about the project
Medical news
For authors
Licensed books on medicine
<< Previous Next >>

The relationship of structure and function. Problems of function localization. The brain as a dynamic system. Mechanisms of systemic integrative activity of the brain. Consciousness, psyche, brain. Unconsciousness

1. The relationship of structure and function in normal and pathological conditions. Problems of function localization. In the neurological sciences, writes academician N.P. Bekhtereva (1988), there is a kind of contradiction. On the one hand, in the human brain, not only a very large number of cells and even more connections between them, but, in addition, populations of nerve cells can participate in providing not one but many functions. Brain systems for providing functions - multi-link and poly-biochemical. On the other hand, the entire experience of neurological and neurosurgical clinics suggests that damage to a number of brain zones entails an irreversible, uncompensated defect in functions.

According to Academician D.S. Sarkisov (Structural ..., 1987), a very common comparison of the clinical picture of the disease with pathological findings - the so-called "clinical anatomical parallels" - often gives conflicting results: structural changes in organs, with the exception of acute cases, are not directly go into the corresponding clinical symptoms (emphasized by me. - I.S.).

A good illustration of this thesis is the data from CT examinations of children from a high-risk group for schizophrenia (A.V. Goryunova et al., 1996), in whom, from the first years of life, the following were discovered, noted, by the way, in cerebral palsy - and not only ! - changes: a combination of expansion of the ventricular system and subarachnoid spaces of the brain, signs of cortical atrophy, more often in the projection of the frontal and parietal lobes, as well as fairly frequent signs of cerebral dysgenesis. Another example: in patients with multiple progressive vascular stenosis of the carotid and vertebrobasilar basins, the frequency of strokes does not exceed the corresponding indices in patients without similar lesions of the main arteries of the head (emphasized by me. - I.S.) (B.S. Vilensky et al., 1996; J. Boguslavsky et al., 1986). This is due to the fact that at present, despite the significant successes of neurophysiology and neuromorphology, the principles of localization of complex functions in the brain remain non-specific (I.A. Zambrzhitsky, 1989).

N.P. Bekhtereva (1971, 1997; NPBechtereva, 1978) obtained evidence of the possibility - and reality - of carrying out the same activity by spatially different brain systems. PET studies have shown how significantly different brain systems can be whose end result is the same (N.P. Bekhtereva, 1997; B. Horwitz et al., 1995; PERoland, 1993). This is one of the most important mechanisms of brain reliability (N.P. Bekhtereva, 1997).

Absolutely right VBMountcastle (1978), arguing that

you can localize the lesion site,

but not a function

(emphasis added by me - I.S.). This is confirmed by numerous clinical and experimental data, indicating that information and functions are distributed in extensive anatomical areas (emphasized by me. - I.S.). In many studies of single and multiple phased injuries, which compare animals with the same amount of residual brain tissue, but with a different time sequence of injuries, a pronounced ability of the brain to reorganize after local injuries was revealed (Plasticity and ..., 1974).

Therefore, although the analysis of pathological changes in both CT and NMR grams is useful for understanding the clinical differences after brain damage, it often ignores the development over time of the anatomical, physiological, and behavioral changes resulting from the damage. It is often not taken into account that damage to any structure of the brain inevitably causes secondary changes in all the remaining systems directly connected with it, and, obviously, in some systems connected with it indirectly. These changes, giving rise to dysfunction within many systems, have a certain dynamics; but, although we can make a long list of them, what is actually happening is either unknown or obscure to us. In fact, we take it on faith that the clinical manifestations of brain damage should reflect the anatomical, physiological, and chemical changes in the remaining areas.

Morphological approaches in the form of stating the facts of frequent clinical and morphological discrepancies cannot contribute to solving the etiology and general and private pathogenesis of cerebral palsy and many other diseases. The most prominent morphologist of our country S.S. Weil (1954 - cited by Z.S. Manelis, 1997), cautioning against formal-morphological thinking, emphasized that ... it is erroneous to evaluate the nature of the morphological process based on only morphological documents and ignoring its pathogenesis. According to Z.S. Manelis (1997), the morphological method can be fruitful if you know the mechanisms of occurrence of morphological changes (emphasized by me. - I.S.).

The clinic should gradually move away from the formal morphological association of pathological processes, following the path of their increasingly deeper etiological and pathogenetic differentiation in order to develop specific treatment methods (D.S. Sarkisov, V.V. Serov, 1995).

2. The brain as a dynamic system. Mechanisms of systemic integrative activity of the brain. In the brain there are a huge number - about 10 billion connected and constantly interacting cells. Such a complex organization contributes to the fact that one or another pathological process in the nervous system, acquired or especially congenital, can be caused only by irregularities in the relative position of nerve cells, abnormalities of their connections, or quantitative deficiency - provided that each of them has a normal structure and functioning. In other words, a situation is possible when the abnormal spatial arrangement of normal nerve cells is the basis of the disturbances (Structural ..., 1987). This point of view is consonant with the results of the research of G.I.Polyakov (1965 - cited by I.A. Zambrzhitsky, 1989), according to which the neural network (lattice), in which all inputs are connected to all outputs, is the material basis of the functional activity of the brain . This neural array with extensive capabilities of receptor-effector closures is subdivided into architectonic formations with clear differences in the topography of cellular and fibrous (axonal) elements, which generally indicates the existence of structural and functional specialization in its various regions. As many microelectrode studies have shown, neurons with a polyvalent characteristic, on which a wide variety of afferent influences are widely converged, are found in almost all brain structures.

