Данилова Н.Н. Психофизиология

Подождите немного. Документ загружается.

жения во времени. Поражение мозжечка ведет

кдисметрии — плохому выполнению точных

движений.

Кроме сигналов от мозжечка, в моторную кору

поступают сигналы от базальных ганглиев —

структуры, которая ответственна за хранение как

двигательных программ врожденного поведения

(пищевого, питьевого и др.), так и приобретенных

навыков. Показано, что клетки базальных ганглиев,

так же как и мозжечка, разряжаются задолго до

движений, совершаемых животными в ответ на

сигнал. По данным Н.Ф. Суворова (1980), разряды

нейронов хвостатого ядра кошки на 50—150 мс

опережают ЭМГ-ком-понент хватательного

движения лапы, направленного на пищу, т.е.

возникающего как натуральный пищевой рефлекс.

В хвостатом ядре были найдены также нейроны, у

которых возбуждение опережало условную

двигательную пищевую и оборонительную ре-

акции. Эти реакции у нейронов появлялись с

выработкой условного рефлекса и исчезали с его

угасанием. Нейроны с реакциями опережающими

двигательные оборонительные и пищевые

условные рефлексы, локализованы в различных

частях хвостатого ядра.

Г. Могенсон и его коллеги

(Мо§еп80пО.Ь.^опе50.1..,.лт С.]., 1980),

рассматривая механизм локомоции и оральных

двигательных актов, связанных с глотанием,

поеданием пищи и питьем, в качестве ключевых

структур мозга выделяют хвостатое ядро и при-

легающее ядро стриатума (часть базальных

ганглиев). Функция ХЯ — обеспечение

произвольных действий в составе навыка.

Прилегающее ядро (п.асситЬепз) имеет отношение

к врожденному поведению. Инъекция ДА в

прилегающее ядро вызывает у крыс локомоторные

реакции в открытом поле- Электрическая

стимуляция этого ядра вызывает жевательные и

глотательные реакции. Прилегающее ядро

находится под контролем вентрально-тегмен-

тальной области (ВТО), которая получает ДА-

ергические проекции от ствола мозга.

Электрическим раздражением ВТО можно вызвать

поведение атаки — нападения. ВТО является

связующим звеном между лимбической системой и

п.ассиптЬепк. Последнее имеет выход на бледный

шар (рис. 53). Активация ВТО вызывает эффект

«торможения торможения» (тормозных

интернейронов), что обеспечивает ДА-ергическое

возбуждение нейронов п.асситЬепя. Предполагают,

что сигналы из ВТО к прилегающему ядру иници-

ируют различные виды целенаправленного

поведения (оборонительное, пищевое, питьевое).

Сходный механизм действует и в системе

черная субстанция — ХЯ. Черная субстанция

относительно ХЯ выполняет функцию,

аналогичную ВТО для прилегающего ядра. Однако

стимулами, запускающими эту цепь реакций,

являются сигналы не из лимби-

245

и ^

ЕС

0 Я

Черна

субстанци

и ^

П '-"

3§ |§

&§

Хвостат

ое ядро

(неостриату

м)

б «

а з

I ^

Прилегающее ядро

(вентральный

стриатум)

—

—>

—

»-

- .

вто

Рис. 53. Схема связей хвостатого ядра и прилегающего ядра

— двух ключевых структур базальных ганглиев с корой и со

структурами, распространяющими ДА-ергические влияния.

Ассоциативная кора больших полушарий илимбическая

система инициируют программы моторных актов через

базальные ганглии. ВТО — вентрально-тегментальная

область.

ческой системы, а из ассоциативной коры, и прежде всего из

пре-фронтальной, которая имеет прямую проекцию на ХЯ.

Через бледный шар ХЯ и прилегающее ядро запускают

исполнение поведенческого акта, управляя моторными

системами нижнего ствола мозга. Параллельно сигналы через

таламус посылаются в моторную кору, которая включает

контролирующий механизм, влияющий на выполнение

действия.

