Nikolls_-_Ot_neyrona_k_mozgu

живается и другими экспериментами, в которых охлаждение этого ядра тормозило начало произвольного движения и появление соответствующей ему клеточной активности в двигательной коре138). Клетки Пуркинье средней части мозжечка, посылающие отростки к промежуточному ядру, получают проприоцептивный вход от мышц, участвующих в движении, и поэтому могут модулировать выходной сигнал, проходящий через промежуточное ядро. Электрические разряды в этом ядре, зарегистрированные во время наклонных движений, совпадали с разрядами Ia афферентов в тех же экспериментальных условиях. Эти мозжечковые клетки разряжались особенно сильно в начале движения, причем как при сгибании, так и при разгибании (рис. 22.25). Более того, внешние толчки во время наклонных движений тут же отражались в активности как la афферентов, так и клеток промежуточного ядра. Исходя из этих и других экспериментов, было предположено, что одной из функций промежуточного ядра является отслеживание и контроль (посредством γ-мотонейронов) рефлексов с мышечных веретен. Такое регулирование помогает уменьшить вариации рефлекторной реакции, которые могут происходить во время медленных изменений длины мышцы. Это приводит к сглаживанию сокращения.

Итак, есть основания считать, что зубчатое ядро может играть важную роль в инициации, организации и исполнении планируемых движений, тогда как промежуточное ядро — в конечной регулировке рефлексов и движений, в частности, контроле над отклонениями от выполнения команды. Афферентные и эфферентные связи ядра шатра играют, вероятно, роль в контроле положения тела в пространстве139). Эксперименты, в которых синаптическая передача в том или другом ядре была блокирована локальной аппликацией химических агентов, подтверждают эту точку зрения. В зубчатом ядре такая аппликация вызывает задержку исполнения заученных движений, а блок передачи в промежуточном ядре вызывает постоянный тремор. Однако ни в том, ни в другом случае блокирование передачи не устраняло движение. Эффекты блокирования были гораздо более сильными при движениях с участием многих суставов. Блокирование ядра шатра нарушало способность сидеть, стоять, а также ходьбу; блокирование промежуточного ядра вызывало сильный тремор вытянутой руки; блокирование зубчатого ядра приводило к неправильному касанию мишеней и к дискоординации сложных движений пальцев рук.

Нарушения у пациентов с повреждениями мозжечка

Функциональная роль мозжечха во многом проясняется при анализе симптомов нарушений, регистрируемых у пациентов после повреждения этого органа. Например, медуллобластома, растущая по средней линии

на уровне четвертого желудочка, приводит сначала к нарушению баланса тела из-за давления на вестибулярные ядра мозжечка140). В общем, мозжечковые дисфункции характеризуются нарушениями координации движений. Локомоция сохраняется, но походка неустойчива, а ноги широко расставлены для компенсации нарушенного баланса. Проблемы возникают особенно явно при попытке быстрых переключений движений, что демонстрирует неспособность правильно начать и закончить движение. Классический неврологический тест заключается в просьбе пациенту быстро переместить палец с его носа на палец врача. Повреждения мозжечка проявляются в шаткой походке и промахивании мимо цели при попытке целенаправленного движения. Интенционный тремор появляется во время движения, но отсутствует в покое. Эти проблемы связаны, видимо, с отсутствием точного распределения во времени и нарушением баланса между активностью мышц--антагонистов.

Два типа двигательных заболеваний у пациентов (мозжечковые атаксии) — периодическая атаксия и спинномозжечковая атаксия (SCA) — ассоциированы с наследственными генетическими мутациями141), часто ведущими к дегенерации клеток Пуркинье. Так же, как при болезни Хантингтона (см. следующий раздел), некоторые мутации, ассоциирование с SCA, приводят к дополнительному повтору триплета (CAG), кодирующего аминокислоту глютамин. Функции многих из пораженных генов неизвестны, но один из них (SCA6) вызывает CAG повторы в участке, кодирующем субъединицу αIА кальциевого канала, которая экспрессируется в клетки Пуркинье мозжечка142· 143). Было показано, что другие мутации этого гена ассоциированы со 2 типом периодической атаксии, а также наследственной мигренью144). Периодическая атаксия 1- го типа ассоциирована с мутацией потенциалзависимого калиевого канала145). Так как оба типа каналов участвуют в генерации сложного спайка, то их мутации могут привести к накоплению ионов кальция в клетках Пуркинье и последующей гибели этих клеток.

