Автореферат и диссертация по медицине (14.00.02) на тему:Структурные преобразования ансамблевой организации коры лобной области большого мозга и коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе

На правах рукописи

ЧЕРНЫХ Николай Александрович

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНСАМБЛЕВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КОРЫ ЛОБНОЙ ОБЛАСТИ БОЛЬШОГО МОЗГА И КОРЫ МОЗЖЕЧКА ЧЕЛОВЕКА В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

14 00 02 Анатомия человека

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 2007

ООЗиьо А"-'

003066185

Работа выполнена на кафедре лазерной медицины Факультета повышения квалификации медицинских работников Российского университета дружбы народов

Научный руководитель-

Заслуженный деятель науки РФ, академик МАН ВШ,

доктор медицинских наук, профессор Валентин Иванович Козлов

Официальные оппоненты академик РАЕН,

доктор медицинских наук, профессор Вадим Николаевич Швалев,

Ведущая организация - Институт возрастной физиологии Российской академии образования

Защита диссертации состоится «. часов на

заседании диссертационного совета Д 212 203 10 при Российском университете дружбы народов (117198, Москва, ул Миклухо-Маклая, д8, медицинский факультет)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу 117198, Москва, ул Миклухо-Маклая, д 6

Автореферат разослан «

/3 » сл&л? 200 ' г.

Российский

кардиологический научно-производственный комплекс

доктор биологических наук, профессор

Павел Павлович Кругляков, Российский университет дружбы народов

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук, профессор

Н.В Ермакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования Известно, что нервная система, подобно всем системам организма, постоянно претерпевает функциональные, структурные и метаболические, в том числе возрастные преобразования (Адрианов ОС, 1987,Wong-Riley МТТ, 1989, Golding DW, 1994, Фанарджян В.В., 1995, Боголепов Н.Н, 1996, Швалев В.Н., 1996, Боголепова И Н и соавт, 2003)

В настоящее время особую актуальность приобретают исследования возрастных структурных изменений ансамблевой организации корковых формаций мозга (Антонова А М, 1985, Бабминдра и соавт, 1988, Leise Е М , 1990, Семенова Л К и соавт, 1994, Kozlov VI et al, 2005) Возрастной системный подход к изучению корковых формаций позволяет не только проследить динамику структурных преобразований в онтогенезе, но и сопоставить характер детерминируемых изучаемыми структурами возрастных функциональных проявлений с возрастными особенностями их структурной организации (Лурия А Р , 1973, Хризман Т П и соавт, 1991, Farber DA et al,

1993, LaBerge D , 1995)

По мере совершенствования методов становятся все более актуальными исследования, направленные на выяснение механизмов нейронной интеграции, важнейшим звеном которой являются структурные и функциональные объединения нейронов (Новожилова А П , Бабминдра В П, 1996) Известно, что одиночный разряд клетки недостаточен для генерации ответа для этого нужен синхронный разряд группы нейронов (Whitfield J с, 1984, Бабминдра В П и соавт, 1988) Исследование преобразований клеточных популяций в онтогенезе на основе методов количественной оценки их структурной организации является одной из наиболее актуальных задач нейроморфологии (Леонтюк А С, 2002) Возрастные преобразования нейронных группировок в лобной области коры больших полушарий и коре мозжечка представляют большой интерес для изучения (Goldman-Rakic Р S , 1984, Cummings JL, 1993) Это связано с большой функциональной значимостью центральных регуляторных систем мозга с участием этих корковых формаций как для индивидуального развития, так и для успешной адаптации в различных средовых условиях (Агаджанян Н А , 1983, Агаджанян Н А и соавт, 1986, Агаджанян Н А , Никитюк Б А, 1999, Боголепова И Н ,

1994, Семченко В В , 1994, Бароненко В А, 2002)

Изучение морфофункциональных аспектов ансамблевой организации корковых формаций мозга проводились BMountcastle (1981), J Szentagothai (1983, 1993), АСБатуевым (1981), ВП Бабминдра и соавт (1988) В исследованиях AM Антоновой (1978, 1985) анатомически обосновано построение сенсомоторной и соматосенсорной коры мозга человека по нейро-глио-сосудистому радиарно-ячеистому принципу Позднее была подтверждена обоснованность распространения этих представлений и на

другие области коры больших полушарий (Семенова Л К и соавт (1989, 1994) Однако систематические исследования структурных взаимоотношений компонентов нейро-глио-сосудистых ансамблей лобной области коры мозга человека с помощью современных нейроанатомических и компьютерных методов в широком онтогенетическом плане до сих пор не проводились

Филогенетически наиболее новыми, «сугубо человеческими» принято считать корковые поля, имеющие отношение к эффекторным речевым функциям, в частности поле 45, функционально связанное с моторной речью Речедвигательные поля сравнительно мало изучены (Боголепова И H и соавт, 2000, 2002), как и недостаточно изученными остаются возрастные структурные изменения глазодвигательного поля 8, участвующего в регуляции процесса письма, и интегративного поля 10, принимающего участие в построении алгоритмов сложных поведенческих реакций и управлении эмоциональным поведением (Groenewegen H J et al, 1997, Barcelo F , 2000, Miller E К, Cohen J D , 2001, Rowe J В , 2005)

Известно, что капиллярная сеть вместе с приносящими артериолами и отводящими венулами действует как единый модуль, который вместе с окружающими тканевыми компонентами составляет гистофизиологическую микросистему органа (Козлов В И, 1994, 2002, Охотин В Е , Куприянов В В , 1996) В то же время сосудистый компонент внутрикорковых ансамблей экранных структур мозга в возрастном аспекте изучен недостаточно (Vorbrodt A W et al, 1990, Банин В В , 2002)

В последнее время все больше внимания уделяется исследованию тонких интра- и транскортикальных связей коры большого мозга (Peters A et al, 1990, Braitenberg V, Schuz A, 1991) Однако возрастные аспекты их преобразований в системе нейро-глио-сосудистых ансамблей лобной коры остаются недостаточно разработанными (Оржеховская H С , 1973, 2000)

У человека наибольшей полноты развития и сложности структурной дифференцировки по корковому типу наряду с корой большого мозга достигает кора мозжечка (Cajal S Ramon у, 1909-1911, Palay S L , Chan-Palay V, 1974, Sultan F , Brakenberg V, 1993) В последнее время все больше внимания уделяется изучению постнатальных изменений микроструктуры коры мозжечка (Zecevic N, Rakic Р , 1976, Karam S D , Kim Y S , Bothwell M, 2001, Liesi P et al, 2003) В то же время возрастные аспекты преобразований ее ансамблевой организации остаются неразработанными

В современных морфологических исследованиях широко применяются компьютерные методы считывания и обработки количественных данных непосредственно с гистологических препаратов (Обухов Д К , 1994, Рудаков П И и соавт, 2000, Цехмистренко Т А и соавт, 2000, Боголепова И H и соавт, 2003) но для комплексного изучения возрастных преобразований ансамблевой организации лобной области коры и коры мозжечка на микроанатомическом уровне практически не применялись

Цель исследования. Цель настоящей работы состоит в изучении структурных преобразований нейронных ансамблей коры лобной области большого мозга и коры мозжечка человека от рождения до 20 лет

Задачи:

1 Изучить в погодовых интервалах структурные преобразования нейро-глио-сосудистых ансамблей в функционально различных полях (45, 10 и 8) лобной области коры большого мозга человека

2 Изучить на количественной основе перестройку нейро- и фиброархитектоники полей 45, 10 и 8 лобной области коры большого мозга человека от рождения до 20 лет

3 Выявить компоненты ансамблевой организации в зернистом слое коры неоцеребеллума и изучить возрастные перестройки нейронных ансамблей в коре мозжечка человека от рождения до 20 лет

4 На основе морфометрического синтеза комплекса количественных параметров выявить динамику и периоды развития нейронных ансамблей экранных структур мозга

Объектом исследования служили поля 45, 10 и 8 коры лобной области большого мозга и кора в области двубрюшной дольки мозжечка человека от рождения до 20 лет Выбор полей обусловлен как функциональной значимостью собственно исследуемых корковых локусов, так и пониманием важной роли анализируемых структур в целостных механизмах построения комплексных алгоритмов поведенческих программ

Предмет исследования: микроструктурные особенности и возрастные изменения ансамблевой организации коры большого мозга и мозжечка человека в функционально и топографически различных полях и корковых локусах, закономерности и периоды ее структурных изменений в постнатальном онтогенезе

Гипотеза исследования. Исходя из функциональных особенностей исследуемых полей, а также из различий их топографических и типологических характеристик, в качестве гипотезы исследования предположили, что микроструктурные изменения ансамблевой организации коры в исследуемых полях и локусах будут носить закономерный характер, что найдет отражение в возрастной динамике ряда количественных и качественных параметров

Научная новизна исследования. На основе комплексного исследования 45, 10 и 8 полей лобной области коры большого мозга человека, а также коры мозжечка в период от рождения до 20 лет получены новые данные об особенностях развития микроструктуры ансамблеобразующих слоев в каждом конкретном поле, установлены общие и специфические особенности динамики развития этих полей В коре большого мозга установлены периоды интенсивного и замедленного роста группировок нейронов в III и V корковых слоях, входящих в их состав пирамидных и непирамидных нейронов, количественные характеристики

