Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Структурно-функциональные перестройки в вентро-базальном ядерном комплексе таламуса в разные сроки после соматосенсорных деафферентаций

ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК СССР

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ им. П. К. АНОХИНА

На правах рукописи УДК 612.826,4.+611 Л/8

ПАШ И НА Наталия Рудольфовна

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ В ВЕНТРО-БАЗАЛЬНОМ ЯДЕРНОМ КОМПЛЕКСЕ ТАЛАМУСА В РАЗНЫЕ СРОКИ ПОСЛЕ СОМАТОСЕНСОРНЫХ ДЕАФФЕРЕНТАЦИЙ

14.00.17 — нормальная физиология 14.00.23 — гистология, цитология, эмбриология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1990

Работа выполнена1 в НИИ мозга АМН СССР

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор биологических наук Г. В. Орлова

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук, профессор О. А. Крылов доктор медицинских наук, профессор А. А. Милохин

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АМ СССР

Защита состоится « » 1990' г. в « » часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д.001.08.01 по нормальной физиологии при НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина АМН СССР (Москва; 103009, ул. Герцена, д. 5).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института.

Автореферат разослан

1990 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета; доктор биологических наук

Т. И. Белова

0Ш1Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Центральная нервная система задает больпими резервными возможное тяж. Значительный интерес этом плане представляет изучение соматосенсорной системы ыле-питаших, ее строения и механизмов восстановления при различ-м органических повреждениях. Изучение анатомического субстрата кпенсаторно-приспособителйных процессов в ЦНС после различного да деай-ерентацкй, представляет интерес не только для теоретн-ской науки, но и для практической медицины и требует комплекс-го морфо-физиологического подхода.

Недостаточно изученным и дискуссионным, несмотря на боль-е количество публикаций, остается вопрос о структурно-функцио-льной организации кошо-двигательного анализатора. Проблема огоканашгаго проведения в анализаторных системах головного зга, изучение функционирования соматосенсорной системы после влечения отдельных ее каналов методом нейрохирургических опе-ций, являвтся центральной линией исследований лаборатории прэ-ссора H.H.Любимова.

данные, полученные в этой лаборатории (Любимов H.H. и др., 76, IS EG, IS63),- ряд обзорных статей ( Зехгу, Karl, Hinsay, 5С; Cordon, 1973, IS77; Willis and Cocseshall , I978;Hose ■л Tiillis , IS85) указывают на несоответствие классической ■чни зрения и современных исследований относительно оргакиза-3! соматосенсорной системы млекопитающих. Если по классической йрофхзиолотни лемнисковнй, сшшо-таламический, спино-цервико-.ламкческий пути являются полностью перекрещенными на уровне ¡никого и продолговатого ко зга, то большой морфологический, [.ектрофизиологический, поведенческий материал свидетельствует наличии наряду с классическими (перекреценнши), доюлнитель-IX (неперекре«енных) афферентных проекций на структуры передне) мозга. 3 условиях выключения лемннсковой системы (при пере-_^-гзке половины покрышки среднего мозга), ипсилатералькое проверке кинестетической чувствительности, восстановление которой этих условиях показано е работах Любимова H.H. и его сотруд-iKOB (1575), может, предположительно, осуществляться тремя пу-зми: сишо-ретикуло-таламическим, сшшоч.;озЕечково-таламическп.; экстралеьсгисковыми (штсилатералькшг) связями ядер дорсальный голбов спинного мозга.

- а -

Изучение ипсилатерального проведения, функциональной значимости и организации путей, ответственных 32 проведение кинестетических веяний, в условиях выклычения классических связей comí тосенсорной системы, имеет значение душ понимания структурно-Функциональной организации соматосенсорнок системы в целом, и компенсаторно-восстановительных реакции, происходящих в ЩС, в ответ на развитие структурно-функционального дефекта.

Цель и основные задачи исследования. В связи с выпесказанш целый настоящей работы явилось изучение проведения кинестетическое чувствительности посредством ипсилатеральных афферентных прс екцкй ядер дорсальных столбов спинного мозга, их проекций на структуры вентро-базалъного ядерного комплекса таламуса в условия;: выключения соответствующей медиальной петли у хицзых (коаез

£ля достижения этой основной цели Силе поставлены следу&-:дие задачи:

1. Показать возможность проведения кинестетической чувствительности у животных с перерезкой половины покрышки среднего мо: га на основе формирования инструментального условного пищевого рефлекса "на передави конечность", контралатеральнук операции.

2. Определить проекции сокатосенсорных влияний на структур! вентро-базального ядерного комплекса таламуса, б условиях выключения лемнисковой системы, методом, регистрации вызванных потекцз алоз.

3. Провести количественнЕЁ анализ изменений, происходящих в вентро-базальном ядерном комплексе таламуса через I год после перерезки половины покрыпки среднего мозга.

4: Провести цитологический анализ измен§ний в нейронах вектро-базальнсго ядерного комплекса таламуса Скак ка светоопти-ческом, так и на электроннсмикроскопическом уровня?:) в динамике (через 5 дней, 3 месяца после операции).

5. Определить функциональную значимость для проведения кпне стетическдх влияний неклассических ипсилатеральных соматосенсор-кнх связс£ з условиях комбинированию: перерезок - половины покрз кг среднего мозга и кошссуральных связеГ: промежуточного мозга.

