научная статья по теме СИСТЕМОГЕНЕЗ И СМЕРТЬ НЕЙРОНОВ Медицина и здравоохранение

Текст научной статьи на тему «СИСТЕМОГЕНЕЗ И СМЕРТЬ НЕЙРОНОВ»

НЕЙРОХИМИЯ, 2004, том 21, № 1, с. 5-14

^ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

РАБОТЫ

УДК 577

СИСТЕМОГЕНЕЗ И СМЕРТЬ НЕЙРОНОВ

© 2004 г. Ю. И. Александров*

Лаборатория нейрофизиологических основ психики им. В.Б. Швыркова, Институт психологии РАН, Москва

Обосновывается представление о том, что в случае возникновения стойкого рассогласования между "потребностями" нейрона и его микросредой и при невозможности устранить рассогласование в рамках имеющегося опыта как в норме (в раннем онтогенезе и у взрослого), так и в патологии у клетки имеется следующая альтернатива: измениться, вовлекаясь в формирование новой системы, или умереть. Предполагается, что элиминация нейронов вносит вклад в процесс формирования новых систем, при научении - в системогенез. Приводятся аргументы в пользу того, что эту элиминацию можно рассматривать как "альтруистичный суицид" клеток.

Ключевые слова: апоптоз, системогенез, научение, созревание, патология, нейрон, поведение, гены.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ

ПРЕДЛАГАЕМЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

Формулировка предлагаемых в настоящем сообщении представлений о смерти нейронов как компоненте механизмов научения основана на: 1) понимании нейрона не как проводника возбуждения, а как "организма" в организме и 2) понимании научения как системогенеза, в процессе которого формируются системные специализации нейронов. Поэтому перед тем, как изложить эти представления, необходимо остановиться на двух упомянутых пунктах.

Системная детерминация активности нейрона. С позиций рефлекторной теории предполагается, что механизмом поведения является проведение возбуждения по рефлекторной дуге: от рецепторов через центральные структуры к исполнительным органам. Нейрон при этом оказывается элементом, входящим в рефлекторную дугу, а его функция - обеспечением проведения возбуждения. При этом в качестве стимула рассматривается пресинаптическая импульсация, а в качестве реакции - ответная импульсация постси-наптического нейрона. Оказывается, следовательно, что нейрон, как и организм, реагирует на стимулы.

Важнейшим событием в развитии теории функциональных систем стало определение системообразующего фактора - результата системы, под которым понимался полезный приспособительный эффект в соотношении организма и среды, достигаемый при реализации системы. Таким образом, в качестве детерминанты поведения

*По докладу на симпозиуме "Апоптоз и зрелый мозг" (Москва, 22-23 мая, 2003 г.).

Адресат для корреспонденции: 129366 Москва, Ярославская ул., д. 13; тел.: 283-55-20; e-mail: nyualex@psychol.ras.ru

в теории функциональных систем рассматривается не прошлое по отношению к поведению событие - стимул, а будущее - результат [1]. Решающий шаг на пути формирования системного подхода к пониманию активности нейрона был сделан П.К. Анохиным, который подверг аргументированной критике общепринятую, как он ее назвал, "проведенческую концепцию" нейрона и предложил вместо нее системную концепцию интегративной деятельности нейрона [1].

Последовательное развитие концепции интегративной деятельности нейрона в системной психофизиологии позволило обосновать новое представление о деятельности нейрона [2]. Центральным пунктом этого представления является следующее положение: нейрон, как и любая живая клетка, реализует генетическую программу, нуждаясь в метаболитах, поступающих к нему от других клеток. Последовательность событий в деятельности нейрона становится аналогичной той, которая характеризует активный целенаправленный организм, а его импульсация - аналогичной действию индивида.

Иначе говоря, активность нейрона, как и поведение организма, является не реакцией, а средством изменения соотношения со средой, "действием", которое обусловливает устранение несоответствия между "потребностями" и микросредой, в частности, за счет изменения синаптического притока. Это изменение, если оно соответствует текущим метаболическим "потребностям" нейрона, приводит к достижению им "результата" и прекращению активности. Предполагается, что рассогласование между "потребностями", определяемыми генетически, и реально поступающими метаболитами может иметь место как при генетически обусловленных изменениях метабо-

А

Кольцо

Педаль

Б

Левая сторона

Правая сторона

[ е ►

13 д

ца

к о л

ь ц

о 20-

I I II III 11111 11111111 I II I II МНИ II I III

I шин ниш III I I

10

II II II

А.

20100

1.......

к о

П л

еь дц

ао л

ьк о

л

ь ц

о

1000

ппг

1000 мс

"айн ш

-1000

\\\\\\Ш\

1000 мс

в

Левая сторона

Правая сторона

П

е д

а

кл оь

л

ьП це од

а л

20 10 0

м!.. |Ц II ■ | ±\И ^ -1000

20 10

мс

.1Л1 ,11

111Ш1 I

\\т\ 11111111

к

П

е д

а

лк ьо л Пь ец до

а л

Л+.