фиброархитектоники, а также удельные объемы глиального и сосудистого компонентов коры На основе методов морфометрического синтеза получены новые данные о возрастных периодах развития нейро-глио-сосудистых внутрикорковых ансамблей коры большого мозга человека, а также об особенностях возрастных преобразований нейронных ансамблей коры мозжечка Впервые показано, что в постнатальном развитии внутрикорковых ансамблей динамика изменений глиального и сосудистого компонентов носит периодический характер

Научная и практическая значимость исследования. Полученные данные позволяют расширить теоретические представления о структурных изменениях нейро-глио-сосудистых ансамблей коры лобной области и кластерной структуры зернистого слоя коры мозжечка человека в процессе постнатального онтогенеза

Результаты исследования представят интерес для врачей-неврологов, нейрохирургов, для специалистов, работающих по проблемам возрастной морфологии, физиологии, неврологии, а также для психиатров, психологов и психофизиологов

Данные о возрастных преобразованиях нейронных ансамблей лобной коры, имеющих отношение к контролирующим аппаратам речевой функции, перцептивной деятельности в ходе зрительного восприятия, а также регуляции мотивационных и психоэмоциональных состояний, особенно важны в связи с задачами совершенствования интегративных функций мозга детей и подростков в процессе адаптации к современному образовательному процессу

Полученные данные использованы в преподавании анатомии нервной системы на кафедре анатомии человека Российского университета дружбы народов, а также при разработке учебного пособия для вузов В И Козлова и соавт «Практикум по анатомии для стоматологов», М, Изд-во РУДН, 2007, гриф КУМС по анатомии и гистологии Министерства здравоохранения и соцразвития РФ

Апробация работы. Материалы и основные положения диссертации доложены и обсуждены на II Всероссийской научной конференции с международным участием «Микроциркуляция в клинической практике» (Москва, 19-20 апреля 2006 г), на V международной конференции нейрогистологов «Колосовские чтения-2006» (Санкт-Петербург, 24-26 мая 2006 г), на Всероссийской конференции с международным участием «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга-2006» (Москва, 19-20 октября 2006 г), на конференции «Современные аспекты гистогенеза и вопросы преподавания гистологии» (Москва, 17-18 мая 2007)

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 164 страницах и включает введение, 4 главы (обзор литературы, материал и методы исследования, результаты собственных исследований, обсуждение

результатов исследования) и выводы Иллюстративный материал представлен 28 микрофотографиями, 30 рисунками, 31 таблицей Библиографический указатель содержит 410 источников

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал исследования. В соответствии с задачами работы нами исследован гистологический материал, полученный из 115 полушарий (преимущественно левых) большого мозга от 112 трупов и из 107 мозжечков людей обоего пола в возрасте от рождения до 20 лет. В работе использована коллекция препаратов мозга, начало которой положено проф Л К Семеновой и сотрудниками Института возрастной физиологии РАО Основную группу составили практически здоровые люди, погибшие насильственной смертью без травм большого мозга Материал согласно задачам исследования был сгруппирован в погодовых интервалах (табл 1)

Таблица 1

Распределение материала по возрасту и полу (в абсолютных числах)

Возраст Большой мозг Мозжечок

Кол-во наблюдений Кол-во полушарий Кол-во наблюдений

Мужской пол Женский пол Левых Правых Мужской ПОЛ Женский пол

Новорожден-ные 6 2 5 3 7 1

10 дней - И месяцев 7 1 6 5 2 1

1 год 2 4 5 1 3 3

2 года 4 3 5 2 4 3

3 года 5 1 5 1 4 2

4 года 1 - 1 - 1 -

5 лет 2 2 4 1 3 1

6 лет 6 2 6 2 6 2

7 лет 4 1 3 2 5 -

8 лет 2 3 4 1 2 3

9 лет 5 1 6 0 5 1

10 лет 5 1 4 2 4 2

11 лет 4 3 5 1 б 1

12 лет 4 2 5 1 4 2

13 лет 4 - 3 1 3 1

14 лег 5 2 7 - 5 2

15 лет 2 - 2 - 2 -

16 лет 3 - 2 1 3 -

17 лет 1 - 1 - 1 -

18 лет 4 - 4 - 4 -

19 лет 4 1 4 1 4 1

20 лет 2 1 2 1 2 1

ИТОГО 82 30 89 26 80 27

Для гистологического исследования по 2-3 кусочки мозга забирали, руководствуясь Атласом цитоархитектоники коры большого мозга человека (1955) на латеральной поверхности большого полушария в области pars triangularis между ramus ascendens et ramus radialis (поле 45), в области срединной части gyrus frontalis medius между sulcus frontalis superior et sulcus frontalis mfenor (поле 8), в передней части gyrus frontalis inferior на латеральной поверхности polus frontalis (поле 10) На нижней поверхности мозжечка, руководствуясь Анатомическим атласом человеческого тела (Анатомический атлас , 1962), для гистологического исследования забирали по 1-2 кусочка коры из левого и правого полушарий мозжечка на вершине и боковой стенке извилины в области lobulus biventer

Фиксацию мозга или его половины (срединное сагиттальное рассечение) производили в 10% нейтральном формалине на физиологическом растворе с последующим обезвоживанием в спиртах восходящей концентрации и заливкой в парафиновые блоки Срезы толщиной 10 (кора большого мозга) и 5 мкм (кора мозжечка) изготовляли во фронтальной и тангенциальной проекциях и окрашивали крезиловым фиолетовым по Нисслю, а также импрегнировали азотнокислым серебром методом Петерса в модификации А М Антоновой и СБ Степановой (1973) с последующей докраской клеточных структур по Нисслю Часть материала в кусочках импрегнировали нитратом серебра по методу Гольджи в модификации А М Антоновой (1967) Серийные срезы с целлоидиновых блоков толщиной 20 и 100 мкм заключали в бальзам Всего исследовано около 1200 препаратов Компьютерный морфометрический анализ фронтальной коры проводился преимущественно на левополушарном материале, мозжечка - на препаратах неоцеребеллярной коры правого и левого полушарий Измерение площади профильных полей (Пг) клеточных группировок III и V слоев и расстояния (Рг) между ними, группировок зернистого слоя коры мозжечка, а также пирамидных и звездчатых нейронов фронтальной коры в составе нейронных группировок (Пнг) проводили с помощью компьютерной программы Image-Tools (Национальный институт здоровья, США) на препаратах, окрашенных методом Ниссля Протяженность дендритов и аксонов нейронов разных типов, толщины пучков радиарных волокон (Тп) и расстояния между ними (Рп) измеряли на препаратах, импрегнированных методами Петерса и Гольджи Для изучения Пг использовались возможности кластерного анализа программы Image-Tools (рис 1) Основой для выделения группировок в коре большого мозга служил принцип близкого взаиморасположения нейроцитов расстояние между нейроцитами составляло не 1-го диаметра пирамидного нейрона наименьшего размерного класса, те 10-12 мкм Визуальный контроль обеспечивал отбор для измерения группировок, включающих нейроциты в большинстве своем с четко выраженными ядрами и ядрышками В этом случае предполагалось, что срез

проходит через центральную плоскость клеток и группировок в целом. Последнее давало возможность измерить наибольшую из Иг.

типе: 05111:30:15 07,13.

1 I- Тс " ' < ЬуйЬйИ.

Бае1с > *".'.'? ?

15_[И. ¿Ьд

РпгшпйЬее:

СПЕЛ 1: О

М1Л1СГИПП пл11ии: 1543.2120 I'-ч ~ ~ щ1ив 299Я, ЗЬЗ?

мвчп 1Б /¿у. 255Э.23Л 5 |Ч гпр К4[1ви[>11 (О (я)): 1335. 21.23

Заьф!«.- * \ ■ г..'.. I: V' '.•:(■- •□ :>: ] -В 3■1 popnlati.cn ППАЛСР: IV:

Есапйап : " в д' ^е 15 / у

ЙЕЕОГ!

Я лй А'ЙО 9 5 ; - 2 . ' ■ '<.[,

Кодеор^*: 7.1030

Рис. 1. Принципиальная схема алгоритма исследования нейронных группировок коры мозга с помощью метода компьютерной ТУ-морфометрии:

- выбор и фиксация изображения участка среза коры;

- унификация режима яркости и контрастности изображения;

- выделение объектов морфометрии;

- промежуточный протокол результатов морфометрии.

Объем выборки для каждого среза составлял не менее 10-20, для каждого препарата - 40-80, для каждого возраста - 100-120 группировок-кластеров.

