1 2 3 4 5 / 19 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

5. 9. Модулирующая система мозга

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Модулирующая система мозга реализует свои функции через особый класс функциональных систем, регулирующих процессы активации в составе различных видов деятельности. Она регулирует цикл бодрствование — сон, стадии и фазы сна, уровни и специфику функциональных состояний во время бодрствования, а также процессы внимания благодаря ее способности создавать как

локальные, так и генерализованные эффекты активации и инактивации в нервной системе.

Модулирующая система мозга представлена многими активирующими и инактивирующими структурами, находящимися в сложных взаимоотношениях друг с другом и локализованными на разных уровнях ЦНС. Среди них выделяют неспецифическую систему (ретикулярную формацию) среднего мозга, которая регулирует состояние и вызывает генерализованные и тонические реакции активации, а также активирующую—инактивирующую систему неспецифического таламуса, причастную к возникновению локальных и фазических реакций активации. К структурам с тормозными функциями относят синхронизирующий центр Моруц-ци в срединной части варолиевого моста ствола мозга, преопти-ческую область латерального гипоталамуса. Тормозные функции выявлены и у фронтальной коры. Важную роль в регуляции цикла бодрствование—сон, формировании парадоксального сна с быстрыми движениями глаз (REM sleep), а также ортодоксального сна (NREM sleep) играет комплекс синего пятна (locus coeruleus) и ядер шва (n.raphe). Синее пятно — скопление нейронов в покрышке ствола мозга, в котором осуществляется синтез НА. Последний в составе переднемозгового пучка доставляется в кору и передний мозг. Ядра шва, локализованные в средней части продолговатого мозга, моста и среднего мозга, являются центром синтеза серото-нина, который по системе длинных волокон достигает многих структур мозга: коры, латерального гипоталамуса, гиппокампа и др.

5.9.1. Гетерогенность модулирующей системы

Ранее предполагалось, что по динамике любой из физиологических реакций (ЭЭГ, ЭМГ, диаметр зрачка, кожное сопротивление, ЧСС), испытывающих влияние неспецифической системы, можно предсказать изменение всех остальных реакций. Такой подход основывался на концепции Д. Линдсли (D. Lindsley) о единстве и синергизме влияний от восходящих и нисходящих неспецифических систем мозга, обусловливающих параллелизм всех элек-троэнцефалографических, вегетативных и двигательных реакций. Предполагалось, что активация в ЭЭГ (проявление действия восходящей активирующей неспецифической системы) развивается параллельно эффектам нисходящей неспецифической системы в виде соматических и вегетативных реакций (изменения тонуса мышц, движения глаз, изменения частоты дыхания и сердцебиения, КГР, изменения диаметра сосудов). Однако в дальнейшем

между ними были найдены очень низкие коэффициенты корреляции. На основе обзора литературных данных Р. Лазарус (R. Lazarus) приходит к выводу, что максимальные значения коэффициентов корреляции не превышали 0,5.

Кроме того, при определенных условиях была обнаружена диссоциация между поведенческой и электроэнцефалографической активациями. Так, введение атропина собаке вызывало ЭЭГ-кар-тину медленного сна, при этом животное поведенчески продолжало бодрствовать. Аналогичные данные были получены и на кошках. С помощью физостигмина у них можно было вызвать активацию на ЭЭГ, но поведенчески животное могло находиться в состоянии дремоты. Дж. Моруцци показал, что если перерезать ствол мозга выше варолиевого моста, но ниже ретикулярной формации, то в результате прерывания синхронизирующих влияний, поступающих из него в кору, в ЭЭГ развивается десинхронизация. В это время животное может спать.

Более того, в 1957 г. Дж. Лейси (J. Lacey) впервые обнаружил реципрокные отношения между вегетативными и электроэнцефа-лографическими показателями активации. В его опытах появление депрессии альфа-ритма сочеталось не с ростом ЧСС, а с ее снижением. Этот комплекс реакций в дальнейшем был связан с ориентировочным рефлексом. Полученные данные легли в основу концепции Дж. Лейси о «дирекционной фракционности активации», согласно которой неспецифическая активация мозга обеспечивается несколькими субсистемами активации. Каждая из них проявляется в своих вегетативных, моторных и электроэнцефалографи-ческих реакциях.

П.К. Анохину принадлежит концепция «специфичности неспецифической активации». Она утверждает, что каждый тип мотивации обеспечивается возбуждением собственной неспецифической активирующей системы, обладающей особой химической специфичностью. В опытах на кроликах он выделил и описал различные паттерны ЭЭГ для оборонительных, пищевых и ориентировочных мотивационных состояний. Применяя различные фармакологические вещества, он продемонстрировал возможность избирательной блокады каждого из них. На необходимость выделять две системы активации — лимбическую и ретикулярную формации с их относительным антагонизмом — указывал А. Роуттен-берг (Routtenberg А.). По его мнению, активирующая ретикулярная формация обеспечивает энергетическую базу исполнения реакций, тогда как лимбическая система связана с подготовительными фазами поведения и преимущественно имеет отношение к вегетативной активации.

6-462

5.9.2. Субсистемы активации

Изучение биохимических основ активационных процессов в мозге и роли в этом основных медиаторов позволяет выделять три главные системы активации, причастные к регуляции уровня бодрствования и реакции активации. Это стволово-таламо-кортикаль-ная система, базальная холинергическая система переднего мозга и каудо-таламо-кортикальная система.

5.9.2.1. Стволово-таламо-кортикальная система

Открытие Г. Мэгуном и Дж. Моруцци в 1949 г. в среднем мозге неспецифической, ретикулярной формации (РФ) сыграло огромную роль в раскрытии механизмов реакции активации. В опытах с электрической стимуляцией РФ и отключением ее хирургическими и фармакологическими методами они установили, что уровень активности коры больших полушарий находится под непрерывным контролем ретикулярной формации. Высокочастотная электрическая стимуляция РФ пробуждает животное от сна и поддерживает его бодрствование. У бодрствующей обезьяны электрическое раздражение РФ сокращает время реакции на сигнальный стимул и уменьшает дифференцировочный временной порог — критический интервал различения следующих друг за другом вспышек света. Противоположный успокаивающий эффект имеет электрическая стимуляция на низкой частоте. Перерезка ствола мозга, отсекающая активирующую РФ (препарат cervea isole), вызывала на ЭЭГ картину сна, характерную для спящего животного.

РФ долгое время рассматривалась как главная система активации с восходящими проекциями, облегчающими сенсорные процессы, и нисходящими путями, облегчающими моторную активность. Позже неспецифическая система активации была найдена в таламусе. Для изучения ее функций Г. Джаспер (Н. Jasper) использовал реакцию вовлечения (recruting response). Эта реакция возникает в ответ на ритмическую электрическую стимуляцию неспецифических ядер таламуса и состоит в воспроизведении биопотенциалами коры ритма электрического раздражения. Реакция вовлечения использовалась для моделирования ЭЭГ медленновол-нового сна. Применение сенсорных раздражителей разной модальности на этом фоне вызывало блокаду волн вовлечения, что рассматривалось как аналог реакции активации. На такой модели впервые было показано существование локальных реакций активации, они были модально-специфичны и возникали в коре того анали-

5 I

_1 с I — 100 мкВ

v^«4l^wн?^tyJ^'vЧ^

мс

и -и •!

пин HI «ни»

Рис. 21. Параллельное возникновение реакций активации и инактивации

в суммарной электрической активности мозга кролика и у двух нейронов

неспецифического таламуса.

Суммарная электрическая активность регистрировалась от дорзального гиппокампа (2), неспецифического таламуса (3), ретикулярной формации среднего мозга (4), зрительной (5) и лобной (6) коры; 1 — запись ЭМГ. Запись нейронной активности (внизу) по времени совпадает с участком суммарной активности мозга, выделенным двумя пунктирными линиями. Виден переход нейронов от пачечной активности к одиночным разрядам, совпадающий с активацией в суммарной активности мозга (после спонтанного движения) (по Н.Н. Даниловой, 1985).

затора, для которого модальность сенсорного стимула была адекватной. В 1955 г. Джаспер изложил свою теорию о диффузно-проек-ционной таламической системе, согласно которой неспецифические ядра таламуса через линии своих проекций на кору вызывают на ЭЭГ реакцию десинхронизации — разрушение регулярной мед-ленноволновой активности.

Таламическое происхождение реакций активации в коре в дальнейшем получило подтверждение при параллельной регистрации ЭЭГ коры и нейронной активности неспецифических ядер таламуса. Показано, что сенсорные раздражения (звуковое, кожное и др.) вызывают у нейронов неспецифического таламуса реакцию десинхронизации в виде разрушения пачек спайков и замены их одиночными потенциалами действия (ПД) (Данилова Н.Н., 1968, 1985). Нейронная таламическая реакция десинхронизации соответствует появлению на ЭЭГ реакции активации, которая выглядит

Рис. 22. Угасание и растормаживание реакции активации у нейронов неспецифического таламуса, измеренной по длительности десинхрониза-ции пачечной активности (а) и сумме одиночных ПД (б). Реакция вызывалась звуковыми щелчками (10/с). Кружком отмечен экстрараздражитель

(звуковые щелчки 4/с).

как блокада медленных ритмов ЭЭГ или появление гиппокампаль-ного тета-ритма. На рис. 21 показана связь импульсной активности двух нейронов таламуса с электрической активностью коры и подкорковых структур у кролика. Видны усиление пачечной активности нейронов во время медленных волн и замена их одиночными спайками во время реакции ЭЭГ-активации.

Реакция десинхронизации нейронов неспецифического таламуса обладает свойствами ОР. С повторением стимула она ослабевает и восстанавливается после экстрараздражителя. Рис. 22 демонстрирует динамику одного из таких нейронов, реакция которого оценивалась по продолжительности нейронной реакции десинхронизации и по частоте одиночных спайков во время нее.

Таламическая неспецифическая система определяет появление в коре локальных форм активации. Из-за стратегической позиции одного из ядер неспецифического таламуса — ретикулярного ядра

(n.Ret) — предполагают его ключевую роль в происхождении локальной активации; оно является воротами для сенсорной информации, поступающей в кору. Однако ретикулярное ядро не имеет прямого выхода на кору. Вместе с тем оно получает входы от коры, ствола мозга, а также от всех других ядер таламуса. При этом его собственный выход может выборочно тормозить или не тормозить те или другие специфические ядра таламуса. Это единственное ядро, которое не имеет своих проекций в коре, и единственное ядро с тормозным выходом, по-видимому, выполняющее функцию внут-риталамического регулятора.

Кроме того, возможно, что это ядро через неспецифический таламус регулирует паттерны активации, необходимые для произвольных движений. Ретикулярное ядро находится под контролем РФ, которая может перекрывать селективное торможение, создаваемое n.Ret, и запускать генерализованный ОР.