Хотя проведенные недавно эксперименты дали ценную информацию о молекулярных и клеточных механизмах функций мозжечка и специфической роли отдельных ядер мозжечка в контроле движений и положения тела в пространстве, ясное заключение об общей функции мозжечка, данное Эдрианом более 50 лет назад, до сих пор кажется поразительным:

Несмотря на свое сходство с мозгом, мозжечок не имеет ничего общего с мыслительной работой... Мозжечок имеет гораздо более приземленную и совершенно бессознательную задачу сохранения баланса тела при движении конечностей, а также обеспечивает, чтобы конечности делали все, что от них требуется. Его работа показывает, что через механизмы нервной системы может быть реализовано множество процессов, задуманных сознанием. Если я решу поднять мою руку, сообщение отправится от двигательной зоны одного из полушарий мозга к спинному мозгу и дубликат этого сообщения пойдет в мозжечок. Там, в результате взаимодействия с другими сенсорными импульсами, в спинной мозг посылаются дополнительные приказы таким образом, что необходимые мышцы приводятся в действие точно в тот момент, когда им нужно, чтобы поднять мою руку и уберечь мое тело от падения. У мозжечка есть доступ ко всей информации от мышечных веретен υ органов, реагирующих на давление, υ поэтому он может вводить поправки для предотвращения сбоя команды и плохой координации. При повреждении мозжечка согласованность действий выходит из строя, мышцы сокращаются слишком рано или слишком поздно с неправильной силой. Работа системы должна быть тщательно рассчитанной, особенно с учетом того, что тело должно балансировать на двух ногах υ использует рут для всех типов движения. Все это и выполняется аппаратом нервной системы после того, как поступила сознательная команда. Мозжечок не имеет отношения к определению общего плана действий. Его удаление не повлияла бы на наши мысли и чувства, за исключением того, что мы будем осознавать, что наши конечности не находятся под нашим полным контролем, и должны будем планировать наши действия соответственно,

§ 7. Базальные ганглии

Вблизи от дальних слоев коры больших полушарий головного мозга находятся группы нейронов, объединенных в крупные ядра, известные вместе как базальные ганглии. Они состоят из хвостатого ядра и скорлупового ядра (известных вместе как неостриатум), а также их наружной и внутренней части бледного шара (рис. 22.26). Две структуры среднего мозга — черная субстанция и субталамическое ядро — имеют афферентные и эфферентые связи с базальными ганглиями и часто рассматриваются

как элементы той же системы. Дофаминергические нейроны черной субстанции (глава 14) направляют свои отростки в стриатум (нигростриальный тракт). Базальные ганглии получают множественные входы от коры мозга, в частности от прецентральной извилины. Их главные эфферентные пути идут в вентролатеральное и переднее вентральное ядро таламуса (совпадая с проекциями от мозжечка) и затем направляются в кору146). Базальные ганглии обеспечивают существенную модуляцию выходящей двигательной команды через сложную систему обратных связей147· 148).

Нейронные сети базальных ганглиев

Хвостатое ядро и скорлупа функционируют вместе как «ворота» в базальные ганглии, получая глутаматергические возбуждающие входы из коры (рис. 22.27). Скорлупа получает входы от сенсорных и моторных областей, окружающих центральную борозду, поэтому его активность прямо связана с двигательной системой. Хвостатое ядро иннервируется фронтальной корой и поэтому оно вовлечено в когнитивные процессы высокого порядка. Параллельное поступление той и другой информации обеспечивает роль базальных ганглиев в сознательной деятельности, эмоциях, а также в выполнении двигательных команд149· 150).

ГАМК-ергические нейроны хвостатого ядра и скорлупы посылают свои волокна в бледный шар и ингибируют его активность. Нейроны бледного шара также относятся к числу тормозных, освобождая ГАМК в синапсах на нейронах таламуса в переднем вентральном и вентролатеральных ядрах. Нейроны бледного шара тонически активны, посылая до 50 потенциалов действия в секунду, что приво-

дит к постоянному торможению прохождения возбуждения от таламуса к коре. Таким образом, повышенная активность коры возбуждает клетки хвостатого ядра и скорлупы, которые, в свою очередь, тормозят нейроны бледного шара и результатом является снятие торможения с таламуса. Базальные ганглии тормозят активность таламокортикального пути до тех пор, пока не поступит сигнал отмены.

