На фоне высокоамплитудных медленных колебаний потенциала у близлежащих нейронов коры, как и предполагал Е. Эдриан, наблюдается высокая степень синхронизации импульсной активности. Эта синхронизация обусловлена одновременным прекращением разрядов при наступлении тормозных пауз, и, по-видимому, может быть названа синхронизацией по тормозному типу (Шульгина, Балашова, Охотников, 1990) (рис. 5 А, Б).
Рис. 5. Пример синхронизации в работе нейронов зрительной (1) и сенсомоторной (2) областей коры в фоне и в ответ на действие сочетания вспышек света (светлые стрелки) с ЭРК (темные стрелки). А – фоновая активность, Б – ответы на вспышки света – УС, В – ответы на комплексное действие вспышек с ЭРК, Г – ответы на ЭРК.
Необходимо подчеркнуть тот факт, что в процессе формирования фазной и фоновой и, особенно, вызванной активности нейронов большую роль играет послетормозная активация. Ее еще называют «посттормозная отдача» (postinhibitory rebound). Предполагается, что она обусловлена возрастанием мембранной проводимости при выраженной гиперполяризации клетки (Friesen, 1994; Wang, Rinzel, 1992).
В реализации тормозных влияний на уровне коры головного мозга основную роль играет ГАМК-ергическая нейромедиаторная система (Krnjevic,1974). Дериват ГАМК – Фенибут, как показано далее (Глава III, 7), изменяет биоэлектрическую активность коры головного мозга идентично изменениям ее при выработке внутреннего торможения.
«Судорожные» потенциалы. «Судорожные» потенциалы являются специфической формой биоэлектрической активности, практически единственной, которая имеет место только в условиях патологии нервной ткани вследствие травмы, локального нарушения обмена веществ, либо при действии препаратов – антагонистов ГАМК. Это могут быть либо одиночные, типа пик – волна, либо ритмичные высокоамплитудные колебания потенциала. Тем и другим соответствует либо фазная активность нейронов, чередование их активации и торможения, либо интенсивная тоническая импульсация. С применением внутриклеточного отведения показано, что генез «судорожных» потенциалов определяется взаимодействием ВПСП и ТПСП (Enomoto, Ajmone-Marsan, 1959; Li Ch-L. 1959).
Проведенные нами эксперименты на модели сети из возбудительных и тормозных элементов выявили причины возникновения «судорожной» активности в ЭЭГ (Фролов Медведев, Долина и др., 1984). Оказалось, что характерные для такого рода активности высокоамплитудные «судорожные» колебания потенциала возникают при условии 1) наличия в сети возвратного и латерального торможения и 2) повышения порога срабатывания тормозных НЭ. При этом на фоне постоянного притока слабого возбуждения вначале происходит интенсивное вовлечение в совместную работу большого числа возбудительных НЭ вследствие отсутствия ограничения его со стороны тормозных влияний. В последующий момент времени чрезмерная активация возбудительных НЭ прекращается посредством мощного включения в реакцию тормозных НЭ под влиянием возвратных связей от возбудительных НЭ. Затем весь процесс повторяется снова вследствие наличия в системе послетормозного повышения возбудимости (рис. 6).
Рис. 6. Имитация генерации «судорожной» медленно-волновой (а) и импульсной (б, в, г, д) активности на модели сети из возбудительных и тормозных нейроноподобных элементов (По Фролов и соавт. 1984).
Активация ЭЭГ. При воздействии любого нового или знакомого, но биологически значимого раздражителя, в новой коре и других структурах головного мозга вслед за ВП регистрируется более или менее длительное снижение амплитуды фоновых медленных колебаний потенциала. Изменения им-пульсации отдельных нейронов новой коры при этом могут иметь три формы. Это или длительное торможение ее (рис. 7), или тонические упорядоченные разряды, частота которых находится в пределах 1-100 в секунду, в большинстве случаев 20–40 в секунду, (рис. 5, В, Г,). Упорядоченность этих разрядов определяется устранением тормозных пауз, т. е. ослаблением тормозных гиперполяризационных процессов и послетормозной активации.
Стресс-ритм. В гиппокампе и в связанных с ним двусторонними связями структурах лимбической системы (прозрачная перегородка, маммилярные тела, антеровентральное ядро таламуса и др.) на фоне активации ЭЭГ возникает и другая форма повышения упорядоченности в распределении импульсной активности во времени, а именно, групповые разряды в стресс-ритме, 5–7/c (рис. 7).
Рис. 7. Пример торможения нейронов гиппокампа и появления упорядоченной активности в ритме тета у одного из нейронов на фоне появления этого ритма в ЭКоГ в ответ на электрокожное раздражение конечности (отмечено стрелкой). 1-запись активности нейронов, 2 – запись ЭКоГ дорзального гиппокампа тем же микроэлектродом.
Хотелось бы подчеркнуть, что в генезе стресс-ритма ТПСП не участвуют. Он возникает вследствие колебания уровня деполяризации мембранного потенциала нервных клеток под влиянием групповых разрядов из медиальных ядер прозрачной перегородки – septum pellucidum (Fujita, Sato,1964; Tombol, Petsche, 1969, Krnjevic et al., 1988). При этом необходимо иметь в виду, что в гиппокампе и в других структурах лимбической системы имеет место две формы сходной по ритму активности. Первая – это ритм в полосе тета (5–7 в сек), который существует, наряду с другими частотами, в ЭЭГ покоя. Обычно ритм покоя у животных находится в пределах 1 – 10 гц (Труш и Королькова, 1971).