Стереологический метод. Объемные соотношения структурных элементов лобной области коры в различных возрастных группах определяли с помощью етереологического метода (Стефанов С.Б. и соавт., 1974). Окраска Крезиловым фиолетовым позволяет выявить не только ядра, ядерные структуры, тигроидное вещество нейронов, глиальные клетки, но и клеточные элементы внутрикорковых сосудов (Семчснко В.В, и соавт., 2006), что позволило получить корректные данные об удельных объемах (УО) внутрикорковых сосудов и глиоцитов при анализе препаратов, окрашенных по Нисслто. Выявление относительных УО сосудов и глиоцитов в Ш3 подслое полей лобной коры проводилось на микроскопе «Смолам ЛОМО» при увеличении 15x40 с помощью 4-узловой окулярной вставки со случайным шагом. Среднее число узлов (точек) морфометрической сетки, случайно

попавших на исследуемую структуру, определяет среднюю долю их от общего объема органа (в процентах), хотя последний и не измеряется Всего выполнялось по 850 измерений изучаемых структурных компонентов в каждой возрастной группе (при достижении критерия надежности в 95 %) С целью унификации количественных данных, полученных с различных срезов, использовалась формула А Abercrombie (цит по Автандилову Г Г , 1990) для подсчета истинного числа микрообъектов с учетом толщины среза

Методы математической обработки полученных данных. Для определения возрастных изменений средних значений размерных показателей группировок нейронов при проведении измерений на группе срезов коры мозга, полученных от разных индивидуумов, использовали метод оценки и сравнения средних величин с учетом вариабельности первичных измеряемых объектов и индивидуальной изменчивости (Потапова И Г, Катинас Г С , Стефанов С Б, 1983) Вычисление общего среднего квадратического отклонения о, выполнялось с использованием коэффициента J по таблицам Р Б Стрелкова (1986) Значимость различий между средними, определяли с помощью критерия t (критерий Стьюдента) для выборок с неравным числом наблюдений (Оуэн Д Б , 1973, Автандилов Г Г , 1980)

Обработка данных измерений площади группировок нейроцитов в зернистом слое коры мозжечка производилась также с применением констант распределения Пуассона для расчета средней, ошибки средней и среднего квадратического отклонения (Бейли Н, 1962, Рокицкий ПФ, 1967) Расчет достоверности различий между средними показателями площади клеточных группировок одного исследуемого поля коры мозга детей разного возраста или разных корковых полей в одной возрастной группе производился с использованием t-критерия Стьюдента

Для получения интегральной характеристики возрастных структурных преобразований ансамблевой организации лобной области коры большого мозга и коры мозжечка использован метод морфометрического синтеза по С Б Стефанову, Н С Кухаренко (1988, 1989), позволяющий получить объективные критерии для выделения возрастных периодов развития

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Микроструктурные преобразования нейроархитектоники и ансамблевой организации лобной области коры в постнатальном онтогенезе. У новорожденных микроструктура коры во всех изученных полях лобной области отличается густоклеточностью, незрелостью клеточных компонентов, слабым развитием дендритных и аксонных рамификаций нейронов, бедностью внутрикорковых волокнистых сетей На препаратах, окрашенных по Нисслю, в слоях III, V, VI-VII среди слабо дифференцированных округлых и овальных клеток выявляются

пирамидные нейроны с треугольной формой тела, наиболее разнообразной в полях 45 и 10, наименее - в поле 8 На препаратах, импрегнированных по Гольджи, выявляются отдельные нейрональные колонки, включающие глиальные и сосудистые элементы

Группировки нейронов в III и V слоях лобной коры новорожденных выражены слабо Отдельные скопления нейронов разной, преимущественно слабой, степени дифференцировки включают от 3-5 до 8-10 клеток и не имеют определенной формы

К 9-12 месяцам на фоне общего разрежения коры по мере созревания пирамидных нейронов особенно четко выявляются лестничные клеточные группировки ансамблеобразующих слоев К концу первого года жизни в состав группировок III3 подслоя полей 45 и 10 входят как мелкие, слабо дифференцированные, так и относительно крупные пирамидные нейроны с хорошо выраженными 1-2 проксимальными ветвлениями апикальных и базальных дендритов Интернейроны в составе группировок слабо дифференцированы, поэтому смешанные группировки гнездного типа практически не выявляются Формируются нежные пучки апикальных дендритов, выполняющие важную конструктивную роль в консолидации нейронов (Tommerdahl М et al, 1993)

В состав клеточных группировок гнездного типа включены 2-3 относительно крупных пирамидных нейрона, расположенных в базальном отделе группировки Форма группировки зависит от пространственного расположения мелких нейронов, количество которых варьирует от 2-3 в поле 8 до 10-12 в поле 45

К 2-4 годам в ансамблеобразующих слоях III и V в составе гнездных группировок заметно усиливается гетерогенность нейронов по размерам и форме Количество нейронов в группировке варьирует от 4 до 7-8, иногда до 10-14 клеток разных типов Компактность нейронов в группировке наиболее высока в поле 10 К 3 годам в поле 45 большинство пирамидных нейронов V1 подслоя приобретает типичную форму, ветвления апикальных и базальных дендритов усложняются, что совпадает со сроками увеличения функциональной специализации речедвигательных корковых полей и развитием артикуляционных возможностей ребенка (Цехмистренко ТА с соавт, 2003) Пирамидизация нейронов в верхнем этаже коры протекает менее интенсивно, что свидетельствует об отставании развития корково-корковых и каллозальных связей по сравнению с проекциями лобной коры на подкорковые и стволовые структуры мозга (Szentagothai J ,1988, Somogui Р et al, 1998) Апикальные дендриты пирамидных нейронов V слоя образуют дихотомические терминальные ветвления 3-4 порядков в пределах III и III2 подслоев, достигая в отдельных случаях слоев I и II КЗ годам они формируют компактные дендритные пучки Выявленные изменения свидетельствуют о комплексном развитии всех компонентов нейронных

ансамблей и усложнении преимущественно вертикальных внутрикорковых связей в структуре нейро-глио-сосудистых ансамблей

От 5 до 8 лет в полях 45 и 10 компактность группировок и их нейронный состав изменяются незначительно по сравнению с 3-4 годами К 67 годам увеличение размеров пирамидных нейронов за счет нарастания количества нейронов среднего и крупного размера (от 60 до 120 мкм2) наблюдается одновременно с их качественной внутриклеточной дифференцировкой, что в конечном итоге приводит к усложнению системы межнейронных внутрикорковых связей в последующие возрастные периоды

Гнездные группировки III слоя коры к 5-7 годам в полях 45 и 10 приобретают округлую форму и, благодаря увеличению площади профильных полей и дифференцировке составляющих их нейронов, в том числе мультимодальных, нарастают в размерах В составе группировок наблюдается не более 2 звездчатых нейронов, имеющих округлую форму тела, мультиполярное расположение дендритов и различный характер отхождения аксона (с боковой, нижней или верхней поверхности тела клетки) Располагаясь друг над другом, группировки формируют вертикальную колончатую структуру слоя Поскольку объединение нейронов в группировки в микроколонках осуществляется ассоциативными и каллозальными волокнами (Viden О et al, 1984), изменения структуры группировок в полях 45 и 10 к 5-8 годам являются следствием качественных изменений системы внутри- и межкорковых взаимосвязей (Braitenberg v et al, 1991) К 7-8 годам в поле 8 и к 9-10 годам в полях 45 и 10 гнездные группировки III3 подслоя приобретают более рыхлую композицию по сравнению с 6 годами, что связано с постепенным нарастанием волокнистого компонента в структуре микромодулей лобной коры

В V1 подслое к 5-6 годам наблюдается усложнение ветвлений базальных и апикальных дендритов пирамидных нейронов в составе группировок в отдельных случаях выявляется до 5-ти порядков ветвлений На тангенциальных срезах пирамидные нейроны в составе группировок располагаются менее упорядоченно, чем в слое III и отличаются специализированным асимметричньм распределением базальных дендритных букетов

К 9-12 годам практически все нейроны ансамблеобразующих слоев приобретают специализированную форму К 11-12 годам продолжается усложнение базальных дендритов пирамидных нейронов слоя III, ветвления которых достигают 5-7 порядков Отдельные дендриты в пучке могут на значительном протяжении непосредственно прилегать друг к другу, что создает благоприятные условия для реализации несинаптических влияний обмена ионами и метаболитами (Пальцев МА с соавт, 1995) Усиливается гетероморфность пирамидных нейронов в группировках за счет асимметрии пространственного распределения базальных и боковых дендритных рамификаций К этому же возрасту в полях 45 и 8 наблюдается

совершенствование дендритных аппаратов короткоаксонных интернейронов как гетеро-, так и изоморфного типа в II-III слоях коры протяженность дендритов веретенообразных клеток на срезе достигает 120-140 мкм, порядки ветвлений звездчатых нейронов с радиально расположенными дендритами доходят до 4-6 В поле 10 звездчатые нейроны отличаются меньшими размерами, локальной специфической грацильностью, ветвления дендритов достигают 3-4 порядков Дифференцировка и специализация аксодендритного аппарата интернейронов является структурной основой совершенствования важнейшей тормозной системы коры Известно, что небольшой величины корзинчатые нейроны избирательно тормозят малые внутриколончатые пирамидные нейроны II-III слоев, а крупные корзинчатые нейроны вызывают латеральное торможение соседних модулей коры, обеспечивая функциональную автономию или изоляцию собственной колонки (Szentagothai, 1985), что приводит к оптимизации локальных интегративных механизмов обработки информации

