Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Электрофизиологическое исследование обонятельных структур мозга крысы: нейрофизиологический и поведенческий аспекты

йд-1 92

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ - ХАРЬКОВСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

Ш правах рукописи

ЗИМА ИГОРЬ ГРИГОРЬЕВИЧ

ЭЛБКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБОНЯТЕЛЬШХ СТРУКТУР МОЗГА КРЬСЫ: НЕЙРОФИЗИОЛОГРЧЕСЮШ И ПОВЕДЕНЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

Специальность 14.00.17 - нормальная физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических йаук

Харьков - 1992

х

\ /

Работа выполнена в НИИ физиологии Киевского госуниверситет им. Т. Г. Шевченко

Научный руководитель: кандидат биологических наук, ст. науч. сотр. Ганка Б. Л.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, проф. Воробьева Т. М. доктор биологически* наук, проф. Могилевский А. Я

Ведущая организация - Институт физиологии им. А. А. Богомольца АН Украины

Защита состоится "_"_■ 1992 г. в _часо]

на заседании специализированного совета Д 088.23.04 при Харьковском медицинском институте по адресу: 310022 г. Харьков, пр. Ленина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться.в библиотеке Харьковской медицинского института

Автореферат разослан '*_"__1992 г.

Ученый секретарь, специализированного совета кандидат биологических наук

Л А. Кубриков«

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Роль подкорковых структур ь механизмах формирования мотивационно-эмоциональных состояний при различных формах поведения привлекает постоянное внимание исследователей. В этом плане относительно иного работ посвящено гипоталамусу, гипло-кампу, миндалевидному комплексу и др. образованиям гиловного мозга. Вместе с тем, системные механизмы и нейрофизиологические основы взаимодействия макрострустур мозга, связанных со сложными ани-мальными функциями, во многом еде не ясны. Особый интерес представляет изучение взаимоотношений архипалеокортштышх структур. которые непосредственно получают обонятельную афферентацию и уже в силу этого имеют прямое отношение к основным биологическим мотивациям и поведенческим реакциям, управляемым преимущественно обонятельной информацией у макросмагических животных. Кроме того, имеется немало данных об участии этих образований в регуляции "не-сбонятельнцх" соматических и вегетативных реакций, к таким структурам относятся пре;.де всего обонятельная луковица, миндалевидный комплекс и, частично, грушевидная кора. В современной литературе имеется большое количество данных о вкладе миндалины в регуляцию мотиваций, эмоций, вегетативных функций, видоспецифического поведения, обучения и памяти. Сведений такого рода о других обонятельных структурах значительно меньше, поскольку они рассматривались главным образом как сенсорные образования, как элементы обонятельного анализатора.

Характерной особенностью обонятельных структур является то, что при мотивационио-эмоциональном поведении в них генерируется своеобразная электрическая активность в виде синхронных с дыханием веретенообразных вспышек квазисинусоидальных колебаний (Ониани и др. ,1968; Ганжа,1976; Джанашиа, 1979; Ониани,1980; Domino,Ueki,l960; Lesse,1960). Специфичность этой активности заключается, во-первых, в наличии ее только в обонятельных структурах мозга и, во-вторых, в необходимости для ее - возникновения двух,непременных условий: возбужденного состояния животного и раздражения рецепторов носовой полости. Последнее обстоятельство дало основание ряду авторов (Hughes,1964,i967; Kajt et al. .1975 Freeroan,1978; Satou,Ueda,19?8; Freeman, Dt Prlsco,-19a6) связывать эту активность с кодированием и передачей обонятельной информации. Другими исследователями получены- результаты, ставящие под сомнение ее "обонятельную" функцию (ЩульговскийДЭбб; Hernandez-Peon et al. ,1960; Catarelli et

al. ,1977; Scott, Aaron,1977; Forbes,1983) И подчеркивающие СВЯЗЬ С мотивационно-эмоциональным возбуждением (Ониани и др. ,1968; Шуга-лов, 1973; Ган*а,1976; Ганха, Богач.1975; Knapp, Lubar,1973; 1976). Функциональное значение данного электрофизиологического феномена пока не выяснено. Не решены окончательно вопросы о локализации пейсмекерного механизма этой активности и характере его взаимодействия с афферентными и центрифугальными сигналами.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования было электрофизиологическое изучение функциональной активности обонятельных структур ( луковица, миндалина ) при эмоциональных реакциях оборонительного поведения у белых крыс.

Исходя из цели исследования, в работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить характеристики суммарной электрической активности и некоторые механизмы электрогенеза на уровне макроструктур обонятельного анализатора.

2. Изучить электрические ринэнцефальные и вегетативные показатели спонтанного поведения и отрицательных эмоциональных реакций.

3. Исследовать динамику функциональной активности обонятельных структур мозга при условнорефлекторной деятельности - в процессе выработки оборонительных рефлексов и внутреннего торможения.

Научная новизна. Проведено долговременное исследование (2-2.5 мео.) ЭЭГ-активности обонятельных структур мозга крыс после разрушения обонятельного эпителия сульфатом цинка, а также анализ изменений электрической активности обонятельных луковиц после билатеральной перерезки их ножек. Показано, что пейсмекерный механизм веретенообразной высокочастотной синхронизированной активности локализован в обонятельной луковице; механизм электрогенеза этой активности в обонятельных структурах функционирует в результате взаимодействия "запускающих" сенсорных и модулирующих центральных влияний.

В работе впервые осуществлены количественная оценка и сравнительный анализ динамики мощности высокочастотной веретенообразной активности обонятельной луковицы и миндалины, с учетом центральных и вегетативных реакций, в процессе становления и реализаций оборонительного условнорефлекторного поведения. Установлено, что эта активность является адекватным и весьма информативным показателем эмоционального возбуждения, отражающим характер участия обонятель-

х. структур мозга в деятельности центральных механизмов формиро-ния мотивационио-эмоцйоналыюго поведения.