Таким образом, моторная кора управляет движением,

используя информацию, поступающую как по сенсорным

путям от других отделов коры, так и от генерируемых в ЦНС

моторных программ, которые актуализируются в базальных

ганглиях и мозжечке и доходят до моторной коры через

таламус и префронтальную кору.

Согласно гипотезе, высказанной П. Робертсом,

актуализация моторных программ происходит вследствие

активации командных нейронов. Сами командные нейроны

могут контролироваться и затормаживаться сверху. Снятие

торможения с командных нейронов повышает их

возбудимость и тем самым высвобождает

246

«предпрограммированные» цепи для той деятельности, для

которой они предназначены.

По-видимому, существует общий биохимический

механизм актуализации моторных программ в результате

роста активности ДА- и НА-ергических систем в мозге. Эти

системы обладают свойством тормозить тормозные

интернейроны и тем самым растормаживать нейронные сети.

Имеются данные о наличии в стриатуме ГАМК-

ергических тормозных и нтер нейронов, которые тонически

тормозят запрограммированные нейронные цепи,

управляющие позой и движениями, а сами тормозятся ДА-

ергическими нейронами из черной субстанции. Показано, что

НА-волокна проецируются в мозжечок, их активация также

ведет к торможению тормозных интернейронов.

Сейчас многие исследователи разделяют точку зрения,

согласно которой ДА- и НА-ергические пути участвуют в

подавлении активности тормозных интернейронов в

структурах, вносящих вклад в инициацию и двигательный

контроль поведения- Таким образом, в базальных ганглиях,

мозжечке уже заложен механизм, который может

актуализировать хранящиеся в них двигательные программы.

Однако для приведения в действие всего механизма, не-

обходимо, чтобы в эти структуры поступил сигнал, который

послужил бы начальным толчком процесса.

8.3. МЕХАНИЗМ ИНИЦИАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНОГО

АКТА

Изучение процессов, определяющих выполнение

моторных программ, привело к представлению о двух

системах инициации движения. Одна из них — это

лимбическая система мозга, по терминологии Ю. Конорского,

«эмоциональный мозг». С помощью этой системы

осуществляется «трансляция мотивации в действие», т.е. в

действия, которые связаны с утолением голода, устранением

страха и удовлетворением других биологических

потребностей. По данным Г. Могенсона (Мо§еп5оп С. е1 а1.,

1980), эта трансляция достигается за счет особого пути

передачи сигналов от лимбичес-ких структур к базальным

ганглиям. При этом важным звеном, связывающим

лимбическую систему с моторной, является прилегающее

адро (п.асситЬепх). Его возбуждение сигналами из лимби-

ческой системы, по-видимому, через механизм активации ДА-

ер-гических путей ведет к актуализации врожденных

поведенческих программ.

С появлением ассоциативной коры у высших животных

увеличивается роль когнитивных процессов. Появляется

вторая система инициации движения — «когнитивный мозг»

(Конорский Ю-, 1970).

247

Он обеспечивает запуск различных специфических движений

в соответствии с инструкцией, установкой на ответ, прошлым

опытом и обучением. Приход сигнала от ассоциативной коры

в нео-стриатум базальных ганглиев, который имеет обширные

сенсорные проекции, растормаживает его командные нейроны

и тем самым актуализирует двигательные программы,

главным образом двигательные автоматизмы, выученные

движения. Эти программы через таламус также достигают

моторной коры. Таков путь, через который «когнитивные

команды» инициируют программы движений, сохраняемые в

ЦНС. Прилегающее и хвостатое ядра фильтруют сигналы

соответственно от лимбической системы («эмоционального

мозга») и от церебральной коры («когнитивного мозга»). Хотя

в процессе филогенетического развития роль «когнитивного

мозга» в инициации двигательных ответов возрастает,

«эмоциональный мозг» и «когнитивный мозг» обычно

действуют совместно-

По Г. Могенсону, все процессы управления движением

можно представить тремя блоками: блоком инициации

движения, включающим лимбическую систему с

прилегающим ядром (п.ассит-Ьепй) и ассоциативную кору;