Each nerve cell has certain synaptic connections through which a neuron can be functionally connected to any point in the brain (N.N. Vasilevsky, 1972).

According to E. Roberts (1974), the central nervous system consists of genetically programmed chains whose activity is released by neurons (command neurons) located at strategically important levels of the neural hierarchy dealing with both sensory input and motor output. Such preprogrammed chains for biting, swallowing, etc. presented at the level of the brain stem (SEGlickman, BBSchiff, 1967). Segmental command neurons can be controlled or retarded from above, and a decrease in this inhibition increases the excitability of command neurons and thereby releases the preprogrammed chains for the activity for which they are intended (E. Roberts, 1974). Different types of neurons in a network can belong to different systems, ensembles, and sub-ensembles, each of them contributing to the work of the entire network in a well-organized way (M. Verceano, 1982). At the cortical level, cortical neurons with common convergent receptive fields can be elements of the connecting system of the brain (N.N. Vasilevsky, 1968).

Networks of associative neurons have two cardinal properties (N.N. Vasilevsky, 1972): a pronounced ability to synthesize afferent influences and plasticity of transfer functions - and through this system of intracenter connections, the path of the excitation movement is “beaten” during the formation of temporary relationships, especially in the initial stage of the establishment of a temporary connection. Therefore, the regulation of the transfer functions of this system should be considered the main point in the organization of functional relationships between individual brain structures (N.N. Vasilevsky, 1972; JHO'Brien, SSFox, 1969).

Reflex regulation and self-regulation of neuronal systems is based on their ability to fix and reproduce a sequence of pulsed discharges. The excitability of the brain and all its structures, up to individual cellular elements and synapses, constantly fluctuates, and continuous changes in excitability are accompanied by full or partial “reading” of previously recorded various pulse code sequences (ERJohn, 1967; F. Morrell, 1966).

Impulse flows propagating from the structures of the representation of the conditioned stimulus have a selective effect on the cell system, on their intracellular mechanisms, fixing and reproducing the “image” of the unconditioned stimulus. This indicates the enormous informational capacity of the neuronal systems of the brain, and the final understanding of these results will have a significant impact on the theory of neuronal mechanisms of the system-integrative activity of the brain. Temporary connections can remain for many years, even after the complete suppression of the functional activity of the brain (deep sleep, anesthesia, shock, etc.), and also manifest itself with general high excitability of the brain, when there are several foci of dominant activity (N.N. Vasilevsky, 1972).

A multi-circuit system of regulation of the central nervous system functions with separate closed circuits within one common system can cause “partial” disorders, multidirectional shifts, and the preservation of certain parameters of cerebral homeostasis in the central nervous system (A.M. Zimkina, 1972).

The number of neuroglial cells is approximately 10 times the number of neurons and makes up a significant mass of the brain. Among various glia cells (astrocytes, microgliocytes, oligodendrocytes), astrocytes, especially the largest ones (plasma), located mainly in the gray matter of the brain, are of the greatest importance for higher nervous activity. Neuroglia performs the role of support, biological and mechanical protection, a mediator in the processes of occurrence, transmission and conduction of impulses, as well as a trophic role.

If we draw an analogy of the central nervous system with a computer, then neuroglia performs the functions of a programming device (L.R. Zenkov, M.A. Ronkin, 1991). It is also important that neurotransmitters are directly created in the central nervous system, however, the substrates necessary for their synthesis are transported to the central nervous system by blood through the neuroglial barrier (M. Tardien et al., 1991).

Neuroglia is a barrier and buffer that cushions a variety of homeostatic disturbances that can affect the state and function of neurons, as evidenced by morphofunctional studies of glia. It is known that the processes of astrocytes closely braid the capillaries, forming a kind of glial membrane around the vessels. Substances that penetrate from the capillaries into the brain tissue must first penetrate the membrane of the processes of glial cells and then enter the gliocyte itself (astrocyte). The pulsation of astrocytes serves as a kind of pump, pumping liquid and dissolved substances in it to neurons through processes that end on the membranes of neurons. The glial barrier is metabolically active and is involved not only in transport, but also in processing along the route of substances from the blood to neurons (M. B. Tsuker, 1975). Thus, the metabolic and drainage support of neurons is provided by the glial cell transport system, unlike other organs and tissues, where these processes are carried out by diffusion into the pericapillary spaces.

The concept that treats the brain as a dynamic system is based on the fact that, in addition to some neurons whose activity turns on and off with the input of information, other neuronal systems provide continuous and rhythmic bursts of pulses that “run through” or “scan” the networks of sensory sensory neurons interacting with them, influencing them and experiencing their influence (RCDill., E.Vallecalle, M. Verzeano, 1968; M. Verzeano 1970; M. Verzeano, K. Negishi, 1960).

