Методы изучения физиологии центральной нервной системы

Введение

По меткому выражению И. П. Павлова, физиоло­гия движется вперед благодаря совершенствованию методик. Наши сегодняшние знания о функции нервной системы — от нейрона и синапса до мозга в целом — базируются на весьма широком спектре методов, кото­рые можно объединить в три группы: аналитические, нейрокибернетические и нейропсихологические.

1. Аналитические методы

К классическим аналитическим методам относят­ся методы разрушения, функционального выключе­ния и раздражения нервных структур. С помощью этих, а также методов клинических наблюдений, были выяснены основные закономерности работы нервных волокон, нервных центров и мозга в целом. В конце 40-х — начале 50-х гг. прошлого века в практику широко внедрился метод, основанный на использовании микроэлектродов — стеклянных микропипеток, заполненных электроли­том, или тончайших металлических электродов, изолированных по всей длине, кроме торца. В качестве электродов использо­вали различные металлы (серебро, золото, платина), и сплавы. Рабочая часть микроэлектродов — самый кончик— имеет диаметр от 0,5 до 1,5 мкм, что позво­ляет подводить его к нейрону и даже вводить внутрь, не повреждая клетку. Таким образом, оказалось воз­можным длительное время (часами) регистрировать электрические процессы, сопровождающие деятель­ность нейронов в самых различных условиях прове­дения эксперимента. Наиболее ценные результаты на начальном этапе развития микроэлектродной техники были получены Экклсом, Ллойдом, Катцем, а у нас в стране — П. Г. Костюком. Совершенствование микроэлектродной техники привело к созданию многоствольных стеклянных микроэлектродов, где один из каналов используется для отведения потен­циалов, а другие (от 4 до 10) — для инъекции в ней­рон различных веществ с целью выяснения их роли в функциональных отправлениях клетки. К настояще­му времени не существует, очевидно, структур ЦНС, нейроны которых не были бы предметом изучения с помощью микроэлектродов, — от коры до глубинных ядерных образований головного мозга, клеточных ядер спинного, периферических, соматических и вегетатив­ных ганглиев, рецепторов.

С 20-х годов прошлого века широко распространился метод регистра­ции суммарных электрических колебаний коры моз­га, отводимых от кожи головы,— ЭЭГ; от поверхно­сти обнаженного мозга — электрокортикограмма (ЭКоГ); от глубоких структур — электросубкортикограмма (ЭСКоГ). При этой методике используются макро­электроды с рабочей поверхностью от единиц до десят­ков квадратных миллиметров. Часто, одновременно с сум­марной регистрацией, проводится и отведение нейрон­ной активности с помощью микроэлектродов.

ЭЭГ-метод долгое время использовался в эксперимен­тальной физиологии лишь в острых опытах. В 1934 г. А. Б. Коганом были разработаны электроды и методи­ки их вживления в различные структуры мозга, что позволило регистрировать потенциалы в условиях сво­бодного поведения животных. В дальнейшем этот же метод был распространен и на микроэлектродные ис­следования. Более того, в последние 30 лет широко применяется метод хронического вживления электро­дов в клинике нервно-психических заболеваний.

Применение специальных электродов, накладыва­емых на поверхность мозга или вживляемых в под­корковые структуры человека, и усилителей посто­янного тока позволяет регистрировать так называе­мые сверхмедленные электрические процессы (СМЭП) при реализации психической и двигательной актив­ности человека в норме и патологии.

В рамках электрофизиологического подхода к изуче­нию функций центральной нервной системы следует выделить метод изучения вызванных реакций. Извест­но, что при применении различных стимулов в теку­щей ЭЭГ возникают специфические комплексы потен­циалов, закономерно повторяющиеся от стимула к сти­мулу. Этот электрофизиологический феномен получил название «вызванный потенциал» (ВП). Принято счи­тать, что ВП является отражением перераспределения текущей активности. Это перераспределение связано с афферентным залпом. Поскольку ВП имеют относи­тельно короткий латентный период (10-30 мс) и ко­роткое время развития (до 400-500 мс), регистрация их связана с определенными методическими приема­ми.

Все вышеперечисленные методы должны завер­шаться морфологическими исследованиями, базиру­ющимися на современных методах гистологии и гис­тохимии. Последние позволяют идентифицировать структуры и отдельные нейроны, активность которых изучается электрофизиологическими методами. Таким образом удается связать функциональные и структур­ные особенности элементов ЦНС.

Широко известна чрезвычайно высокая чувстви­тельность центральной нервной системы к недостат­ку кислорода. Так, 5-6-секундная аноксия приводит к потере сознания, а прекращение кровоснабжения на 4-6 мин сопровождается необратимыми изменени­ями нервной ткани коры головного мозга. В клини­ческой нейрофизиологии, начиная с 60-х гг. прошлого века, началось применение метода изучения динами­ки наличного кислорода (О₂) мозга как во время ней­рохирургических операций, так и с помощью вживляемых для лечебных целей долговременных интрацеребральных электродов.

2. Нейрокибернетические методы

Начиная с работ Винера (1948), в исследовании центральной нервной системы нашел применение кибернетический подход. Такой подход предполагает изучение закономерностей саморегулирования функ­ций нервной системы. Основное внимание обращает­ся на функциональную организацию нервных струк­тур, изучение принципов восприятия, кодирования и хранения информации и, наконец, изучение законов управления, существующих в нервной системе. Ме­тодики нейрокибернетики базируются на новых под­ходах, отличных от классических. Общим для этих методов является моделирование механизмов регуля­ции и действия обратных связей на основе точного количественного учета и математической формализа­ции с использованием современных компьютеров. В зависимо­сти от конкретной ситуации нейрокибернетика использует адаптированные частные методики теории ин­формации, математической логики, теории автоматов, теории вероятности, теории массового обслуживания, теории синтеза информационных систем, теории раз­мытых множеств и размытых алгоритмов.

Как и в классической физиологии ЦНС, нейрокибернетический подход предусматривает изучение фун­кций на субклеточном, клеточном, ансамблевом, ядер­ном и органном уровнях. Организменный уровень применительно к функции ЦНС человека, в частно­сти, изучается уже за рамками собственно физиоло­гии и перекрывается с психологическим и нейропсихологическим подходами.

3. Нейропсихологические методы

К методам этой группы относятся, как правило, комплексные методы объективной оценки свойств ЦНС, связанных с психическими актами. К ним мож­но отнести ощущения, восприятие, внимание, память, мышление, произвольные двигательные реакции.

Поэтому эти методы применяются в равной мере как физиологами, так и психологами — все зависит от поставленной задачи. Объективизация результатов зачастую позволяет выделять отдельные компоненты нервно-психических актов, разделяя в них физиоло­гические и психические звенья. К этой группе можно отнести также методы изучения условно-рефлекторной деятельности.

ГЛАВА 1.Общая физиология возбудимых тканей

Дата добавления: 2014-12-27