Нгучг-гая новизна работы. Б результате проведенного последов; впервые показана структурная и функциональная зозглоткость для дгозеденцл кинестетической чувствительности в направлении -'вред-его т!сзга ЕПСЕлатеральянш афферентными связяж ядер до'р-гг.— ::^;: столб:? сгплеогс мозге, г- условиям одностороннего вккл:-:-системы. Впервые дсследованг пространственная

:ганизация на структуры Еентро-базального ядерного комплекса -.ла:.гуса нпсплатер2льнкх неклассическкх связей ядер дорсальных голбов с ценного ¡.:озга, показана их топология и функциональная гачи;.юсть в условиях односторонней перерезки половши: покрыта: зеднего !.;озга у хиплых (коаек).

Изучены, как на СЕетосптичзскск, так к ка злекгроннс:.:икрс— хппческс!.; уровнях, компенсаторно-восстановительные процессы, роисходяхие в вентро-базальнсг.: ядерно к комплексе тала'луса после ясстсрснней перерезки половины покрышш среднего ыозга.

На основе Еыработкн условного инструментального пищевого 5$лекса "ка-переднюю конечность", показано значение ипсплатс— ального проведения в процессе компенсации соглатосенсорных на->тхни£ и значение обратной аадерентащи для осуществления слон-зго двигательного акта.

Научнс-пгактпческая ценность, Результаты настояцей работы :полкянт теоретическое представление относительно структурно-тнкцхснальной организации восходяща: путей со:.;Етосенсорнэй сис-з:.ты, а тапке вносят определенный вклад в изучение ко:.:пенсаторно-оостанэвительных процессов з ЦМО при повреждении проводядих утей. При соответствующих клинических сопоставлениях, результа-а данного исследования, свидетельствующие с б участии ппсилате-з.тьных связей ядер дорсальных столбов спинного :.:озга в Еостанов-енпи апраксических расстройств при повреждении де:я1исковой скс-е;.гы, ;.;огут быть ислсльзовакк для разработки терапевтических еропрпятпй по ускорения реабилитационных процессов у больше; органических поражения;.;:: со;.;агосенсорно£ систем, а такяе ля тогпгческсй диагностики такого рода повреждений.

Основные положения, выносимые на задиту.

1. Специфичность вызванных ответов, регистрируемых з зентро-азэльнс;,; ядерной комплексе тала;,уса копки з условиях односторон-ей перерезки по крыша: среднего :.:сзга, подтверждает предположен--ие о существовании наряду с классическими перекрещенными ле:.:к:> коек:.;и путями илсилатеральных экстрал21.:нпскозых связей ядер дор— алъкых столбов спинного г.;сзга.

2. Зое становление кинестетической чувствительности у жпвот-ых после односторонней перерезки покрыикп среднего ь;озга пропс-:од;:т за счет перераспределения функционально:: нагрузки в ссиато-енсорной системе и обеспечивается сохранны;.::! ипеплатеральны:.;:: кстрзлег.кисковн;.;:: путями, в то;.: числе п зкстрале!л;:;скозк;.:п езя-

ядер дорсальных столбзв спинного 1.:озга.

3. Компенсаторно-восстановительные процессы, происходящие после перерезки половины локрышш среднего мозга, обеспечиваютс не только мобилизацией дополнительных путей афферентного проведения, но и структурной реорганизацией нервных центров, которая на уровне подкоркового центрального сокатосенсорного реле-вентр базального ядерного комплекса таламуса проявляется в перераспре делении функциональной активности кенду интактшши и пораненными аксона,<и и нервными клетками.

4. Способность йшвотного к точному управлению передней конечностью необратимо нарушается при выключении всех соматосен-сорных путей от данной конечности к соответствующему вентро-базалъному ядерному комплексу таламуса, что подтверждает необходимость кинестетической афференгацел для осуществления инстру ментального условного пищевого рефлекса.

Апробация работы, материалы диссертации были доложены на:

1. Пленуме "Адаптивные и компенсаторные процессы в головно; мозге" (г. Махачкала, сентябрь, 1985 г.).

2. ХУ съезде Всесоюзного физиологического общества им. Пав лова (г. Кишинев, ISS7 г.).

3. G Международном симпозиуме "иоторннй контроль" (Болгария, Албена, шаль, 18Б9 г.).

4. 2 Советско-югославском совещании "Нейротраксмиттеры" (г. Москва, ноябрь, ISS9 г.).

5. 5 Совещании "Восстановительная неврология" (г. Иркутск, карт, 1990 г.).

Диссертация обсуждена на заседании Ученого Совета Института мозга М1Е СССР (1С марта 1988 г.) и на конференции отдела системных механизмов целенаправленного поведения HIEI нормальной физиология им. П.К.Анохина (19 марта I99C г.)

Внедрение результатов исследования. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 нзучкнх работах. Результаты диссертационной работы были представлены так~.е на международном симпозиуме "Моторный контроль" б родгарин (Болгария, Албена, 1989 г.' 1.1атериалы диссертации дологены ка ряде всессгзных конференций.

Данные полученные в диссертации, использу-отся в научно-исследовательских разработках е 13нстлтуте Выссей нервной деятельности (г. '.'осква), а т£к~е на кафедре человека и зглвотных s лекционном материале Кутаисского педагогического института.