В слое V во всех изученных полях распределение нейронов в группировках становится менее компактным к 9-10 годам расстояние между группировками уменьшается В V1 подслое выявляются пирамидные нейроны наиболее крупноклеточных классов Увеличение их размеров сопровождается усложнением базальных и боковых дендритных арборизаций

К 13-16 годам структура нейронов в составе гнездных группировок III слоя коры характеризуется сложностью и разнообразием Наиболее выражена структурная специализация пирамидных нейронов в группировках поля 45 Крупные пирамидные нейроны (4-6 в группировке) характеризуются вытянутой формой, строгой вертикальной ориентацией, компактным взаиморасположением Мелкие пирамидные нейроны (не более 5-6) и интернейроны занимают центральное положение в группировке, реже смещены к ее апикальному или базальному отделам Такое пространственное смещение интернейронов, по-видимому, свидетельствует о специализации отдельных клеточных агрегаций в отношении переработки информации, поступающей по афферентным или внутрикорковым пучкам волокон

В V слое чаще смешанные группировки состоят, как правило, из 5-8 рыхло расположенных пирамидных и звездчатых нейронов Композиция нейронов в составе группировок полей 45 и 10 отличается большей сложностью по сравнению с полем 8 К 14 годам выявляются лежащие вне группировок наиболее крупные мультиполярные звездчатые нейроны с 4-6 радиально отходящими дендритами (до 4 порядков ветвлений), с восходящим или нисходящим аксоном, отдающим коллатерали по направлению гнездных и лестничных группировок

К 17-20 годам размеры и форма нейронов, а также их группировок в исследованных полях лобной коры стабилизируются В поле 45 некоторые гнездные группировки III3 подслоя включают единичные сверхкрупные полисенсорные нейроны, преимущественно в их базальных отделах

Апикальные отделы образованы 2-3 крупными и 2-3 более мелкими пирамидными нейронами В полях 45 и 10 центральные отделы группировок заняты, в основном, мелкими пирамидными и звездчатыми нейронами Общее количество нейронов в группировках варьирует в пределах от 8-10 до 18 нейронов разных типов В поле 8 количество нейронов в группировке не превышает 7-8, из них интернейроны составляют не более 1-2 Все выявленные в этот период клеточные микроансамбли характеризуются разнообразием формы и композиции, а также повышенной компактностью расположения нейронов, обусловленной интенсивным развитием внутрикорковой волокнистой сети

Таким образом, ансамблевая организация коры имеет высокий уровень развития в поле 45 к 9-10 годам, в поле 10 - к 12 годам, в поле 8 - к 8-9 годам отмечается четкая вертикальная упорядоченность структурных элементов, сформированы лестничные и гнездные группировки нейронов III и V слоев Четко выражены такие ансамблеобразующие факторы, как компактные пучки апикальных дендритов и горизонтальные пучки базальных дендритов пирамидных нейронов III и V слоев, а также пучки радиарных волокон в слоях нижнего этажа коры

Возрастные изменения ансамблевой организации лобной области коры по данным компьютерной морфометрии. У новорожденных в слое III наибольшие по показателю Пг группировки отмечаются в поле 8, где достигают в среднем 559,5±45,9 мкм2, наименьшие в поле 10 - 352,8±25,6 мкм2 Плотность пространственного распределения нейронов в составе группировок наиболее высока в поле 45, их Пнг достигает в среднем 64,3% от Пг Наименьшая Пнг отмечается в поле 10, где составляет 48,9%

Поскольку группировки нейронов являются компонентом вертикальных колончатых нейрональных структур, определение расстояния между группировками позволило охарактеризовать степень «пространственного обособления» колонок друг относительно друга На препаратах, окрашенных по Нисслю, наиболее «удаленные» друг от друга группировки определялись в поле 10, где Рг составило в среднем 29,3±1,8 мкм, наименее удаленные - в поле 8, где Рг - 20,5±1,2 мкм

Ранее в работах JLRConel (1939), VAVasylieva, ТАTsekhmistrenko (1996), В И Козлова и соавт (2002) было показано, что в слое III новорожденных в поле 10 пирамидные нейроны имеют наименьшие размеры по сравнению с полями 44, 45, 8 и 32/10 По нашим данным к моменту рождения слой Ш поля 10 характеризуется также наименьшими по площади группировками гнездного типа, включающими мелкие по размеру нейроны, расположенные относительно «рыхло» по сравнению с полями 45 и 8

В слое V новорожденных наибольшие гнездные группировки по величине Пг, как и в слое III, наблюдаются в поле 8, где достигают в среднем 654,6±56,3 мкм2, наименьшие - в поле 10, где Пг - 409,2,9±43,6 мкм2 Размеры группировок в V слое новорожденных значимо больше, чем в III слое

Плотность пространственного распределения нейронов в составе группировок наиболее высока в поле 45, их Пнг достигает в среднем 63,7 % от Пг Наименьшая Пнг отмечается в поле 10, составляя 48,9% от Пг В V1 подслое нейроны округлой и треугольной формы образуют также лестничные группировки В поле 8 вертикальная упорядоченность в таких однорядных колонках выражена менее четко, чем в полях 45 и 10

В течение первого года жизни синхронный рост пирамидных нейронов слоев III и V во всех полях отмечается к 6, 8-9 и 12 месяцам, к концу первого года жизни их размеры увеличиваются в 2,1-2,4 раза (Кононова ЕП, 1940, Семенова Л К и соавт, 1989, 1990) Синхронно с размерами нейронов в полях 45, 10 и 8 нарастает и величина гнездных группировок В слое III Пг увеличивается в поле 45 к 1, 3 и 9 годам, в поле 10 - к 1, 2, 6 и 12 годам, в поле 8-к1,Зи11 годам Темпы нарастания Пг во всех полях наиболее высоки от рождения до 3-5 лет, от 5-6 до 9 лет темпы роста Пг снижаются После 9-12 лет Пг III слоя во всех полях в среднем стабилизируется

Интенсивность постнатального роста размеров группировок в полях 45 и 10 в 1,3-1,4 раза больше, чем в поле 8 Это приводит к тому, что после 11 лет Пг группировок III слоя в полях 45 и 8 не имеет достоверных различий Размеры группировок в полях 45 и 8 к 20 годам в 1,2 раза больше по сравнению с полем 10 Несмотря на то, что темпы нарастания площади группировок в поле 10 больше, чем в поле 8, Пг в поле 10 к 20 годам остается более низкой, чем в полях 45 и 8 Полученные данные свидетельствуют о более низком уровне зрелости к моменту рождения компонентов ансамблевой организации коры в сугубо человеческом речедвигательном поле 45 и интегративном поле 10 По мере взросления различия между более каудально расположенными на латеральной поверхности полушария полями 45 и 8 нивелируются, тогда как расположенное ближе к лобному полюсу поле 10 сохраняет более низкие размерные показатели Пг, отражающие грацильность их нейронного состава

Пнг в поле 45 увеличивается к 1, 2, 5 и 10 годам, в поле 10 - к 1, 3, 6 и 12 годам, в поле 8—к1,5и10 годам Нарастание этого показателя связано с увеличением размеров нейронов, составляющих группировки, а также усложнением их клеточного состава (Шумейко Н С, 2002) Интенсивность нарастания Пг и Пнг в разные сроки постнатального онтогенеза в разных полях неодинакова, что подтверждает асинхронность в формировании не только клеточных компонентов нейронных ансамблей, но и в становлении внутрикорковых, межкорковых и корково-подкорковых связей, обеспечивающих интегративные процессы с участием корковых модулей Так, от рождения до 3 лет композиция нейронов в составе лестничных и гнездных группировок III слоя отличается большей компактностью в полях 45 и 8, а в поле 10 - более разреженным положением нейронов, составляющих группировки В полях 45 и 8 разреженность нейронов в группировках существенно нарастает от 3 до 5 лет и после 10 лет, что, вероятно, связано с

активным формированием к этому возрасту локальных и системных внутрикорковых вертикальных и горизонтальных связей

Об этом же процессе свидетельствует и динамика постнатального изменения такого показателя, как Рг, нарастающего в поле 45 - к 1,2, 5 годам, в поле 10 - к 1, 3, 5 годам, в поле 8 - к 1, 2, 3 годам После 3 лет в поле 8 и после 5 лет в полях 45 и 10 на фоне нарастания размеров группировок III слоя намечается тенденция к уменьшению расстояния между ними Значимое снижение Рг отмечается в поле 8 к 10 годам в полях 45 и 10 - к 12 годам Позднее Рг стабилизируется, что свидетельствует об окончательном композиционном и пространственном оформлении нейронных ансамблей и высокой степени зрелости вертикальных внутрикорковых связей (Васильева В А , Шумейко Н С , 2002)