Комплексный подход к анализу исследованных форм оборонитель-го поведения позволил описать сложную структуру эмоционального стояния животного при уоловнорефлекгорном поведен»".!, фазные и нические изменения интенсивности эыиционалыюго возбуждения на зных этапах выработки условного рефлекса и внутреннего торможе-я.

Новые данные, полученные в настоящем исследовании, позволяют сширить и конкретизировать существующее представление о функцио-лыюй роли обонятелышх структур мозга. Они показывают, что тая узловая лимбическая структура, как миндалевидинй комплекс, аствует в процессах организации поведения в тесном взаимо-йетпии с "сенсорными" структурами обонятельного анализатора, в итности, с обонятельной луковицей, и последняя, таким образом, влечена в работу (или является составной частью) высших интегра-вных механизмов шага, регулирующих сложные (1ормы приспоеоби-пьной активности организма

Теоретическое и практическое значение работы. Результаты проченного исследования позволяют' заключить, что высокочастотная ;етенообразная электрическая активность обонятельных структур ¡га не является исключительно сенсорным феноменом" и может ¡сматриваться как одно из электрофизиологических проявлений жционирования нервного аппарата эмоций.

Использование олфакто-амигдалярной активности в качестве ' ¡ктрофиэиологического коррелята эмоций позволяет отче'тливо выяв-•ь и количественно оценивать эмоциональный компонент в структуре Iличных поведенческих реакций и психофизиологических состояний югного, "что весьма существенно для более глубокого понимания :аиизмов высшей нервной деятельности. Кроме того, такой подход ©т быть достаточно эффективным для экспериментального решения юго ряда вопросов в медико-биологических исследованиях (физио-ия и патология эмоций и стрессовых состояний, психофармаколо-, скрининг фармпрепаратов и лекарственных средств по змоциот-яому действию и др.). Материалы диссертации используются при нии курса физиологии центральной нервной системы для студентов логического факультета Киевского госуниверситета им. Т. Г. Шевчен-

Апробация материалов диссертации. Основные результаты диссер-

• 95*0

тапиошюй работы докладывались и обсуждались на республикански конференции молодых ученых (Киев, 1933), на V-ft республиканок расширенной научной конференции по проблемам ВИД (Кутаиси, 1984 на 27 Сопешднии по проблемам ВВД (Ленинград, 1984), на научн! конференции профессорско-преподавательского состава Киевско; госуниверситета (1987), на XV съезде Всесоюзного физиологическо: общества им. И. П. Павлова (Кишинев, 1987), на научной конференции Н физиологии Киевского госуниверситета (1990). По материалам диссе; тации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена 1 176 страницах мчшн;;описного текста и состоит из введения,обзо; литературы, 5 глав собственных исследований, выводов и указате. цитируемой литературы (117 отечественных и 207 иностранных). Pa6i та иллюстрирована 27 рисунками и 21 таблицей.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Опыты проведены на 139 самцах нелннейных белых крыс масс» 280 -320 г в возрасте 10-12 мес. Продолжительность экспериментов отдельными группами животных составляла в среднем 2. 5-3 мес. Кр содержали в индивидуальных ¡тетках в условиях вивария с 12 - час выми периодами пребывания в темноте и на свету.

Регистрацию электрической активности структур мозга (обон: тельные луковицы, миндалевидный комплекс, пириформная кор дорсальный гиппокамп, теменная кора) осуществляли с помощью нихр мовых электродов диаметром 150 мкм, вживленных по стереотакс ческому атласу (Pellegrino.1967). В качестве вегетативных коррел тов поведения исследовали частоту дыхания (ЧЮ и частоту сердечн сокращений (ЧСС), для чего в носовую полость животного вживля, термопару, а под кожу спины - электрод для регистрации ЭКГ. Лок лизацию электродов по окончании экспериментов определяли на сери ных фронтальных срезах мозга толщиной 100-150 мкм, полученных ваморазшвакщем микротоме-криостате МК-25.

Во время опытов тавотные находились в свободном состоянии звуконепроницаемом экранированном помещении. Регистрацию электр ческих реакций мозга и вегетативных показателей осуществляли электрознцефзлографическом комплексе EEG-16S - ANIEG-8 фир MEDIC0R (Венгрия). Электрограммы обонятельных структур записыв лнсь как в суммарном виде, так и с раздельной регистрацией выд ленного с помощью электронных фильтров олфакто-амигдалярного рит

частотном диапазоне 30 - 90 Гц с последующим интегрированием.

Периферическую деафферентацию (выключение обонятельной рецеп-и) осуществляли двумя способами: 1 - носовуи полость животных омывали 5%-ным раствором сульфата цинка (1мл) (Alberts at .,1971); 2 - проводили интубацию носовых ходов полиэтиленовыми убками диаметром 3 мм и длиной 2,75 см (Ruddy,1980). Б первом учае животных исследовали в течение 2.5 месяцев, во втором -ыеы находились в эксперименте в течение 7 дней, после чего труб-иэ носовой полости извлекали. В контордьной группе животным омывали носовую полость физиологическим раствором.

Для центральной деафферентации (нейрональной изоляции) обоня-льных луковиц производили хирургическую перерезку их ножек. По ончании экспериментов проводили морфологический контроль пере-зки.