О бьет: и структуре диссертации. Диссертация состоит из вве-екеодое, списка цитируемой литература {/<?6 на-

'i i.iCLD,

ленований, из них/£?^на иностранных языках) и изложена на границах машинописного текста, содержит I таблицу, иллюстрп-эвана ¿У рисунками.

МАТЕРИАЛ] И Т.ШТОДЫ

Работа проведена на 35 кошках.

В исследовании было применено песть методических приемов: ейрохирургический, поведенческий, неврологический, электрофи-иологический, светсопгический, электронномикроскопический.

Методика нейрохирургических операций разработана Н.Н.Либи-овым (1969). В работе были использованы две нейрохирургичес-ке модели: животные с перерезкой половины понрнпки среднего озга, т.«. односторонним выключением лемнискоЕОЙ, сппно-рети-уло-таламической, спнно-цервико-галамгческой, спнш-моз.течкоЕО-аламической систем и животные с цервой перерезкой плюс секцией омиссуралькых связей проме.чуточного мозга.

В течение 5-10 дней после операции животные получали соот-стстгутог;:"; уход (пешщиллинотерапия, специальное питание, саки-арко-гигиенически'е мероприятия). Все животные подвергались неэ-ологическому обследование со определенной схеме, разработанной лаборатории нейрохибернетики НИИ мозга СССР (Н.Н.Лпбимо-ым и др.1960), Еключеюдей е себя анализ двигательных и сенсор~ ых расстройств и прженение специальных тестов для определения пнестетпческих нарушений.

Условкорефдектсрннй метод состоял в формировании нкстру-■ентального шы;евого рефлекса на одну из передних конечностей до" и "после" операции. Обучение происходило в специальной :акере. Кошку обучали бить определенней лапок по белой лопаточ-:е - "мисени" (размером 10x15 см), при правильно сделанном две-:енз:и, нужной лапой, кивстнсыу давали кусочек мяса, для сопо-.---* ■тавлекия динамики выработки рефлекса "до" и "после" операции, вставлялись графики обучения. Данные по одинаковым группам лвоткых усреднялись.

В электрофпзиологической части работы был использован ме-:од регистрации вызванных потенциалов (ВП) в острых опытах "до" I "после" перерезки половины покрышки среднего мозга, в СЕ.г.:ег-;ичнкх точках вентро-базального ядерного комплекса таламуса. /леятрскскные раздражения передней конечности осуществляли через гакладнне электроды пршоуголкшми иапудьоамй тока, длительно-

стыо I моек. Электроды в подкорковые структуры вводилась по координатам атласа мозга коикн ( H.Jasper, 1954). Отведение было монополярным, активным электродом служила нихромовая пр Волочка, толщиной около 100 микрон, покрытая изолирующим лак кроме кончика. Индифферентный электрод был изготовлен из серебряной пластинки и располагался в отпрепарированной затыло ной мыпце. ЕЛ регистрировали после усиления с помощью усилителя биопотенциалов УБП-1-02 на осциллографе CI-I8 с последу лцей съемкой на фоторегистрирукщей приставке ФОР-2 или на осциллографичесхой установке УС-9 фирмы "Нихон Коден" (Япони с параллельной регистрацией на магнитном регистраторе фирмы "Брюль и Кьер" (Дания). Усреднение ВП производили на интегра торе фирмы "Диза" (Дакия).

После операции животные находились под наблвдением от Е дней до года. После переживания необходимого срока (5 дней, I месяц, 3 месяца, I год) проводили прижизненную перфузию. Для светооптнческого исследования применяли физиологический раствор и IG % раствор нейтрального формалина на физиологиче ском растворе, для электронномнкроскопического - смесь 2,5 ? раствора глутаральдегидз, приготовленного на фосфатном буфере (pH - 7,2-7,4) ъ 2 % растворе парзформальдегвда. Лерфуза: вводили через аорту наркотизированного нембуталом кивотного (35-40 мг/кг). Для светооптнческого исследования мозг после перфузии не менее двух недель хранился е растворе 10 % формг лкна. В светооптической части исследования был использован метод Киссля в прописи, применяемой в Институте мозга АМН СССР, обработку материала для электронноаджроскопического исследования проводили по стандартной прописи, принятой в Институте мозга.

Для подсчета количественных изменений нейронов применялись стандартные статистические метода вычисления средних а чений, Т - критерий Стыодента.

Для злектронномлкроскопических исследований брали кус о1 ки нервной ткани размером I ыг,^ из центральной области вентрального звднелатерального ядра таламуса. Тонкие срезы, пол; ченные на ультратоме ЛКБ-Ш (ПЬеция), контрастировали уран: ацетатом и цитратом свинца по методу Рейнольдса, электронно' граммы получены на микроскопах "Хитачи НИ-II", "Тесла БС-54 "Филиппе".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В нале:.: исследовании у животных до операции вырабатывали нструментальный пищевой рефлекс на оцределеннув переднюю конеч-ость. В среднем за 3-5 дней коееш обучались безошбочно отве-ать нужной лапой при предъявлении мишени. Затем у животных про-зводили перерезку половины покрывши среднего мозга, захватыва-щую медиальную петлв, ретикулярную формацию, сшзно-ретикуло-зламаческий, спнно-мозжечково-талаглический, спино-цервико-алш.цгческий, а такке кортико-рубро-сшшальный и кортико-рети-уло-спшальнле пути. Согласно насим экспериментальным наблвде-шям, у всех глвотных после перерезки полоеины покрыпки средне-•о мозга сфера произвольных движений была существенно ограниче-¡8. Они имели атаксическую походку за счет явлений дисметрии на яороне, контралатеральной операции. Кроме того, наблвдались ко->рдшацйонкЕе расстройства, а такке явления дисметрии, атаксии, шеечной гипотонии.