В слое V нарастание Пг происходит синхронно во всех полях к 1, 3 и 7-8 годам Величина площади группировок нейронов в V слое в среднем меньше и стабилизируется на 1-2 года раньше, чем в слое III Это связано с более ранним созреванием нижнего этажа коры, что было показано другими авторами (Кононова ЕП, 1940, Станкевич ИА, 1965) К моменту стабилизации роста Г1г поля 8 и 10 имеют более крупные группировки в проекционном корковом слое V по сравнению с полем 45 По нашему мнению, это связано с особенностями локальных связей соответствующих корковых локусов, осуществляемых при участии ансамблей нейронов V1 подслоя Известно, что поле 8 имеет мощные корково-корковые ипсилатеральные и каллозальные связи с полями затылочной, височнои областей и другими полями лобной области коры Поле 10 формирует реципрокные проекционные таламо-кортикальные связи, а также обеспечивает кортико-фугальные и кортико-петальные взаимодействия с мозжечком Проекционные связи поля 45 носят более локально специализированный характер (Foundas А L et al, 1995)

Пнг в V слое синхронно нарастает в течение первого года жизни во всех полях, а также в поле 45 к 6 годам, в поле 8 - к 2-3 годам, в поле 10 - к 3 и 9 годам К моменту стабилизации Пнг в поле 8 больше, чем в полях 45 и 10 Этому способствует более крупный размер пирамидных нейронов и более плотная композиция однотипных нейронов в составе группировок поля 8 по сравнению с другими полями

Как и в слое III, Рг в слое V во всех полях нарастает до 3-5 лет и снижается к 10-12 годам, что косвенно подтверждает нарастание волокнистого компонента в составе слоев нижнего этажа коры в период раннего и первого детства, а также повышение компактности радиарных пучков волокон к началу подросткового возраста

Изучение возрастной динамики структурной организации радиарных пучков волокон показало, что у новорожденных наибольшие по толщине пучки - в среднем 5,6±0,3 мкм - выявляются в поле 8, наименьшие - в поле 10, где Тп составляет в среднем 3,9±0,3 мкм

Тп во всех полях интенсивно нарастает в течение первого года жизни (в 1,6-1,7 раза по сравнению с новорожденными) Гетерохронность развития ансамблевой организации коры документируется тем, что в поле 8 увеличение Тп продолжается опережающими другие поля темпами к 6 годам, а в полях 45 и 10 - к 2 годам и к 8-9 годам Продолжительность нарастания Тп напрямую связана с процессами миелинизации внутрикорковых волокон, продолжающимися в лобной коре до 9-12 лет (1акоу1еу Р I ег а1, 1967) Утолщение пучков в поле 45 происходит на 1-1,5 года раньше, чем в поле 10 В 2 и 8 лет различия в темпах развития между полями приводят к тому, что Тп в поле 45 достоверно больше, чем в поле 10 После 9 лет отличия между полями по толщине пучков нивелируются Значимых различий между полями по Тп на уровне V1 подслоя пучков в юношеском возрасте нами не обнаружено (р>0,05) Однако следует отметить, что радиарные пучки в поле 10 отличаются большей тонкостью волокон в их составе и более плотной композицией по сравнению с полями 45 и 8, что совпадает с данными Е П Кононовой (1972) и С Б Дзугаевой (1975)

Нарастание Рп в поле 8 до 8 лет, в полях 45 и 10 до 12 лет обусловлено, по нашему мнению, усложнением структуры группировок нейронов и нарастанием удельного объема внутрикорковых волокон, что подтверждается данными других авторов (Цехмистренко Т А, 2003)

Изучение соотношения удельных объемов (УО) глиоцитов и внутрикорковых кровеносных сосудов с помощью стереологического метода. Клетки нейроглии и внутрикорковые кровеносные сосуды являются важными структурными компонентами корковых ансамблей (Антонова А М , 1981) У новорожденных У О глиоцитов в подслое III3 значимо различается в каждом из исследованных полей в поле 45 глиальный компонент в 1,5 раза больше по сравнению с полем 10 и в 2,2 раза больше по сравнению с полем 8 Четкой зависимости между степенью васкуляризации и содержанием глии нами не выявлено наибольшее число кровеносных сосудов в единице объема мозговой ткани обнаруживается в полях с наибольшим (поле 45) и наименьшим (поле 8) содержанием глиоцитов

У грудных детей до 1 года жизни УО глиального компонента в мозговой ткани снижается в 1,2-2,1 раза, его наибольшие темпы отмечаются в поле 45 Преобладание сосудистого компонента над глиальным продолжается в полях 45 и 8 от 1 до 3 лет, в поле 10 - до 5 лет После 3-5 лет нами установлено непрерывное снижение УО внутрикорковых сосудов, наиболее выраженное в поле 10 Уменьшение сосудистого компонента коры с возрастом сопровождается нарастанием количества глиоцитов, более интенсивным в полях 10 и 8 Значимое нарастание глиального компонента по сравнению с сосудистым выявлено в поле 45 к 3 и 8 годам, в поле 10 - к 5 и 7 годам, в поле 8 к 3 и 5 годам Наибольший прирост УО глиоцитов отмечается в поле 10, особенно после 10 лет, когда после частичной возрастной редукции происходит динамическая стабилизация структуры внутрикоркового

сосудистого русла (Козлов В И и соавт, 2002) Нарастание нейроглии, вероятно, связано с повышением роли глиоцитов в метаболических процессах мозговой ткани и носит как заместительный, так и компенсаторно-приспособительный характер, что подтверждают и другие авторы (Мотавкин П А , Черток В М , 1980, Турыгин В В и соавт ,2001, Мотавкин П А , 2003) Известно, что чем более высокое положение занимают животные на „эволюционной лестнице", тем выше у них отношение числа глиальных клеток к числу нейронов Не исключено, что повышение концентрации глиальных клеток в мозге с возрастом связано с изменением способности к обучению и являются клеточной основой процессов памяти (Parpura V et al, 1994, Zhang Q et al, 2004, Pascual O et al, 2005)

Наименьший прирост содержания глии и наименьшие темпы перестройки микроциркуляторного русла, связанной с его магистрализацией, отмечено в филогенетически наиболее «молодом», сугубо «человеческом» поле 45 По нашему мнению, его высокая функциональная активность, связанная с речедвигательной функцией у детей и подростков, обеспечивается более высоким уровнем пластических и обменных процессов, поддерживаемых благодаря повышенному гемодинамическому статусу поля 45 по сравнению с другими исследованными полями Аналогичная особенность васкуляризации филогенетически различных ядерных центров в стволе мозга описана Т М Бабик с соавт (2004)

Полученные данные позволяют предположить, что в постнатальном онтогенезе важную роль в развитии нейронных ансамблей играют сосудисто-глиальные взаимоотношения, являющиеся одним из показателей функционально-метаболической активности нейронов, что подтверждают и другие авторы (Hyden Н, 1964, Ройтбак А И , 1993, Оржеховская Н С , 2000) Значимые изменения глио-сосудистого компонента нейро-глио-сосудистых ансамблей лобной коры наблюдаются в течение первого года жизни, к 2-3, 7-8 и 9-11 годам, а в поле 10 - и к 16-18 годам По нашим данным в системе «нейрон (группировка нейронов) - глия — сосуды» количественные соотношения внутрикорковых сосудов и глиоцитов носят обратно пропорциональный характер, что особенно четко выражено на протяжении ранних периодов постнатального онтогенеза, а именно грудного возраста, раннего и первого детства

Возрастные изменения нейронных ансамблей зернистого слоя коры мозжечка. Изучение группировок коры мозжечка в постнатальном онтогенезе на количественной основе показало значительные возрастные изменения кластерной структуры зернистого слоя в области двубрюшной дольки мозжечка На вершине извилины у новорожденных наибольшие группировки отмечаются в области левой двубрюшной дольки, площадь которых составляет в среднем 23,6±0,8 мкм2, наименьшие в области правой - 17,9±1,0 мкм2 Пг увеличивается к концу первого года жизни, к 3 годам в правой двубрюшной дольке, к 5 годам и к 7 годам в левой двубрюшной дольке

(р<0,05-0,001) От 8 до 10-11 лет площадь группировок зернистого слоя мозжечка по сравнению с 7 годами в среднем не изменяется и составляет в левой двубрюшной дольке к 11 годам 54,2±2,2 мкм2, в правой к 10 годам -44,5±3,3 мкм2 К 12 годам в правой двубрюшной дольке и к 13 годам - в левой двубрюшной дольке Пг в 1,3 раза значимо больше по сравнению 5 годами (р<0,05) После 13 лет нарастание размеров клеточных группировок в зернистом слое коры мозжечка в исследованных зонах не наблюдается К 20 годам размеры клеточных группировок зернистого слоя в области нижней поверхности мозжечка на вершине извилины в среднем составляют в области левой двубрюшной дольки 70,6±4,2 мкм2, в области правой двубрюшной дольки - 60,1±3,6 мкм2