Условную эмоциональную реакцию (УЗР) вырабатывали на тон 1000 , предъявлявшийся в течение 10 с. Через 9,9 с изолированного йствия условного сигнала (УС+) животное получало электрокожное дкрепление в течение 0,1 с, по силе соответствующее болевому по-гу каждой.крысы (1,5-2,5 мА). Ежедневно применяли по 30 сочетай УС+ с болевым подкреплением, интервал между сочетаниями 2т8влял 50-90 с.

Регистрацию электрической активности головного мозга и веге-гивных показателей производили в течение 10-секундного интерва-, непосредственно предшествовавшего предъявлению УС+-, затем во эмя его действия и в течение 10-30 с после его окончания. Кроме ' го, изучали динамику этих параметров в процессе действия УС, ко-чественно оценивая их за каждые 3,3 с на протяжении 10-секундной ^позиции сигнала Количественному анализу подвергались изменения $акго-амигдалярного ритма в обонятельной луковице и миндалине, а ое частота сердечного ритма и дыхания (ЧСС.ЧД).

После упрочения УЗР приступали к выработке дифференцировочно-торможения на тон 500 Гц (УС-) или к угашению УЭР. В обоих слу-IX звук не подкреплялся болевым раздражителем. Критерием выра-гки дифференцировки было наличие статистически достоверных отли-\ в электрофйэиодогических реакциях на УС+ и УС- в течение двух /гньгх дней. Критерием полного угакения было отсутствие статисти-:ки значимых изменений регистрируемых параметров в ответ на при-шние звука.

Условный рефлекс активного избегания (УРАЛ) вырабатывали в

%

"челночной" камере на тон 1000 Гц. После 10-секундного изолированного действия УС на прутья пола соответствующего отсека подавался электрический ток (1.0-1.5 мА, 35- 40 В). Условный и безусловный разлгллители автоматически отключались при переходе животного в противоположный (безопасный) отсек. Интервал мевду.предъявлениями условного сигнала составлял СО-90 с. Ежедневно применяли по 30 сочетаний условного раздражителя с безусловным. Регистрировали латентный период реакции избавления (ЛП > 10 с) или избегания (ЛП < 10 с), количество межсигналышх реакций,■ электрическую активность мозга и вегетативные показатели (ЧСС.ЧД), а также вели непрерывный визуальный контроль зс поведением животного в камере. Критерием выработки УРАИ было 907. реакций избегания в течение двух опытных дней (Мчкарчук и др. ,1931).

По достижении критерия приступали к выработке дифференциро-вочного торможения на тон 500 Гц или к угашению УРДИ на тон 1000 Гц. Критерием выработки дифференцировочного торможении было отсутствие реакции избегания на все применяемые в течение двух опытных дней УС-. Критерием полного угашения рефлекса было отсутствие уелошюрофлекторных реакций избегания на все 30 применений тона 1000 Гц в течение, двух опытных дней подряд. Для статистической обработки электрофизиологических и вегетативных коррелятов УРЛИ использовали соотношение показателей, зарегистрированных в ответ на условный сигнал и в межоигнальном периоде, выраженное в процентах.

Условный рефлекс пассивного избегания (УРПИ) вырабатывали у крыс в камере размером 40 х 40 х 40 см с плексиглассовой передней стенкой и электрифицированным полом. В центре камеры на высоте 10 см от пола находилась изолированная площадка размером 10x8 см. Во время выработки и тестирования УРПИ регистрировали величину латентного периода схождения с платформы, электрическую активность мозговых структур, ЧСС, ЧД. Тестирование сохранности УРПИ проводили через 2, 24, 48 часов, 7 и 14 дней после однократного сочетания схождения'животного с платформы и электрокожного подкрепления силой 1.0-1.5 тА в течение 2-3 с. Критерием выработки и сохранности У?ТШ било нахождение животного на платформе в течение 180 с.

Поручаемые в ходе экспериментов количественные показатели обрабатывались по каждому животному и каждому опыту в отдельности, после чего вычисляли параметры вариационных рядов, включающих животных определенных экспериментальных групп. Достоверность различи?

редних значений определяли по критерию Стыодента. Степень взаимо-ависимости физиологических процессов оценивали с помодао корреля-,ионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЮС ОГСУИШШ1Е ¡Электрически активность обонятельных структур мол га кг»ио в орме и при экспериментальной аиосиии. Основное внимание было уде-ено двум структурам обонятельного мозга - обонятельной луковице ОЛ) и миндалевидному комплексу (МК). Исследование показало, что лецифические паттерны ■ электрической активности обонятельных груктур мозга - олфакго-амигдалярный ритм (ОАР) и респираторные элны (РВ) - регистрируются у крыс, как и у других видов животных, состоянии эмоционально-мотивационного возбуждения при раздражим рецепторов носовой полости потоком вдыхаемого воздуха. Оба ти-% активности более выражены в ОЛ (ОАР 490.00+180.3 мкВ, РВ 14.6+95.5 мкВ), чем в МК (ОАР 187,0+40,3 мкВ, РВ 333,7+51,4 мкВ). ОЛ также шире диапазон частот колебаний ОАР (90-20 кол\с в ОЛ; )-Б5 кол\с в МК). ' Кроме того. ОАР в ОЛ может не сопровождаться жерацией "вспышек" в И, в to время как ОАР в МК регистрировался >дько при налички его а ОЛ

Эксперименты по нейроиальной изоляции' ОЛ (перерезка ножек I), показали, что механизмы, непосредственно формирующие верете-юбразные высокочастотные вспышки колебаний ОАР и медленные коле-1ния РВ, находятся в ОЛ, о чем свидетельствовало сохранение указных видов электрической активности после разрушения связей ОЛ с тальным мозгом.

