БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 2, с. 377-384
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.35
ВЛИЯНИЕ ТРАН СКРАНИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ МОЗГА НА ВЫРАБОТКУ УСЛОВНОГО РЕФЛЕКСА У КРЫС
© 2015 г. В.О. Самойлов, Е.Б. Шадрин*, Е.Б. Филиппова, Я. Кацнельсон**,
X. Бэкхов**, M. Эвентов**
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6; *Физико-технический институт им. А .Ф. Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26; **Premier Annette T e^^logies, 181 North Clinton Street, Doylestown Pennsilvania PA, USA
E-mail: shard.solid@mail.ioffe.ru Поступила в p едакцию 04.01.15 г.
И сследовано влияние транскраниальной электромагнитной стимуляции на выработку у лабораторных крыс рефлекса активного избегания раздражителя при болевом подкреплении. Показано, что облучение мозга самцов крыс электромагнитным излучением миллиметрового диапазона (А = 5,6 и 7,1 мм), промодулированным серией низкочастотных импульсов, в 50% случаев приводит к подавлению выработки условного рефлекса избегания болевого раздражителя. Еще в 25% случаев облучение приводит к торможению выработки условного рефлекса. Аналогичное воздействие транскраниальной электромагнитной стимуляции на фоне внутри-брюшинного введения блокатора серотонинергических рецепторов (китрила) не влияет на выработку условного рефлекса. Электромагнитная стимуляция мозга не влияет также на сохранность условного рефлекса у животных, у которых условный рефлекс был выработан. На основании полученных данных высказано предположение о том, что использованная в работе транскраниальная электромагнитная стимуляция способствует выработке серотонина, оказывающего тормозящее влияние на формирование временных связей исследованного условного рефлекса.
Ключевые слова: транскраниальная электромагнитная стимуляция, условный рефлекс.
Т ранскраниальная электромагнитная стимуляция (ТЭМС) как метод бесконтактной тера -пии все шире применяется в последние годы, причем потребности практики диктуют необходимость применения ТЭМС, несмотря на отсутствие детального понимания механизмов ее воздействия [1]. Несмотря на ясность принципов электромагнетизма, лежащих в основе ТЭМС, разработка теории ТЭМС далека от завершения ввиду недостатка систематического экспериментального материала, являющегося основанием для построения адекватной теории. При этом электрическая схема стимуляторов, применяемых в ТЭМС, проста. Подтверждением этому является сообщение Дж. Гевера [2], где описано бесконтактное устройство «Серебряная весна», представляющее собой тр анскраниальный стимулятор в виде источника импульсного магнитного поля с индукцией 0,9 Тл и длительностью импульса 1 мс. Автор указывает, что
Сокращение: ТЭМС - транскраниальная электромагнитная стимуляция.
после применения данного устройства 40% пациентов отмечали исчезновение болей, вызванных мигренью, на период 24 ч. В о стальных случаях отмечалось значительное ослабление болевого синдр ома.
Ради полноты кар тины укажем, что токовая контактная транскраниальная стимуляция начала применяться на несколько десятилетий раньше бесконтактной, причем использовалась вначале лишь при проведении операций [3], а также для купирования болевого синдрома [4].
Интересно, что в литератур е имеются многочисленные свидетельства о взаимном подобии биофизических механизмов электрической, магнитной и электр омагнитной фор м стимуляции клеток [5-8].
Возвращаясь к бесконтактным методам, следует сказать, что электромагнитные поля являются значимыми факторами внешней среды, влияющими на многие биофизические процессы [9], причем в мировой литературе существует обилие разрозненных экспериментальных материалов по этой проблеме, которого однако
недостаточно для формир ования ясного понимания биофизических механизмов действия ТЭМС [10,11].
Так, имеются данные о подавлении переменными электромагнитными полями синтетической активности опухоли С45 у крыс-самцов [12]. В работе [13] изучено влияние терапевтической транскраниальной электромагнитной стимуляции на функциональную активность здоровых крыс. В этой работе у крыс анализировали эффекты воздействия на мозг импульсным электромагнитным полем низкой частоты (напряженность электрической составляющей 10-3 В/м, индукция магнитной составляющей 10-2 Тл) в диапазоне частот 10-120 Гц, что приводило к ярко выраженному седатив-ному эффекту. В работе предполагается, что вызванное ТЭМС индуцирование зарядов на поверхности клеточных мембран вызывает изменение активности ферментов транспортных белковых комплексов, влияющих на микроциркуляцию и свертываемость крови, а также на проницаемость со судов. Согласно работе [13], основой биофизических эффектов низкочастотной ТЭМС является управление движением транспортных белков, индуцированное объемными зарядами у стенок со судов, сопр овож-дающееся активацией нейр оглии и ростом скорости обмена нейротрансмиттеров головного мозга.