The mechanism by which circulating activity can be generated has been postulated by M. Verzeano (1977). In accordance with his hypothesis, the pulses circulate along a series of feedback loops connected to each other, located in each core of the visual tubercle and in each zone of the cortex where this core is projected. Pulses circulating along the longer feedback loops that are located between the nuclei of the optic tubercle and between the optic tubercle and the cortex should coordinate the rhythm of this thalamo-cortical system. The author believes that this mechanism not only explains the circulation of activity, but through the interaction of the summation of exciting and inhibitory postsynaptic potentials that arise due to the circulation of pulses along such circuits, also explains the very close temporal relationship between circulating neural activity and periodic waves of the electroencephalogram. The circulation of neural activity along the networks of the cortex and the visual tubercle interacts with the activity generated by the input sensory information, which changes its characteristics.

These networks produce a pattern of excitation and inhibition distributed over a large number of neurons, which, when circulated along the contours of the visual tubercle, cortex, and cortical-thalamic circuits, forms a moving matrix that continuously scans the neurons of the sensory system, while the input sensory information continues to excite them. The interaction between these two systems “modulates” the moving matrix and “imprints” on it a new pattern of excitation and inhibition, which corresponds to the characteristics of peripheral stimuli. Continuing to move, the matrix transfers this new pattern to other systems of neurons.

Such a process performs at least two functions. It is capable of transferring input sensory information from sensory networks to other networks, where it is compared with previously stored information - this operation is required for perception. This process is able to re-carry information over the networks in which it is stored.

The circulation of a moving matrix spans network systems with a large number of neurons. Due to the very large number of involved connections and because of the variability of the levels of excitation and inhibition, new neurons can be included in the matrix at each given passage through the network, and others can be excluded.

The synchronous activity of different regions of the brain is due to the action of what A. A. Ukhtomsky called the “dominant focus”. It has been shown (ERJohn, 1967) that when various regions of the brain are re-activated simultaneously, they are functionally associated into something called A.A. Ukhtomsky “representative system” (MS). Subsequently, the activation of one of the anatomical regions of MS leads to the activation of other nerve ensembles of MS. As a result of the involvement of various nerve regions in MS, the temporal patterns of activity of these regions become similar.

According to the ideas developed by E.R. John (1982), information on the sensory stimulus is initially presented in the brain regions of the corresponding sensory system. As stimuli of different sensory modalities coincide, how movements are organized in response to these stimuli, and how experience arises about the positive and negative consequences of these movements, the representation of these stimuli in the nervous system expands, and extensive MS develops automatically.

Thus, the initial localization of functions is replaced by the multivariate participation of many areas in the representation of information. In a typical case, RS includes areas that provide information about each modality of the sensory input describing the characteristic features of the target stimuli, central states that reflect the level of excitation, levels of emotional valency and motivations, behavioral reactions and their results. In each area, this information is represented by spatio-temporal patterns of deviation from random or background activity of large ensembles of neurons - this is ensemble information or AI. Since each active region forms a dominant focus, insofar as the AI ​​characteristic of each of them spreads to other regions. Such reciprocal interactions enhance and preserve those characteristic signs of local patterns that coincide in different areas and drown out other signs. В результате появляется общая форма АИ – обширный анатомически и характерный паттерн активности, который может ревербировать во многих анатомических областях, принадлежащих к данной РС. При этом активность каждого отдельного нейрона важна лишь постольку, поскольку он участвует в местной АИ. Одни и те же ансамбли нейронов могут входить в состав многочисленных РС, причем в каждую из них с характерным для нее паттерном АИ.

Активность любой составной части РС в виде паттерна АИ, характерного для активности, имевшей место при прошлом опыте, распространяется на все другие части РС, вызывая резонанс, что приводит к активации всей РС, реализующей общую форму АИ, которая была зафиксирована. Таким образом обширные в анатомическом плане ансамбли нейронов могут активироваться зрением, звуком, запахом, настроением, потребностью или движениями, имевшими место в прошлом.

Поскольку паттерны АИ имеют место в ансамблях плотно сгруппированных резонирующих клеток, изменения концентрации ионов калия и кальция образуют сложную картину распределения зарядов. Ионные оболочки мукополисахаридных нитей и поверхности глиальных клеток и нейронов образуют истоки, стоки и градиенты. Таким образом возникает трехмерный объемный заряд, топография которого является надклеточной (выделено автором. – И.С.). АИ во многих ансамблях нейронов фокусируются и объединяются в форме невероятных распределений плотности заряда в пространстве и времени в пределах этой надклеточной области, которую можно назвать гипернейроном (выделено автором. – И.С.). Плотно сгруппированные нейроны вызывают распределение зарядов, предельно невероятное с точки зрения термодинамики. Эти распределения зарядов, в свою очередь, воздействуют на нейроны и поддерживают паттерны разрядов.

Таким образом, предложенный Е.Р.Джоном гипернейрон есть сложное электрическое поле, образованное не свободными зарядами, а непрочно связанными ионами. Критический локус гипернейрона связан с областями плотно сгруппированных нейронов, таких, как резонирующая кортико-таламо-ретикулярная система Это поле очень сложно разорвать, т.к. любое мыслимое поле, приложенное извне, может навести такой градиент напряжения на клеточном уровне, который совершенно ничтожен по сравнению с огромными местными градиентами, обнаруженными в нервной ткани.