3 ходе неврологического обследования выяснилось, что происходит постепенное уменьшение симптомов, связанных с нарушением спнестеткческой чувствительности. 3 течение 15-2С дней после зперацни пла частичная компенсация двигательных расстройств, отдельные симптомы исчезали. Наиболее быстрая динамика восстановления кинестезии горела место в течение первых двух месяцев после эперациз. Копки уверенней передвигались, начинали есть самостоятельно, не совершали длительные ыанегные движения, симптомы цксметрни и атаксии уменьшались.

Через 3-4 дня после операции кивотные вновь брались в эксперимент. Выработанный рефлекс на "деафферентпрованную" конечность исчезал, ко у всех животных-ваблвдалосъ явление "переноса", когда при предъявлении мишени они ударяли по ней другой, "необученной" лапок.

После операции начиналось повторное обучение на "деафферен-тированнуи" лапу. Рефлекс на интактнузэ лапу никогда не подкреплялся, чаще всего приходилось фиксировать эту ладу к полу экспериментальной камеры. Через 15-20 дней после начала обучения животные в результате постоянных тренировок начинали целенаправленно использовать нужную конечность для условно-рефлекторного движения. 8С-1С0 % уровень правильных ответов достигался в среднем к 25-28 дню. 7 некоторых животных этот срок удлинялся до

месяца и вале, так как существовала шдпвидуалъная особенность в восстановлении зтого рефлекса у разных животных. Как правило, ь течение первых 15 дней, обучение происходило очень медленно I практически не было выракено. Создавалось впечатление, что коска "знает", что надо делать, но не мокет - появление сильного дроганпя "деафферентированной" конечности, дрозп, в теле, поши соверпить переступательное движение при предъявлении кипени.

Возможность восстановления инстрзт.гентального шщевого рефлекса .на "переднюю" конечность, ковтралатеральную перерезке половины пскрыпкп среднего мозга, свидетельствовало о сохранении афферентных проекций, ответственных за проведете кинестетической чувствительности для данной конечности, которые могли прохо дить только в шсплатеральной пнтактной половине мозгового ство ла. Без етих путей нпвотное не могло бы оценпть положение конеч кости в пространстве по отнопеншо к своему телу и правильно нанести удар.

Как известно, основным показателем функциональной активное ти нервного центра является вызванный ответ его нейрональных элементов на специфическое для него раздражение. Поэто:.ту мы про вели серю опытое по точечной регистрации вызванной электрической активности е вентральном задне-латералвном ядре (ВИТ), так как именно это образование считается основным подкорковым коллектором соматосенсорной чувствительности, в том числе и кинестетической.

До операции и после перерезки половины покрытии среднего мозга в острых опытах на 5-ти койках, под нембуталовым наркозом производили поточечную, через I ил, регистрацию вызванных потен циалов (Ш) в симметричных ядрах ВИД по- всем фронтальны:.: плоскостям. Полученные по геем фронтальны,: плоскостям данные усреднялись.

До операции, в БИЛ на стимуляцию коктралатеральной передней конечности, регистрировались специфические двухкомпонентнке зкзвЕпные ответы с латентным периодом 4-5 мсек. Первый компонент - пояснительный, ЕтороЗ - отрицательный. Длительность первого в фокусе максимальной активности составляла 8-10 мсек, г литтда 100-120 мкВ, длительность второго - 20-40 мсек, амплитуда - 50 мкЗ. При удалении Ьз фокуса максимальной активности" амплитуда первого компонента вызванного ответа значительно сни~=-лась. £окус максимальной активности находился во фронтальном

:ане 2, ближе к центральной области и к латеральному крас ядра, ¡и удалении из фокуса .максимальной активности амплитуда обоих ¡мпонентов снижается, а длительность увеличивается. В противо-1ЛО.-ШО!.: ВПЛ на раздракекии той г.е лапы, т.е. ипсклатеральной ■носительно данного ядра, вызванные ответы отсутствует, что |впадает с литературными данными ( -Albe-iessard and A.Jessard, ¡63).

После операции, в ЗИЛ на стороне, противоположной перереэ-, при стимуляции контралатеральной лапы в фокусе максимальной :тивносги происходило увеличение амплитуды и длительности отве-: максимальное значение амплитуды первой положительной фазы вета равнялось I5G-I8G мкВ, длительность до 2G жсек; амплитуда 'орой отрицательной фазы увеличивалась незначительно и бала ¡авнима с таковой у интактных нивоткых.