- Центрифугальные влияния на ОЛ проявляются в сложной по форме нестабильной во времени амплитудной вариабельности OA? и РВ, а гае в' расширении частотного диапазона колебаний "вспышек" ОАР, скольку в изолированной ОЛ последние имели более простую, йствительно приближающуюся к веретенообразной, форму, мало имевшуюся от одного дыхательного цикла к другому амплитуду, значи-яьно суженный диапазон частот; 60-70 кол/с вместо 20-90 кол/с в рме. Кроме того, значительное усиление ОАР и РВ, а также сниже-з фоновой полиморфной электрической активности после перерзки кек:0Л, полученное в наших исследованиях на крысах и в подобных жериментах на кроликах (Vaccarezza,1974; Gray,Skinner, 1988), вдетельствует о том, что по центрифугальным путям в ОЛ поступает 1ульсация, снижакщзя амплитуду ОАР и РВ, возможно, за счет уси-

-9S40

- о -

ленни десинхронизации активности нейронных элементов ОЛ.

ОЛР и РВ в МК и других ринзнцефальных структурах исчезали после нейрональной изоляции ОЛ или разрушения обонятельной выстилки.

Эксперименты с разрушением обонятельных рецепторов сульфатом цинга и интубацией носоыи ходов показали, что обонятельная деаф-Аореигация животного любым способом приводит к полному исчезновению ОЛР и РВ в ОЛ и МК В первые дни аносмии наблюдается амплитудная модуляция высокочастотной фоновой активности ОЛ и МК в ритме дыхания, выражающаяся повышением амплитуды неритмических колебаний элекгробульбограмми 1. экспираторной <5изе и дыхательной паузе и сшшлшем ее на вдохе. По-видимому, это явление обусловлено наличием влияний со стороны стволовых (дыхательный центр) структур мозга (Карпов,19«; Рааог,1901; Rave] et al. ,1987).

Поело разрушения обонятельных рецепторов сульфатом цинка на 7-10 день ц;дблюд;июсь появление РВ и исчезновение дыхательной амплитудной модуляции высокочастотной фоновой активности, что, судя по ряду морфологических исследований (Alberts et al.,1971; Mulvanev,Hoist,1971; Ганса!on,1982), связано с началом регенерации обонятельного эпителия и его связей с ОЛ. Первые "вспышки" ОАР регистрировались значительно позж>: в среднем через 3 недели, после однократного применения сульфата цинка. При этом амплитуда "веретен" лишь незначительно превышала амплитуду фоновой активности. В дальнейшем происходило увеличение мощности ОАР, но до конца экспериментов (7-8 недель) его амплитуда не достигала исходных значений, несмотря на то, что обоняние у животных восстанавливалось.

Таким образом, полученные данные позволяет сделать вывод о том, что пейсмекер ОАР находится в ОЛ и в норме функционирует в результате взаимодействия рецепторной и центральной импульсаций, первая из которых необходима для "запуска" ритма, а вторая модулирует его генерацию в соответствии с функциональным состоянием мозга.

Электрофизиологическое исследование' участия обонятельных структур мозга в организации усдовнорефлекторного оборонительного поведения. В данном' исследовании основное внимание было уделено закономерностям изменения ОАР в ОЛ и МК в процессе .выработки и осуществления условных оборонительных реакций, а также взаимосвязи динамики ОАР с изменениями других электрофизиологических (те-та-ритм гиппокампа. ЭКоГ) и вегетативных (ЧСС и ЧД) коррелятов по-

едения. Таким образом, в наших экспериментах исследовалась дина-ика ОДР как одного из интегральных показателей функциональной ак-ивности ринэнцефальных механизмов, и параллельно, но совокупности гех регистрируемых параметров, оценивалась мотиьациошю-омоцио-альная структура конкретной формы поведения.

Центральные и периферические корреляты условной отрицатоль-э-эмоциональной реакции. В качестве наиболее простой и адикьнтной оставленный задачам модели поведения была использована методика Эрааования условной эмоциональной реакции при неизб^гнемом Ооле-эм подкреплении.

11>ункцишалыюе состояние животного на разных этапах выработки эакции на УС+ и УС- анализировали по объективным физиологическим эказателям при практически полном отсутствии поведенческих актов, гадия генерализации характеризовалась значительными изменениями ЗС и ЧД, активацией тета-ритма в гишюкамне (5-7 кол/с), а также величеннем мощности ОДР как в межеигнальный период, так и в ответ а УС+. По мере становления и упрочения УЭР ответные реакции орга-иэма по всем изучавшимся параметрам постепенно ослабевали, однако к детальный анализ выяиил специфическую динамику ответа животного а УС+, а именно, фааные усиления возбуждения в начале . и конце зйствия условного раздражителя. Количественно наиболее значитедь-да и статистически достоверные (Р<0.01) изменения наблюдались в веетрогрзммах ринэнцефальных структур: изменение ОАР (%) в ОЛ в ачале действия УС+ — 156.05+6.01, в конце действия УС+ — 34. 67+9. 04; в МК — 132.31+10.15 и 163.19+15.56 соответственно, лдя по комплексу вегетативных и нейрофизиологических показателей, ленно эти короткие временные интервалы соответствуют наибольшему -юциональному возбуждению. В период между началом и концом гйствия УС+ (примерно вторая треть времени его предъявления) наб-эдалось снижение значений электрофизиологических параметров УЭР '<0.01). Наиболее явным проявлением этой фазы было ослабление ам-штуды ОАР (%) в ОЛ (114.39+7.54) и МК (99.36+6.70) часто без су-;ственных изменений интенсивности респирации, что указывает на шичие непосредственных тормозных центральных влияний на электро-¡нез ОАР. Такая "концентрация" возбуждения связана, по-видимому, тем, что'животные выделяли.биологически значимые параметры УС+: •о начало, как сигнал, предваряющий болевое воздействие, и конец, »впадающий с болевым подкреплением.