В работах норвежских исследователей из Гетеборгского университета (Осло) П. Андерсена (P. Anderssen) с сотрудниками была изучена роль нейронов специфических ядер таламуса в происхождении локальных корковых реакций активации и инактивации. Они показали таламическое происхождение сонных и барбитуровых веретен коры и определили размеры участков коры и таламуса, образующих линии проекции, по которым из таламуса распространяются на кору синхронизирующие и десинхронизирующие влияния. Двигая один из подкорковых электродов, они определяли корреляцию электрической активности обеих структур. Высокая корреляция была найдена между корковыми и таламическими волнами для всех специфических ядер таламуса (латерального и медиального коленчатых тел, вентро-базального комплекса). Участки с высокой корреляцией в коре имели площадь диаметром 0,8 мм, в таламусе — 100-150 мкм. На основании расчета исследователи предположили, что в специфическом таламусе существует около 25000-30000 локальных пейсмекеров медленноволновой активности, что совпадает с предполагаемым количеством колонок в коре одного полушария кошки. Согласно их теории локальных пейсмекеров специфического таламуса каждый из таких пейсмекеров контролирует одну из корковых колонок через те же нейроны, которые передают в кору специфическую информацию. В зависимости от режима работы локального пейсмекера (одиночные спайки или пачечные разряды) в кору локально приходят либо активирующие, либо тормозные посылки.

Генерализованная активация охватывает обширные зоны коры. Ее происхождение связывают с функцией РФ ствола мозга. Генерализованная активация более длительна и быстрее угасает по срав-

нению с локальной активацией таламического происхождения. Принято считать, что функция стволовой неспецифической системы состоит в поддержании в мозге определенного функционального состояния, тогда как неспецифическая система в неспецифических и специфических ядрах таламуса связана с селективным вниманием.

Как показало изучение биохимических основ ЭЭГ-реакции активации, кора получает широкие проекции от четырех основных медиаторных систем — ДА-ергической, НА-ергической, се-ротонинергической и холинергической, однако только последняя причастна к ее активации. Кортикальная активация, вызванная электрической стимуляцией РФ ствола, сопровождается высвобождением ацетилхолина (АХ) в коре, т.е. РФ действует на кору через холинергические афференты. Конечное звено корковой активации холинергично и представлено мускариновыми (М-) рецепторами нейронов коры, чувствительными к АХ. Локальное наложение АХ на кору возбуждает примерно до 50% ее нейронов. Атропин, избирательно угнетающий М-рецепторы, блокирует этот эффект. Сенсорные раздражения разной модальности увеличивают количество высвобождающегося АХ в коре, а деафферентация животного сопровождается падением свободного АХ. Реакция ЭЭГ-активации коррелирует с ростом количества АХ в жидкости, омывающей поверхность коры. Наркоз снижает выход АХ, одновременно блокируя ЭЭГ-активацию.

Во время парадоксального сна активация также имеет холи-нергическую природу, которая развивается в коре на фоне редукции норадренергической и серотонинергической модуляций из-за снижения активности нейронов синего пятна и ядер шва. По данным ПЭТ, во время парадоксального сна активацию находят в покрышке варолиева моста, в лимбической системе: миндалине, парагиппокампальной коре, передней поясной коре и тесно связанной с лимбическими структурами медиальной префронталь-ной коре при одновременной деактивации дорзолатеральной пре-фронтальной коры, в которой представлен аппарат рабочей памяти (см. главу «Память»). Такой паттерн возбуждения во время парадоксального сна создает уникальные условия для обработки исключительно внутренней информации, функционально изолированной от сенсорного входа и от выхода (через дорзолатераль-ную префронтальную кору) относительно внешнего мира.

Однако до сих пор остается неясным, через какие пути РФ среднего мозга распространяет свою активацию на кору. Утверждение, что РФ имеет прямой выход на кору, основано на косвенных доказательствах, полученных в поведенческих и физиологи-

ческих опытах. Никогда не были точно показаны анатомические связи стволовой РФ с корой. Более детальное изучение этой проблемы показало, что выход стволовой РФ на кору осуществляется, по-видимому, через базальную холинергическую систему переднего мозга, которая моносинаптически проецируется на кору. Кроме того, она имеет вход от РФ и один из ее выходов на кору проходит через таламус.

5.9.2.2. Базальная холинергическая система

В базальном переднем мозге (Basal Forebrain) найдены магно-целлюлярные нейроны, содержащие АХ и моносинаптически проецирующиеся на кору. Главная холинергическая структура — ядро Мейнерта (n.basalis — NB)., Электрическая стимуляция NB, а также SI (substancia innominata) у анестезированной крысы высвобождает в коре АХ. Эффект можно блокировать атропином — антагонистом мускариновых рецепторов. Параллельно электрическая стимуляция увеличивает кровоток в коре, что указывает на холинергическую природу расширения сосудов мозга.

Холинергическая система переднего мозга принимает участие как в регуляции цикла сон—бодрствование, так и в вызове корковой реакции активации. В составе холинергической системы мозга различают активирующие и тормозные структуры, взаимодействие которых определяет уровень активации коры. Активирующие структуры (NB и др.) поддерживают бодрствование. В них выделены нейроны, связанные с бодрствованием. Уровень их активности меняется параллельно циклу бодрствование—сон, увеличиваясь во время бодрствования и парадоксального сна (Szymusiak R., 1995). Частота их спайков особенно растет во время движения животного. У этих нейронов, так же как у нейронов таламуса, режим одиночных спайков в бодрствовании сменяется пачечной активностью во время медленного сна.

«Нейроны, связанные с бодрствованием», находятся под контролем неспецифической системы среднего мозга и моста (через глутаматовые рецепторы) и заднего гипоталамуса, который также имеет свою самостоятельную проекцию на кору и принимает участие в регуляции ЭЭГ и поведенческой активации. На нейроны бодрствования переднего мозга конвергируют также серотонинер-гические нейроны ядер шва и клетки синего пятна, вызывающие их инактивацию.

Тормозные структуры базальной холинергической системы представлены магноцеллюлярным преоптическим ядром (МСР) и ядром диагонального пучка, связанным с его горизонтальной ветвью

(НОВ), и находятся в реципрокных отношениях с активирующими структурами. Кроме того, в контроле сна принимает участие внешняя гипногенная система: медиальная преоптическая область и передний гипоталамус, оканчивающиеся на активационных хо-линергических структурах переднего мозга тормозными синапсами.

Холинергическая система переднего мозга является не только источником активации, поддерживающей бодрствование. Она также обеспечивает высвобождение АХ в локальных участках коры, которые реагируют на стимулы, связанные с подкреплением (локальную реакцию на значимые стимулы). При этом большая часть нейронов переднего мозга реагирует на условные сигналы награды и не отвечает на условные стимулы наказания. Предполагают, что в базальной холинергической системе представлен механизм избирательного внимания к значимым стимулам, который и обеспечивает их обработку в соответствующих областях коры.

Опыты с фармакологическим отключением базального переднего мозга у животных показали нарушение приобретенных навыков, включая прохождение лабиринтов, заученное пассивное и активное избегание.

Холинергическая активирующая система находится под контролем коры, несмотря на то что кортикофугальные проекции на базальный передний мозг сравнительно ограничены. Количество таких проекций, идущих от первичных сенсорных и моторных областей коры невелико. Наиболее заметный путь к переднему мозгу образован волокнами от орбитофронтальной, инсулярной и особенно от префронтальной коры. Кортикофугальные влияния достигают холинергической системы через стриатум и прилегающее ядро после многих переключений. Создавая локальную активацию в коре, холинергические нейроны переднего мозга взаимодействуют с таламо-кортикальной неспецифической системой. Показан их дополнительный выход на кору через таламические структуры, установлены их проекции к некоторым ядрам таламуса (MD, AV, AM, n.Ret). Предполагают, что, влияя на кору прямо и через тала-мус, они могут модулировать ее реакции активации в соответствии со значимостью стимула.

Холинергические нейроны переднего мозга принимают участие и в реакции активации, которая у животных представлена усилением гиппокампального тета-ритма. Их активирующие влияния из медиального септального ядра (MS) и ядра диагонального пучка, связанного с вертикальной ветвью (VDB), достигают гиппокампа, вызывая тета-ритм. Усиление гиппокампального тета-ритма в ответ на электрическую стимуляцию РФ реализуется через путь РФ — ба-зальная Холинергическая система переднего мозга-гиппокамп.

5.9.2.3. Каудо-таламо-кортикальная система

Базальные ганглии, образующие стриопаллидарную систему, представлены комплексом нейрональных узлов, центрально расположенных в белом веществе больших полушарий головного мозга. Их основные функции связаны с управлением движений, реализацией врожденного поведения и приобретенных навыков. Кроме того, стриопаллидарная система участвует в формировании избирательной активации неокортекса, обеспечивающей готовность афферентного, ассоциативного и эфферентного звеньев для выполнения конкретного целенаправленного поведения (Суворов Н.Ф., Таиров О.П., 1985). Именно она распределяет актива-ционные ресурсы произвольного внимания в соответствии с требованиями, выдвигаемыми задачей или поведением, которое должно быть реализовано.'

Ключевыми структурами базальных ядер являются неостриатум, или хвостатое ядро (n.caudatus), и прибегающее ядро (n.accumbens). Предполагают, что хвостатое ядро связано с хранением моторных программ — главным образом двигательных автоматизмов, выученных движений, навыков, тогда как прилегающее ядро — более древняя структура — причастна к хранению врожденных поведенческих программ. Стриопаллидарная система находится под контролем лимбической системы и неокортекса. Прилегающее и хвостатое ядра фильтруют сигналы соответственно от лимбической системы (эмоциональный мозг) и от церебральной коры (когнитивный мозг), используя механизм активации ДА-ергических нейронов. Активация ДА-ергических нейронов обеспечивает актуализацию врожденных и прибретенных форм поведения. Это достигается за счет торможения ГАМК-ергических интернейронов, тонически тормозящих нейронные сети, в которых хранятся программы действий.

Наиболее изучены функции хвостатого ядра (неостриатума). Оно получает проекции практически от всех зон коры. Кроме того, уровень его активности контролируется системами подкрепления. На нем конвергируют проекции ДА-ергических и НА-ергических структур ствола мозга, соответственно представляющие системы положительного и отрицательного подкрепления.

Стриатум участвует в распределении восходящей в кору неспецифической активации. Это достигается через таламус — систему, определяющую локальную активацию. Под влиянием стриатума картина распределения активации в таламусе начинает соответствовать мотивационному возбуждению и кортикофугальным сигналам, поступающим на стриатум. На уровне коры эта картина трансформиру-

ется в паттерн активации, который отвечает требованиям, поставленным задачей, или реализации целенаправленного поведения.

Все три системы активации, реализуя свои специфические функции, вместе с тем имеют общие входы и выходы. Создавая свои локальные эффекты активации, все системы имеют выход на кору через таламус. Стволово-таламо-кортикальная система использует таламус для локальной активации как компонента ОР. Базаль-ная холинергическая система переднего мозга через таламус реализует корковую активацию на значимые стимулы. Каудо-таламо-кортикальная система также использует таламус для создания в коре картины распределения локусов активации, необходимой для выполнения той или иной деятельности. Кортикофугальные влияния, главным образом из префронтальной коры, достигают холи-нергической активационной системы через стриопаллидарную (хвостатое и прилегающее ядра). Генерализованная реакция активации, вызываемая сенсорными стимулами вследствие возбуждения РФ среднего мозга, опосредована холинергической системой переднего мозга. Последняя имеет прямое отношение к регуляции цикла бодрствование—сон, что сближает механизм генерализованного ориентировочного рефлекса с функциональным состоянием бодрствования.