ТЭМС используется также для лечения неврологических и психических заболеваний [14]. Авторы работы [14] полагают, что терапевтическое действие ТЭМС основано на возникновении в тканях мозга электрических токов, индуцированных быстропеременными магнитными полями, что усиливает электрохимическую активность мозговых структур. ТЭМС применялась также для лечения инсульта, мигрени, болезни Паркинсона, галлюцинаций, шума в ушах, а также депрессии [15,16]. В этих работах установлено, что импульсы ТЭМС приводят к деполяризации нейронов коры головного мозга в зоне стимуляции, что сопровождается увеличением их возбудимости, а также обнаружены вызванные ТЭМС изменения в замедлении реакции мозга на когнитивные задачи и показано, что ТЭМС способна влиять на возбудимость кортикоспинального нервного пути. ТЭМС применяется также при лечении различного ро -да демиелинизирующих поражений центральной нервной системы, дегенеративных и наследственных заболеваний, заболеваний сосудов, а также опухолей головного и спинного мозга [16]. Описано использование тр анскрани-альной электромагнитной стимуляции для лечения двигательных и речевых расстройств у
больных после инфаркта головного мозга [18,19].
Существуют доказательства того, что ТЭМС уменьшает интенсивность хронической боли за счет изменения нервной активности мозга [20]. Д ругие области применения ТЭМС включают в себя реабилитацию пациентов с моторными афазиями после инсульта, а также пациентов, страдающих от шума в ушах, болезни Паркинсона, негативных симптомов шизофрении, и, кроме того, купирование депрессивных состояний [21]. Установлено [22], что при лечении депрессии и невротических расстройств стимулируется дорсолатеральная пр е-фронтальная кора головного мозга (пересечение 9-го и 46-го полей Б р одмана). Лечение методом транскраниальной магнитной стимуляции позволяет, согласно работе [22], непосредственно воздействовать на источник депрессивных со -стояний. В литературе высказана гипотеза, со -гласно котор ой важную роль в механизме развития депрессии играет снижение выработки мозгом серотонина, а механизм лечения депрессии при использовании ТЭМС предположительно основан на повышении концентрации серо -тонина в серотонинэргических структурах мозга [21,23].
Анализ показывает, что, несмотря на обилие сведений, в мировой литературе имеется дефицит систематизированной информации о биофизике влияния ТЭМС на живые организмы и в о собенности на процессы, сопровождающие протекание высшей нервной деятельности. Поэтому пр облема сбор а информации по указанной тематике остается актуальной.
Обобщая данные обзора литературы, можно заключить, что:
- ТЭМС используется в мир овой пр актике для лечения различных видов нейропатологии и, в частности, депрессии.
- Существует гипотеза, согласно которой нар ушение выр аботки сер отонина играет важную р оль в механизме р азвития депрессии.
Следовательно, можно предположить, что изменение активности серотонина в о рганизме должно влиять на интенсивность высшей нервной деятельности.
Проверить данную гипотезу можно путем изучения изменения скор ости выр аботки условного рефлекса на болевое раздражение у лабораторных животных при увеличении концентрации сер отонина с помощью ТЭМС или блокировке деятельности серотонинэргических р е-цепторов.
В связи со сказанным, целью настоящей работы явилось исследование влияния ТЭМС
на выработку и сохранность условного рефлекса у лабор атор ных крыс, а также анализ роли серотонинэргических рецепторов в этих про -цессах.
МЕТОДИКА ЭКПЕРИМЕНТА
Эксперименты проводили на 33 половозрелых крысах, самцах линии Вистар, массой около 130 г. Вырабатывался условный рефлекс активного избегания болевого раздражения при подаче звукового сигнала. У животных 1-й экспериментальной гр уппы условный рефлекс вырабатывался после ТЭМС; у кр ыс 2-й экспериментальной группы условный рефлекс вырабатывался после ТЭМС на фоне введения блока-тора серотонинэргических рецепто ров - китри-ла; 3-я группа животных являлась контрольной - у них условный рефлекс вырабатывался без каких-либо предварительных воздействий. В каждой группе было по 11 животных. Сохранность условного рефлекса тестировали спустя сутки после выработки его у животных всех экспериментальных групп.
ТЭМС осуществляли в течение 10 мин непосредственно перед началом выработки условного рефлек са. Длина волны электр омагнитно-го излучения при стимуляции со ставляла 5,6 мм (что соответствовало частоте 54 ГГц), плотность мощности излучения равнялась 150 мВт/см2, площадь облучаемой области головы животного составляла около 2 см2. Поток электромагнитного излучения модулировали низкочастотной последовательностью прямоугольных импульсов с крутизной фронтов не более 1 мс.
Китрил вводили внутрибрюшинно в дозе 100 мкг/кг за 30 мин до электромагнитной стимуляции мозга.
В процессе эксперимента фиксировали число сочетаний условного раздражителя (электрический звонок с частотой ударов молоточка по колоколу, равной 50 Гц, и уровнем громкости 50-60 дБ, расположенный на расстоянии 1 м от подопытного животного) и безусловного подкрепления (болевого раздражителя, подаваемого от электростимулятора ЭС-50-1 сериям
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.