Установлены топографически обусловленные различия в темпах развития кластерной организации коры мозжечка В течение первых двух лет жизни размеры клеточных группировок зернистого слоя на вершине извилины в 1,5-1,6 раза больше, чем на боковой стенке Позднее эти различия нивелируются Опережающее развитие нейронных группировок на вершине извилины по сравнению с боковой стенкой у грудных детей и в начале раннего детства представляет интерес в связи с данными о приуроченности разных локусов извилин коры к обработке экстероцептивной и проприоцептивной информации Физиологическими работами D Korlin, В Larson (1970), J D Cook с соавт (1972), С Ekerot, В Larson (1972) показано, что спино-церебеллярные пути проведения проприоцептивной информации вызывают активацию, в основном, базальных отделов листков мозжечка, а пути передачи экстероцептивной информации - апикальных частей листков Известно, что двубрюшная долька связана с регуляцией окуломоторной функции (Уолберг Ф, 1980), а также что левая двубрюшная долька посредством дентато-таламо-кортикальных путей связана с лобной областью коры правого полушария, выполняющего ведущую роль в стратегии перцептивного поиска и механизмах опознания предметов окружающего мира (Фарбер Д А , Бетелева Т Г, Горев А С 2000) Полученные нами данные позволяют предположить, что экстероцептивная стимуляция у детей грудного возраста оказывает активирующее воздействие на формирование механизмов зрительного опознания с участием специализированных корковых локусов мозжечка У трехлеток и детей старшего возраста в аналогичных механизмах активизируются также локусы коры двубрюшной дольки, участвующие в обработке проприоцептивной информации

Возрастная динамика размерных параметров группировок зернистого слоя коры мозжечка имеет также значимые межполушарные различия На вершине извилины группировки левой двубрюшной дольки в периоды от рождения до 2 лет и от 7 до 18-19 лет в 1,2-1,3 раза больше, чем в правой В связи с полученными результатами интересны данные О А Гавашели (1957) о более крупных размерах левого зубчатого ядра мозжечка по сравнению с правым у людей 18-80 лет найденные различия достигали 10 % На боковой

стенке мозжечкового листка у детей в течение первого года жизни размеры группировок в 1,2 раза больше справа, у 5-летних детей - слева, у 9-летних детей - снова справа Позднее межполушарные различия в размерах группировок зернистого слоя не наблюдаются Межполушарная асимметрия в структуре неоцеребеллярной коры и зубчатых ядер, очевидно, сопряжена с функциональной латерализацией мозжечка. Логично предположить, что морфофункциональная латерализация мозжечка, как и некоторых подкорковых образований, складывается под формирующим влиянием коры больших полушарий (Кукуев Л А , 1968)

Морфометрический синтез параметров, характеризующих возрастные структурные преобразования лобной области коры. Для выявления периодов структурных перестроек коры лобной области большого мозга на примере цитоархитектонических полей 45, 10 и 8 и коры мозжечка на примере коры в области левой и правой двубрюшных долек использован метод морфометрического синтеза (Стефанов СБ, Кухаренко НС, 1989), позволяющий провести комплексное обобщение результатов изучения возрастных преобразований изученных экранных структур мозга (рис 2)

Рис 2 Изменение интегрального коэффициента связи (КС) всей совокупности морфометрических показателей (признаков) ансамблевой организации коры лобной области большого мозга и коры мозжечка в постнатальном онтогенезе

Примечание: достоверными при Р=95% приняты изменения величины Кс, достигающие не менее 30% (С Б Стефанов и др ,1989)

Данный метод оценки возрастных преобразований ансамблевой организации корковых формаций мозга позволяет объективно выявить

временные границы периодов структурных перестроек на основе количественных критериев

Значимым интегральным параметром морфометрического синтеза является коэффициент связи (КС) всей совокупности морфометрических показателей, рассчитанный для лобной коры по результатам тотального сравнения 630 показателей (каждая из 21-ой возрастной группы описана по 30 признакам), для коры мозжечка КС - тотального сравнения 84 показателей (каждая из 21-ой возрастной группы описана по 4 признакам) Анализ возрастной динамики КС по С Б Стефанову и др (1988) с применением критерия разности коэффициента связи (ККс) позволяет сделать вывод о правомерности объединения годовых интервалов в более крупные возрастные отрезки - периоды

Анализ полученных данных с помощью метода морфометрического синтеза позволил установить, что в постнатальном онтогенезе ансамблевой организации экранных структур мозга можно выделить четыре качественно отличающихся периода развития от рождения до 1 года, от 2 до 4 лет, от 5 до 8-9 лет и от 9-10 до 20 лет Структурные изменения в постнатальном онтогенезе лобной области коры большого мозга и коры мозжечка представляют собой регулярный процесс, каждый период которого закономерно структурирован и имеет как количественные, так и качественные морфологические различия

Выводы

1 Становление ансамблевой нейронной организации коры лобной области большого мозга человека и коры мозжечка в постнатальном онтогенезе обусловлено развитием комплекса изменений их нейро- и фиброархитектоники параллельно с совершенствованием структурной организации внутрикоркового микроциркуляторного русла, а также возрастными преобразованиями глиального компонента, которые приводят к нарастанию размеров и усложнению композиции нейронных группировок в ансамблеобразующих слоях

2 В постнатальных преобразованиях ансамблевой организации лобной области коры большого мозга и зернистого слоя коры мозжечка человека выделены 4 качественно отличающихся периода развития от рождения до 1 года, от 2 до 4 лет, от 5 до 8-9 лет и от 9-10 до 20 лет

3 В перестройке нейронных ансамблей экранных структур мозга отмечается

- в течение первого периода (первый год жизни ребенка) - формирование нейронных группировок лестничного и гнездного типа (кластеризация нейронного пула ансамблеобразующих слоев), преобладание жестких (доминантных) системных связей,

- в течение второго периода (2-4 года - усложнение структуры гнездных группировок благодаря росту и дифференцировке составляющих их нейронов, преобладание вертикальных внутрикорковых связей,

- в течение третьего периода (от 5 до 8-9 лет) - дифференцировка и специализация нейронных ансамблей, интенсивное формирование внутри- и межансамблевых горизонтальных связей

- в течение четвертого периода (от 9-10 до 20 лет) - специализация нейронных ансамблей, преобладание гибких (вероятностных) локальных системных связей, структурная организация нейронных ансамблей постепенно стабилизируется

4 Темпы увеличения площади профильных полей нейронных группировок экранных структур мозга наиболее высоки от рождения до 3-5 лет, снижаются от 5-6 до 9 лет, в среднем стабилизируются после 9-12 лет

Суммарная площадь нейронов в составе группировок коры лобной области нарастает в течение первого года жизни, к 2-3, 5-6 и 9-12 годам

Расстояние между группировками нарастает к 1, 2-3 и 5 годам, уменьшается к 10-12 годам, что свидетельствует о различиях в характере роста и структурной специализации нейронных ансамблей у детей от рождения до 5 лет и у детей от 6 до 12 лет

5 Нарастание толщины пучков радиарных волокон как коркового компонента ансамблевой организации продолжается во фронтальной коре до 8-9 лет, расстояние между радиарными пучками увеличивается до 12 лет

6 Снижение в постнатальном онтогенезе удельного объема сосудистого компонента фронтальной коры, связанное с перестройкой внутрикоркового микроциркуляторного русла в направлении его магистрализации, сопровождается нарастанием глиального компонента в структуре нейронных ансамблей Преобладание сосудистого компонента над глиальным продолжается от рождения до 3-5 лет, нарастание глиального компонента по сравнению с сосудистым - до 7-8 лет

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Цехмистренко Т А, Черных Н А Ансамблевая организация экранных структур мозга как основа анализа морфо-функциональных преобразований коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе// Мат-лы V международной конференции нейрогистологов «Колосовские чтения-2006», 24-26 мая, СПб, 2006. - Морфология,2006 -Т 129, №2 -С 99-100

2 Черных НА Некоторые закономерности возрастных преобразований цитоархитектоники, фиброархитектоники и модульной организации лобной коры большого мозга и коры мозжечка человека// Мат-лы V международной конференции нейрогистологов «Колосовские чтения-2006», 24-26 мая, СПб, 2006 - Морфология, 2006 -Т 129,№2 -С 101

3 Козлов В И, Цехмистренко Т.А, Черных H А Периоды структурных преобразований ансамблевой организации коры большого мозга и коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе по данным морфометрического синтеза// Мат-лы V международной конференции нейрогистологов «Колосовские чтения-2006», 24-26 мая, СПб, 2006 -Морфология, 2006 -Т 129, №2 - С 47-48

4 Цехмистренко Т А, Артеменко О И, Черных H А Структурные преобразования ансамблевой организации и ангиоархитектоники коры большого мозга и коры мозжечка у детей// Мат-лы II Всероссийской научной конференции с международным участием «Микроциркуляция в клинической практике», 19-20 апреля 2006 - Ангиология и сосудистая хирургия, 2006 - Т 12 (приложение) - С 57-58

5 Козлов В И Цехмистренко Т А, Черных H А Закономерности и периодизация развития экранных структур мозга человека в постнатальном онтогенезе//ВестникРУДН Серия «медицина»,2006 - №2(34) - С 9-13

6 Цехмистренко Т А, Черных H А Структурные преобразования нейронных микроансамблей коры лобной области у детей и подростков// Морфология, 2006 -Т 129, №4 - С 133