5.10. ГАММА-КОЛЕБАНИЯ И ВНИМАНИЕ

Под ЭЭГ-реакцией активации у человека обычно понимают подавление, блокаду альфа-ритма, которая замещается нерегулярной и низкоамплитудной активностью. В некоторых работах описаны случаи, когда блокада альфа-ритма сочетается с одновременным усилением бета-активности, которая иногда выглядит как появление регулярного ритма на частоте 29—30 Гц (Данилова Н.Н., 1985).

В последние годы наблюдается стремительный рост числа публикаций, в которых сообщается о наличии в составе реакции ЭЭГ-активации усиления гамма-колебаний (30—170 Гц и более). Их связывают с контролируемыми когнитивными процессами, в частности с произвольным вниманием.

Усиление ритма 40 Гц обнаружено у кошки в лобно-теменной коре, когда она пристально следит за мышью (Bouyer JJ. et al., 1987). У млекопитающих, включая человека, колебания 40 Гц наблюдались в связи с состоянием направленного внимания не только в коре, но и в таламусе (Murthy V.N., Fetz E.E., 1992). На частоте гамма-колебаний обнаружено явление синхронизации вызванных ответов у нейронов коры. Синхронизацию вызывают сенсорное воздействие (Gray C.M., Singer W., 1989), решение сенсомотор-

ной задачи (Murthy V.N., Fetz E.E., 1992) и другие активирующие факторы. Осцилляции 40 Гц появляются у нейронов синхронно и в фазе. Они могут охватывать нейроны как сенсорной, так и моторной коры. Высокочастотная электрическая стимуляция РФ ствола мозга, вызывающая генерализованную реакцию активации в коре, одновременно усиливает гамма-колебания (45 Гц), которые отражаются и в фокальных потенциалах зрительной коры (поле 17). На этом фоне можно наблюдать синхронизацию вызванных ответов нейронов зрительной коры, которые избирательно реагируют на одно и то же физическое свойство стимула, например на движущуюся в определенном направлении полоску (Munk M.H.Y. et al., 1996).

Механизм генерации ритмов мозга связывают с работой пейсме-керных систем— ритмоводителей. До недавнего времени пейсмеке-ры ритмической активности, в частности таламуса, представляли в виде нейронной сети с реверберацией возбуждения, которая римичес-ки прерывается через механизм обратной связи (Verzeano M., 1972; Andersen P., Andersson S.A., 1968; Данилова Н.Н., 1985).

Однако в последнее время все больше подчеркивается роль пей-смекерных нейронов в генезе ритмов мозга. Пейсмекерный нейрон порождает градуальные эндогенные потенциалы, которые, достигая порога, запускают генерацию ПД. У такого нейрона ритмический эндогенный потенциал регистрируется даже после полной изоляции нейрона. Изучение механизмов генерации пейсмекерных осцилляции показывает, что римическая активность мозга скорее всего представляет тот тип пейсмекерных потенциалов, появление которых определяется взаимодействием потенциалзависимых кальциевых каналов и кальцийзависимых калиевых каналов. Пейсмекерный цикл в таких нейронах включает следующую цепочку реакций:

• активация потенциалзависимых Са2+-каналов и как следствие — увеличение деполяризации нейронов;

• активация кальцийзависимых К-каналов, определяющих волну гиперполяризации;

• инактивация Са2+-каналов из-за снижения притока ионов Са2+ в клетку вследствие гиперполяризации мембраны в результате открытия К-каналов;

• инактивация (закрытие) Са2+-зависимых К-каналов за счет снижения внутриклеточной концентрации ионов кальция;

• активация (деполяризация мембраны) под влиянием гиперполяризации Na-каналов. Последняя служит началом для следующего цикла.

Потенциалзависимые кальциевые каналы делятся на низкопороговые и высокопороговые. Высокопороговая кальциевая проводи-

мость в основном представлена на дендритах, тогда как низкопороговые кальциевые каналы локализованы преимущественно на соме клетки (Llinas R., 1988). Активация пейсмекерного нейрона (появление пейсмекерных волн) начинается с открытия низкопороговых потенциалзависимых кальциевых каналов. Обычно это уже происходит при гиперполяризации нейрона. Высокопороговые кальциевые каналы для своего открытия требуют деполяризации нейрона. Возможен переход от пейсмекерной активности, определяемой низкопороговыми кальциевыми каналами, к активности, создаваемой высокопороговыми каналами. Для этого нужно, чтобы пейсмекерные волны достигли уровня деполяризации, соответствующей порогу срабатывания высокопороговых кальциевых каналов. Это ведет к появлению кальциевых ПД, а если достигается порог срабатывания и натриевых каналов, то возникает и натриевый ПД. Обе группы ПД складываются и создают источник длительной ритмической активности. То, что разнопорого-вые кальциевые каналы могут находиться на одном нейроне, определяет способность нейрона генерировать ритмическую активность в разных частотных диапазонах. Переход от генерации ритма в одном частотном диапазоне к другому может быть связан со сменой локуса активированных кальциевых каналов. При этом выбор ионных каналов для генерации ритма определяется уровнем мембранного потенциала.

Различают два типа пейсмекерных нейронов: с плавающей и постоянной частотой. Первый тип пейсмекера меняет частоту своих колебаний в зависимости от уровня деполяризации нейрона. Чем больше она, тем выше частота. К этому типу относятся пейсмекерные клетки медиального септума, определяющего тета-ритм животных. Второй тип пейсмекера характеризуется фиксированной частотой ритма. Нейроны этого типа обнаружены в неспецифическом таламусе — это нейроны с резонансной частотой (со свойством авторитмичности). Частота, на которой возникает резонанс у пейсмекерного нейрона, зависит от плотности потенциалзависимых кальциевых каналов и кальцийзависимых калиевых каналов. За счет высокой их плотности крутизна восходящего фронта пейсмекерной волны увеличивается, а длительность самой волны сокращается, что ведет к укорочению пейсмекерного цикла и увеличению частоты ритма.

Зависимость частоты ритмической активности нейрона от его мембранного потенциала установлена для нейронов таламуса. Если клетка слегка деполяризована, она работает на частоте 10 Гц. С гиперполяризацией нейрона частота его пачечных разрядов снижается до частоты 6 Гц.

Полагают, что гамма-колебания возникают на дендритах специфических нейронов таламуса за счет работы высокопороговых кальциевых каналов. Особую роль в генезе ритмов 40 Гц в коре приписывают интраламинарньш ядрам таламуса, особенно n.centralis lateralis (n.CL). Нейроны n.CL во время бодрствования и парадоксального сна разряжаются частыми пачками спай ков (20— 80 Гц). Внутри пачки ПД следуют с частотой 800—1000 Гц. Чем больше деполяризован нейрон, тем выше у него частота пачек спайков. Во время активного бодрствования нейроны n.CL генерируют ритм 20—40 Гц, во время сонных веретен его частота снижается до 7—14 Гц (Steriade M. et al., 1993). Генерацию интраламинар-ными ядрами ритма 40 Гц связывают с появлением у них резонансного состояния, которое обеспечивает широкое распространение гамма-колебаний по коре. ,

Генерация гамма-колебаний обнаружена и у ретикулярного ядра таламуса (п.Ret). В нем найдены нейроны с потенциалзависимым механизмом, который генерирует одиночные спайки с частотой 40 Гц. Эти нейроны оканчиваются ГАМК-ергическими синапсами на нейронах других ядер таламуса. При этом n.Ret имеет мощные норадренергические, серотонинергические и холинергические входы. Полагают, что это ядро играет важную роль в генезе и распространении на кору гамма-колебаний, которые многими исследователями рассматриваются как ЭЭГ-коррелят произвольного внимания. Усиление ритма 40 Гц в коре, так же как и реакция ЭЭГ-десинхронизации, имеет холинергическую природу. Электрическая стимуляция холинергических ядер моста и среднего мозга вызывает в таламо-кортикальной системе появление осцилляции 40 Гц. Данный эффект опосредован мускариновыми рецепторами неокортекса. Синхронизация нейронной активности на частоте гамма-колебаний отражает особую форму реакции активации, которая часто наблюдается во время произвольного внимания. Эта активация направлена на сенсорную и моторную группировку, т.е. на интеграцию нейронов в функциональные системы, эффективно обеспечивающие как процесс восприятия, так и выполнение определенного сенсомоторного акта.

5.11. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ВНИМАНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КАРТИНЫ АКТИВАЦИИ МОЗГА ПО ДАННЫМ ЛМКТ, ПЭТ

Первоначально внимание исследовалось исключительно в связи с сенсорными процессами. Однако в 70-х годах появились работы, в которых рассматривалась необходимость распространения его

и на движение. После того как было введено понятие сенсорной установки как перцептивной готовности, влияющей на анализ входных сигналов, стали говорить о моторном внимании как селективной установке, действующей на уровне выходных сигналов. Моторное внимание необходимо для выбора и запуска моторной программы. Кроме того, оно необходимо для функционирования обратной связи о результатах движения. От этого зависит точность выполнения моторной программы. С автоматизацией сложной моторной программы вклад внимания, ориентированного на сигналы обратной связи, уменьшается. Моторное внимание также используется при «ментальной тренировке», к которой часто прибегают спортсмены, чтобы поддержать выработанный навык на хорошем уровне. Она представляет собой «проигрывание» в воображении в замедленном темпе последовательности всех движений, составляющих навык. Ментальная тренировка использует идеомо-торный акт1 — способность представления о движении посылать импульсы к мышцам, принимающим участие в данном движении. Идеомоторный акт — непроизвольная, неосознаваемая и слабая реакция, которая, однако, может быть усилена произвольным вниманием.

Внимание имеет отношение не только к сенсорным и моторным процессам, но и к ментальной, мыслительной деятельности мозга. Наше мышление связано с актуализацией следов долговременной памяти, которые она использует как исходный материал для внутреннего анализа. Текущая умственная деятельность регулируется некоторой целью и направлена на ее достижение. В памяти хранится «решение» того, что должно быть достигнуто в результате умственной деятельности. И эта цель время от времени контролирует процесс мышления. Это и составляет суть ментального внимания, которое принципиально ничем не отличается от сенсорного и моторного контроля. В последние годы применение методов измерения метаболической активности мозга (ЛМКТ, ПЭТ и др.) позволило получить новые данные о связи различных видов внимания (сенсорного, моторного, ментального) с определенными структурами мозга.

Как уже говорилось в главе 2 («Методы в психофизиологических исследованиях»), ЛМКТ позволяет определять структуры мозга, принимающие участие в выполнении той или иной деятельности субъекта, так как локальный энергетический метаболизм является локальной функцией от локального кровотока. П. Роланд

1 Идеомоторный акт произошел от греч. idea — идея, образ, лат. motor — приводящий в движение и actus — движение, действие.