3. Сознание, психика, мозг. Конечно, пишет Г.А.Куликов (1989), вряд ли стоит специально доказывать, что наиболее сложным для физиологического анализа является проблема осознания воспринимаемых сигналов. Это проблема соотношения психических и физиологических процессов (психофизиологическая проблема), которая теснейшим образом связана с основным вопросом философии – соотношение материи и сознания. Согласно А.М.Иваницкому (1986), психические процессы – это информация, составляющая содержание определенным образом организованных мозговых процессов. При этом следует отметить, указывает Г.А.Куликов (1989), что особенности даже таких процессов, как ощущение и восприятие, не могут быть выведены из нейродинамических процессов, протекающих в специфических отделах сенсорных систем. Из процессов, протекающих на любом из уровней сенсорных систем, не выводятся такие особенности сенсорных образов, как предметность, проецируемость и т.д. Публичная наблюдаемость рассматривается Г.А.Куликовым в качестве существенного отличия физических явлений от ментальных.

Психофизиологическая проблема в сжатой форме сводится к вопросу И.П.Павлова: “каким образом материя мозга производит субъективное явление?”.
Основная сложность естественнонаучной разработки психофизиологической проблемы представляется в необходимости объяснения специфических особенностей психических процессов отражения на основе механизмов деятельности нервной системы. К этим специфическим особенностям Г.А.Куликов (1989) относит предметность восприятия и его проецируемость во внешнее пространство, целостность, активность и недоступность психических процессов прямому чувственному наблюдению.

В целом парадоксальная специфичность психического заключается в формулируемости его характеристик не в терминах состояния субстрата, свойством которого оно (частично! – И.С.) является, а в терминах свойств его источника – объекта (Л.М.Веккер, 1974).

Широко известна гипотеза дуалистического интеракционизма одного из наиболее крупных современных нейрофизиологов Джона Экклса (JCEccles, 1979), сформированная под влиянием концепции “трех миров” английского философа Карла Поппера. На основе вывода, сделанного при анализе работ сторонников “научного материализма” (сущность представлений которых, по мнению Г.А.Куликова (1989), сводится к тому, что все психические процессы должны быть описаны в физических терминах) о невозможности создания нейрофизиологической теории, которая объяснит, как разнообразие мозговых процессов может быть синтезировано до целостного сознания. Экклс (JCEccles, 1979) предполагает существование разных миров, находящихся в совершенно различных пространствах, но взаимодействующих между собой через “связывающий мозг”, представленный фронтальной областью коры левого доминантного полушария.

4. Бессознательное состояние. Согласно М.В.Нестеровой с соавт. (1992), в основе нарушений памяти, сознания, мышления лежат нарушения межнейрональных взаимодействий. Эти нарушения могут происходить либо за счет выключения одного из нейронов из цепи, либо за счет нарушения медиаторных систем, ответственных за передачу и циркуляцию импульса.

А.А.Михайленко и В.И.Покровский (1997) выделяют две доминирующие точки приложения патологического воздействия, приводящего к нарушению высших форм нервной деятельности, составным компонентом которых является сознание, – морфологическую и биохимическую. На основе изучения процессов отека-набухания головного мозга в условиях реанимационной клиники эти они пришли к выводу, что роль непосредственного повреждения нейронов в развитии бессознательного состояния вряд ли доминирующая, поскольку хорошо известно, что нервная ткань (клетки) не регенерирует; по выздоровлении у большей части больных энцефалитами нарушения высших форм нервной деятельности не выявляется. Поэтому выход из бессознательного состояния можно трактовать скорее не как восстановление структуры, а как восстановление функции (но функции чего? – И.С.). Авторы осознают, что этот тезис не является полностью доказательным, поскольку восстановление функций ЦНС возможно за счет образования новых межнейрональных связей взамен утраченных. Наряду с этим, многочисленные и тесные межнейрональные связи, которые компенсируют утрату функции одним из нейронов, являются более веским тезисом против доминирования морфологической основы бессознательного состояния.

Биохимический путь, в отличие от морфологического, позволяет объяснить быстрые и медленные темпы развития бессознательного состояния. Так, В.И.Салалыкин и А.И.Арутюнов (1978) увязывают с нарушением состояния сознания пострадавших с нарушениями биохимических показателей мозговой ткани и спинномозговой жидкости при травме черепа и головного мозга, таких как лактат, отношение лактат/пируват. По мнению Р.Х.Цуппинг (1970 – цит. по: В.И.Салалыкин, А.И.Арутюнов, 1978), ацидоз ликвора, артериальная гипокапния и гипоксемия тесно связаны с состоянием ясности сознания, т.е. они увеличиваются вместе с углублением сознания.

Как известно, передача нервного импульса осуществляется в синапсах с помощью медиаторов. Все известные медиаторы создаются в медиаторергических нейронах и не проникают через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) из крови. По мнению А.А.Михайленко и В.И.Покровского (1997), в основе быстрых темпов нарушения сознания лежит прорыв ГЭБ веществами, обладающими медиаторным эффектом. Такие коматозные состояния формируются эктрацеребрально и связаны с нахождением (поступлением) в крови токсических веществ (микробных токсинов или химических ядов), обладающих медиаторным эффектом. Замедленные темпы развития бессознательного состояния формируются в большей степени самими нейроцитами за счет патогенных воздействий, вызывающих внутриклеточные нарушения медиаторного обмена. Хотя накопленные к настоящему моменту клинико-экспериментальные данные указывают на значительное нарушение при коматозных состояниях функции ГЭБ (Ю.Н.Квинтицкий-Рыжков, 1978; K.Majer-Hauff et al., 1984; BKSiesjo, 1973; MFSmilt et al., 1984), стройной концепции, позволяющей установить роль функционального состояния ГЭБ в патогенезе коматозных состояний, пока нет (Л.О.Бадалян и др., 1997).