Тот, кто не работает с раздражителями и с активным состоянием животного, принимает этот ритм за тета и совершенно справедливо убежден, что его генез определяется взаимодействием ВПСП и ТПСП. Однако, в ответ на стимуляцию в лимбической системе возникает другой ритм в той же полосе – 5–7 в сек, по определению П. К. Анохина – стресс-ритм, но этот ритм уже не осложняется другими частотами, имеет совсем другой генез. Первыми в этом разобрались японские авторы Fujita & Sato (1964). Они провели специальные эксперименты по изучению динамики амплитуды ВПСП и ТПСП по мере изменения уровня мембранного потенциала клеток гиппокампа внутриклеточным электродом и пришли к заключению, что в генезе стресс-ритма ТПСП участия не принимают. Показано, что активация септальных афферентов инициирует ТПСП в тормозных клетках гиппокампа, но не в пирамидальных клетках. Эти результаты предполагают, что ГАМК-ергические септо-гиппокампальные афференты тормозят гиппокампальные тормозные клетки и таким образом растормаживают пирамидальные клетки. Это растормаживание может иметь вклад в передачу тета-ритма от септум к гиппокампу (Toth et al., 1997; Brazhnik, Fox, 1999). В пользу представления о том, что стресс-ритм реализуется без участия ТПСП, свидетельствуют работы, в которых показано, что анксиолитики, в том числе Фенибут, усиливающие работу ГАМКергической системы, снижают его выраженность в гиппокампе (Шульгина и соавт. 1985). Справедливости ради надо сказать, что генез тета-ритма в ядрах перегородки еще неясен, предполагается, что здесь-то в нем могут принимать участие и ТПСП, но не в самом гиппокампе.
Нейроны гиппокампа получают от ядер прозрачной перегородки групповые разряды. Тета-ритм в этих условиях возникает в виде колебаний уровня деполяризации мембранного потенциала. В разбиении разрядов нейронов гиппокампа на группы принимает участие, в частности, процесс чрезмерной деполяризации, что проявляется у некоторых из них в изменении (постепенное снижение) амплитуды потенциалов действия в группе. Это явление и нам удавалось записывать даже при экстраклеточном отведении. На основе этих данных можно видеть полную общность в генезе тонических разрядов нейронов новой коры и гиппокампа, возникающих на фоне активации ЭЭГ, и в генезе групповых разрядов в стресс-ритме в гиппокампе и в связанных с ним других структурах лимбической системы. Та и другая форма активности имеет в основе относительное ослабление тормозных гиперполяризационных процессов и отличается высокой степенью упорядоченности в распределении импульсации нейронов во времени.
Имеются данные о том, что посредством стимуляции одних структур ствола мозга можно вызвать преимущественно активацию ЭЭГ в виде снижения амплитуды медленных колебаний потенциала, а при стимуляции других структур возникает преимущественно тета-ритм (Torii, 1962; Kawamura, Nakamura, Tokizane, 1961). Следует отметить, что тета-ритм в состоянии бодрствования регистрируется в лимбических структурах и у человека (Брейже, 1967).
Неправомерность употребления термина «десинхронизация ЭЭГ». В свете вышесказанного можно видеть, что в своем объяснении причин повышения амплитуды ЭЭГ в состоянии покоя или торможения поведения и снижения ее при действии новых или биологически значимых раздражителей Э. Эдриан был прав лишь в первой части своей гипотезы. Высокая амплитуда медленных колебаний потенциала в состоянии покоя или торможения поведения действительно определяется наличием синхронизации в работе отдельных нейронов, обусловленной почти одновременным наступлением тормозных пауз в их импульсации. Но в ответ на стимул на фоне активации ЭЭГ значительная часть нейронов переходит на другой режим работы: фазная активность большей или меньшей степени регулярности уступает место длительным тоническим или групповым (в стресс-ритме) разрядам. Степень неопределенности в распределении разрядов нейронов новой коры и гиппокампа на фоне активации ЭЭГ уменьшается, снижается их энтропия (Шульгина и Кориневский, 1973, 1975; Шульгина, Кориневский, Ляпкусова, 1972). При этом, как показали проведенные нами расчеты, возникает другая форма синхронизации близлежащих нейронов по сравнению с синхронизацией на фоне повышенной амплитуды медленных потенциалов. Нейроны начинают работать синхронно в бодром деятельном состоянии мозга не за счет одновременного возникновения тормозных пауз, а за счет повышения числа совпадений их разрядов в единицу времени. Эту форму синхронизации можно назвать синхронизацией по активационному типу (Шульгина, 2007; Шульгина и Охотников,1990; Шульгина, Балашова, Охотников, 1990). Поэтому, очевидно, что термин, предложенный Эдрианом: «десинхронизация ЭЭГ» – для обозначения снижения ее амплитуды при активном деятельном состоянии мозга, применять неправомерно. Более приемлемым является термин «активация ЭЭГ», поскольку в этих условиях происходит относительное снижение уровня тормозных гиперполяризационных процессов. При этом часть нейронов активируется либо в виде появления тонических разрядов, либо в виде – групповых, в стресс-ритме. Наряду с этим, у значительной части нейронов на фоне активации ЭЭГ наблюдается длительное тоническое торможение импульсации. Возможно, это торможение во многом определяет внешнее торможение текущей деятельности при действии постороннего стимула. Как известно, внешнее торможение реализуется на фоне активации ЭЭГ (Gastaut et al., 1957; Коган,1962).