(Roland P.E., 1981; Roland P.E., Friberg L., 1985) для изучения сенсорного внимания применил нетомографический метод измерения ЛМКТ, позволяющий контролировать его только на корковом уровне. При измерении ЛМКТ в 254 участках от одного полушария, когда испытуемый в течение 40 с непрерывно фокусировал свое внимание на кончике указательного пальца в ожидании слабого прикосновения, было обнаружено увеличение кровотока в контралатеральной пальцу соматосенсорной коре на 25% относительно уровня покоя. При этом сильное механическое воздействие на тот же палец вызывало меньшее увеличение ЛМКТ, чем селективное внимание. Увеличение кровотока в соматосенсорной коре было соматотопическим. Когда внимание субъекта смещалось с пальца на верхнюю губу, увеличение ЛМКТ наблюдалось в контралатерально^й соматосенсорной области в зоне проекции рта, а не пальца. В дальнейшем П. Роланд в соматосенсорной коре обнаружил два источника усиления ЛМКТ: один — модально-специфический, реагирующий на соматический стимул независимо от того, игнорируется ли он или привлекает внимание, другой — неспецифический, связанный с вниманием. Сходные результаты были получены для зрительной и слуховой модальности стимулов соответственно в зрительной и слуховой сенсорной коре.

Под влиянием внимания к стимулу кровоток усиливается не только в сенсорных зонах коры, но и во фронтальных областях мозга, где выделяют две зоны: фронтальную и префронтальную кору. Во фронтальной коре место, где увеличивается кровоток, зависит от модальности стимула, привлекающего внимание. Для зрительной, слуховой и соматосенсорной модальности в этой зоне были обнаружены различные паттерны усиления ЛМКТ. В префрон-тальной коре, согласно П. Роланду (Roland P.E., 1982), усиление ЛМКТ связано с вниманием и не зависит от модальности. В опытах, в которых субъект решал задачу обнаружения сигнала определенной модальности и игнорировал стимулы других при предъявлении последовательностей, состоящих из зрительных, слуховых и соматических стимулов, селективное внимание независимо от модальности релевантного стимула усиливало ЛМКТ в центральной зоне передней префронтальной коры.

Две системы внимания были выделены М. Познером (M.I. Posner) с сотрудниками. Обобщая результаты некоторых исследований, полученных методом ПЭТ, а также свои работы по изучению семантического восприятия, они (Posner M.I. et al., 1988; Posner M.I., Petersen S.E., 1990) выделили заднюю зрительно-пространственную и переднюю системы внимания. Исследователи считают, что

Зрительные образы слов

Рис. 23. Локализация основных центров внимания (активации), причастных к обработке семантической информации, по Познеру (PosnerM.,

PetersenS., 1990).

а — латеральная; б — медиальная сторона полушария.

задняя париетальная кора не активируется при зрительном предъявлении слов. Но уже простые задания, требующие от испытуемого контроля за стимулами, поступающими через зрительный вход, или их мысленного представления, усиливают мозговой кровоток в задней париетальной коре, которая и получила название задней системы внимания.

Передняя система внимания локализована в передней цингу-лярной (поясной) извилине медиальной части фронтальной доли. Она ответственна за формирование «внимания к действию» и участвует в семантических операциях, приводящих к выбору нужной реакции. Схематично концепция М. Познера о двух системах внимания, основанная на анализе данных ПЭТ-исследования при зрительном и слуховом предъявлении вербальных стимулов, представлена на рис. 23. В вентральной части затылочной доли формируются зрительные образы слова (треугольники). При зри-

тельном селективном поиске соответствующего слова активируется задняя система внимания (задняя париетальная кора — шести гранники). В переднем мозге латеральная левая фронтальная доля вовлечена в семантический анализ (кружочки). Локальные области в передней цингулярной извилине (передняя система внимания) ответственны за выбор реакции (квадраты). Предположительно, при повторении слов вслух активируются зоны, показанные пунктиром.

Система зрительно-пространственного внимания была также исследована в условиях бдительности, при длительном удержании внимания к пороговым стимулам. Состояние бдительности вызывает активацию обеих префронтальных областей, а также правой париетальной коры. Поэтому данный тип внимания связывают с функцией преимущественно правого полушария. Система может работать независимо от нелатерализованной передней системы внимания (Pardo J.V. et al., 1991).

Методом ПЭТ была исследована корреляция метаболической активности мозга с компонентом ориентировочного рефлекса в виде суммарного показателя фазических реакций кожной проводимости. Анализировались результаты сканирования во время повторных предъявлений звукового стимула в ситуации привыкания и в процессе угасания выработанного условного оборонительного рефлекса. Величина ориентировочного рефлекса коррелировала с ростом метаболической активности в орбитофронтальной, дорзо-латеральной префронтальной, нижней и верхней фронтальной, нижней и средней височной коре правого полушария.

Активация мозга по ЛМКТ изучалась и в связи с выполнением произвольных движений — сложной последовательности быстрых движений разными пальцами (Roland P.E. et al., 1980). Во время представления или мысленного «проигрывания» последовательно совершаемых движений увеличение ЛМКТ наблюдалось в обеих дополнительных моторных областях (ДМО). Реальное выполнение этих движений также активировало ДМО. Однако при этом наблюдалось дополнительное увеличение кровотока в первичной моторной коре, контралатеральной по отношению к пальцам, участвующим в движении. Кроме того, активация возникала и в левой передней фронтальной коре.

Простое и повторяющееся движение (быстрое сгибание пальца) может выполняться без активации ДМО за счет функций контралатеральной моторной коры, показывающей рост активации. Полагают, что первичная моторная кора и та часть двигательной системы, на которую она проецируется, контролируют выполнение простых баллистических движений. Более сложные последо-

7-462

вательности двигательных реакций требуют операций программирования в ДМО, в которой также программируются двигательные навыки, временная последовательность двигательных команд перед тем, как произвольное (волевое) движение будет выполнено. Контралатеральная моторная кора не включена в процесс программирования. Она — исполнительная часть двигательной системы мозга. В ДМО перед выполнением произвольного движения параллельно росту кровотока генерируется медленная негатив-ность — ЭЭГ-показатель активации этих структур. По мере приближения к моменту реального выполнения движения билатеральная негативность в ДМО сменяется появлением медленной негативное™ в первичной моторной коре, контралатеральной по отношению к руке, выполняющей движение. Таким образом, динамика ЭЭГ-показателя активации согласуется с динамикой ЛМКТ — метаболическим выражением активации.

В процессе формирования навыка на разных этапах обучения наблюдаются различные паттерны ЛМКТ, что указывает на смену мозговых структур, вовлекаемых в процесс обучения. На начальном этапе выработки сложного навыка — определенной последовательности движений пальцев правой руки — ЛМКТ возрастает во многих структурах мозга. Он увеличивается в структурах, участвующих:

• в волевой двигательной активности, т.е. в премоторных областях, ДМО, в первичной моторной коре (в зоне проекции руки), базальных ядрах, вентральном латеральном таламусе, красном ядре и черной субстанции, мозжечке;

• в анализе соматосенсорной информации, поступающей по обратным связям от кожи, суставов, мышц и сухожилий руки, т.е. в проекционной и ассоциативной соматической коре, ДМО и др.;

• в генерации внутренней речи (обе нижние лобные извилины).

На последующих этапах формирования навыка зона активации в мозге сужается прежде всего за счет ее ослабления в ассоциативной соматосенсорной коре, в нижней лобной извилине. Испытуемые сообщали, что на этой стадии им не требовалось отсчитывать про себя число касаний пальцами стола. С выработкой навыка постепенно увеличивается кровоток в первичной моторной коре, что, по-видимому, связано с возрастанием скорости и точности движений. Эти изменения свидетельствуют, что в процессе обучения происходит переход к более дифференцированному и экономному с точки зрения выполнения задания паттерну активации.

П. Роланд и Л. Фрайберг (Roland P.E., Friberg L., 1985) пришли к выводу, что в процессе мышления мозг активируется не

менее, чем во время волевых движений или сенсорных процессов, даже если они требуют больших усилий. Авторы исследовали паттерны метаболической активности во время мыслительной деятельности (в отсутствие сенсорной стимуляции и двигательных реакций). Они измеряли ЛМКТ у человека нетомографическим методом во время выполнения им трех различных мыслительных заданий: 1) молча вычитать по 3 из 50; 2) думать о каждом втором слове из 9 звучащих слов; 3) представлять путь от входной двери в доме испытуемого, изменяя направление воображаемого движения слева направо при каждом втором повороте. Они установили, что при выполнении всех трех мыслительных задач повышение ЛМКТ всегда возникало за пределами моторной коры и первичных сенсорных областей. Когда испытуемые зрительно представляли свой путь движения, ЛМКТ усиливался во вторичных и третичных ассоциативных зрительных полях. Кроме того, увеличение ЛМКТ наблюдалось также в верхних затылочных, задних нижневисочных и задних верхнетеменных отделах коры, которые относятся к системе воспроизведения из памяти зрительной и пространственной информации. Активация этих же областей возникала, когда испытуемый осматривался в знакомой обстановке и когда должен был различать формы зрительно предъявляемых эллипсов. Во время мысленного выполнения арифметических действий метаболическая активация возникала билатерально в области ангулярной извилины, которую связывают с системой воспроизведения из памяти чисел и результатов вычитания (Roland P.E., Friberg L., 1985). Актуализация ассоциаций, связанных со звучащим словом, повышала ЛМКТ в правой сред-невисочной коре (в промежуточной слуховой ассоциативной области). Эта активация никогда не наблюдалась при выполнении двух других мыслительных задач. Попытка выявить паттерны активации, обеспечивающие выполнение когнитивных операций, направленных на взаимодействие с памятью, привела П. Роланда к следующему выводу. При извлечении из памяти образов (зрительных) используются те же области, что и при их восприятии, это главным образом вторичные и третичные ассоциативные зоны. При актуализации эпизодической памяти активируются нижние латеральные области височной коры, которые не реагируют при решении задач на семантическую память. Работа с семантической информацией специфически активировала левую нижнетеменную область, которая в задачах, требующих актуализации эпизодической памяти, была пассивной.

Глава 6 ПАМЯТЬ И НАУЧЕНИЕ

6.1. ВИДЫ ПАМЯТИ

6.1.1. Филогенетические уровни биологической памяти

Биологическая память— это фундаментальное свойство живой материи приобретать, сохранять и воспроизводить информацию.

Различают три вида биологической памяти, появление которых связано с разными этапами эволюционного процесса: генетическую, иммунологическую и нейрологическую (нервную) память. Чтобы жить, органическая система должна постоянно себя воспроизводить, иначе говоря, помнить свое строение и функции. Память о структурно-функциональной организации живой системы как представителя определенного биологического вида получила название генетической. Носителями генетической памяти являются нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК).