По мнению В.И.Салалыкина и А.И.Арутюнова (1978), сохранение бессознательного состояния у больных после месячного лечения не дает основания считать это состояние необратимым и не всегда исключает возможности благоприятного обратного развития комы.

Вышеприведенные положения хорошо объясняют: почему, порой, даже значительные повреждения нервной ткани (кровоизлияния, кисты, рубцы, атрофии и т.д.) могут не сопровождаться клинически грубыми расстройствами и, наоборот, при отсутствии макроморфологических повреждений может наблюдаться тяжелая клиническая картина.

По мнению Д.С.Саркисова (1993), попытки раскрыть сущность клинико-анатомической картины той или иной болезни путем изучения изменений тончайших структур клеток без оценки этих изменений под углом зрения работы организма как единого целого сегодня остаются столь же ненадежными, как и в прошлом. Ни захватывающий интерес исследований в области генетики и иммунологии, ни высокая перспективность изучения многих других проблем современной цитологии не могут и не должны являться отвлекающим моментом от одновременного углубленного анализа закономерностей регуляции процессов жизнедеятельности организма как целого.

§9. Пластичность мозга. Компенсаторные процессы при ДЦП и других поражениях мозга. К сожалению, в литературе, посвященной ДЦПологии, почти отсутствуют работы, посвященные анализу структурно-функциональных изменений в ЦНС при детских церебральных параличах с позиций компенсаторных пластических перестроек нервной ткани, важность изучения которых не вызывает сомнений.

Громадные возможности компенсации, которыми обладает детский мозг, и хорошая замещаемость в детском возрасте могут привести к тому, что даже значительные рубцовые изменения после кровоизлияния, порэнцефалии, дефекты развития как следствие тех или иных вредностей, перенесенных во внутриутробном периоде или во время родов, могут не проявляться клинически (К.А.Семенова, 1968).

В силу поэтапности созревания ЦНС, ее окончательного формирования лишь к концу второго десятилетия жизни, у детей и подростков существуют резервные, большей частью скрытые, механизмы восстановления, казалось бы, полностью утраченных функций или их компенсации за счет других функциональных систем (К.А.Семенова, 1994). Этим объясняется присущую всем детским церебральным параличам тенденцию к улучшению, которая может дойти до практического выздоровления. Иногда самое тщательное неврологическое исследование взрослого, перенесшего в свое время детский церебральный паралич, не обнаруживает у него других расстройств, кроме неравномерности сухожильных рефлексов, симптома Бабинского с одной или обеих сторон. В другом случае находят только не замеченную самим больным гемигипотрофию с повышением сухожильных рефлексов на этой половине тела или, наконец, леворукость и дизартрические расстройства (Х.Г.Ходос, 1974).

Пластичность мозга ребенка, при условии раннего и адекватного терапевтического вмешательства, позволяет в значительной степени компенсировать полученное повреждение (С.С.Жилина, 1996). Известно много случаев, когда поражение – вплоть до полного разрушения одного из полушарий – не только приводило к значительному замещению утрачиваемых функций, но и не предотвращало формирования высокоинтеллектуальной личности. Ярким подтверждением служит пример Луи Пастера, который в юности перенес кровоизлияние в мозг, однако это не помешало ему впоследствии сделать ряд выдающихся открытий.

Разрушение (болезнь, травма) многих гибких мозговых звеньев систем организации сложной деятельности чаще всего первоначально вполне восполнимо, но постепенно лишает мозг богатства его возможностей. Очень важно для клиники, что, по крайней мере, некоторые, казалось бы, не обязательные, не значимые звенья системы обеспечения, например речевой функции, могут при необходимости взять на себя ведущую роль, определить возможность восстановления функции при необратимой гибели главного звена соответствующей системы – в частности, зоны Брока (Н.П.Бехтерева, 1997).

В обеспечении разных видов деятельности, и в том числе мыслительной, мозг обладает целым рядом механизмов надежности, увеличения его возможностей. Речь идет о явной или латентной полифункциональности очень многих нейронных популяций, которая может присутствовать исходно (явная) или проявляться при изменении химических модуляционных влияний (латентная) (Н.П.Бехтерева, 1971, 1980, 1997).

Н.П.Бехтерева (1988) справедливо указывает на трудность разграничения в больном мозгу собственно поражения и разного рода первично-компенсаторных реакций, как направленных на адаптацию больного организма к среде, так и на истинную компенсацию поражения. В тоже время пластичность – одно из важнейших свойств нервной системы и имеет значение универсальной общебиологической категории (Г.Н.Крыжановский, 1997). По мнению Е.В.Шуховой (1979), необычайная функциональная пластичность нервной ткани, развитие заместительной функции нервно-мышечного аппарата позволяют добиться компенсации дефекта и перевода функционально недеятельных, но морфологически не погибших нервных клеток в деятельное состояние. Если у взрослых, пишет К.А.Семенова (1972), восстановительное лечение осуществляется с опорой на сохранившиеся функции, то у детей с еще не развитыми двигательной, речевой, психической и другими функциями оно должно предусматривать не только ликвидацию дефекта, вызванного заболеванием, но и стимуляцию равномерного развития созревающих функций, задержанных в связи с болезнью, а также компенсацию тех изменений, которые являются необратимыми.