Клеточная активность в базальных ганглиях

Минк и Тач151· 152) исследовали поведение нервных клеток в бледном шаре обезьян во время различных движений, контролируемых зрением. Движения состояли в сгибании или разгибании кисти с различной нагрузкой, во многих случаях в движении участвовала только одна мышечная группа. Обезьян заставляли отслеживать световым пятном движение курсора на экране. Разряды клеток были относительно нечувствительными к исходному положению кисти, скорости движения или величине нагрузки. Однако электрическая активность уменьшалась или увеличивалась по мере совершения движения. Так, клетки бледного шара изменяли активность во время внезапных движений. Это происходило вслед за повышением активности в зубчатом ядре и возникало часто уже после начала электрической активности в соответствующих мышцах.

Минк и Тач предположили, что разряды клеток бледного шара ассоциированы с освобождением от удерживающего механизма, ответственного за фиксацию суставов, разрешая таким образом начало движения. Аналогия с началом движения машины, находящейся на склоне, может объяснить причину задержанной нейрональной активности: действительно, в этом случае ручной тормоз может быть отпущен только тогда, когда нажат газ. В согласии с этим выводом находится наблюдение о том, что инъекция мусцимола (агонист ГАМК рецепторов, см. главу 13), приводящая к торможению нейронов в бледном шаре, вызывает повышение тонуса мышц кисти за счет совместного сокращения сгибателей и разгибателей153). При этом заученные движения были замедлены без существенных изменений в моменте начала движения.

Болезни базальных ганглиев

Важность базальных ганглиев в моторном контроле подчеркивается широким распространением нейродегенеративных болезней, которые связаны с нарушением этих образований154· 155). Так, в 1817 году Джеймсом Паркинсоном был описан «дрожательный паралич». Болезнь Паркинсона характеризуется тремором покоя, который проходит во время произвольных движений, увеличенным тонусом из-за совместной активации мышцантагонистов, затрудненным началом движения

и медленным ходом выполнения движения 156). При этом дегенерированы дофаминергические нейроны черной субстанции. Замещение дофамина путем введения его предшественника L- ДОФА, является стандартной терапией.

Нейроны черной субстанции освобождают дофамин из окончаний в неостриатуме, тормозя одни нейроны и активируя другие, с преобладанием, в целом, возбуждающего эффекта157). Так, при дефиците дофамина при болезни Паркинсона происходит снижение активности стриатума и он вызывает меньшее торможение бледного шара. Увеличение активности бледного шара уменьшает активность клеток таламуса, что, в свою очередь, уменьшает возбуждающий поток импульсов в моторную кору. Результатом является симптом гипокинезии, один из наиболее ярких при этой болезни.

Другое хорошо известное заболевание базальных ганглиев называется болезнью Хантингтона, при которой ярко проявляется гиперкинез в виде генерации спонтанных непроизвольных движений, которые дали болезни другое название — хорея Хантингтона (от греческого слова chorea — танец). При этой болезни дегенерируют нейроны стриатума, предназначенные тормозить клетки наружной части бледного шара. Эти паллидарные нейроны в норме ингибируют субталамическое ядро, которое, в свою очередь, возбуждает через обратную связь эфферентные пути бледного шара. После потери тормозного контроля со стороны стриатума субталамическое ядро перестает возбуждать бледный шар (рис. 22.27). Это приводит к тому, что торможение таламуса бледным шаром снижается, приводя к ненормальной активации моторной коры таламусом — гиперкинезу158). Эта интерпретация поддерживается сходным проявлением состояния, названного гемибаллизм, который наблюдается тогда, когда субталамическое ядро повреждается инфарктом задней церебральной артерии. После этого повреждения наблюдаются разболтанные движения рук и ног на противоположной стороне тела, вновь как результат сниженного торможения со стороны бледного шара.