С генетической памятью тесно связана иммунологическая память. В эволюции она возникает позже генетической и проявляется в способности иммунной системы усиливать защитную реакцию организма на повторное проникновение в него генетически инородных тел (вирусов, бактерий и др.). Все чужеродные вещества, вторгшиеся в организм, независимо от их разновидности принято называть антигенами. Иммунные белки, способные разрушать чужеродные тела, получили название антител.

Иммунный ответ осуществляется двумя системами. Первая — система Т-лимфоцитов — обеспечивает клеточную защиту — разрушение чужеродных клеток с помощью специфических клонов лимфоцитов, т.е. являющихся потомками одной клетки-предшественника, посредством их прямого контакта с чужеродными телами. Центральным органом Т-системы является вилочковая железа (Т-тимус), которая вырабатывает различные популяции Т-лимфоцитов (Т-киллеры, Т-хелперы, Т-клеточные рецепторы и др., распознающие антигены). Вторая — система В-лимфоцитов, относящаяся к костному мозгу; она обеспечивает гуморальную защиту, продуцирует В-лимфоциты и их потомки — плазмоциты. Последние вырабатывают различные классы иммуноглобулинов в качестве антител, встроенных в их мембрану.

Обе системы обеспечивают распознавание и уничтожение генетически чужеродных тел или веществ. Т-лимфоциты-киллеры несут на своей мембране антителоподобные рецепторы, которые 100

специфически распознают антиген, находящийся на мембране чужеродных клеток, и обеспечивают прикрепление киллера к клетке-мишени. После ее прикрепления киллеры выделяют в просвет между киллером и мишенью особый белок, «продырявливающий» мембрану клетки-мишени. В результате чужеродная клетка погибает. После этого они открепляются от мишени и переходят на другую клетку, и так несколько раз. Механизм действия В-лимфоцитов иной. Сами их антитела безвредны для клеток, несущих антиген. Они не обладают физиологической активностью, ведущей к разрушению антигена. При встрече с антигенами к антителам подключается специальный механизм (система комплемента), который активирует комплекс антиген—антитело. В результате резко усиливается эффект действия антител и комплекс антиген—антитело приобретает способность «продырявливать» клеточную мембрану, вызывать воспаление и тем самым убивать чужеродные клетки.

Важную функцию выполняют Т-хелперы (помощники). Лимфоциты-помощники сами не способны ни вырабатывать антитела, как это делают В-лимфоциты, ни убивать клетки-мишени, как Т-лимфоциты-киллеры. Но распознавая чужеродный антиген, они реагируют на него выработкой ростовых и дифференцировочных факторов, которые необходимы для размножения и созревания лимфоцитов, образующих антитела, и лимфоцитов-киллеров. Синдром приобретенного иммунодефицита — СПИД — вызывается вирусом, который поражает именно лимфоциты-помощники, что делает иммунную систему не способной ни к выработке антител, ни к образованию киллеров.

Согласно клонально-селекционной теории иммунитета австралийского исследователя — лауреата Нобелевской премии Ф.М. Беркета, сформулированной им в 1957 г., которая позже получила полное экспериментальное подтверждение, активированный антигеном лимфоцит вступает в процесс деления и диффе-ренцировки и образует клетки, секретирующие антитела. В результате из одной клетки возникает 500—1000 генетически идентичных клеток (клон), синтезирующих один и тот же тип антител, способных специфически распознавать антиген и соединяться с ним. Клоны лимфоцитов-потомков состоят не только из эффекторных клеток — плазматических клеток, секретирующих антитела, но и из многочисленных клеток памяти. Последние при повторяющемся воздействии тем же антигеном способны превращаться в клетки-потомки обоих типов: эффекторные и клетки памяти. Продолжительность жизни эффекторных клеток измеряется днями, а клетки памяти в популяции лимфоцитов могут сохраняться

101

десятилетиями. При повторной встрече с тем же антигеном распознающие его клетки памяти начинают быстрее и в большем количестве создавать эффекторные клетки, продуцирующие специфические антитела. Параллельно увеличивается производство и эффекторных Т-клеток (киллеров).

Таким образом, за время онтогенеза популяция лимфоцитов эволюционирует, создавая у взрослого организма индивидуальный иммунный набор/'В этом и проявляется иммунологическая память, которая, используя механизмы генетической памяти, обеспечивает более гибкое приспособление организма к микроразнообразию внешней среды (Вартанян Г.А., Лохов М.И., 1987).

Неврологическая, или нервная, память появляется у животных, обладающих нервной системой. Ее можно определить как совокупность сложных процессов, обеспечивающих формирование адаптивного поведения организма (субъекта). Неврологическая память использует не только собственные специфические механизмы, обеспечивающие индивидуальную адаптацию организма, но и механизмы более древней генетической памяти, способствующей выживанию бирлогического вида. Поэтому в неврологической памяти выделяют' генотипическую, или врожденную, память. Именно она у высших животных обеспечивает становление безусловных рефлексов, им-принтинга, различных форм врожденного поведения (инстинктов), играющих роль в приспособлении и выживаемости вида. Феноти-пическая память составляет основу адаптивного, индивидуального поведения, формируемого в результате научения. Ее механизмы обеспечивают хранение и извлечение информации, приобретаемой в течение жизни, в процессе индивидуального развития.

6.1.2. Временная организация памяти

Изменение следа памяти— энграммы во времени побудило исследователей ввести временной критерий для различения видов памяти. С позиции сторонников, подчеркивающих роль временного фактора в становлении энграммы, в ее жизни существует несколько этапов. Они последовательно переходят друг в друга и различаются механизмами запечатления энграммы, степенью ее устойчивости, объемом одновременно сохраняемой информации.

Наиболее популярна концепция временной организации памяти, принадлежащая канадскому психологу Д. Хеббу (D. Hebb), который выделил два хранилища памяти: кратковременное и долговременное. Кратковременная память (КП) представляет первый этап формирования энграммы. Ее существование во времени ограниче-102

но, след в КП лабилен, неустойчив, так как испытывает сильную интерференцию со стороны самых различных амнестических факторов — электрошока, травмы головы и др. Объем информации, одновременно сохраняемой в КП, ограничен. Поэтому более поздние следы вытесняют более ранние.

В качестве механизма КП большинство ученых рассматривают многократное циркулирование импульсов (реверберацию) по замкнутой цепочке нейронов. Вместе с тем многие физиологи и молекулярные биологи видят основу КП и в некоторых изменениях клеточной мембраны. Долговременная память (ДП) — второй этап формирования следа памяти, который переводит его в устойчивое состояние. Процесс перехода из КП в ДП называют процессом консолидации памяти. Согласно концепции временной организации памяти след памяти, прошедший консолидацию и попавший на хранение в ДП, не подвергается разрушающему действию амнестических агентов, которые обычно стирают КП. Энграмма в ДП в отличие от следа КП устойчива, время ее хранения не ограничено, так же как и объем информации, сохраняемой в ДП. В качестве механизма ДП рассматривают устойчивые изменения нейронов на клеточном, молекулярном и синаптическом уровнях.

Сравнивая функции кратковременной и долговременной памяти, можно сказать, что в кратковременной памяти мы «живем», а в долговременной памяти храним знания, придающие смысл, значение нашему непосредственному существованию. Обращение к прошлому опыту, который необходим, чтобы понять настоящее, — это функция долговременной памяти.

Некоторые исследователи, анализируя временную организацию памяти, не ограничиваются разделением ее на кратковременную и долговременную фазы. Из состава КП выделяют в самостоятельную форму эхоическую, ^коническую или так называемую сенсорную иомя7иь~с~бол"её коротким периодом удержанйя'йнформации в виде сенсорных следов, оставленных только что действующим стимулом. Емкость иконического хранения — около 9 элементов при удержании следа от зрительного стимула 250 мс. Эхоическое хранилище удерживает след звукового стимула около 12 с (Солсо Л.Р., 1996). Сенсорное хранилище выполняет важную функцию, так как дает возможность отбирать из него для дальнейшей обработки и сохранения только существенную информацию.

Сама идея о двойственном строении памяти родилась в конце XIX в., когда Уильям Джеймс в своей книге «Принципы психологии» (Principles of Psychology) разделил память на первичную и вторичную. Он исходил из опыта самонаблюдения о том, что одни вещи запоминаются на короткое время, другие — надолго. Его пер-

103

вичная (или преходящая) память во многом сходна с тем, что сегодня принято называть КП, и никогда не покидает сознания. Вторичную, или постоянную, память он представлял темным хранилищем информации, для извлечения которой требуется прикладывать усилия. Различие между первичной и вторичной памятью, введенное Уильямом Джеймсом, стало предвестником современных теорий двойственной памяти.

Основные экспериментальные факты и клинические наблюдения, подтверждающие двойственную природу памяти, — разделение ее на кратковременную и долговременную, связаны с явлением ретроградной амнезии. Ретроградная амнезия^ состоит в выпадении памяти на события, предшествующие действию амне-стического агента (электрошоку, травме головного мозга, введению фармакологических препаратов и др.). Люди, стадающие амнезией, вызванной травмой головного мозга, обычно не могут вспомнить события, непосредственно ей предшествующие, тогда как воспоминания о событиях более ранних у них сохраняются.

Результаты опытов с животными по научению также ухудшаются, если сразу за ним следует электроконвульсивный ток. Учитывая эти факты, а также данные клинических наблюдений, Л. Вейскранц (L. Weiskrantz) — нейропсихолог из Оксфордского университета (Великобритания) — предположил, что электрошок вызывает амнезию за счет нарушения процессов перевода информации из кратковременной (переходной) памяти в постоянную, т.е. процесса консолидации. След памяти под влиянием амнестического агента разрушается, если он до этого не успел консолидироваться или консолидировался частично, и эти разрушения необратимы. Процесс консолидации начинается на стадии КП и продолжается в долговременной памяти. Чем больше интервал времени от момента завершения обучения до момента предъявления амнестического агента, тем слабее его разрушающее действие на память.

Считают, что вывод о нарушении процесса консолидации как причине амнезии подкрепляется и тем фактом, что сразу после травмы (через 30 с) человек еще помнит все события, ей предшествующие, но если его опросить через 3—5 или 5—20 мин, пострадавший уже не может вспомнить все обстоятельства происшествия. У такого пациента с ретроградной амнезией, который демонстрирует неповрежденную КП, процесс консолидации протекает с нарушениями, поэтому следы в ДП формируются с трудом.

1 Помимо ретроградной амнезии, существует антероградная в виде нарушения памяти на события, произошедшие после воздействия амнестического агента.

104

Однако появившиеся новые факты потребовали уточнения структуры временной организации памяти. В качестве основного метода при изучении памяти обычно используют искусственное воздействие на один из этапов становления энграммы, результаты которого тестируются по времени возникновения ретроградной амнезии после обучения. Р. Марк (Mark R., 1979), а также М. Гиббс и К. Нг (Gibbs M., Ng К., 1980) расширили арсенал применяемых амнестических агентов. Они стали воздействовать на метаболические процессы в мозге с помощью внутримозгового введения различных фармакологических веществ, ингибиторов синтеза белков. В результате было установлено, что ретроградная амнезия может развиваться через разное время после обучения и что момент ее появления зависит от того, какой фармакологический препарат был использован. Это позволило им наряду с признанием КП и ДП выделить промежуточную (лабильную) память, метаболические процессы которой отличны от соответствующих процессов в КП и ДП.