В ВПЛ на стороне операции, при стимуляции контралатералъ-ы лапы, несмотря на то, что все приходящие в БИЛ ка этой стоне соматосексорные пути были выключены, регистрировались двух-ыпокентные низкоамплитудные ответы. Jix распределение не игл ело рактерной соматотопии вызванных ответов этого образования, они ло отличались мезду собой по временным и амплитудным характе-:стикам. Латентный период регистрируемых ответов равнялся 4-5 ек,. амплитуда первой положительной фазы не превкпала 30 мкЕ, нтельность 6-IC исек. Амплитудами длительность еторого кемпо-кта по сравнению с нормой была значительно снижена. Таким об-зом, в ЗИЛ, лишенном своих классических лекнкскоЕЫх связей входят соиатосенсорные влияния, с латентным периодом ВП, тачных, : для вызванных ответов, приходящих по волокнам медиаль-й петли, с амплитудой в среднем в 4-5 раз меньшей, чем ампли-да вызванных ответов при такой хе стимуляции у иктактных ки-тных. ^.

Отражается ли данная Еызвакная активность в материальном бстрате этого образования, насколько существует связь мегду руктурными и функциональными свойствами нейронов БОЛ и приходили сюда афферентными проекциями, может ли процесс восстансв-кия кинестетической чувствительности иметь реальные структуре выражения - зти вопросы поставили нас перед необходимостью оведенЕя нейрогистологического анализа структурных особеннос-й ЫП после односторонней перерезки покрышки среднего мозга.

Светсоптическое исследование вентро-базального ядерного

комплекса таламуса после перерезки половины покрышки среднего мозга через I и 3 месяце выявило определенную последовательность структурных реорганизаций нейронов БИЛ как на стороне операции, так и на противоположной, при этом изменения в обоих ядрах таламуса различались не только качественно, но и количественно. Через 3 месяца наряду с нейронами с признаками краево го хроматолиза, появляются нейроны гиперхромной окраски, увели ченных по сравнение с нормой, размерами. Так как в обоих ядрах не обнаружена нейроны с тяжелыми поражениями, а в литературе существуют противоречивые сведения о развитии транснейронадьно дегенерации в нервном центре при его деафферентации, ыы через год после операции провели подсчет средней нейронной плотное та в этом образовании. Такой длительный срок восстановительного периода позволял надеяться, что к этому времени процесс транс-нейрональной дегенерации, если он имел место, должен быть s це лом закончен. Анализ результатов подсчета числа нейронной плот ности показал, что сделанная операция не оказала заметного вл! яния на показатель средней нейронной плотности изучаемой струг туры головного мозга. Таким образом, в вентро-базальном едернс комплексе таламуса после выключения медиальной петли отсутствз ет транскейрональная дегенерация.

Электронномикроскопическое исследование симметричных яде} BUT в ранние сроки после операции (5 дней) и через три месяца показало наличие дегенерированных аксонных термин алей не толы на стороне операции., что закономерно, но и в ВЕН противоположной стороны.

Полученные злектрофизиологические, светооптические, элек1 ронномикроскопические данные свидетельствует о том, что влиян] приходящие в вентро-базальный ядерный комплекс таламуса на ск роне операции, могут быть опосредованы только теми афферентные путями, которые проходят в ипсилатеральной интактной половине мозгового ствола. Эти пути, восходящие s интактной половине m гового ствола, ростральнее перерезки переходят на другую стор ну и заканчиваются в ВИЛ контралатеральной стороны зрительног бугра, чему в литературе существуют структурно-Функциональные подтверждения (Любимов, 1969; càar-ç and Ruch

1947; Bava ,

Fediça, ¡.'.ancoai, IS66; Fadisa-and liansoni , 1969). Чтобы проверить функциональную значимость этих связей в цроцессе во становления кинестетической чувствительности, у 5-ти животных

перенесших первую операцию и имевших восстановление двигательных расстройств и вторично выработанный рефлекс на "деа^ферен-тированную" конечность, устойчивый в течение полугода, была сделана перерезка всех жомиссуральннх связей промежуточного дазга. Несмотря на то, что после второй операции обучение проводилось ежедневно в течение четырех месяцев, нам так и не удалось выработать вновь условный инструментальный пищевой рефлекс на "деафферентированнув конечность". Интересно отметить, что через полторы, две недели после операции все животные пытались, отвечать интактной "недеафферентированной" лапой, т.е. у инвотаых сохранилась "память" на рефлекс, но была утрачена возможность отвечать деафферентированной- конечностью. Таким образом, проведенные две операции полностью выключали все соматосенсорные пути, восходящие из мозгового ствола к одному из вентро-базальных ядерных комплексов тала-муса, что привело к необратимому нарушению проведения кинестетической чувствительности и способности животного к точному управлению деафферентированной конечностью.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Наше исследование явилось продолжением серии работ, выполненных в лаборатории нейроетбернетики Института мозга, по изучению дополнительных сомагосенсорных связей в условиях искусственного соматосенсорного дефицита ж было направлено на изучение экстралемнисковых иле ила тералышх связей ядер дорсальных столбов спинного мозга, определении их топологии, функциональной значимости на основе комплексного изучения структурно-функциональной организации вентро-базального ядерного комплекса таламуса,