. Временная "концентрация" возбуждения в ходе выработки УЭР

■ *

формировалась в Ш раньше (120-150 соч.), чем в ОЛ (210-240 соч.), что указывает на особую роль МК в механизмах становления мотиваци-онно-эмоциональных состояний и в олфакто-амигдалярных взаимоотношениях.

Сравнение динамики тета-ритма гиппокамна (5-7 кол/с), являющегося одним из признанных показателей эмоционального напряжения у животных, и ОЛР ринэнцефальных структур показало отсутствие строгой корреляции между ними, что отмечено и другими авторами (Бен-нет,1977; Преображенская,1982). Тета-ритм четко регистрировался в основном п начале выработки УПР. тогда как ОАР - на всех стадиях ее формирования, хотя и с разной степенью выраженности на разных этапах обучения.

Сопоставление вегетативных реакций (ЧСС и ЧД), как общеизвестных коррелятов эмоционального возбуждения, с электрическими реакциями р)шэн1С'Фальннх структур показало, что динамика вегета-тиг<ных изменений в целом коррелировала с динамикой мощности ОЛР (г-0. 6,Р<0.05), но эти изменения не всегда имели статистически достоверный характер, поскольку были связаны не только с эмоциональным напряжением животного, но и с локомоциями или мышечным тонусом.

После завершений выработки устойчивой УЭР приступали к формированию различных видов внутреннего торможения (диф£»ренцировочно-го и угасатолмюго). Введение неподкрепляемого раздражителя УС-(диФ1«ренцировчние) или отмена подкрепления УС+ (угашение) вызывало у животного ориентировочную реакцию (ОР), появление тета-ритма в гиппокампе и коре, генерализованную активацию ОАР в ОЛ и, особенно, в МК, соответствующие вегетативные сдвиги. В случае выработки диффоренцировочного торможения ответ ЦНС и вегетативных систем на УС+ оставался таким же, как и до введения УС-, а реакция на неподкрепляемыи раздражитель отличалась отсутствием фазного возбуждения в конце действия УС-. Необходимо отметить, что диф$е-ренцировочный сигнал, судя по олфакто-амигдалярной активности (изменение ОАР [%] в течение действия УС- в'ОЛ: 141,00+9.11 <начало>, 115.49+6.09 <середина>, 103.53+5. 36 <К0Нец> и В МК: 138.22+9.60; 100.89+9.43; 92.01410/05 соответственно) не становился полностью индифферентным за период исследований (195 сочетаний УС+ и 65 предъявлений УС-), что свидетельствует о наличии эмоционального компонента в тормозной реакции животного при упроченном дифферен-цировочном торможении.

- и -

Процесс угашения ТОР приводил к постепенному ослаблению, а >атем и к полному исчезновению ответных реакций, в том числе и агс-•ивации ОЛР (изменение ОЛР СИ в течение действия Т1000 в начале 'гашения СР<0. 011: в ОЛ - 189.31+6.00; 160.07+5.76; 181.17+5.34; в СК - 162.74+5. 41; 126.27+4.54; 145.53+4.22; изменение ОЛР Ш В ■ечение действия Т1000 при полностью угашенной УЭР на него Р>0. 11: в ОЛ - 107.17+5- 32; 100.49+4.68; 98.18+5. G3; в МК- 105.74 -3.57; 101.44+4.31; 97.09+3.10), на-предъявление раздражителя по lepe утраты им своего биологического значения и превращения УС+ в вдифферентный сигнал.

Анализ экспериментов по выработке внутреннего торможения УЭР [оказал, что на 4оне с^юрмированной эмоциональной реакции введение ювого неподкрепляемого раздражителя (дифференцирование) или отме-ia подкрепления при УС+ (угашение) создавало ситуацию с элементами [рагматичеекой неопределенности, сопровождавшуюся повышением моти-¡ационно-змоциональной напряженности (Симонов, 1987). (1ормирование ^утреннего торможения, судя по совокупности регистрировавшихся [ентральных и периферических реакций, после первоначального повы-юн'ия эмоционального возбуждения приводило к его ослаблению в связи с изменением сигнального значения раздражителей. Момент оценки значимости сигнала сопровождался Солее или менее выраженным "эмоциональным всплеском", а полная утрата раздражителем сигнального начения (угашение) приводила к исчезновению эмоциональных отве-ов. При этом наиболее градуальные и достоверные изменения наблю-;ались в электрической активности обонятельных структур.

Таким образом изучение ринэнцефальных электрических реакций :ри формировании УЭР и выработки внутреннего торможения выявило еснув взаимосвязь между динамикой ОАР и общим функциональным остоянием животного, оцениваемым по ряду объективных параметров, той формы поведения, и позволило заключить, что ОАР является бо-ее чувствительным показателем эмоционального возбуждения, чем по- " еденческая активность, вегетативные корреляты (ЧСС, ЧШ .и те-а-ритм гиппокампа.

.Формирование, реализация и торможение условного рефлекса ак-ивного избегания. Полученные при изучении УЭР данные позволили . ровести сопоставительный поведенческий и электрофизиологический нализ такой- сложной формы оборонительного поведения, как УРАЛ.

Этот рефлекс рассматривается большинством исследователей как есьма сложная форма инструментального поведения, поскольку выра-

батывается не благодаря, а вопреки индивидуальному опыту животного: избавляясь от болевого раздражителя, крыса вынуждена переходить в отсек камеры, где ранее уже подвергалась такому же электрокожному воздействию. Это приводит к конфликту афферентных воабуж-дений (Анохин,i960;1975) , что сопровождается высокой степенью эмоционального напряжения. В наших экспериментах об этом свидетельствовало как поведение мшотных, ' так и динамика вегетативных и нейрофизиологических показателей.