Болезнь Хантингтона детерминирована генетически159· 160). Сравнительный анализ в семьях, имеющих больных этой болезнью, позволил клонировать мутированный ген. Оказалось, что у больных имеется повторение CAG триплета (кодирующего глютамин) от 40 до 121 раза (в норме повторение не превышает 34 раз)161). Большее число повторов триплета кореллирует с более ранним началом заболевания (обычно к концу среднего возраста). Белок, кодируемый геном болезни Хантингтона, является крупным, превышающим 3 000 аминокислот, его функция остается неизвестной162).

Выводы

·Двигательная (нейромоторная) единица представляет собой мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна.

·Афференты мышечных веретен подвержены дивергенции в спинном мозге, образуя слабые синаптические контакты на всех мотонейронах, управляющих данной мышцей. Пространственная и временная суммация импульсов от мышечных веретен позволяет афферентному потоку достигнуть порога возбуждения.

·Мышечное сокращение начинается с небольших моторных единиц и впоследствии вовлекает крупные двигательные единицы (принцип размера), поскольку в ответ на тот же раздражитель малые мотонейроны более возбудимы.

·Рецепторы растяжения активируют мышцы-агонисты и через интернейроны ингибируют мышцы-антагонисты.

·Сухожильные органы Гольджи чувствительны к напряжению мышцы и ингибируют мотонейроны через интернейроны.

·Чувствительность мышечных веретен к растяжению модулируется активацией γ- мотонейронов (фузимоторных), которые вызывают сокращение интрафузальных мышечных

волокон. Ко-активация α- и γ-мотонейронов непрерывно подстраивает чувствительность веретен во время запрограммированных движений.

·Сгибательный и перекрестный-разгибательный рефлексы, инициируемые болевым раздражителем, являются свидетельством координации движений конечностей, что является необходимым компонентом локомоции.

·Медиальная и латеральная группы спинальных мотонейронов иннервируют, соответственно, мышцы туловища и дистальных конечностей.

·Пейсмекерные нейроны и синаптические взаимодействия нервных клеток совмест-

но обеспечивают формирование центральных генераторов ритма, управляющих врожденными двигательными программами, такими как локомоция и дыхание.

·Центральныедвигательные команды могут запускаться и непрерывно модулироваться обратным сенсорным притоком.

·Дыхание представляет собой пример моторной программы, управляемой генератором

ритма в стволе мозга, который модулируется уровнем СО2 крови и рецепторами растяжения в дыхательных мышцах.

·Первичная двигательная кора М1 располагается впереди центральной борозды, со соматотопическим представлением мышц тела. Кортикоспинальные нейроны, направляющиеся в спинной мозг, посылают импульсный поток, интенсивность которого пропорциональна силе мышечного сокращения.

·Многие нейроны в М1 зоне являются детерминироваными в отношении направления движения. Их активность зависит от стартовой позиции конечности и характера инициирующего движение сигнала.

·Мозжечок помогает планированию и исполнению двигательных команд благодаря обратной связи с корой и в результате нисходящих команд к красному ядру и ядрам ствола мозга. Разрушение мозжечка нарушает координацию без изменений в сенсорной сфере и в силе мышечных сокращений.

·Базальные ганглии обеспечивают отрицательную обратную связь с корой и действуют, ограничивая число выходящих двигательных команд. Последствия нарушений функций базальных ганглиев демонстрируют весьма сложный характер этих обратных связей.

Рекомендуемая литература

Обзоры

оArshavsky, Y. I., Deliagina, Т.О., and Orlovsky, G. N. 1997. Pattern generation. Cuir. О/ни. Neuro-biol. 7: 781789.

оAsanuma, H. 1989. The Motor Cortex. Raven, New York.

оGeorgopoulos, A. P. 1994. New concepts in generation of movement. Neuron 13: 257-268.

оGetting, P. A. 1989. Emerging principles governing the operation of neural networks. Anna. Rev. Neurosci. 12: 185-204.

оKiehn, O., et al. (eds.) 1998. Neuronal Mechanisms for Generating Locomotor Activity (Annals of the New York Academy of Sciences, Vol.860). New York Academy of Sciences, New York. [22]

оKlockgether, T., and Evert, B. 1998. Genes involved in hereditary ataxias. Trends Neurosci. 21: 413-418.

оPaulson, H. L., and Fischbeck, К. Н. 1996. Trin-ucleotide repeats in neurogenetic disorders. Anna. Rev. Neurosci. 19: 79-107.