В работах H.H.Любимова о сотр. (1977, 1978) с прлмененией"" инструментального оборонительного рефлекса,такке как и в наших исследованиях на копках с использованием пищевой мотивации для обучения условно-рефлекторных навыков, после односторонней перерезки покрыпки среднего мозга у животных в течение месяца происходило восстановление ранее выработанного и утраченного после операции рефлекса на"передаш) конечность",деафференти-рованнуп относительно сенсорного влияния. Возможность восста-

новления инструментального пищевого рефлекса на "переднюю конечность", контралатеральную перерезке половины покрышки среднего мозга, свидетельствовало о сохранении афферентных путей, ответственных за проведение кинестетической чувствительности, которые могли проходить только в шюшштеральной интакзной половине мозгового ствола. Для проведения соответствующей сенсорной информации в этих условиях остается только три структурные возможности: спино-ретикуло-талаыический, слино'-мозжечково-таламический и ипсилатеральные экстралемнисковые связи ядер дорсальных столбов спинного мозга, так как классическая спино-тала-мическая система, описанная у приматов, у хищных отсутствует С Chans, Еасй, 194?, IS52; Bohr, , 1953; Dehler , 1957;

Herrick, 3isbop, IS5S; Nauta, Eupers, 1958), а спино-церви-ко-таламический путь (путь Морина) согласно исследования H.H. Любимова (IS80) не принимает участия в восстановлении кинестетической чувствительности. Цитологический анализ ядер дорсальных столбов спинного мозга через год после операции показал, что каудальные отделы контралатерального ЯЛР подвергаются более серьезной атрофии (до 3ü ,») по сравнению с ростральными отделами этого образования, где сохраняется до 70 % нейронной популяции (Е.Е.Гречшша, IS65), т.е. в ростральных отделах ЯДС имеется несомненная структурная основа для осуществления ипсилате-рального проведения кинестетических влияний в направлении переднего мозга. Открытым оставался вопрос о дальнейшем ходе этих путей, их проекциях в таламус.

.Исследования А1Ъе- Fessard (1Э75) показали, что после перерезки задних столбов спинного мозга вызванные ответы в вентро-оазальном ядерном комплексе таламуса исчезали, а по нашим данным в ¡¿LI на стороне операции после односторонней перерезки покрышки среднего мозга при стимуляции контралатеральной передней конечности регистрировались двухкомпонентные вызванные ответы с латентным периодом 4-5 мсек, т.е. во временном интервале специфических вызванных ответов. Это указывает на то, что источником вызванных ответов в ВПЛ являются ядра дорсальных столбов спинного мозга, а сшшо-ретикуло-талаыическая система не может являться проводником этих влияний еще и потому, что она имеет многочисленные синаптические переключения в ретикулярной формации мозгового ствола и ее функциональные влияния достигают структур переднего мозга с латентным периодом 1&-20_мсек (H.H.

Любимов, 1978). Исследования Henry, Halston (1969), выполненные методами электронной микроскопии, Глисса, Финк-Хаймера, Наута показали, что после односторонней коагуляции НДС в нейронах ипсилатералъного вентро-базального ядерного комплекса таламуса никаких изменений не обнаружено, а по данным mhael,

"Jibsrc, 3ionsv-ist (1985) при введении перохсидазы хрена в ЯДС следы ПХ обнаруживались ростральнее ДЦС до уровня среднего мозга как на стороне введения, так и на противоположной. Наши электронноминроскошгческие данные показали наличие дегенериро-ванных аксонных терминале^ в БПЛ на стороне, протжвопололной перерезке половины покрышки среднего мозга. Сопоставляя эти результаты можно сделать вывод, что часть волокон ядер дорсальных столбов спинного мозга до уровня среднего мозга идет ипси-латерально, а выше уровня перерезки переходит на другую сторону и поступает в вентро-постеро-латеральное ядро таламуса противоположной стороны. Этот вывод согласуется с нашими электро-физкологическими исследованиями, когда при стимуляции контра-латеральной передней конечности вызванные ответы регистрируются в ВИЛ на стороне операции и отсутствуют в ивеилатеральном вентро-базальном ядерном комплексе таламуса. Переход на другую сторону ипсилатералышх экстралемнисковых связей осуществляется через комиссуральные системы промежуточного мозга: меятала-мическую, заднюю мозговую и супрамамил.-арную комиссуры. Это показали ходологические исследования с использованием методов Наута, Кнука, Финк-Хаймера, которые выявили переход дегенери-рованных волокон выше уровня перерезки на другую сторону через эти комиссуры (Любимов H.H., 1968; Т.В.Орлова, 1981). В литературе существуют структурные (' Padiea, ilenzoni, 1969;

Sashsliiiar ,1388) и функциональные (Любимов, Туров, Саканде-лидзе, 1978; Саканделидзе, 1982) подтверждения этому перекресту. Спино-мозжечково-талаыические пути не могут принимать учас--" тия в генерации вызванной активности, регистрируемой в вентро-базальном ядерном комплексе таламуса на стороне операции, т.к. выходящие из мозжечка афферентные связи в составе верхних нокек мозжечка полностью захватываются перерезкой на стороне операции, а основная часть низних ножек мозжечка состоит из волокон, формирующихся из передних и боковых столбов спинного мозга. Известно, что часть клеток нарушого края ядра Бурдаха посылает свои аксоны в веревчатое тело, но вклад их весы.!а мал по сравнению с мощными пучками Говерса, Флексига, Ыонакова, олево-

целебеллярного- Электрофизиологические данные, полученные в ла бора торги нейрокжбернешки подтверждают эту точку зрения, так как среднемозговая тегменталъная перерезка вызывает усиление амплитуды вызванных лемнисковых ответов не только в вентро-базальном ядерном комплексе таламуса, но и ядрах дорсальных столбоЕ спинного мозга, хвостатом ядре, соматосенсорной коре, т.е. тех сенсорных центрах, где происходит взаимодействие лемнисковых и экстралемнисковых влияний, в ядрах не мозжечка изменений .вызванной активности не происходит (Г.В.Орлова, 1981).