На стадии генерализации УРАИ у крыс наблюдалась активация те-та-ритма в гиппокампе и ОАР в ОЛ и МК как в ответ на УС+, так и в межсигнальное время, что подтверждает наличие доминантного мотива-ционного состояния на высоком эмоциональном фоне. При этом регистрировались повышенные значения вегетативных показателей с весьма »

резкими колебаниями, что отчасти связано с усилением локомоторной активности тавотных в этот период.

По мере обучения избавлению от болевого воздействия условный . раздражитель приобретал сигнальное значение и формировалась условная эмоциональная реакция, предшествовавшая образовании условного ■ инструментального "челночного" рефлекса.

Наиболее сильные сдвиги электрофиэиологических коррелятов, возникавшие условнорефлекторио, регистрировались на стадии выработки, соответствовавшей 50-60% правильных реакций УРАИ (изменение ОАР Ш в ОЛ - 324.70+15. 28; в Ш - 249.23+23.12; ЧСС [Л- 105.92+ 0.36; ЧД U1 - 235.57+20.00). Такие изменения в функциональном состоянии животного, несмотря на отсутствие постоянного болевого подкрепления, можно объяснить формированием реакции активного страха (Абуладзе, 1981) и актуализацией ситуации прагматической неопределенности (Симонов, 1987). Последняя возникала в результате конкуренции двух мотиваций, формирующихся на основании необходимости перехода в другой отсек-камеры для избегания боли и памятно-, го следа о такой же реакции избегания/избавления из противополож-• ного отсека, осуществленной накануне.

При достижении специализации и автоматизации УРАИ ритм "напряжения" гиппокампа сменялся тета-подобной активностью (за иош>-чение'м периодов двигательной активности, сопровождавшихся те-та-ритмом 7-9 кол/с), достоверно (Р<0.01) снижалась мощность ОАР • ( в ОЛ до 185.28+10.00%; в Ш до 145. 44+16. 47% ) и вегетативных сдвигов (ЧСС до 102.33+0.12%; ЧД до 157.00+14. 62%) и животные переходили от доминантного "эмоционального" реагирования к четко де-

терминированным реакциям на УС+ на фоне сниженного эмоционального напряжения. Эти результаты согласуются с данными Симонова а В. [1972,1987) об уменьшении эмоциональных сдвигов при автоматизированной деятельности.

Начало формирования внутреннего торможения при упроченном УРАН сопровождалось усилением центральных (ОАР, тета-ритм гиппо-кампа) и вегетативных (ЧД, ЧСС) сдвигов в межсигнальный период и эбинм возбуждением животного при действии УС+ и УС-, а также значительным увеличением ЛП реакции избегания или замещением ее реакцией избавления. Повышение эмоционального фона условнорефлекторно-го поведения происходило, по-видимому, вследствие рассогласования нежду целью и результатом действия (Анохин,1968,1975), так как болевое раздражение наносилось теперь в противоположном, ранее безопасном отсеке камеры.

Особенностью формирования ди>М>,ренцировки было преобладание пкОо тормозных (пассипнооборонительных) ответов, либо активнообо-ронительных поведенческих реакций на оба сигнала в течение одного зпытного дня. Обе формы поведения сопровождались генерализованной активацией регистрируемых реакций.

При достижении животными 60-70%-ного уровня правильных ответов на оба сигнала начиналось постепенное ослабление показателей эмоционачьного возбуждения, в первую очередь в межсигнальном периоде и на У!-. Эл'чггрофизиологические корреляты этого возбуждения наблюдались даже при полном дифференцировании, но при этом ответы яа оба условных раздражителя достоверно (Р<0.01) отличались по вегетативным (изменение ЧСС [7Л при действии УС- 102.27+0.50; УС+ -104.58+0.37; ЧД С 116.52+6. 03 и 167.88+9. 07 соответственно) и «йрофизиологическим параметрам ( изменение ОАР 17J при действии ГС- в ОЛ 126.13+10.18; в МК 103.52+16.13; при действии УС+ -( 220. 56+17.35 и 173.14+11.03 соответственно).

Угашение УРАИ происходило с начальным повышением функцисналь- " юго состояния по всем параметрам, которое затем постепенно осла-Зеваяо вслед за опережающим его, торможением двигательной реакции. faK и при выработке дифференцировкй, двигательная составляющая УР тормозилась легче и быстрее, чем эмоциональная, о чем можно было . ¡удить по динамике изменений ОАР в МК и ОЛ и вегетативных парамет-)0В. Полное- угашение эмоционального компонента реакции на УС проводило через 4-5 дней (120-150 применений УС).

Таким образом, изучение динамики становления УРАИ и его внут-

реннего торможения показало наличие тесной взаимосвязи активации обонятельных структур мозга с мотивационно-эмоциональным состоянием животного. Следует подчеркнуть, что обонятельная перцепция, вероятно, не должна иметь существенного значения для данной формы поведения в условиях обонятельной адаптации в изолированной экспериментальной камере.

Выработка и тестирование условного рефлекса пассивного избегания. Эксперименты по выработке УРПИ, обычно используемого.для изучения механизмов памяти, показали, что данный тип поведения пассивного избегания связан с эмоциональным напряжением, степень которого варьирует при осуществлении рефлекса в различные сроки после однократного научения. Максимальный уровень воспроизведения УРПИ наблюдался через сутки и на протяжении первой недели после . ' электр'окожного подкрепления и сопровождался наименьшей по длительности ОР, почти полным отсутствием движений и нестабильным во времени функциональным состоянием, проявлявшемся в виде серий относительно коротких (2-3 сек) эпизодов ("квантов") резкого повышения возбуждения. "Кванты" характеризовались значительным увеличением .мощности вспышек ОАР, появлением в гиппокампе тета-ритма 5-7 кол/с, повышением ЧД, бради- или тахикардией, что свидетельствовало об интенсивном эмоциональном возбуждении при реализации УРПИ.