Д.С.Саркисов (Структурные…, 1987) подчеркивает универсальный тип структурного обеспечения функции в ходе адаптивных реакций организма, состоящий на первом этапе в увеличении активно функционирующих структур из числа имеющихся в норме, затем происходит увеличение (гиперплазия) их числа, и, наконец, если неблагоприятное внешнее воздействие длительно не устраняется, то наступает декомпенсация. Не менее важно и другое его положение, что …при интенсивной работе той или иной системы органов многие другие снижают интенсивность своего функционирования, … в одной и той же клетке адаптивная интенсификация выработки одних ферментов обязательно сопровождается ингибированием продукции других.

Исследование процессов перестройки нейронных сетей важны по двум причинам. Во-первых, они показывают, как мозг восстанавливается после травмы. Во-вторых, исследование ветвления аксонов дают сведения о фундаментальных способностях мозга образовывать новые синапсы и регулировать свою нейронную структуру. Такие реакции возникают не только при восстановлении повреждений, скорее всего, они могут быть вызваны и другими способами, не связанными с повреждением мозга, например, нарушением метаболизма группы волокон – то есть формирование синапсов может индуцироваться просто сменой метаболических состояний (К.В.Котман, 1982). Нейронные сети постоянно перестраиваются в соответствии с балансом питательных веществ в их окружении (Структурные…, 1987), и поэтому для описания перестройки нейронных сетей лучше употреблять понятие реактивного синаптогенеза (reactive synaptogenesis), а не аксонного ветвления (axon sprouting) (К.В.Котман, 1982).

В широком смысле под пластичностью организма подразумевается общая тенденция живых тканей поддерживать и восстанавливать функции, нарушенные под влиянием патогенных факторов в экстремальных условиях жизнедеятельности, в частности, вызывающих перенапряжение нормальных структурно-функциональных соотношений в ЦНС, выработанных в онтофилогенезе (F.Vital-Durand, 1975. – цит. по: И.А.Замбржицкий, 1989). В функциональных системах мозга нейрофизиологические механизмы пластичности, тонической и следовой активности, а также механизмы внутрицентральных перестроек взаимодействия и саморегуляции являются принципиально одинаковыми как для классических условных рефлексов, так и для любых других адаптивных, компенсаторных и защитно-приспособительных реакций (Н.Н.Василевский, 1972).

По мнению Г.Н.Крыжановского (1997), любое вмешательство, прерывающее последовательность структурно-функциональных и нейрогуморальных перестроек в поврежденной ЦНС, патогенетически необосновано. Учитывая то, что структурные повреждения мозга относятся к числу “эволюционно консервативных”, следует рассматривать индуцируемые ими адаптивно-приспособительные реакции близкими к оптимальным. Поэтому в поиске способов и методов лечения следует исходить из принципа оптимизации этих реакций, а не противодействия им. Так, использование унифицированной шкалы комы Глазго у 1000 больных с тяжелой черепно-мозговой травмой привело к парадоксальным выводам: стероидная терапия, осмотические диуретики и ИВЛ ухудшают прогноз при этом виде коматозных состояний. Эти выводы являются серьезным стимулом для разработки новых эффективных направлений интенсивной терапии и реанимации при черепно-мозговой травме (А.Р.Шахнович и др., 1981). По всей вероятности, это относится и к некоторым состояниям, встречающимся в перинатальной неврологии (асфиксия, родовая травма и т.п.). К сожалению, в клинике очень сложно выделить собственно поражение мозга, компенсаторную гиперактивность исходно непораженных систем и структур мозга и патологические проявления, первоначально игравшие роль физиологической защиты (Н.П.Бехтерева, 1988).

Структурно-функциональные изменения образований нервной системы и в норме происходят постоянно. Феномен, называемый “аксонное ветвление” (akson sprouting), к настоящему времени обнаружен во многих частях периферической и центральной нервной системы (Neuronal plasticity..., 1978). Известно также, что любое повреждение индуцирует пластические перестройки и реорганизацию соответствующих отделов и в той или иной мере всей нервной системы и ее деятельности. Первичным толчком к пластическим структурным перестройкам мозга является изменение его химического гомеостаза (Г.А.Вартанян, Б.И.Клементьев, 1991). Результатом этих перестроек является формирование функциональных связей за счет образования новых (спраутинг) или актуализации предшествующих (Г.А.Вартанян с соавт., 1984; DGStein et al., 1983; RPVeraa, LMMendell, 1986). При повреждении ЦНС возникает усиленная пластическая реакция сохранившихся нейронов в зоне дефекта, которая завершается ростом нейритов и установлением новых межнейрональных связей (Г.Н.Крыжановский, 1997).