7 Цехмистренко Т А, Черных В А Возрастные преобразования фиброархитектоники как основа совершенствования внутрикорковой интеграции в лобной доле большого мозга человека// Мат-лы конф, посвященной 70-летию Тверской гос мед академии и 100-летию со дня рождпроф И С Кудрина - Морфология, 2006 -Т 130, вып 5 - С 90

8 Цехмистренко Т А, Черных H А Асимметрия микроструктуры зернистого слоя коры мозжечка в постнатальном онтогенезе человека (по данным компьютерной морфометрии)// «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга-2006» (мат-лы Всероссийской конференции с международным участием) - M Ин-т мозга, 2006 - С 343-346

9 Черных H А Возрастные особенности нейронных группировок в лобной коре большого мозга человека// «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга-2006» (мат-лы Всероссийской конференции с международным участием) - M Ин-т мозга, 2006 - С 347-350

10 Цехмистренко ТА, Козлов ВИ, Черных НА Структурные преобразования микроциркуляторного русла лобной области коры большого мозга человека в постнатальном онтогенезе// Статья в мат-лах научно-практ конф «Инновационные технологии в морфологии (включая учебный процесс)» - СПб,2007 -С 140-143

Черных Николай Александрович (Россия) «Структурные преобразования ансамблевой организации коры лобной области большого мозга и коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе»

Изучены структурные преобразования нейронных ансамблей коры лобной области (на примере полей 45, 10 и 8) и зернистого слоя коры в области полушарий мозжечка человека от рождения до 20 лет в погодовых интервалах. Показано, что становление ансамблевой нейронной организации экранных структур мозга в постнатальном онтогенезе обусловлено развитием комплекса изменений их нейро- и фиброархитектоники параллельно с совершенствованием структурной организации внутрикоркового микроциркуляторного русла, а также возрастными преобразованиями глиального компонента, которые приводят к нарастанию размеров и усложнению композиции нейронных группировок в ансамблеобразующих слоях Выявлены 4 качественно отличающихся периода развития от рождения до 1 года, от 2 до 4 лет, от 5 до 8-9 лет и от 9-10 до 20 лет, характеризующиеся спецификой структурных изменений нейронного, волокнистого и глио-сосудистого компонентов внутрикорковых ансамблей

Chernikh Nikolay Aleksandrovich (Russia) «Structural transformations of the ensemble organizations of human frontal cerebral and cerebellar cortex in postnatal ontogenesis »

Structural transformations of neural ensembles of frontal cortex (are investigated by the example of fields 45, 10 and 8) and a granular layer of a cortex in the field of hemispheres of a cerebellum of the person from a birth till 20 years It is shown, that becoming the neural ensemble organization of screen structures of a brain m postnatal ontogenesis is caused by development of a complex of their changes neuro- and fibroarchitectomc in parallel with perfection of the structural organization mtracortical microcirculatory channels, and also age transformations a glial component which lead to increase of the sizes and complication of a composition of neural groupmgs in ensemblemaking layers 4 qualitatively distinguished periods of development are revealed from a birth till 1 year, from 2 till 4 years, from 5 till 8-9 years and from 9-10 till 20 years, described by specificity of structural changes of neural, fibrous and glio-vascular components of mtracortical ensembles

Актуальность исследования. Известно, что нервная система, подобно всем системам организма, постоянно претерпевает функциональные, структурные и метаболические, в том числе возрастные преобразования (Wong-Riley М.Т.Т., 1989; Golding D.W., 1994; Фанарджян В.В., 1995; Боголепов Н.Н., 1996; Швалев В.Н., 1996). Разработка целостных представлений о структурной организации и системных морфологических преобразованиях различных отделов мозга человека на разных этапах индивидуального развития составляют одну из нерешенных проблем современной неврологии (Саркисов С.А., 1960; Адрианов О.С., 1987; Боголепов Н.Н., 1992; Худоерков P.M., 1995; Боголепова И.Н. и соавт., 2003).

В настоящее время особую актуальность приобретают исследования возрастных структурных изменений ансамблевой организации корковых формаций мозга (Антонова A.M., 1985; Бабминдра и соавт., 1988; Leise Е.М., 1990; Семенова Л.К. и соавт., 1994; Kozlov V.I. et al., 2005). Возрастной системный подход к изучению корковых формаций позволяет не только проследить динамику структурных преобразований в онтогенезе, но и сопоставить характер детерминируемых изучаемыми структурами возрастных функциональных проявлений с возрастными особенностями их структурной организации (Лурия А.Р., 1973; Хризман Т.П. и соавт., 1991; Farber D.A. et al., 1993; LaBerge D., 1995).

Изучению структуры различных отделов коры мозга человека в онтогенезе посвящены фундаментальные работы коллектива Института мозга РАМН (Филимонов И.Н., 1953; Поляков Г.И., 1959; Преображенская Н.С., 1959; Станкевич И.А., 1965; Шевченко Ю.Г., 1972). Систематические данные о возрастных преобразованиях лобной области коры представлены в работах Е.П.Кононовой (1940-1972), J.L.R.Conel (1939-1967), Т.А.Цехмистренко (1988), Н.В.М. Uylings et al., (1990).

Многосторонние функции лобных долей мозга, особенно их важнейшая роль регулятора в процессах активации, а также в механизмах произвольного контроля с помощью речи делают выяснение особенностей возрастных микроструктурных преобразований коры лобной области большого мозга особенно актуальным: именно она обеспечивает наиболее сложные интегративные процессы в центральной нервной системе (Поляков Г.И., 1965; Хомская Е.Д., 1976; Лурия А.Р., 1982; Fuster J.M., 1997; Owen A.M., 1997; Duncan J. et al., 2000).

По мере совершенствования методов становятся все более актуальными исследования, направленные на выяснение механизмов нейронной интеграции, важнейшим звеном которой являются структурные и функциональные объединения нейронов (Новожилова А.П., Бабминдра В.П., 1996). Исследование преобразований клеточных популяций в онтогенезе на основе методов количественной оценки их структурной организации является одной из наиболее актуальных задач нейроморфологии (Леонтюк А.С., 2002). Возрастные преобразования нейронных группировок в лобной области коры больших полушарий и коре мозжечка представляют большой интерес для изучения (Goldman-Rakic P.S., 1984; Cummings J.L., 1993). Это связано с большой функциональной значимостью центральных регуляторных систем мозга с участием этих корковых формаций как для индивидуального развития, так и для успешной адаптации в различных средовых условиях (Агаджанян Н.А., 1983; Агаджанян Н.А. и соавт., 1986; Агаджанян Н.А., Никитюк Б.А., 1999; Боголепова И.Н., 1994; Семченко В.В., 1994; Бароненко В.А., 2002).

Изучение морфофункциональных аспектов ансамблевой организации корковых формаций мозга проводились B.Mountcastle (1981), J. Szentagothai (1983, 1993), А.С.Батуевым (1981), В.П.Бабминдра и соавт. (1988). В исследованиях А.М.Антоновой (1978, 1985) анатомически обосновано построение сенсомоторной и соматосенсорной коры мозга человека по нейро-глио-сосудистому радиарно-ячеистому принципу.

Позднее была подтверждена обоснованность распространения этих представлений и на другие области коры больших полушарий (Семенова JI. К. и соавт. (1989, 1994). Однако систематические исследования структурных взаимоотношений компонентов нейро-глио-сосудистых ансамблей лобной области коры мозга человека с помощью современных нейроанатомических и компьютерных методов в широком онтогенетическом плане до сих пор не проводились.

Филогенетически наиболее новыми, «сугубо человеческими», испытывающими значительное формирующее воздействие социального фактора принято считать корковые поля, имеющие отношение к эффекторным речевым функциям, в частности поле 45, функционально связанное с экспрессивной (моторной) речью, а именно с правильным произношением слов, связных предложений и пением. Речедвигательные поля сравнительно мало изучены (Боголепова И.Н. и соавт., 2000, 2002), как и недостаточно изученными остаются возрастные структурные изменения глазодвигательного поля 8, участвующего в регуляции процесса письма, и интегративного поля 10, принимающего участие в построении алгоритмов сложных поведенческих реакций и управлении эмоциональным поведением (Groenewegen H.J. et al., 1997; Barcelo F., 2000; Miller E.K., Cohen J.D., 2001; Rowe J.B., 2005).

Известно, что капиллярная сеть вместе с приносящими артериолами и отводящими венулами действует как единый модуль, который вместе с окружающими тканевыми компонентами составляет гистофизиологическую микросистему органа. В функциональном отношении каждый микрососудистый модуль обеспечивает кровоснабжение в соответствующем микрорегионе органа и поддержание в нем гомеостаза; поэтому он и рассматривается как функциональный элемент органа (Козлов В.И., 1994; 2002; Охотин В.Е., Куприянов В.В., 1996). В то же время сосудистый компонент внутрикорковых ансамблей экранных структур мозга в возрастном аспекте изучен недостаточно (Vorbrodt A.W. et al., 1990; Банин В.В., 2002).

В последнее время все больше внимания уделяется исследованию тонких интра- и транскортикальных связей коры большого мозга (Peters А. et al., 1990; Braitenberg V., Schuz A., 1991). Однако, несмотря на достаточную изученность структуры локальных внутрикорковых межнейронных и нейро-глиальных взаимоотношений, возрастные аспекты их преобразований в системе нейро-глио-сосудистых ансамблей лобной коры остаются недостаточно разработанными (Оржеховская Н.С., 1973, 2000).