Обобщая результаты своих исследований по выработке у цыплят зрительной дифференцировки между зернами и галькой того же размера, Р. Марк (Mark R., 1979) пришел к следующему выводу о времени сохранения следа в каждом хранилище памяти. След в КП угасает уже через 10 мин после обучения. В промежуточной памяти он хранится до 30 мин. В долговременную память энграмма попадает через 45 мин и хранится неопределенно долго. Для каждой из выделенных систем памяти существуют химически различные ингибиторы синтеза белков, специфически блокирующие разные стадии формирования следа памяти.

Однако сегодня изучение взаимоотношений биохимических процессов, развивающихся при обучении, с динамикой формирования следа памяти позволяет утверждать, что количество фаз фиксации энграммы зависит и определяется специфичностью применяемых амнестических воздействий (Греченко Т.Н., 1997).

6.1.3. Концепция активной памяти

Концепция временной организации памяти, оперирующая понятиями «кратковременная», «долговременная память» и «консолидация», в настоящее время подвергается серьезной критике. На ее уязвимость указывает отсутствие согласия исследователей, касающегося времени удержания энграммы в кратковременной и долговременной памяти. По мнению одних авторов, след в кратковременной памяти хранится в течение нескольких секунд, а в

105

долговременной — от нескольких секунд до нескольких лет. По мнению других, след в КП может сохраняться до нескольких часов, а в ДП — от нескольких часов до нескольких дней, после чего информация переходит на вечное хранение.

В концепцию временной организации памяти не укладываются факты спонтанного восстановления памяти после ретроградной амнезии. В клинической практике хорошо известны случаи спонтанного восстановления временно утраченной памяти. На грани XIX и XX вв. Т. Рибо (1839-1916) в своей работе «Память в ее нормальном и болезненном состояниях» (СПб., 1894) анализирует описанное клиницистами явление периодических амнезий. Он приводит случай с больной, которая, проснувшись от длительного сна, забыла все, что она знала и чему училась, включая навыки читать, писать, считать, узнавать предметы и окружающие лица. Она вынуждена была учиться всему заново. Через несколько месяцев она вторично впала в такой же глубокий сон и после пробуждения стала такой, какой была до первого сна. Но она полностью не помнила того, что с ней случилось в промежутке между двумя приступами сна. В приведенном случае Т. Рибо усматривает две памяти, не связанные друг с другом, и возможность восстановления памяти после амнезии.

Факты спонтанного восстановления памяти после амнезии, вызванной электрошоком, многократно получены в опытах на животных. У крыс применение электрошока после выработки у них навыка побежки в Т-образном лабиринте вызывало ретроградную амнезию, которая наступала на 4-й день после обучения. Но уже на 30-й, 60-й и 90-й день память на выработанный навык постепенно и полностью восстанавливалась. Спонтанное восстановление памяти может быть ускорено с помощью «напоминания» обстановки, условий, в которых вырабатывался навык. Факты восстановления памяти говорят о том, что ни один из амнести-ческих агентов не может полностью, физически разрушить однажды появившуюся энграмму.

Другая группа фактов, которые не может объяснить концепция временной организации памяти, — это возможность наблюдать ретроградную амнезию в отношении «старых» энграмм, уже прошедших период консолидации и хранящихся в ДП. Это явление описано для следов «старой» памяти, которая повторно была активирована, например, с помощью экспозиции установки, на которой ранее производилось обучение.

Учитывая рассмотренные выше факты, можно утверждать, что действие амнестических агентов не сопровождается физическим уничтожением следов памяти, а степень их уязвимости интерфе-

106

ренции определяется не формой или механизмом сохранения информации на разных временных этапах формирования энграм-мы, а состоянием, в котором находится след памяти во время действия амнестического фактора. Это означает следующее: положение о том, что энграмма после обучения последовательно проходит через серию временных интервалов, во время которых осуществляется ее фиксация, лишено прямых доказательств. Более того, имеются все основания полагать, что фиксация следа памяти происходит во время обучения, а причина ретроградной амнезии в нарушении механизма воспроизведения (считывания) энграм-мы. Противоречия, с которыми сталкиваются теории временной организации памяти, снимаются в теории активной памяти, развиваемой Т.Н. Греченко (1997), подчеркивающей роль функционального состояния в фиксации и воспроизведении энграммы.

Факт зависимости памяти от состояния мозга хорошо известен. Их взаимосвязь отражена в законе Йеркса — Додсона об отношениях между эффективностью фиксации и извлечения следа памяти, с одной стороны, и функциональным состоянием мозга — с другой. Куполообразная кривая, описывающая их отношения, указывает на существование оптимального функционального состояния для фиксации и извлечения следа памяти (см. главу «Педагогическая психофизиология»). Сохранение следа памяти в нервной системе еще не гарантирует его воспроизведение и использование в поведении. Для этого необходимо участие модулирующей системы мозга, которая реактивировала бы эти следы памяти. Это правило распространяется как на врожденные формы поведения, так и на приобретенные навыки, двигательные стереотипы, условные рефлексы и т.п. Поэтому всякое нарушение неспецифической системы сопровождается дезорганизацией поведения или невозможностью его исполнения. Зависимость реализации программы врожденного поведения от состояния мозга убедительно продемонстрировано в опытах на крысах с повреждением части модулирующей системы — восходящих ДА-ергических путей, произведенным на уровне латеральных отделов гипоталамуса. Такие животные неспособны к пищевому, половому и материнскому поведению. Однако последствия данного повреждения могут быть ослаблены, если крыс дополнительно простимулировать с помощью болевого или холо-дового раздражения.

Положение о решающей роли неспецифической системы мозга в процессах фиксации и воспроизведения следа памяти легло в основу гипотезы «одного следа и двух процессов», предложенной Дж.Л. Мак-Го и П.Е. Гоулдом (McGough J.L., Gold P.E., 1976). Они обратили внимание на то, что при обучении развиваются два про-

107

цесса: формирование собственно энграммы («чистого следа») и ее неспецифическое обеспечение активирующей системой мозга. След памяти приобретает устойчивость лишь тогда, когда неспецифическая активация достигает оптимальных значений, что и обеспечивает высокую эффективность обучения и хранения следа. По гипотезе этих авторов след в КП — это след, неполностью обеспеченный неспецифической, модулирующей активацией, так как ее действие либо ослаблено, либо заблокировано. В данной теории, так же как и в теории активной памяти, формирование энграммы и возможность ее использования в поведении находятся в зависимости от состояния структур мозга, причастных к фиксации и извлечению информации.

Согласно теории активной памяти деление памяти на кратковременную и долговременную в общепринятом смысле неправомерно, так как вся память является постоянной и долговременной. Т.Н. Греченко вводит понятие состояния энграммы, которое определяет степень ее готовности к воспроизведению. Только след памяти, находящийся в активном состоянии, доступен для реализации в поведении. Энграммы, недоступные для использования, находятся в латентном, или неактивном, состоянии. Активность энграммы представлена в электрической активности нейронов. Активная память— совокупность активированных «старых» и «новых» энграмм. Повторная активация энграммы может происходить как спонтанно, так и под влиянием различных внутренних и внешних факторов. То, что принято называть кратковременной памятью, с позиции концепции активной памяти является актуализированной, активной частью памяти, в которой доминирует вновь приобретенный опыт. С этих позиций законы, сформулированные исследователями для кратковременной памяти (быстрое угасание следа, подверженность разрушению под влиянием самых разнообразных факторов, ограниченность объема хранения), действуют и в отношении «новой» части активной памяти. Содержание активной памяти может определяться не только вновь приобретенными следами памяти («новой частью» активной памяти), но и знаниями, приобретенными ранее и переведенными из латентного состояния в активную форму.

На основании результатов изучения нейронной активности префронтальной коры у животных во время обучения и воспроизведения выработанных рефлексов, а также данных, полученных при обследовании человека методами томографических срезов мозга (ПЭТ, МРТ и др.), актуализацию следов памяти связывают с функцией префронтальной коры мозга. Полагают, что информация, хранящаяся в теменной (система «Где») и височной коре (система

108

«Что»), считывается на нейроны префронтальной коры, которая выполняет роль кратковременного буфера для оперативного использования во время когнитивной и исполнительной деятельности (см. раздел «Рабочая память»). '

6.1.4. Декларативная и процедурная память

Деление памяти по временной шкале не охватывает всех ее форм. В 70-х годах среди разработчиков искусственного интеллекта стали различать процедурную и декларативную память, исходя из того, что можно провести различие между памятью на действие и на его называние.

/ Под декларативной, или эксплицитной, памятью понимают запоминание объектов, событий, эпизодов. Это память на лица, места событий, предметы. Декларативная память часто основана на ассоциации одновременно действующих раздражителей. Процедурная, или иксплицитная, память — это память на действия. Она представлена моторными навыками, перцептуальными стратегиями, классическими условными и инструментальными рефлексами.

Рассматриваемые системы памяти неодинаково связаны с сознанием. Декларативная память является сознательной, так как предполагает осведомленность субъекта об объекте или событии, образы которых извлекаются из памяти, тогда как использование недекларативной, процедурной памяти в поведении может осуществляться без осознания этого факта. Декларативную и процедурную память различает и скорость их формирования. Эксплицитное обучение происходит быстро, иногда после первого «урока», когда информация о некотором разовом событии, произошедшем в определенное время и в определенном месте, запечатлевается сразу и навсегда. Именно с помощью декларативной памяти мы различаем знакомые и незнакомые события. Напротив, иксплицитное обучение протекает медленно и требует повторения ассоциируемых и часто последовательно действующих раздражителей, как в случае выработки условного рефлекса. Процедурная память позволяет хранить информацию о причинно-следственных отношениях между событиями.

След в декларативной памяти может храниться годами, тогда как процедурная память при неупотреблении и без поддержки соответствующим подкреплением склонна к угасанию. В филогенезе декларативная память появляется позже процедурной (условнореф-лекторной).

Впервые декларативную память в 30-е годы стал исследовать известный грузинский физиолог Иван Соломонович Бериташви-

109

ли (Беритов)1. В его концепции нервно-психической деятельности декларативная память, которую он называл образной памятью, занимает центральное место. Он показал принципиальное различие между образной (декларативной) памятью и условнорефлек-торной (процедурной), исследовав становление обеих систем памяти в филогенезе.

И.С. Бериташвили подчеркивал, что образ жизненно важного объекта возникает сразу уже в результате его единичного восприятия, и с каждым новым восприятием он совершенствуется. Образ создается всегда в определенной обстановке и настолько связывается с ней, что при своем воспроизведении всегда проецируется в определенное место этой обстановки. За каждым воспроизведением образа предмета (его представлением) следует стремительное передвижение животного в сторону данного места, если объект был жизненно полезен, или же, наоборот, стремительный уход от этого места, если объект был вредным, угрожающим. В этом проявляется направляющее или регулирующее действие образа жизненно важного объекта в поведении.