В экспериментальной работе Г.П.Обуховой с соавт. (1989) исследованы морфологические перестройки в пределах кортико-спинальной системы при ее одностороннем повреждении. Установлено, что уже в остром посттравматическом периоде обнаруживается атипичный, не встречающийся в норме транспорт метки из поясничного отдела спинного мозга в ипсилатеральное полушарие, а количество ипсилатеральных кортико-цервикальных связей достоверно превышает их число у интактных животных. Это, полагают авторы, обусловлено подрастанием коллатералей аксонов, принадлежащих нейронам интактного полушария (и в норме проецирующимся на нейроны контралатеральной половины спинного мозга), в денервированную, то есть в ипсилатеральную его половину. M.Pritzel, JPHuston (1981) показали, что спустя 7 сут после одностороннего повреждения полушария у половозрелой крысы обнаруживается подрастание коллатералей аксонов интактных нейронов таламуса, контралатерального удалению, к денервированным клеткам-мишеням ипсилатерального таламуса.

Таким образом, коллатеральный спраутинг активируется на ранних этапах компенсаторного процесса. Именно в этот период формируется состояние ПГ (постденервационной гиперчувствительности), которое В.Кеннон и А.Розенблют (1951) рассматривали как первый этап компенсаторных перестроек в поврежденной ЦНС. Следует добавить, что само понятие “гиперчувствительность” до сих пор полностью не расшифровано. Есть лишь основание предполагать, что речь идет об изменении структуры рецептора, т.е. структуры клеточной мембраны (Е.С.Бондаренко и др., 1997).

CWCotman, JVNadler (1978), на основании своих исследований, сделали несколько обобщений, касающихся аксонного ветвления.

1. Новые функциональные синапсы формируются примерно в течение недели. Этот процесс, однако, может продолжаться несколько недель.

2. Количество восстановленных синапсов почти равно количеству утерянных.

3. При повреждении нервной системы взрослых животных новых нервных путей не образуется. Если повреждение проводится у развивающихся животных, случаи образования новых путей иногда наблюдаются (выделено мной. – И.С.). У взрослых, однако, закономерно перераспределение существующих нейронных входов.

4. Рост является селективным. У одних популяций он есть, у других нет.

Пластические перестройки поврежденного мозга, реализующиеся на основе предуготовленных структурных элементов (актуализация предшествующих связей) протекают в виде синапсомодификации по типу актуализации или активации синаптического входа. Это ведет к появлению зон повышенной функциональной активности в гомотопических участках коры противоположного полушария. А.Н.Советов (1988) образование таких зон рассматривает как проявление компенсаторной гиперактивности, позволяющей в значительной мере восполнить нарушенную функцию.

В ходе исследований А.П.Дыбовского с соавт. (1982) установлено, что через 10 часов (в одной серии опытов) и через 9-12 мес. (в другой серии) после деафферентации коры одного из полушарий рецептивные поля нейронов интактного полушария распространялись на ипсилатеральную поверхность тела. При этом около 30% нейронов становились билатеральными, т.е. начинали реагировать на раздражение рецептивных зон обеих конечностей. В норме таких нейронов не было. Процент нейронов с унилатеральными рецептивными полями снижался с 90 до 20. Краткое время экспозиции в первой серии опытов позволило авторам думать, что трансформация унилатеральных нейронов в билатеральные обусловлена мобилизацией предшествующих в норме, но не реализуемых синаптических контактов (“молчащих синапсов”). Результаты этих опытов еще раз свидетельствуют о том, что действие компенсаторного фактора (образующегося на поздних стадиях восстановительного процесса) связано с модификацией структурных образований мозга.

В связи с этим представляет интерес динамическое наблюдение ESGarnett и соавт. (1988) за пациентом с тяжелым течением левостороннего паркинсонизма. При первичном ПЭТ-исследовании авторы отметили снижение накопления 18F-флюородопы в скорлупе на стороне полушария головного мозга, противоположной клиническим симптомам. Повторное ПЭТ-исследование на фоне углубления экстрапирамидных расстройств выявило дальнейшее снижение накопления флюородопы в полосатом теле также справа. Наряду с этим, обнаружено уменьшение уровня флюородопы в полосатом теле слева, аналогичное тому, которое наблюдали 2,5 года назад справа при левостороннем гемипаркинсонизме. К этому времени у больного уже были двусторонние паркинсонические симптомы. Возможно, что вовлечение в патологический процесс интактной прежде гемисферы в какой-то мере можно объяснить как отсутствие реакции компенсации в виде появления зон повышенной функциональной активности в гомотопических участках полосатого тела.

По мнению Г.Н.Крыжановского (1997), мероприятия, направленные на восстановление функций мозга, но нарушающие возникшую адаптивную перестройку, могут ухудшить адаптированное состояние мозга.
<< Previous Next >>
= Skip to textbook content =

Взаимоотношения структуры и функции. Problems of function localization. Мозг как динамическая система. Механизмы системно-интегративной деятельности мозга. Сознание, психика, мозг. Бессознательное состояние