Описанные нами неклассические афферентные акстралемниско-вые связи яцер дорсальных столбов спинного мозга, дублируют лем-нисковое проведение, так как заканчиваются в том же вентро-базальном ядерном комплексе таламуса, что и классические. Тормозные взаимодействия на уровне вентро-базального ядерного комплекса таламуса между лемнисковыми ж экстралемнисковыш потоками, приходящими в это ядро через заднюю мозговую комио-суру, рассматриваются в работе ladies, :.:sr..zoni (1969) и авторами делается вывод, что лемнисковые связи являются "новоприхо-дящиыи" в процессе эволюции ж произошли от менее специфического предшествующего компонента экстралешисковой системы, который готов взять функции лешисковой, как только та подвергается редукции. Эта точка зрения подтверждается и нашими данными по усилению амплитуды вызванных ответов в ВПЛ, контралатераль-ного операции, при стимуляции передней конечности на стороне перерезки, что можно объяснить увеличением мощности афферентной имцульсащи лемнисковых потоков, лишенных сдерживающих тордозных связей экстралемнисковых путей. Амплитуда вызванных ответов в этом образовании увеличивается до 180 мкВ. .Взаимозависимость лемнисковых и экстралемнисковых влияний подчеркивается и в исследованиях В.¡¡.Колесникова (ISВо) на примере мышечных реакций и суммарной электрической активности корковых и подкорковых структур.

По наши данным, компенсаторные процессы, происходящие после перерезки половины покрышки среднего мозга, обеспечиваются не только структурной реорганизацией нервных центров, но и мобилизацией дополнительных источников афферентной имлульсации, а именно, экстралемнисковых идсилатеральных связей ядер дорсальных столбов спинного мозга. Материальным субстратом для

осуществления взаимодействия между лемнисковыми и экстралемни-сковыми связями на уровне ВИЛ иогут являться синаптические гло-мерулы в состав которых входят аксо-аксонные контакты. Сохранность гломерулярного типа синаптических окончаний через три месяца после операции, предполагает наличие в них интегративиых процессов обработки информации, осуществляемой по тому же структурному принципу, что и у ингактных япвотных. К компенсаторным процессам, происходящим в подкорковом нервном центре после односторонней перерезки покрышки средаего мозга, относится и перераспределение функциональной активности, которое на светооптическом уровне выражается в наличии крупных гилер-хромных, наряду с мелкими сморщенными или хроматофильными формами, нейронов, а на электронномикросколическом - в появлении особых аксо-дендро-аксонных синапсов, с двумя типами аксонных окончаний: первые, плотно заполненные синаптичесхими везикулами, вторые, с признаками светлой дегенерации, - оба типа образуют контакты с центрально расположенным дендритом, в котором волизи синаптической щели активного аксона сгруппированы мелкие округлые митоховдрии с 2-3 расширенными кристами - кные формы. кмые формы митохондрий, а также скопление гликогена в отростках нервных клеток говорят о том, что нейрон в условиях сенсорного дефицита переходит на другое энергетическое состояние, и является одним из признаков внутриклеточной компенсации.

Несмотря на то, что при комбинированной операции вентро-базальный ядерный комплекс таламуса полностью деафферентнрован в отношении соматосенсорных влияний и участие экстралеынисковых ипсилатеральных связей ядер дорсальных столбов спинного мозга на основании наидк исследований в процессе восстановления кинестетической чувствительности не вызывает сомнения, провести строгую границу ме.зду функциональной нагрузкой кавдого из существующих путей соматосенсорной системы не представляется возмояе-* ным. Во-первых, современные исследования приводят многочисленные примеры конвергенции и дивергенции связей мевду существующими классически,in соматосенсорными путши и отрицают классическую точку зрения о строгой функциональной дифференцировке в пределах одного анализатора ( Gordon, xg73f 1977; '.viilis and Cci-rssh-:-111978; norc f.r.d -illis, 1985; Ззг1:1о7 , IS85, . 1986), во-вторых, на основании напих исследований мы не можем исключить Еклада в процесс восстановления кинестетической чув-

ствительности после среднемозговой секции спино-ретикуло-тала-мической и спгно-мозЕечково-талаыической систем, так как в данной работе исследовались структурно-функциональные изменения в центральном талашческом соматосенсорноы ядре. В таламу-се же современные нейрофизиологические исследователи выделяют по крайней мере еще четыре области, которые получают восходящие соматосенсорные влияния, это: задняя группа, зона инсерта, интраламиллярный комплекс и ретикулярное ядро ( Зег':1еу, 1986). Следовательно, мы не мокем исключить влияния других таламичес-ких областей в компенсаторные процессы, и вклад ипсилатерально-го компонента сшмо-ретикуло-таламической и спино-мозжечково-таламической систем в компенсаторное обеспечение проведения кинестетической чувствительности .представляется нам весьма возможным.