блоком программирования движения, включающим мозжечок,

базальные ганглии, моторную кору, таламус как посредника

между ними, а также спинальные и стволовые генераторы;

исполнительным блоком, охватывающим мотонейроны и

двигательные единицы. Следует иметь в виду, что управление

движением включает наряду с командами по прямым связям

обширную проприоцептивную и экстероцептивную

информацию по обратным связям.

«Эмоциональный мозг» (лимбическая система) действует

через п.ассигпЬепз и далее через другие структуры базальных

ганглиев. «Когнитивный мозг» (ассоциативная кора)

оказывает влияние на хвостатое ядро базальных ганглиев и

параллельно на мозжечок. Моторная кора получает сигналы

от мозжечка и базальных ганглиев через таламус.

Подобная схема объясняет не только инициацию

непроизвольных движений, врожденных форм двигательного

поведения и ав-томатизмов, но и произвольных движений.

Рефлексы и произвольные движения не противоречат друг

другу. Произвольные движения также подчиняются

рефлекторному принципу. Это особенно очевидно в случае

инструментальных реакций, которые являются простейшей

формой произвольных движений.

Что же отличает произвольное движение от

непроизвольного? По определению шведского

нейрофизиолога Р. Гранита (ОгапИ К.), которое он приводит в

своей книге «Целенаправленный мозг», произвольным в

произвольном движении является его цель. Цели

248

произвольных движений могут быть бесконечно

разнообразными. В.С. Гурфинкель также определяет

произвольное движение в связи с его целью. Рассматривая

профессиональные движения стрелков-спортсменов,

например прицеливание, он отмечает, что особенностью

хорошо управляемого движения у стрелка является точное

удержание цели. Пистолет неподвижен, тогда как многие

части тела двигаются, т.е. положение руки стрелка в

пространстве стабилизируется всякого рода рефлекторными

механизмами: вестибу" лоокулярной системой,

вестибулоспинальной системой и др.

Произвольные движения человека — это сознательно

регулируемые движения. У человека они тесно связаны с

речью. Роль речевого опосредования в превращении

непроизвольных импульсивных движений у детей в

произвольные и сознательно управляемые изучали А.Р. Лурия

и его сотрудники. Они установили, что активация детской

речи — предварительное планирование в речевой форме

предпринимаемых действий — ведет ребенка к овладению

своим поведением, тогда как задержка в речевом развитии

приводит к снижению уровня произвольной или волевой

регуляции двигательного поведения ребенка. Произвольные

движения, вызываемые инструкцией или внутренним

побуждением человека, опосредованы внутренней речью,

претворяющей замысел (цель) во внутренний план действий.

Ведущая роль в процессе управления движением

принадлежит префронтальной коре. Выполняемая ею

актуализация следов памяти позволяет префронтальной коре

корректировать внутреннюю модель внешнего мира в

соответствии с оперативно поступающей сенсорной

информацией, в том числе от выполняемого движения

(Гольдман-Ракич П.С., 1992). С функцией префронтальной

коры связывают способность мысленно проектировать

будущую траекторию движущейся цели. У макак резусов с

повреждением соответствующих участков в дорзальной части

префронтальной коры, где расположены глазодвигательные

центры, возникают расстройства мысленной экстраполяции

траектории движения.

Таким образом, управление и контроль за движением —

достаточно сложный процесс. Он включает обработку

информации, получаемой через прямые и обратные связи

между префронтальной корой, моторной корой, таламусом,

мозжечком, базальными ганглиями, а также стволом мозга и

спинным мозгом. Важная роль принадлежит

проприоцептивной и экстероцептивной афферента-ции.