  1. Мозг как механизм ассоциативного радиантного мышления
    Удивительный механизм - ваш мозг - выполняет пять основных функций по обработке информации: восприятие, удержание, анализ, вывод и управление. 1. Восприятие Информация «вводится» через органы чувств. 2. Удержание Посредством работы памяти, что включает хранение информации и вспоминание (способность извлекать хранящуюся информацию). 3. Анализ Распознавание взаимоотношений между различными
  2. Локализация функций в коре головного мозга
    Исследование структуры переднего мозга, естественно, не могло быть оторвано от изучения функционального значения отдельных областей коры. Проблема локализации функций в коре больших полушарий давно являлась одним из сложнейших разделов в научном естествознании. Во второй половине XIX в. было открыто клеточное строение организма, получила полное подтверждение эволюционная теория в известных трудах
    Каждое из этих положений можно рассматривать отдельно, но также необходимо рассматривать их вместе. Первое из этих положений в конкретной форме утверждает, что психика осуществляется материальным органом, мозгом, который, таким образом фактически, «не на словах, а на деле» отрицает, снимает пропасть между материальным и «идеальным», представляет «идеальное» как продукт деятельности, функцию
  4. BBB. Its importance for the structure and function of the brain
    By the definition of Stern, the blood-brain barrier (BBB) ​​is a combination of physiological mechanisms and corresponding anatomical formations in the central nervous system that are involved in the regulation of cerebrospinal fluid (CSF). This definition is from the book of Pokrovsky and Korotko "Human Physiology." The blood-brain barrier regulates
  5. An organism as a combination of systems and functions, relations with the environment. Adaptive defense mechanisms of the body
    The human body is a single whole in which the structure and functions of all tissues, organs and organ systems are interconnected. A change in the structure and functions of any organ and system of organs causes changes in the structure and functions of other organs. The main mechanism for maintaining the body's activity at a relatively constant level is the self-regulation of physiological functions.
  6. An organism as a combination of systems and functions, relations with the environment. Adaptive defense mechanisms of the body.
    The human body is a single whole in which the structure and functions of all tissues, organs and organ systems are interconnected. A change in the structure and functions of any organ and system of organs causes changes in the structure and functions of other organs. The main mechanism for maintaining the body's activity at a relatively constant level is the self-regulation of physiological functions.
  7. The structure and functions of the immune system
    The main function of the immune system is to control the qualitative constancy of the genetically determined cellular and humoral composition of the body. The immune system provides: • protection of the body from the introduction of foreign cells and from modified cells (for example, malignant) that arose in the body; • destruction of old, defective and damaged own cells, as well as
  8. Brain functions and possible violations of these functions
    Higher brain functions include speech, gnosis and praxis. The speech function is closely related to the functions of writing and reading. Several analyzers, such as visual, auditory, motor, and kinesthetic, take part in their implementation. For the correct performance of the function of speech, it is necessary to preserve the innervation of the muscles, primarily the tongue, larynx, soft palate. Also significant
  9. Головной мозг (проблемы)
    Физическая блокировка Самыми распространенными недомоганиями, связанными с головным мозгом, являются ГОЛОВНАЯ БОЛЬ и МИГРЕНЬ (см. соответствующие статьи). К более серьезным проблемам относятся ТРАВМА ГОЛОВНОГО МОЗГА, которая чаще всего бывает следствием черепной травмы - например, в результате несчастного случая, - ТРОМБОЗ ГОЛОВНОГО МОЗГА и КРОВОИЗЛИЯНИЯ, которые происходят в результате
    Эволюция человека как биологического вида завершилась. Однако в течение каждой индивидуальной жизни мозг продолжает оставаться развивающейся, эволюционирующей системой. Результаты этой эволюции определяются многоуровневым взаимодействием биологической программы развития и средовых факторов. Если эволюция живой природы протекала стихийно, то ответственность за индивидуальное эволюционирование
  11. Military psychology as a branch of modern psychological science, its structure and functions
    Military psychology is one of the independent applied branches of modern psychological science. Like any other branch of psychology, it has its own subject and object of study, its own tasks and structure. It should be noted that despite the fairly long period of existence of this branch of psychological science, there is no generally accepted definition of military psychology. Therefore further,
  13. Как устроен спинной мозг
    Спинной мозг располагается в позвоночном канале и представляет собой цилиндрический тяж, его длина у взрослого составляет 42–46 см. В области I шейного позвонка он переходит в продолговатый мозг. На уровне I–II поясничного позвонка он истончается и переходит в тонкую нить. Толщина спинного мозга – 1 см. В нем имеются два утолщения: шейное и поясничное. Спинной мозг состоит из 31–32
  14. The structure and function of the reproductive system in the age aspect
    The structure and function of the reproductive system in age
  15. Pathogenetic mechanisms of reproductive system dysfunction
    Pathogenetic mechanisms of reproductive dysfunction
    The main function of the lungs - the exchange of oxygen and carbon dioxide between the environment and the body - is achieved by a combination of ventilation, pulmonary circulation and diffusion of gases. Acute violations of one, two or all of these mechanisms lead to acute changes in gas exchange. Pulmonary ventilation. Indicators of pulmonary ventilation include tidal volume (Vt), respiratory rate (f), and minute volume
  18. Мозг - система обработки информации
    Что происходит у вас в мозге, когда вы жуете сочную грушу, наслаждаетесь ароматом цветов, слушаете музыку, наблюдаете за течением воды в ручье, обнимаете любимого человека или просто вспоминаете о пережитом? Ответ одновременно прост и необычайно сложен. Каждый бит информации, поступающей в мозг, - каждое ощущение, воспоминание или мысль (включая каждое слово, число, вкус, запах, линию, цвет,
  19. Mind as a property of the brain
    Many examples from medical practice show that if you damage the nervous system of a person or animal, especially the brain, but inevitably there will be disorders in mental activity. Disturbed vision, hearing, movement, memory, thinking. The conclusion follows from this that mental activity depends on its nervous system, i.e. from matter. This is a materialistic view that
Medical portal "MedguideBook" © 2014-2019