Для изучения образной памяти И.С. Бериташвили разработал специальную форму эксперимента. Обычно животному, например собаке, показывали пищу и на ее глазах прятали за одну из ширм, находящихся в лаборатории. Затем следовал период задержки, в течение которого животное ожидало, пока не будет открыт доступ к ширмам и оно сможет найти спрятанную пищу. Затем опыт повторяли, но пищу прятали в другое место.

V И.С. Бериташвили выделяет}краткосрочную ^долгосрочную образную память, которые различаются временем хранения и условиями формирования следа памяти. Краткосрочный след в образной памяти возникает после показа значимого объекта, долгосрочный след — после показа и частичного подкрепления, когда животное может попробовать немного пищи, которую затем на его глазах прячут за какой-либо предмет7Так, курица помнит место, куда спрятали миску с кормом, в течение 10 мин, если это происходило на ее глазах. И когда дверку клетки открывали не позднее чем через 10 мин, она безошибочно направлялась к спрятанному корму (краткосрочная образная память). Если же курице дать поклевать часть корма за одной из ширмочек, затем отнести ее в виварий, то она будет помнить это место кормления до 5 дней.

1 См.: Беритов И.С. Основные формы нервной и психической деятельности. Тбилиси: Сахелгами, 1947; Бериташвили И. С. Память позвоночных животных, ее характеристики и происхождение. Тбилиси, 1968; Механизмы деятельности головного мозга: Сб. трудов, посвященный 90-летию со дня рождения И.С. Бери-ташвили/Под ред. Т.Н. Ониани. Тбилиси, 1975.

110

Вновь попав в экспериментальную комнату, она сразу направляется к ширме, за которой ее кормили (долгосрочная образная память). След образной памяти можно усилить, если сделать восприятие пищи более комплексным, например демонстрацию пищи дополнить звуком миски, из которой обычно ест животное. Это удлиняет время сохранения следа в образной памяти.

Исследовав филогенетическое развитие образной памяти от рыб до обезьян, И.С. Бериташвили показал, что на низших ступенях развития выявляется лишь краткосрочная образная память. Так, рыбы обладают только краткосрочной образной памятью, они помнят местоположение корма в течение не более 8—10 с. Долгосрочная образная память впервые в филогенетическом ряду появляется у птиц. Среди низших млекопитающих (кролики) краткосрочная память на новое м«стонахождение пищи после ее однократного зрительного восприятия сохраняется 15—20 мин. Комплексное восприятие пищи формирует долгосрочную память, которая проявляется через много дней. У высших животных (кошки, собаки) краткосрочная образная память удлиняется до нескольких десятков минут, а долгосрочная — может сохраняться неделями и месяцами. У обезьян (павианы) краткосрочная и долгосрочная образная память намного лучше, чем у кошек и собак. И.С. Бериташвили экспериментально доказал, что время сохранения следов в долгосрочной образной памяти обычно превышает время сохранения условнорефлекторной памяти. На основе опытов с экстирпацией у животных коры головного мозга И.С. Бериташвили пришел к заключению, что мозговым субстратом образной памяти является неокортекс, так как с его удалением образная память у кошек и собак полностью исчезает.

В психологию сами термины декларативной и процедурной памяти были введены в 80-х годах Л. Сквайром и Н. Коеном (Squire L., 1983; Cohen N., 1984). Их заключение о двух типах памяти основывалось на результатах изучения пациентов с амнезией. Пациенты с корсаковским синдромом, у которых наблюдается явление анте-роградной амнезии, а также пациенты, получавшие конвульсивные электрошоковые воздействия, могут, как и здоровые люди, приобретать и сохранять (в течение по крайней мере 3 мес.) навык зеркального чтения, но они не в состоянии вспомнить слова, которые только что прочитали.

О двух типах памяти — декларативной и процедурной — свидетельствуют и клинические наблюдения над памятью пациентов с локальными поражениями мозга. Во многих случаях антероград-ной амнезии (ухудшение памяти на события, возникающие после травмирующего фактора) потеря памяти и способности к обуче-

111

нию была неполной. Из всех больных с амнезией нейропсихолога-ми лучше всего изучен канадец, известный среди специалистов под инициалами Х.М., который перенес нейрохирургическую операцию на мозге по поводу эпилепсии. В 1953 г. в возрасте 27 лет ему удалили с двух сторон передние 2/з гиппокампа, миндалину и медиальную часть височных долей обоих полушарий. Удаление упомянутых частей мозга имело катастрофические последствия для больного: он помнил свое имя, нормально пользовался речью со своим обычным словарным запасом, коэффициент интеллекта остался на прежнем уровне. Он помнил все, что происходило задолго до операции, лишь частично утратив память на события, непосредственно предшествующие операции. Но он полностью потерял способность включать новую информацию в долговременную память. При этом преимущественно страдала не процедурная, а декларативная память. Нормально общаясь с сотрудниками больницы, Х.М. был не в состоянии их запомнить, хотя видел их ежедневно. Однако, хотя Х.М. и потерял способность запоминать новые события и факты, он хорошо справлялся с формированием новых навыков. Но, обучаясь и совершенствуя свои действия, он не осознавал, как это происходит, и не отдавал себе отчета в том, что он повторяет упражнения, которые уже делал раньше. Из этих результатов неизбежно следует вывод, что процедурная память и декларативная память являются разными формами и обеспечиваются разными структурами мозга.

Наиболее разработанная нейрональная модель организации двух типов памяти принадлежит М. Мишкину (Mishkin M., 1982; Mishkin M. et ah, 1984). Один класс памяти он назвал памятью на узнавание (recognition memory), требующей высокого уровня организации многих ассоциативных областей коры. Другой класс — памятью привычек (habit memory), базирующейся на ассоциативной связи стимул—реакция. Обе системы памяти рассматриваются как независимые друг от друга. По своему содержанию память на узнавание и память привычек полностью соответствуют декларативной и процедурной памяти.

Для изучения у обезьян памяти на узнавание М. Мишкин разработал следующую форму опыта. Сначала обезьяне показывают определенный объект, который размещен в центре доски, закрывающей кормушку с пищей. Затем животному предоставляется возможность удалить объект и получить доступ к пище. 10 с спустя животному предъявляют тот же объект, но вместе с новым. Чтобы получить пищу во второй раз, обезьяна должна удалить новый предмет и игнорировать знакомый. Трудность задания варьировалась изменением времени задержки между предъявлением объек-112

тов для запоминания и опознания, а также с помощью увеличения числа объектов, которые одновременно нужно было удерживать в памяти. Автор установил, что обезьяны легко выучиваются выполнять это задание, требующее удерживать в памяти одновременно образы нескольких разных объектов. И в течение дня они могут демонстрировать это многократно.

Обе системы памяти обеспечиваются разными структурами мозга. В качестве мозгового субстрата декларативной памяти любого содержания многие исследователи рассматривают медиальные части височных долей (medial temporal lobe — MTL), включающих гиппокампальную формацию, энториальную, парагиппокампаль-ную кору, и структуры таламуса, расположенные по средней линии. Экспериментальное разрушение MTL у обезьян и грызунов воспроизводит диссоциаццю форм памяти, наблюдавшуюся у пациентов, в виде избирательного нарушения декларативной памяти. М. Мишкин исследовал влияние раздельного разрушения передней височной коры, задней височной коры, амигдалярного комплекса и гиппокампальной формации у обезьян на сохранность декларативной памяти и способность к ее формированию. По его данным, память на узнавание наиболее сильно страдала при удалении передней височной коры и в меньшей степени при разрушении задней височной коры. Разрушения гиппокампа и амигдалярного комплекса ее почти не нарушали.

Процедурная память требует участия других структур. В зависимости от вида процедурной памяти вовлекаются различные сенсорные и моторные системы мозга, обеспечивающие специфичность выполняемых действий и навыков.

"—Некоторые исследователи в составе декларативной памяти выделяют эпизодическую и семантическую память. Такое деление долговременной памяти было предложено в 70-х годах канадским психологом Э. Тульвингом. Под эпизодической памятью он понимал память на датированные во времени эпизоды и события из индивидуальной жизни человека, а под семантической — знание вещей, которые не зависят от нашего личного опыта. Это память на слова, понятия, правила и абстрактные идеи; она необходима, чтобы пользоваться языком.

6.1.5. Рабочая память

Рабочая память— это временно актуализированная система следов памяти, которая оперативно используется во время выполнения различных когнитивных действий (перцептивных, мыслительных и др.) и реализации целенаправленного поведения.

ИЗ

8-462

Рабочая (реже употребляется «оперативная») память (РП) позволяет обрабатывать информацию «на линии» (on-line) во время мыслительной и исполнительной деятельности. Термин «рабочая память» был введен, чтобы избежать путаницы с КП, которая относится к кратковременному сохранению следов сенсорных стимулов, оставшихся после их восприятия. Термин «рабочая память» применяется исключительно для следов, извлеченных из памяти.

Удобной экспериментальной моделью для изучения РП стали опыты с формированием отсроченного инструментального рефлекса. Они позволили тестировать способность животного управлять своим поведением, ориентируясь на представления об экспериментальной среде, сохраняя их в РП.

~ На рис. 24 (слева) показано принципиальное различие опыта для изучения рабочей (оперативной) памяти от опыта с выработкой обычного инструментального рефлекса (справа). При изучении РП обезьяне на короткое время предъявляют кусочек пищи, но получить его животное может только после некоторого периода отсрочки. В это время экспериментатор на виду у обезьяны может поменять место пищи и затем прикрыть оба места коробками. По завершении периода отсрочки в несколько секунд животное получает сигнал, что может взять пищу. Правильная реакция — безошибочный выбор коробки, прикрывающей кусочек пищи, — указывает, что в кратковременной памяти обезьяны сохранился зрительный образ пищи и места ее нахождения. При выработке обычного инструментального рефлекса коробка, прикрывающая пищу помечена, например, крестом, и свое место она меняет вместе с пищей. В таком опыте после периода отсрочки обезьяна должна запомнить ассоциацию «пища — крест» и всякий раз выбирать «крест» независимо от его местоположения.

П. Годдман-Ракич (1992) исследовала участие нейронов пре-фронтальной коры в рабочей памяти обезьяны при выработке глазодвигательного инструментального рефлекса — появления отставленной саккады на зрительную фигуру, предъявляемую в определенном участке зрительного поля. Обезьяна обучалась фиксировать взор на кресте в центре телевизионного экрана. Затем в одном из 8 участков экрана на короткое время появлялся зрительный стимул (квадрат). В конце отсрочки (3—6 с) центральный крест отключали, что служило сигналом к необходимости перевести взор на ту часть экрана, где перед отсрочкой появлялся целевой зрительный раздражитель — квадрат. Правильный ответ подкреплялся глотком виноградного сока.