Снижению степени воспроизведения УРПИ (в пробе через 2 недели) соответствовало уменьшение эмоционального напряжения, о чем свидетельствовало усиление двигательной активности и ОР, ослабле-'■ ние мощности ОАР и уменьшение количества поведенчески и электрофи-знологически выраженных "квантов",

Эти данные позволяют сделать вывод о том, что формирование и осуществление УРПИ происходит на фоне эмоционального возбуждения, интенсивность которого коррелирует со степенью сохранности рефлекса. Наиболее адекватным показателем эмоционального возбуждения при УРПИ следует считать ОАР (его амплитудо-временные паттерны), . так как мощность данного ритма, в отличие от других регистрируемых параметров, непосредственно не связана с локомоторной активностью животного.' Кроме того, увеличение амплитуды ОАР при осуществлении УРПИ.' по-видимому, не определялось сенсорной функцией обонятельных структур, поскольку активация этого ритма не коррелировала с про-• явлениями обонятельного поведения, а во время принюхивания наблюдалось угнетение мощности этого ритма.

Заключение. В проведенных экспериментах наряду с злектри-

- 1Б -

геской активностью обонятельных структур регистрировались такие вето применяемые показатели эмоционального возбуждения, как те-ra-ритм гиппокампа, ЧСС и ЧД. Если в динамике ОАР и тетз-ритма тблюдались как сходство (особенно на начальных этапах обучения), гак и различия (при специализированном упроченном поведении), збусловленные функциональными особенностями этих мозговых структур ;Преображенская,1932), то между вегетативными параметрами и ОАР этмечеиа достаточно высокая степень корреляции (r-0. G-0.7;Р-'0.05). Однако сравнительный анализ изменений ЧСС, ЧД и ОАР позволил заключить, что последний является более адекватным коррелятом эмоцио-*ального возбувдения. Во-первых, ОАР, в отличие от вегетативных реакций, не зависит от уровня мышечной активности при поведенческих реакциях и непосредственно связан с функциональным состоянием центральных механизмов формирования поведения. Во-вторых, значительная градуалыюсть "вспышек'' ОАР позволяет получить более точную информацию об уровне эмоционального напряжения (возбуждения), его тонических и фазных изменениях при сложных формах врожденного и приобретенного поведения.

Выявленная связь ОАР с эмоциональным состоянием у крыс находит свое логическое подтверждение в ряде феноменологических работ на других видах животных (кролики, кошки, собаки, обезьяны) (Новикова, Хволес, 1953; Ониани и др., 1968; Ганжа,197б; MacLean, Delgado, 1953; Domlr-o.Ueki 1960; Freeman,1960; Hernandez-Peon et al. , I960; Lesse.1960; Delgado et al. ,1970; и др.), а также в большом количестве экспериментальных данных о важной, роли ринэнцефадьных структур в механизмах лимбической системы, значение которой в регуляции эмоций доказано и общепризнано.

По мнению It В. Симонова (1972,1991), усиление тета-ритма при эмоциональных реакциях не означает непосредственного отношения гиппокампа к регуляции эмоциональных состояний. Основываясь на ре-' зультатах многочисленных исследований, гиппокамп следует скорее ■ рассматривать как "информационное", чем "эмоциональное" образование головного мозга, а роль в эмоциях - как опосредованную его участием в механизмах памяти и переработке информации.

Обонятельные структуры мозга, по-видимому, более тесно связаны с нервным субстратом эмоций или являются его составной частью. Некоторые авторы считают ринэнцефалон самостоятельной активирующей системой мозга, наряду со стволовой ретикулярной формацией (Urs 1 n,Kaada,1960; Зачикяева, 1971). По-видимому, ОАР является одним

из эволюционио обусловленных проявлений активации обонятельных структур мозга при эмоциональном возбуждении у макросматических животных.

ВЫВОДЫ

1. Специфическими паттернами суммарной электрической активности обонятельных структур мозга крысы являются олфакто-амигда-лярный ритм (ОАР) и респираторные волны (РВ). ОАР имеет вид асимметричных веретеновидных вспышек квазисинусоидальных колебаний переменной частоты в диапазоне 90-20 кол/с, а РВ представляют собой • однофазные медленные колебания потенциала, восходящая и нисходящая фазы которых синхронны соответственно с инснираторной и экспираторной фазами дыхательного цикла.

2. У бодрствующего животного с интактным обонянием отчетливо выражена взаимосвязь мезду ОАР и РВ в обонятельной луковице: ОДР возникает на нисходящей (экспираторной) фазе РВ, амплитуда и форма начального компонента вспышки ОАР обычно коррелирует с амплитудой и конфигурацией РВ. Амплитуда ОАР и РВ в обонятельной луковице в 2-2.5 раза выше, чем в миндалине и грушевидной коре.

3. Перерезка ножек обонятельных луковиц приводит к практически двукратному увеличению амплитуды ОАР и РВ в луковице и исчезновению их в миндалине и грушеьидной коре. При этом частотный спектр ОАР сужается до диапазона 60-75 кол/с, уменьшается длительность и вариабельность формы веретеновидных вспышек ритма

4. После разрушения обонятельного эпителия сульфатом цинка ОАР и РВ в обонятельных структурах мозга не регистрируются. Восстановление РВ начинается через 2 недели и завершается через 4 недели после деолфактации; появление отдельных компонентов вспышек ОАР отмечается спустя 4-6 недель после деолфактации, то есть значительно позже начала восстановления детекции запаха.