Двигательная система организована по иерархическому прин-

ципу с постепенным увеличением сложности сенсомоторной

интеграции. На каждом ее уровне имеется своя «ведущая

афферента-ция» и собственный тип регулируемых движений.

249

8.4. ВЕКТОРНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЬНЫМИ И ВЕГАТАТИВНЫМИ

РЕАКЦИЯМИ

Согласно представлению о векторном кодировании

информации в нейронных сетях реализацию двигательного

акта или его фрагмента можно описать следующим образом,

обратившись к концептуальной рефлекторной дуге Е.Н.

Соколова. Исполнительная ее часть представлена командным

нейроном или полем командных нейронов. Возбуждение

командного нейрона воздействует на ансамбль премоторных

нейронов и порождает в них управляющий вектор

возбуждения, которому соответствует определенный паттерн

возбужденых мотонейронов, определяющий внешнюю

реакцию. Поле командных нейронов обеспечивает сложный

набор запрограммированных реакций. Это достигается тем,

что каждый из командных нейронов поочередно может

воздействовать на ансамбль премоторных нейронов, создавая

в них специфические управляющие векторы возбуждения,

которые и определяют разные внешние реакции. Все

разнообразие реакций, таким образом, можно представить в

пространстве, размерность которого определяется числом

премоторных нейронов, возбуждение последних образуют

управляющие векторы.

Структура концептуальной рефлекторной дуги включает

блок рецепторов, выделяющих определенную категорию

входных сигналов. Второй блок — предетекторы,

трансформирующие сигналы рецепторов в форму,

эффективную для селективного возбуждения детекторов,

образующих карту отображения сигналов. Все нейроны-

детекторы проецируются на командные нейроны параллельно.

Имеется блок модулирующих нейронов, которые

характеризуются тем, что они не включены непосредственно в

цепочку передачи информации от рецепторов на входе к

эффекторам на выходе. Образуя «синапсы на синапсах», они

модулируют прохождение информации, Модулирующие

нейроны можно разделить на локальные, оперирующие в

пределах рефлекторной дуги одного рефлекса, и

генерализованные, охватывающие своим влиянием ряд

рефлекторных дуг и тем самым определяющие общий уровень

функционального состояния. Локальные модулирующие

нейроны, усиливая или ослабляя синаптические входы на

командных нейронах, перераспределяют приоритеты реакций,

за которые эти командные нейроны ответственны.

Модулирующие нейроны действуют через гиппокамп, куда на

нейроны «новизны» и «тождества» проецируются

детекторные карты.

Командные нейроны получают от карт детекторов и,

возможно, от ансамбля предетекторов общий для всех вектор

возбужде-250

ния через непластичные и пластичные синапсы. Возбуждение

командного нейрона через непластичный вход вызывает его

врожденную, безусловную реакцию. Пластичные входы могут

стать эффективными в отношении командного нейрона и

вызывать соответствующую реакцию только после обучения.

Процесс обучения реализуется избирательно только в том

командном нейроне, непластичный вход которого

активируется подкреплением. Результатом обучения является

формирование вектора связи — повышенной проводимости в

определенной группе пластичных синапсов на командном

нейроне. Пластичный синапс изменяется по принципу Хебба.

Его проводимость растет пропорционально силе его

возбуждения, вызываемого условным стимулом, если вслед за

ним через непластичный вход на командный нейрон поступает

возбуждение, являющееся подкреплением.

Реакция командного нейрона определяется скалярным

произведением вектора возбуждения и вектора синаптических

связей. Когда вектор синаптических связей в результате

обучения совпадает с вектором возбуждения по направлению,

скалярное произведение достигает максимума и командный

нейрон становится селективно настроенным на условный

сигнал. Дифференцировоч-ные раздражители вызывают

векторы возбуждения, отличающиеся от того, который

порождает условный раздражитель. Чем больше это различие,

тем меньше вероятность вызова возбуждения командного

нейрона.