. В теоретическом плане наш экспериментальные данные могут быть представлены в свете концепции о многоканальном проведении в сенсорных системах головного мозга (Любимов H.H., 1968, I97S, IS69). Функциональное значение многоканального проведения одной и той se афферентной сигнализации лемнисковымн и экстра-лешисковыми путями к одним и тем Ее мишеням-нейронам вентро-базального ядерного комплекса таламуса заключается в увеличении разрепающей способности срабатываемости нейронов, на которые сходятся афферентные каналы в результате.мономодальной конвергенции. Многоканальная организация афферентного проведения в сенсорной системе увеличивает и функциональные возможности для гетероыодальной конвергенции соматосенсорных (кинестетических) сигналов с сенсорными сигналами других модальностей (зрительными, слуховыми и т.д.). С этой точки зрения теория конвергентного "замыкания" условного рефлекса,выдвинутая П.К.Анохиным (1967) получает дополнительные экспериментальные свидетельства, так как увеличение восходящих путей анализатора сопровождается увеличением и дисперсией соответствующих афферентных проекций на те структуры головного мозга, через которые проходят эти пути, при этом расширяется зона для встречи разномодальных афферентных влияний на одних и тех ке нейронах.

вывода

1. После перерезки шловшы покрышки среднего мозга у всех животных можно выработать инструментальный условный пищевой рефлекс на переднюю конечность, контралатеральную операции. Формирование этого рефлекса, а также постепенная компенсация двигательных расстройств у гивотных, свидетельствует о восстановлении кинестетической чувствительности для соответствующей (контралатеральной) половины тела.

2. В вентро-базальном ядерном комплексе таламуса, при стимуляции контралатеральной передней конечности, на стороне операции регистрируются низкоамплитудные вызванные ответы во временном интервале специфических вызванных ответов этого образования (двухкомданентные, с латентным периодом 4-5 мсек).

3. Через 5 дней после операции электронномикроскопически обнаружены дегенерирующие ексонные терминали не только в ББ на стороне операции, но и в симметричном вентро-базальном ядерном комплексе таламуса, светооггтически через I месяц после операции выявлены транснейроналыше изменения в обоих ядрах зрительного бугра.

4. Через год после перерезки половины покрыпки среднего мозга, в ядрах ВБ отсутствует транснейрональная дегенерация, что указывает на связи нейронов ВБ с экстралемнисковыми шсила-терзльными проекциями, с подкорковыми структурами и корой головного мозга, обеспечивающие достаточный приток активизирующего влияния для поддержания жизнедеятельности нейронов.

5. Необратимое изчезновение инструментального условного пищевого рефлекса "на переднюю конечность", вызванное комбинированной перерезкой половины покрышки среднего мозга и комиссу-ральных связей промежуточного мозга, указывает на то, что кинестетическая афферентация является обязательным условием для осуществления инструментального условного пищевого рефлекса.

6. Совокупность описанных выше поведенческих, электрофизиологических, нейрогистологических данных, свидетельствует о существовании неклассических экстралемнисковых связей ядер дорсальных столбов спинного мозга, которые проходят ипсилатералъно на уровне мозгового ствола, образуют перекрест через комиссу-ралыше системы промежуточного мозга и заканчиваются в контра-латеральном вентро-базальном ядерном комплексе таламуса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Перекрест соматосенсорных афферентных проекций передней конечности на уровне межуточного мозга.// Тр. Ин-тб мозга ВНЦПЗ Ш СССР.-I986.-Вып. 15.-С.88-90.

2. Роль кинестетической афферентации в организации условного инструментального акта.// Развитие обшей теории функциональных систем.Тез. докл.УПВсесоюз. семинара.-М.,1986.-0.56-37.

( е соавт. с Н.Н.Любимошк, Т.Б.Орловой, Е.Н.Истратовым).

о. Экстралемнисковые афферентные проекции ядер дорсальных столбоб спинного мозга на структуры вентро-базального ядерного комплекса контралатерального зрительного бугра.//Билл, экспер. биол. и мед.-1987.-Вып.12.-С.736-738 ( в соавт. с Н.Н.Любимовым, Т.Б.Орловой).

4. Церебральный контроль афферентного проведения в кожно-двитагельном анализаторе.//ХУ съезд Всесоюзн. физиологического об-ва т. Павлова.Тез. докл.-Кишинев,2987-т.2.-С.303. ( в соавт. с Т.В.Орловой, Е.Е.Гречкиной).

5. -istralenniscal afferent projection of the dorsgl colunn

nuclei.//Kotor control- Тез. докл.-Болгария, Албена,1986.~ C.I60.

6. Проведение и торможение в кинестетическом анализаторе. //ХХУ111 Совевдние г.о проолеьак ЬНД, посвященное 140-летию со дня рождения акад. И.П.Павлова.Тез. докл.-Ленинград,1986.-

С.167-168. ( в соавт. с Т.В.Орловой).

7. Транснейрональные изменения в вентро-базальном ядерном комплексе таламуса пр его деафферентации.// Восстановительная неврология. Тез. докл.- Иркутск, 1990.-С.203.