мс

1000 мс -1000 1000

ГОТ

0

Рис. 1. Активации нейронов цингулярной и антеролатеральной моторной областей коры кроликов, прекращающиеся при достижении результатов инструментального поведения.

А. Экспериментальная клетка, в которой инструментальное пищедобывательное поведение реализуется животным попеременно способом потягивания за кольцо (слева) или нажатием на педаль (справа). Клетка снабжена парой кормушек, автоматически подающихся при нажатии на соответствующие педали (расположенные у той же, что и кормушка, стенки клетки) или при потягивании за соответствующие кольца. Ниже - растры импульсации и гистограммы активности нейрона цингулярной (Б) и антеролатеральной (В) областей коры.

Нейрон цингулярной коры активировался при захвате левого кольца, а нейрон антеролатеральной коры - при контакте с правой педалью.

Растры усреднены относительно начала потягивания за кольцо и начала нажатия на педаль. На растрах каждая вертикальная черточка обозначает отдельный импульс нейрона, а каждый ряд - последовательность импульсов в отдельном цикле пищедобывательного поведения. Под растрами - кумулятивные гистограммы с шириной бина 20 мс. Внизу - поведенческие актограммы для всех циклов пищедобывательного поведения, совершенных животным при регистрации импульсации данного нейрона. На актограмме смещение линий вверх соответствует потягиванию кольца или нажатию на педаль, вниз - опусканию морды животного в кормушку. На фрагменте Б ромбиками указаны повторные потягивания.

лизма клетки, так и при изменении притока метаболитов от других клеток.

Таким образом, нейрон - не "кодирующий элемент", "проводник" или "сумматор", а организм в организме, обеспечивающий свои "потребности" за счет метаболитов, поступающих от других элементов.

Представление о клетке как об организме в организме не является новой идеей, впервые сформулированной в системной психофизиологии. Так, более 50 лет назад Ч. Шеррингтон [3] писал: "Утверждение, что из клеток, составляющих нас, каждая является индивидуальной эгоцентричной жизнью - не просто фраза. Это не просто удобный способ описания. Клетка как компонент тела - не только визуально ограниченный модуль, это отдельная жизнь, сосредоточенная на себе. Она живет собственной жизнью... Клетка -это отдельная жизнь, и наша жизнь, которая, в свою очередь, является отдельной жизнью, всецело состоит из жизней-клеток." Что действительно нового добавлено в концепции о системной детерминации активности нейрона к этому утверждению - это приведение данного общетеоретического представления о клетке, в частности о нейроне, в соответствие с представлением о детерминантах ее активности.

Роль большинства химических соединений, поступающих в "микросреду" клетки, сводится к изменению свойств и скорости синтеза имевшихся в ней белков или к инициации синтеза новых белков. На метаболизм нейрона влияют и нейроме-диаторы, выделяемые из терминалей контактирующих с ним нейронов. Соединяясь со "своим" рецептором, медиатор не только изменяет проницаемость ионных каналов, но и оказывает влияние на внутриклеточные процессы, выступая в качестве индуктора внутриклеточных метаболических превращений (см., например, [4]). Однако изменение проницаемости ионных каналов, обычно связываемое с модуляцией электрического потенциала нейрона, оказывает также существенное влияние и на метаболизм клетки: трансмембранный транспорт метаболитов, внутриклеточный гомеостаз рН [5].

"Действие" нейрона, его импульсная активность не только влияет на его микросреду, но изменяет и сам импульсирующий нейрон. Уже давно было известно, что "следовые", постспайковые процессы (такие, как изменение поляризации, ионной проницаемости) играют существенную роль в регуляции чувствительности нейрона к последующему притоку. Позже как на препаратах, так и на бодрствующих животных было показано, что потенциал действия, генерируемый нейроном, распространяется не только в "обычном" направлении - по аксону к другим клеткам, но и в обратном направлении - к дендритам данного

нейрона (феномен "обратного распространения", "backpropagation") [6, 7]. При этом его чувствительность к притоку существенно модифицируется. Изменения в дистальных дендритах, а также и в теле нейрона возникают именно при сочетании эффектов "обратного распространения" с преси-наптической импульсацией.

Имея в виду только что сказанное, активность нейрона, как и поведение индивида, можно рассмотреть как со стороны влияния на окружающую среду, так и со стороны модификации активного агента, модификации, соответствующей ожидаемым параметрам эффекта этих влияний и являющейся непременной характеристикой активности. Тогда только что изложенные данные о модификации нейрона вследствие его собственной активности могут быть рассмотрены как показатель подготовки нейрона к будущему притоку, связанному с его активностью. Иначе говоря, эти данные свидетельствуют в пользу того, что, давая спайки, нейрон не только обеспечивает необходимый ему метаболический приток, но подготавливается к его "утилизации" [8].

Рассмотрение нейрона как организма в организме соответствует представлениям о значительном сходстве между закономерностями обеспечения жизнедеятельности нейрона и одноклеточного организма [9]. Однако между ними существует и серьезное различие. Одноклеточный организм может обеспечить свои метаболические потребности за счет собственной активности, например передвижения в область повышенной концентрации

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Медицина и здравоохранение»