Для выполнения произвольной двигательной реакции

требуется участие нейронов памяти. На командных нейронах

сходятся пути не только от детекторных сетей, но и от

нейронов памяти.

Все перечисленные блоки рефлекторной концептуальной

дуги образуют первую сигнальную систему. Для человека

характерен блок «сигнала сигналов» — вторая сигнальная

система, которая представлена специальными нейронами,

реализующими символьную функцию, когда сигнал-символ

выступает заместителем группы событий, представленных на

нейронах памяти. Сигнал из семантической памяти, согласно

инструкции, задаче, также способен инициировать вход к

командному нейрону и вызывать соответствующую реакцию.

Векторный принцип управления обнаруживается и в

вегетативных реакциях. Первое описание сердечного ритма

(СР) в векторных понятиях принадлежит группе

исследователей из Университета штата Огайо — И. Кациоппо

и его коллегам (Сасюрро 1.Т.),

Основываясь на результатах изучения СР у крыс с избира-

тельной блокадой симпатической и парасимпатической ветвей

автономной нервной системы, они представили период

сердеч-

251

Рис. 54. Факторные нагрузки четырех векторных пространств

сердечного ритма.

а — студенты (90 человек); б — школьники (60 человек); в —

беременные жен-шины (135 человек); г — их плоды. О

сходстве пространств сердечного ритма свидетельствуют их

трехмерная структура и идентичная интерпретация факторов:

МЕТ, СОС, ДЫХ (метаболический, сосудистый и

дыхательный модуляторы СР). По ординате — факторные

нагрузки, по абсциссе — частотные полосы спектра

мошности РГ сердца.

ных сокращений как функцию двух независимых

переменных:

возбуждений симпатической и парасимпатической

систем. Последние образуют двухкомпонентные

векторы возбуждения, воздействующие на пейсмекер

СР. Таким образом, все реакции пейсме-кера СР,

согласно данной модели, представлены в двухмерном

пространстве. Векторная модель СР дальнейшее

развитие получила в работах, в которых

исследовалась римическая модуляция пей-смекера

СР. Согласно данным ряда исследователей,

применявших метод частотного анализа для

обработки ритмограммы сердца (последовательности

КК-интервалов), период разряда пейсмекера сердца

находится под модулирующим контролем по крайней

мере трех ритмически работающих осцилляторов. В

спектре ритмограммы сердца обычно выделяют три

зоны частотной модуляции периода сердечного

цикла: метаболическую, сосудистую и дыхательную.

Метаболическую (в полосе частот до 0,05 Гц)

модуляцию связывают с гуморальными и

температурными влияниями; сосудистая

модулирующая система представлена в спектре на

частоте около 0,1 Гц (волны Траубе — Геринга —

Мейера). Дыхательная аритмия проявляется в полосе

частот 0,11—0,5 Гц.

С позиции векторного принципа кодирования

информации частотный спектр вариабельности СР

выражает влияние нескольких независимо

работающих ритмических модуляторов. Поэтому

каждый спектр ритмограммы может быть

представлен в пространстве, размерность которого

определяется числом независимо работающих

систем, ритмически управляющих работой

пейсмекера сердца.

Применение факторного анализа (метода главных

компонент) к большим массивам спектров

ритмограммы сердца выявило трехмерность

полученных пространств СР. Их первые три фактора

в совокупности описывают высокий процент

дисперсии спектров (порядка 75—83%). Оси

векторных пространств интерпретируются

^^метаболический, сосудистый и дыхательный

осцилляторы, модулирующие период разрядов

пейсмекера сердца.

Существует большое сходство трехмерных

пространств сердечного ритма, полученных для

разных возрастных групп: студентов (90 человек),

школьников (60 человек), беременных женщин и их

плодов (135 пар обследованных) (рис. 54).