У человека наибольшей полноты развития и сложности структурной дифференцировки по корковому типу наряду с корой большого мозга достигает кора мозжечка (Cajal S.Ramon у, 1909-1911; Palay S.L., Chan-Palay V., 1974; Sultan F., Braitenberg V., 1993). В последнее время все больше внимания уделяется изучению постнатальных изменений микроструктуры коры мозжечка (Zecevic N., Rakic P., 1976; Karam S.D., Kim Y.S., Bothwell M., 2001; Liesi P. et al., 2003). Однако, несмотря на достаточную изученность нейроархитектоники и структуры локальных межнейронных связей в коре мозжечка (Eccles J.C. et al., 1967; Фанарджян В.В., 1975; Braak Е., Braak Н., 1983; Carpenter M.V., 1991), возрастные аспекты преобразований ее ансамблевой организации остаются неразработанными.

В современных морфологических исследованиях широко применяются компьютерные методы считывания и обработки количественных данных непосредственно с гистологических препаратов, позволяющие получить новую достоверную и объективную информацию (Обухов Д.К., 1994; Рудаков П.И. и соавт., 2000). Однако работы по изучению микроструктуры лобной области коры большого мозга человека с применением компьютерного анализа оптических изображений единичны (Цехмистренко Т.А. и соавт., 2000; Боголепова И.Н. и соавт.,

2003), а для комплексного изучения возрастных преобразований ансамблевой организации лобной области коры и коры мозжечка на микроанатомическом уровне компьютерные методы исследования практически не применялись.

Цель исследования. Цель настоящей работы состоит в изучении структурных преобразований нейронных ансамблей коры лобной области большого мозга и коры мозжечка человека от рождения до 20 лет. Задачи:

1. Изучить в погодовых интервалах структурные преобразования нейро-глио-сосудистых ансамблей в функционально различных полях (45, 10 и 8) лобной области коры большого мозга человека.

2. Изучить на количественной основе перестройку нейро- и фиброархитектоники полей 45, 10 и 8 лобной области коры большого мозга человека от рождения до 20 лет.

3. Выявить компоненты ансамблевой организации в зернистом слое коры неоцеребеллума и изучить возрастные перестройки нейронных ансамблей в коре мозжечка человека от рождения до 20 лет.

4. На основе морфометрического синтеза комплекса количественных параметров выявить динамику и периоды развития нейронных ансамблей экранных структур мозга.

Объектом исследования служили поля 45, 10 и 8 коры лобной области большого мозга и кора в области двубрюшной дольки мозжечка человека от рождения до 20 лет. Выбор полей обусловлен как функциональной значимостью собственно исследуемых корковых локусов, так и пониманием важной роли анализируемых структур в целостных механизмах построения комплексных алгоритмов поведенческих программ.

Научная новизна исследования. На основе комплексного исследования 45, 10 и 8 полей лобной области коры большого мозга человека, а также коры мозжечка в период от рождения до 20 лет получены новые данные об особенностях развития ансамблеобразующих слоев в каждом конкретном поле, установлены общие и специфические особенности динамики развития этих полей. В коре большого мозга установлены периоды интенсивного и замедленного роста группировок нейронов в III и V корковых слоях, входящих в их состав пирамидных и непирамидных нейронов, количественные характеристики фиброархитектоники, а также удельные объемы глиального и сосудистого компонентов микроструктурной организации коры. На основе методов морфометрического синтеза получены новые данные о возрастных периодах развития нейро-глио-сосудистых внутрикорковых ансамблей коры большого мозга человека, а также об особенностях возрастных преобразований ансамблевой организации коры мозжечка человека. Впервые показано, что в постнатальном развитии внутрикорковых ансамблей динамика изменений глиального и сосудистого компонентов в их структуре носит периодический характер.

Научная и практическая значимость исследования.

Полученные данные позволяют расширить теоретические представления о структурных изменениях нейро-глио-сосудистых ансамблей коры лобной области и кластерной структуры зернистого слоя коры мозжечка человека в процессе постнатального онтогенеза.

Данные о возрастных преобразованиях микроструктуры полей лобной области коры, имеющих отношение к контролирующим аппаратам речевой функции, перцептивной деятельности в ходе зрительного восприятия, а также регуляции мотивационных и психоэмоциональных состояний, особенно актуальны в связи с задачами совершенствования интегративных функций мозга детей и подростков в процессе современного образовательного процесса с учетом возрастных возможностей организма и особенностей постнатального развития мозга.

Результаты исследования представят интерес для специалистов, работающих по проблемам возрастной морфологии, физиологии, а также для психологов и психофизиологов.

Полученные данные использованы в преподавании анатомии нервной системы на кафедре анатомии человека Российского университета дружбы народов, а также при разработке учебного пособия для вузов В.И.Козлова и соавт. «Практикум по анатомии для стоматологов», М., Изд-во РУДН, 2007, гриф КУМС по анатомии и гистологии Министерства здравоохранения и соцразвития РФ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В постнатальных преобразованиях ансамблевой организации лобной области коры большого мозга и зернистого слоя коры мозжечка человека выделены 4 качественно отличающихся периода развития: от рождения до 1 года, от 2 до 4 лет, от 5 до 8-9 лет и от 9-10 до 20 лет.

2. В перестройке нейронных ансамблей экранных структур мозга отмечается:

- в течение первого периода (первый год жизни ребенка) -формирование нейронных группировок лестничного и гнездного типа (кластеризация нейронного пула ансамблеобразующих слоев), преобладание жестких (доминантных) системных связей;

- в течение второго периода (2-4 года - усложнение структуры гнездных группировок благодаря росту и дифференцировке составляющих их нейронов, преобладание вертикальных внутрикорковых связей;

- в течение третьего периода (от 5 до 8-9 лет) - дифференцировка и специализация нейронных ансамблей, интенсивное формирование внутри-и межансамблевых горизонтальных связей.

- в течение четвертого периода (от 9-10 до 20 лет) - специализация нейронных ансамблей, преобладание гибких (вероятностных) локальных системных связей; структурная организация нейронных ансамблей постепенно стабилизируется.

Выводы

1. Становление ансамблевой нейронной организации коры лобной области большого мозга человека и коры мозжечка в постнатальном онтогенезе обусловлено развитием комплекса изменений их нейро- и фиброархитектоники параллельно с совершенствованием структурной организации внутрикоркового микроциркуляторного русла, а также возрастными преобразованиями глиального компонента, которые приводят к нарастанию размеров и усложнению композиции нейронных группировок в ансамблеобразующих слоях.

2. В постнатальных преобразованиях ансамблевой организации лобной области коры большого мозга и зернистого слоя коры мозжечка человека выделены 4 качественно отличающихся периода развития: от рождения до 1 года, от 2 до 4 лет, от 5 до 8-9 лет и от 9-10 до 20 лет.

3. В перестройке нейронных ансамблей экранных структур мозга отмечается:

- в течение первого периода (первый год жизни ребенка) -формирование нейронных группировок лестничного и гнездного типа (кластеризация нейронного пула ансамблеобразующих слоев), преобладание жестких (доминантных) системных связей;

- в течение второго периода (2-4 года) - усложнение структуры гнездных группировок благодаря росту и дифференцировке составляющих их нейронов, преобладание вертикальных внутрикорковых связей;

- в течение третьего периода (от 5 до 8-9 лет) -дифференцировка и специализация нейронных ансамблей, интенсивное формирование внутри- и межансамблевых горизонтальных связей.

- в течение четвертого периода (от 9-10 до 20 лет) -специализация нейронных ансамблей, преобладание гибких (вероятностных) локальных системных связей; структурная организация нейронных ансамблей постепенно стабилизируется.

4. Темпы увеличения площади профильных полей нейронных группировок экранных структур мозга наиболее высоки от рождения до 3-5 лет, снижаются от 5-6 до 9 лет, в среднем стабилизируются после 9-12 лет.

Суммарная площадь нейронов в составе группировок коры лобной области нарастает в течение первого года жизни, к 2-3, 5-6 и 912 годам.

Расстояние между группировками нарастает к 1, 2-3 и 5 годам, уменьшается к 10-12 годам, что свидетельствует о различиях в характере роста и структурной специализации нейронных ансамблей у детей от рождения до 5 лет и у детей от 6 до 12 лет.

5. Нарастание толщины пучков радиарных волокон как коркового компонента ансамблевой организации продолжается во фронтальной коре до 8-9 лет, расстояние между радиарными пучками увеличивается до 12 лет.

6. Снижение в постнатальном онтогенезе удельного объема сосудистого компонента фронтальной коры, связанное с перестройкой внутрикоркового микроциркуляторного русла в направлении его магистрализации, сопровождается нарастанием глиального компонента в структуре нейронных ансамблей. Преобладание сосудистого компонента над глиальным продолжается от рождения до 3-5 лет, нарастание глиального компонента по сравнению с сосудистым - до 7-8 лет.