5. Механизм генерации ОАР локализован в обонятельной луковице. Его пейсмекер запускается обонятельным сенсорным входом в луковицу, а текущая активность модулируется центрифугальньш влияниями на эту структуру. Посредством данного механизма обонятельная луковица, в свою очередь, оказывает влияние на электрогенеэ в миндалине и грушевидной коре.

6. Условная эмоциональная реакция при неиэбегаемом болевом • подкреплении сигнала (УЭР) сопровождается активацией обонятельных

структур - увеличением амплитуды вспышек и суммарной мощности ОАР. ; Судя по совокупности физиологических показателей, мощность ОАР

I коррелирует с уровнем эмоционального ьоабуждения животного, а ее ! динамика отражает характер и степень изменений этого уровня в процессе формирования УЭР.

7. При выработке и осуществлении условного рефлекса активного избегания наблюдаются тонический и фазные компоненты активации обонятельных структур, имеющие различную выраженность на разных стадиях обучения. Тоническая активация превалирует на ранних этапах формирования условной связи, а при упрочении рефлекса возникают фазные реакции, совпадающие с биологически наиболее значимыми периодами действия условного сигнала.

8. Олфакто-амигдалярный ритм является объективным и информативным электрофизиологическим показателем эмоционального возбуждения при оборонительном поведении у крыс. Он позволяет количественно оценивать уровень и динамику функциональной активности эмотивного механизма головного мозга при разные формах поведения (активно- и пассивнооборонительного) и внутреннего торможения (угасателыгого, дифференцировочного).

9. Результаты исследования позволяют заключить, что обонятельная луковица, во взаимодействии с миндалевидным комплексом, участвует в регуляции поведенческих реакций, мотивационно-эмоцио-нальных состояний и процессов высшей нервной деятельности как одно из важных -звеньев церебрального механизма эмоций у макросмати-ческих жиьотных.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ .

1. Ганжа Б. Л., Зима И. Г. О компараторной функции олфак-то-амигдалярной системы. // 8 Всесоюз. с междунар. участием конф. по нейрокибернетике. Тез. док. - Ростов-на-Дону, 1983. - С. 41 -42.

2. Зима И. Г., Ганжа В. Л. Электрические реакции ринэнцефальных структур у крыс при пассивнооборонительном поведении. // Проблемы физиол. гипоталамуса. - 1984. - Вып. 18. - С. 33-40.

3. Зима И. Г. , Ганжа Б. Л Динамика некоторых физиологических показателей при выработке условной эмоциональной реакции у крыс. // V расшир. иаучн. конф. по пробд. в.н. д.. - Кутаиси, 1984. - С. 24-26.

4. Зима И. Г. , Ганжа Б. Д , Макарчук ЕЕ. Вегето-ринэнцефзлыше. взаимоотношения при условнорефпекторной деятельности у лабораторных животных.// VI науч. конф. ЦНИЛ Тбилисского ГИУВ "Центральная регуляция вегетат. функций". - Тбилиси: Мецниереба, 1984. - 0.41.

5. Ганжа Б. Л. , Зима И. Г. Ринэнцефаяьная активность при выра-

ботке внутреннего торможения. // 27 Со вещ. по пробл. высшей нервн. деят. Тез. док. - Л : Наука, 1984. • - С. 284.

6. Зима И. Г. Электрическая активность обонятельных структур мозга крыс при пассивнооборонительном поведении. // Физиол. журн АН УССР.- 1985. - Т. 31, N 1.- С. 94

7. Ганжа Б. Л., Макарчук Е Ё., Зима И. Г. О центральных и периферических коррелятах условнорефлекторной реакции пассивного избегания у крыс. //12 Всесоюзн. конф. по физиологии и патологии кортико-висцеральных взаимоотношений. Тез. док. - Л: Наука, 1986. - С. 91-92.

8. Ганжа Б. Л , Зима И. Г., Макарчук Н. Е., Рытикова Л. С. Олфак-то-амигдалярная система мозга и регуляция поведения. // XV съезд Всесоюзн. физиол. об-ва им. Павлова.-Тез. докл. - Т. 2.- Кишенев, 1987. -С. 238-239.

9. Ганжа Б. Л., Зима И. Г. , Макарчук Н. Е., Ыищук Т. Э. , Рытикова Л. С. Некоторые эффекты периферической деолфактации у белых крыс. // В сб: Нейтральная регуляция вегетативных функций. Тез. док. Матер. 8 научн. конф. ЦНИЛ Тбил. ИУВ. - Тбилиси: Мецниереба, 1989. - 0.141.

10. Ганжа В. Л ,3има I. Г. .Макарчук М.Ю. .М^щук Т.Е. .Риттова Л.С. П0р1вняльна характеристика вплив ¡в олфактобульбектом1 * та амигдал-ектомП на р1эш форми повед1Нки у еднв.// В аб.: Розвиток фшю-логи в УРСР эа 1976-1990 р. - КиГв:Наукова думка, 1990. - С. 51-62.

■ 11. Зима И. Г. Эмоциональное возбуждение в структуре условного рефлекса пассивного избегания у белых крыс. // Пробл. физиол.гипоталамуса - Вып. 27 ( в печати).

Подл, к иеч. Н 9/ . формат 80Х84'/к|- Бумага

тип. ЛЬ 3 , Лечат« офсетная. Усл. леч. л. Усл. кр.-отт. <,19

Уч.-нзд. л. О . . Тираж -¡"ео .

За*. М 95УО . Бесплатно. _

РАПО «Укряузполиграф». ■252(5), г. Киев, ул. Волынская, 60.