В префронтальной коре были обнаружены нейроны, которые переходили в активное состояние и генерировали ПД с удвоенной

114

Тест для оценки оперативной памяти

Тест для оценки ассоциативной памяти

Раздражитель

Раздражитель и ответ

Неправильно Правильно

Отсрочка

1 1 i IAI ij т

Отсрочка

Ответ

Раздражитель и ответ

Правильно

Неправильно

Рис 24 Две модели опытов с отсроченными реакциями для изучения оперативной (рабочей) памяти и инструментального отставленного рефлекса на пищевом подкреплении (по П.С. Голдман-Ракич, 1992).

частотой сразу после того, как из периферического поля зрения животного исчезала цель (квадрат), имеющая для него особую значимость (рис. 25). Такой нейрон пребывал в активном состоянии только в течение всего периода отсрочки — в интервале от момента исчезновения цели до начала перевода глаз на место, где ранее был виден квадрат. В зависимости от места целевого стимула на экране во время отсрочки активируются разные нейроны. Нейроны, сохраняющие информацию о пространственном положении цели, получили название нейронов памяти. Их совокупность образует ядро системы пространственной рабочей памяти. Если в период отсрочки работа нейрона памяти нарушалась, это вело к появлению ошибочной глазодвигательной реакции. Кроме рассмотренных нейронов, была выделена группа клеток, которая пространственно-селективно реагировала на появление и исчезновение целевого стимула. Третья группа нейронов возбуждалась перед началом и во время саккады. Они представляют класс командных нейронов префронтальной коры, управляющих движением глаз через переднее двухолмие. Их реакция прерывает активность нейронов памяти, сохраняющих информацию о месте целевого стимула во время задержки.

Нейроны памяти префронтальной коры пространственно селективны. Разная локализация объекта, место которого нужно помнить во время задержки, активирует различные группы нейронов. Нейроны памяти префронтальной коры организованы в колонки. Каждая колонка специализируется на запоминании определенного участка зрительного поля, если там появился значимый объект. П. Голдман-Ракич (Goldman-Rakic P., 1996) обращает внимание на большое сходство модульной организации префронтальной коры, обрабатывающей зрительно-пространственную информацию, и первичной зрительной коры, где выявлены нейроны со специфической чувствительностью к различной ориентации стимула. Колонки префронтальной коры с разной пространственной ориентацией обнаруживают оппонентные отношения: возбужденная колонка одного типа тормозит активность колонок других типов через систему тормозных интернейронов.

Опыты показывают, что обезьяна может удерживать в рабочей памяти не только информацию о месте нахождения объекта, но и образ самого объекта. В эксперименте, который получил название «зрительный поиск», обезьяне дают возможность рассматривать несколько фигур, одновременно демонстрируемых на экране. При этом экспериментатор подкрепляет соком те саккады, которые переводят взор на одну из фигур (например, квадрат). В результате тренировки животное научается выбирать из нескольких фигур ту,

117

которая поощряется, фиксируя ее взглядом. Из этого следует, что образ целевого объекта находится в активной форме и используется в поведении для получения пищи.

У человека рабочая память может быть исследована с помощью вызванных потенциалов. Операция опознания стимула требует актуализации образа стимула и его сравнения с тем, что воспринимается. В префронтальной коре человека Р. Наатанен (Naatanen R.) выявил процессную негативность (ПН), которая возникает на релевантный стимул (ее получают процедурой вычитания: ВП на релевантный стимул минус ВП на индифферентный стимул). ПН рассматривается как показатель опознания целевого стимула. Эти данные подтверждают причастность префронтальной коры к операции считывания нужной информации из места постоянного хранения и ее сравнения с действующим стимулом.

Рассматривая химическую архитектуру префронтальной коры, П. Голдман-Ракич (Goldman-Rakic P., 1996) приходит к заключению, что главный модулятор префронтальной коры — ДА-ер-гическая система. ДА-модуляция нейронов РП осуществляется через особый тип дофаминовых рецепторов — D1R, локализованных на дистантных дендритах и шипиках пирамидных нейронов и на интернейронах префронтальной коры. Характерное для шизофрении нарушение РП сочетается с уменьшением в префронтальной коре плотности рецепторов D1R. Существует оптимальный уровень ДА-модуляции для успешной когнитивной деятельности. Большее и меньшее содержание ДА относительно оптимального значения ухудшает рабочую память. Флуктуациями высвобождения ДА и его захвата ДА-ергическими рецепторами можно объяснять флуктуации когнитивной деятельности.

Актуализация различного рода информации в режиме РП предполагает участие разных отделов префронтальной коры. Непространственная зрительная РП (на лица, объекты) использует нижнюю часть префронтальной коры. Пространственная зрительная рабочая память, используемая при игре в шахматы, во время ориентирования по карте, запоминания места, где находится объект, ландшафта, картин, а также при удержании в памяти местоположения целевого стимула в опытах с временной задержкой у человека и обезьяны, обеспечивается дорзолатеральной префронтальной корой.

Методом ПЭТ показано, что задание на ориентацию по карте вызывало большее увеличение локального мозгового кровотока в медиодорзолатеральной фронтальной коре и головке хвостатого ядра (ХЯ) левого полушария по сравнению с контрольным заданием, когда использовали идентичные стимулы и моторные реакции, но без необходимости удерживать текущую информацию в 118

памяти. Трудное задание на планирование от легкого отличалось лишь большей активностью, но только в головке ХЯ и таламусе. Параллельная активация префронтальной коры и базальных ганглиев (хвостатого ядра) во время выполнения задания на ориентацию позволяет предполагать, что в РП воспроизводятся не только репрезентации самих объектов, их местонахождение, но и моторные акты, которые должны быть оперативно реализованы в поведении. Семантическое кодирование и воспроизведение, так же как и другие вербальные процессы, связаны с активацией инсулярной и/или передней префронтальной области.

В онтогенезе префронтальная кора у человека созревает к 8 мес. Дети, не достигшие этого возраста, ведут себя так же, как и обезьяны с поврежденной префронтальной корой. Они вырабатывают условнорефлекторную реакцию, не обращая внимания на изменение места пищевого подкрепления. Способность к выполнению теста с отсроченным ответом у детенышей обезьян возникает в возрасте 2-4 мес. В этот период в префронтальной коре интенсивно образуются новые синаптические контакты.

Префронтальная кора тесно взаимодействует с основным хранилищем информации. По результатам исследований с применением ПЭТ энграммы памяти находятся рядом с сенсорными системами. Воспоминание об определенных событиях активирует те же зоны экстрастриарной коры (височной и теменной), которые ответственны за восприятие объектов, однако при этом увеличение метаболической активности охватывает более широкую зону. Информация о событиях и объектах хранится в блоках в непосредственной близости с параллельно работающими системами «Что» и «Где».

В процессе программирования поведения и двигательных актов информация, хранящаяся в теменной и нижневисочной коре, считывается на нейроны префронтальной коры через их прямые связи.

Следы памяти системы «Где» переписываются на нейроны префронтальной коры в виде константного пространства париетальной коры. На это указывают пространственно-селективные характеристики всех трех групп нейронов префронтальной коры. Их реакция избирательно зависит от локализации стимула и саккады во внешнем пространстве. Следы памяти системы «Что», локализованной в нижневисочной коре и реагирующей на сложные изображения (гностические единицы), также переписываются на пре-фронтальную кору. Нейроны нижневисочной коры характеризуются константностью в отношении комплексов признаков и поэтому узнают, например, лицо в разных ракурсах.

Косвенное подтверждение обмена информацией между теменной и префронтальной корой содержится в результатах опытов,

119

полученных А.С. Батуевым на обезьянах, у которых вырабатывались пищевые инструментальные отсроченные двигательные реакции. Исследователь обнаружил одновременную активацию «нейронов памяти» в лобной и теменной коре. Они реагировали, изменяя частоту или паттерн активности, только в период отсрочки (от 5 до 20 с) между условным сигналом (вспышкой света) и двигательной реакцией — нажимом на рычаг, который открывал кормушку с пищей. У обезьяны вырабатывались дифференцировка условных сигналов по месту вспышки света (слева — справа) и правильный выбор рычага для нажима.

Между префронтальной корой и височно-теменными областями неокортекса существуют не только прямые, но и обратные связи. Наличие обратных связей из префронтальной коры в теменную и нижневисочную подтверждается появлением в них ответов на электрическую стимуляцию префронтальной коры.

Совместная активация префронтальной и теменной коры показана с помощью авторадиографического метода (с введением 2-дезоксиглюкозы). После выполнения теста на запоминание места нахождения фигуры и выполнения отсроченного ответа у обученной обезьяны уровень метаболической активности в префронтальной коре и структурах, с которыми она связана, — гиппокампе, нижней части теменной коры и таламусе — увеличен. При выполнении обычного инструментального рефлекса без необходимости в течение некоторого времени удерживать в памяти целевой стимул метаболическая активность этих структур заметно слабее.

Только наличием обратных связей от префронтальной коры к теменной и височной можно объяснить результаты опытов со «зрительным поиском», когда обезьяна научается выделять с помощью глазодвигательной реакции (саккады) определенную фигуру на экране. Это означает, что образ целевого стимула в результате тренировки животного приобретает более четкие очертания, т.е. происходит подчеркивание, усиление признаков стимула. Это возможно только в том случае, если нейроны памяти префронтальной коры в зависимости от результатов подкрепления корректируют следы памяти в височной и теменной коре. Перезапись информации через обратные связи из префронтальной коры автоматически функционирует постоянно, обеспечивая приобретение и непрерывную коррекцию наших знаний.

Существование обратных связей от префронтальной коры к основным хранилищам памяти позволяет по-новому взглянуть на механизм ретроградной амнезии. Амнестические агенты действуют на актуализированные энграммы, когда они используются в режиме рабочей памяти. Это касается как старых следов, активиро-

120

ванных для оперативного использования, так и новых, только что приобретенных. В результате нарушения работы нейронов памяти префронтальной коры вносится искажение в содержание информации, которая перезаписывается через обратные связи для длительного хранения, что приводит к избирательной потере той памяти, которая предварительно была активирована.

Один из вопросов, который продолжает волновать психологов и психофизиологов, — почему мы, как правило, не помним или очень быстро забываем свои сновидения? Частичный ответ на этот вопрос дают недавние исследования метаболической активности структур мозга методом ПЭТ в цикле бодрствование—сон. Во время парадоксального сна выявлена сильная инактивация префронтальной (дорзолатеральной и орбитальной) коры — структуры, ответственной за рабочую,память. Одновременно мощная активация охватывает лимбическую систему (особенно миндалину) и часть ассоциативной зрительной и слуховой коры. Во время парадоксального сна параллельно инактивации префронтальной коры отмечена редукция высвобождения норадреналина и серотонина (из синего пятна и ядер шва) — медиаторов, ответственных за обучение на отрицательном и положительном подкреплении (Hobson J.E., Stickgold R., Pace-Schott E.F., 1998). Новые комбинации образов, которыми так насыщены сновидения, вследствие блокады норадренергической и серотонинергической систем не получают подкрепления и из-за инактивации механизма рабочей памяти не переписываются на место постоянного хранения.

<< < Предыдущая

1 2 3 4 5 / 19 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Следующая > >>