различий в метаболизме стало особенно актуальным в связи с появлением такой области исследований, как фармакогенетика. Фармакогенетика — область изучения генетических и биохимических факторов, обусловливающих индивидуальные различия в чувствительности к лекарственным препаратам. Например, через некоторое время после введения одинаковой дозы препарата его уровень в крови у разных людей может различаться более чем враз, причем эти различия имеют весьма устойчивый характер [7, 348]. 281 По представлениям Р. Пломина и Р. Дитриха [365], прогресс в изучении генетических предпосылок формирования индивидуально- психологических особенностей человека связан с дальнейшим синтезом психогенетики и нейрофармакогенетики. Причем наряду с выявлением общих усредненных закономерностей необходимо изучать межиндивидуальную изменчивость на популяционном уровне. В конечном счете это должно привести к созданию особого междисциплинарного направления в исследовании человека — «психонейрофар- макогенетики». Установление общих закономерностей в совокупности с межин- дивидуальной изменчивостью биохимических механизмов представляет собой перспективу исследований в генетике мозга, поскольку ведет к раскрытию глубинных опосредующих механизмов (нормативных и индивидуализированных, наиболее тесно связанных с прямыми продуктами действия генов. Однако следует иметь ввиду, что успехи в изучении генетического полиморфизма, влияющего на мозг, вряд ли позволят исчерпывающим образом объяснить все стороны поведения человека, поскольку детерминанты поведения и психики не могут быть сведены к набору биохимических ключей. * * * Роль генетических факторов в формировании ЦНС изучается на клеточном, морфофункциональном и системном уровнях. Первый связан с генетической детерминацией функций клеточных элементов и нервной ткани, второй — морфологических и функциональных особенностей отдельных образований, из которых состоит головной мозг, третий — организации функциональных систем, лежащих в основе поведения и психики. Каждый генетический процесс в организме протекает не изолированно, а под контролем ряда соподчиненных систем генной системы клетки, систем ткани, органа и, наконец, организма. Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на молекулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию активности нервной системы, таки регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. Важными посредниками, осуществляющими взаимодействие между ЦНС и генной системой, являются гормоны. По-видимому, существуют генетически обусловленные биохимические различия в метаболизме ЦНС, которые создают предпочтительные условия для формирования некоторых устойчивых индивиду- ально-психологических особенностей. 282 Глава ПРИРОДА МЕЖИНДИВИДУАЛЬНОЙ ВАРИАТИВНОСТИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММА Биоэлектрическая активность мозга включает разные виды феноменов, нов генетических исследованиях нашли применение два основных электроэнцефалограмма (ЭЭГ) и вызванные потенциалы (ВП). 1. ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), те. суммарной биоэлектрической активности мозга. Описание ЭЭГ включает ряд параметров частоту волн, их амплитуду, индекс выраженности, спектральные плотности ритмов и некоторые другие. По частоте волн различают следующие типы ритмических составляющих ЭЭГ: дельта-ритм (0,5-4 Гц тэта-ритм (5-7 Гц альфа-ритм (8-13 Гц) — основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя бета-ритм (15-35 Гц гамма-ритм (выше 35 Гц. Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга — амплитуда, те. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Амплитуда высокочастотных бета-волн у одного итого же человека может быть почтив раз ниже амплитуды более медленных альфа-волн. Наряду с этим нередко используется показатель выраженности ритма, именуемый индексом. Он характеризует (в %) долю, занимаемую в записи ЭЭГ данным ритмом. Наиболее часто он употребляется для оценки выраженности альфа-ритма. Высокий альфа-индекс говорит о преобладании в ЭЭГ альфа-ритма, низкий — о его слабой выраженности. С появлением автоматического частотного и спектрального методов анализа ЭЭГ исследователи получили возможность проводить сопоставления не только по параметрам альфа-ритма, как правило, доминирующего в общем паттерне ЭЭГ, но и по другим частотным диапазонам. При регистрации ЭЭГ важное значение имеет расположение электродов, причем электрическая активность, одновременно регистрируемая с разных точек головы, может сильно различаться. Международная федерация обществ электроэнцефалографии приняла так называемую систему «10-20», позволяющую точно указывать расположение электродов. При этом для удобства 283 регистрации весь череп разбивают на области, обозначенные буквами F — лобная, О — затылочная область, Р — теменная, Т височная, С — область центральной борозды. Нечетные номера точек отведения относятся клевому, четные — к правому полушарию. Буквой 2 обозначаются отведения по средней линии, разделяющей полушария. Для записи ЭЭГ используют два основных метода биполярный и монополярный. При первом оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа при втором один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, сосцевидные отростки и др. В случае биполярной записи регистрируется ЭЭГ, представляющая собой результат взаимодействия двух электрически активных точек например, лобного и затылочного отведений); в случае монополярной записи активность какого-то одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, затылочного отведения относительно мочки уха. Традиционно существуют два подхода к анализу ЭЭГ: визуальный клинический) и статистический. При визуальном анализе ЭЭГ электрофизиолог, опираясь на доступные непосредственному наблюдению признаки ЭЭГ, выделяет характерные особенности ЭЭГ, отличающие данную запись от других. Таким образом оценивается выраженность и соотношение отдельных ритмических составляющих, соответствие общепринятым стандартам нормы и т.д. Визуальный анализ ЭЭГ всегда строго индивидуален и имеет преимущественно качественный характер. Несмотря на принятые стандарты описания ЭЭГ, ее визуальная интерпретация в значительной степени зависит от опыта электрофизиолога, его умения читать электроэнцефалограмму. Статистические методы исследования ЭЭГ исходят из того, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Стационарными называются процессы, статистические параметры которых стечением времени не меняются. Установлено, что ЭЭГ сохраняет стационарность всего лишь в пределах нескольких секунд. Дальнейшая обработка в подавляющем большинстве случаев опирается на преобразование Фурье, смысл которого состоит в том, что волна любой сложной формы математически идентична сумме синусоидальных волн разной амплитуды и частоты. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме колебания ЭЭГ можно свести кряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами. Для выделения повторяющихся периодических компонентов ЭЭГ используется автокорреляционная функция, которая характеризует степень связи между отдельными временными моментами одного итого же процесса и позволяет судить о преобладании в изучаемой записи периодических или случайных составляющих. Специальной задачей является анализ спектров мощности разных частот, которая зависит от амплитуд синусоидальных составляющих. Спектр мощности представляет собой совокупность всех значений мощности ритмических составляющих ЭЭГ, вычисляемых с определенным шагом дискретизации (в размере десятых долей Гц. Спектры могут характеризовать абсолютную мощность каждой ритмической 284 составляющей или относительную, те. выраженность мощности каждой составляющей (в %) по отношению к общей мощности ЭЭГ в анализируемом отрезке записи. Спектры мощности ЭЭГ можно подвергать дальнейшей обработке, например, корреляционному анализу, при котором вычисляют авто- и кросскорреляционные функции, а также когерентность. Последняя характеризует меру синхронности частотных диапазонов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяется в диапазоне от +1 (полностью совпадающие участки спектра) до 0 (абсолютно различные. Такая оценка проводится в каждой точке непрерывного частотного спектра или как средняя в пределах частотных поддиапа- зонов. При помощи вычисления когерентности можно определить, какие структуры мозга более заинтересованы в данной деятельности, где находится фокус активации и др. Благодаря этому спектрально- корреляционный метод оценки ритмических составляющих ЭЭГ и их когерентности является в настоящее время одним из наиболее распространенных. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭЭГ И |