ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2015, том 65, № 2, с. 139-155
= ОБЗОРЫ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
УДК 612.822.3
ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВАЦИИ СТРУКТУР ЛИМБИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СО СТОРОНЫ СЕПТУМ
© 2015 г. И. Р. Федотова1, А. А. Фролов1, 2 3
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности
и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, 2Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова 3Технический университет Остравы, Чешская Республика e-mail: irinfed@mail.ru Поступила в редакцию 14.08.2014 г. Принята в печать 22.12.2014 г.
Функциональная роль тета-ритма — соактивация структур лимбической системы в ритме тета — широко обсуждается в литературе. Однако в настоящее время не существует единого представления о его генезе в этих областях мозга. На основе собственных экспериментальных исследований и данных литературы предложена модель организации и регуляции активации структур лимбической системы в ритме тета со стороны септум.
Ключевые слова: лимбическая система, септум, гиппокамп, тета-активность, крыса.
Septal Activation and Control of Limbic Structures
I. R. Fedotova, A. A. Frolov
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow, Pirogov Russian National Research Medical University, Technical University of Ostrava, Czech Republic e-mail: irinfed@mail.ru
Coherent activation of limbic system structures as the main function of theta-rhythm is widely discussed in the literature. However until now does not exist the common view on its generation in these brain structures. The model of septal theta-rhythmic activation and control of limbic structures is suggested basing on the literature and own experimental data.
Keywords: limbic system, septum, hippocampus, theta-activity, rat. DOI: 10.7868/S0044467715020057
К настоящему времени уже не вызывает сомнения определение функциональной роли тета-ритма как соактиватора структур лимбической системы в ритме тета в моменты времени, когда требуется их согласованная работа [Виноградова, 1975; Vinogradova, 1995; Young, McNaughton, 2009]. Первичным генератором тета-ритма является септум [Bland, 1986; Miller, 1991; Vinogradova, 1995], так тесно связанный мощными прямыми и обратными связями с гиппокампом [Miller, 1991; Swanson, Cowan, 1979], что говорят о едином септо-гиппокампальном комплексе. Несмотря на то, что в моменты регистрации гиппокампальной тета-активности на ней-
ронную сеть гиппокампа поступают как возбудительные, так и тормозные воздействия со стороны септум [Miller, 1991; Vinogradova, 1995], мы будем говорить об активации этой структуры в функциональном смысле, а поступающую в данный момент времени совокупность воздействий будем называть режимом активации гиппокампа.
Воздействия со стороны септум на нейронную сеть гиппокампа разнообразны как по мишеням внутри гиппокампальной сети, так и по используемым медиаторам [Pignatelli et al., 2012]. Тета-ритмическая активность нейронов септум достаточно хорошо изучена
[Borhegyi et al., 2004; Brazhnik, Vinogradova, 1986; Vinogradova, 1995]. Однако исследование отдельных элементов системы активации гиппокампа еще не дает полного понимания организации и регуляции ее работы в целом. Ранее нами был предложен новый подход к изучению системы активации гиппокампа — выделение отдельно регулируемых компонент гиппокампальной ЭЭГ [Федотова, 2003; Федотова, 2006a; Федотова, 2006b]. Предполагалось, что эти компоненты могут продуцироваться отдельными популяциями нейронов, играющими свою собственную функциональную роль в процессе активации нейронных сетей гиппокампа. Были выявлены компоненты гиппокампальной ЭЭГ, генез которых объяснялся в терминах организации системы активации гиппокампа. Полученные результаты углубили представления об организации системы активации гиппокампа и привели к созданию гипотетической модели септо-гиппокампального взаимодействия. Это, в свою очередь, поставило вопрос об организации системы активации других структур лимбической системы.
Несмотря на то, что функциональная роль тета-ритма обсуждается давно [Виноградова, 1975; Vinogradova, 1995], механизмы соакти-вации структур лимбической системы в ритме тета до сих пор не ясны. Описанные в литературе гипотезы происхождения тета-рит-ма структур лимбической системы как вследствие объемного наведения со стороны гиппокампа [Sirota et al., 2008], так и вследствие поступающих от него тета-ритмиче-ских посылок [Young, McNaughton, 2009] плохо увязываются с широко обсуждаемой функциональной ролью тета-ритма. Наряду с этими гипотезами существует гипотеза об активации структур лимбической системы в ритме тета со стороны септум [Young, McNaughton, 2009]. В настоящей статье изложены аргументы в пользу последней гипотезы, а также предложена модель организации и регуляции системы активации структур лимби-ческой системы со стороны септум.
1. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ СИСТЕМЫ АКТИВАЦИИ ГИППОКАМПА
1.1. Компоненты гиппокампальной ЭЭГ
В работах [Федотова, 2003; Федотова, 2006a], выполненных на крысах, было показано, что в гиппокампальной ЭЭГ тета-ак-
тивности помимо сигнала на тета-частоте присутствует активность на удвоенной тета-частоте, имеющая независимую регуляцию уровня (амплитуды). В спектре ЭЭГ активность на тета и удвоенной тета-частотах представлена кратными гармониками с прилегающими к ним модуляционными боковыми полосами, спадающими в достаточно регулярных сигналах практически до нуля к середине диапазона между кратными гармониками.
Ранее считалось, что вторая и третья гармоники в спектре тета-активности являются следствием несинусоидальности формы тета-волны, имеющей единую регуляцию [Leung et al., 1982], а модуляционные боковые полосы — следствием ее амплитудно-частотной модуляции, а также изменчивости формы те-та-волны [Резвова (Федотова) и др., 1994].
Толчком к исследованию активности на удвоенной тета-частоте послужил ряд аномальных сигналов, полученных при раздражении различных областей ретикулярной формации (РФ). Вследствие, видимо, неточного попадания в область вызова ориентировочного поведения крысы и разбалансировки воздействий со стороны РФ на септум были получены аномальные сигналы, в которых активность на удвоенной тета-частоте в ЭЭГ, сопровождающей ориентировочное поведение животного, существенно превосходила активность на тета-частоте: в среднем по записи до 1.3 раз. Встречались случаи, когда кратковременное увеличение сигнала на удвоенной тета-частоте до 4.5 раз по сравнению с сигналом на тета-частоте приводило к срыву гиппокампальной сети на эпи-разря-ды. И, наконец, у одной из крыс, которая оказалась смертельно больной, в ЭЭГ присутствовала практически только одна составляющая на удвоенной тета-частоте. При этом раздражение РФ приводило к дальнейшему возрастанию компоненты на удвоенной тета-частоте и окончательному пропаданию компоненты на тета-частоте. Объяснить полученные сигналы с позиций единой регуляции тета-волны не представлялось возможным.
Присутствие в ЭЭГ тета-активности независимо регулируемой компоненты на удвоенной тета-частоте далее было продемонстрировано с помощью алгоритма Гроссбер-гера—Прокаччо оценки размерности сигнала [Федотова, 2003]. Было показано, что рост мощности второй гармоники в спектре аномального сигнала приводит к формированию на графиках оценок текущей размерности
второго плато, расположенного на единицу выше первого.
С учетом полученных результатов была исследована активность на тета-частоте и на удвоенной тета-частоте в сигналах ЭЭГ, имеющих нормальное соотношение компонент спектра. Для этого в них выделялись сигналы первой и второй частотных групп (соответствующая гармоника с прилегающими модуляционными боковыми полосами) с помощью прямого и обратного преобразования Фурье при обнулении всех частотных компонент вне диапазона частотной группы. Было показано, что уровни сигналов первой и кратной ей второй частотных групп в записях гиппокампальной тета-активности, сопровождающей ориентировочное поведение крысы, в среднем соотносятся как 2:1, а в записях десинхронизации при неподвижном бодрствовании животного в среднем равны. Корреляция изменений во времени амплитуд волн сигналов частотных групп при ориентировочном поведении крысы отсутствует. При переходе животного от состояния неподвижного бодрствования к состоянию ориентировочного поведения уровень сигнала первой частотной группы изменяется однонаправле-но в сторону увеличения, в то время как уровень сигнала второй частотной группы может изменяться разнонаправлено, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, в зависимости от уровня его исходной выраженности. Это еще раз подтвердило, что гиппо-кампальная тета-активность помимо общеизвестной низкочастотной компоненты на тета-частоте содержит высокочастотную компоненту на удвоенной тета-частоте, имеющую независимую регуляцию уровня. Высокочастотная компонента гиппокампаль-ной тета-активности заметна уже при визуальном анализе ЭЭГ. При анализе записей тета-активности, сопровождающей самопроизвольно возникающее ориентировочное поведение крысы, и особенно аномальных записей, полученных при раздражении РФ, хорошо видно, что увеличение мощности второй частотной группы в спектре ЭЭГ выражается в росте двух сосредоточенных "всплесков" (небольших пиков) на тета-волне [Федотова, 2003, рис. 1А, 2А].
В спектре гиппокампальной ЭЭГ помимо двух перечисленных компонент тета-актив-ности могут присутствовать составляющие от SPW-волн (sharp potential waves) имеющих основную частоту 2—4 Гц (SPW-компонента
спектра) и которые могут давать значимые составляющие в спектр вплоть до 25 Гц [Leung et al., 1982]. Считается, что разным состояниям животного соответствуют различные виды гиппокампальной ЭЭГ, которые могут содержать описанные выше компоненты в различных соотношениях и с соответствующим им представительством в спектре. Так, в состоянии медленноволнового сна регистрируются медленные высокоамплитудные волны и в спектре ЭЭГ присутствует одна SPW-компонента [Leung et al., 1982]. При ориен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.