оPenfield, W., and Rasmussen, T. 1950. The Cerebral Cortex of Mon: A Clinical Study of Localization of Function. Macmillan, New York.

оRekling, J. C., and Feldman, J. L. 1998. Pre-Botzinger complex and pacemaker neurons: Hypothesized site and kernel for respiratory rhythm generation. Ann. Rev. Physiol 60: 385-405.

оThach, W.T., Goodkin, H.G., and Keating, J.G. 1992. The cerebellum and the adaptive coordi-

nation of movement. Annu. Rev. Neurosci. 15: 403-442.

о Wichmann, T., and DeLong, M. R. 1996. Functional and pathophysiological models of the basal ganglia. Curr. Opin. Neurobiol. 6: 751-758.

Статьи

оHenneman, Ε., Somjen, G., and Carpenter, D. O. 1965. Functional significance of cell size in spinal motoneurons. /. Neurophysiol. 28: 560-580.

оKami, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., and Ungerleider, L.G. 1995. Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning. Nature 377: 155-158.

оLang, E. J., Sugihara, I., Welsh, J. P., and Llinas, R. R. 1999. Patterns of spontaneous Purkinje cell complex spike activity in the awake rat. /. Neurosci. 19: 2728-2739.

оMeyer-Lohmann, J., Here, J., and Brooks, V. B. 1977. Cerebellar participation in generation of prompt arm movements. /. Neurophysiol. 40: 1038-1050.

оMink, J. W. and Thach, W.T. 1991a. Basal ganglia motor control. 1. Nonexclusive relation of palhdal discharge to five movement modes. /. Neurophysiol. 65: 273-300.

оSalinas, E. and Romo, R. 1998. Conversion of sensory signals into motor commands in primary motor cortex. /. Neurosci, 18: 499-511.

оSherrington, С. S. 1910. Flexor reflex of the limb, crossed extension reflex, and reflex stepping and standing (cat and dog). /. Pliysiol. 40: 28-121.

оThach, W.T. 1978. Correlation of neural discharge with pattern and force of muscular activity, joint

position, and direction of next intended movement in motor cortex and cerebellum /. Neurophysiol. 41:654-676.

Цитированная литература

1.Adrian, Ε. D. 1959. The Mechanism of Nervous Action. University of Pennsylvania Press, Philadelphia.

2.Brannstrom, T. 1993. /. Сотр. Neural. 330: 439-454.

3.Lloyd, D.P.C. 1943./. Neurophysiol. 6: 317-326.

4.Mendell, L. M., and Henneman, E. 1971. /. Neurophysiol. 34: 171-187.

5.Lucas, S. M., and Binder, M. D. 1984. J. Neurophysiol. 51: 50-63.

6.Brown, A. G., and Fyffe, R. E. W. 1982. J. Physiol. 313: 121-140.

7.Burke, R. E., and Glenn, L. L. 1996. /. Сотр. Neural. 372: 465-485.

8.Kuno, M. 1971. Physiol. Rev. 51: 647-678.

9.Kirkwood, P. A., and Sears, T. A. 1982. /. Physiol. 322: 287-314.

10.Honig, M. C., Collins, W. F., and Mendell, L. 1983. /. Neurophysiol. 49: 886-901.

11.Henneman, E., Somjen, G., and Caipenter, D. O. 1965. /. Neurophysiol. 28: 560-580.

12.Bawa, P., and Lemon, R. N. 1993. /. Physiol. 471: 445-464.

13.Rossi, A., Zalaffi, A., and Decchi, B. 1996. Brain Res. 714: 76-86.

14.Schmied, A., et al. 1997. Exp. Brain Res. 113: 214-229.

15.Kirkwood, P.A., and Sears, T.A. 1974. Nature 252: 243-244.

16.Lundberg, A. 1979. Prog. Brain Res. 50: 11-28.

17.Jankowska, E., and Riddell, J.S. 1995. /. Physiol. 483: 461-471.

18.Gladden. M. H., Jankowska, E., and Czarkowska-Bauch, J. 1998. /. Physiol. 512: 507-520.

19.Crago, P. E., Houk, J. C., and Rymer, W. Z. 1982. /. Neurophysiol. 47: 1069-1083.

20.Fukami, T. 1982. /. Neurophysiol. 47: 810-846.

21.Matthews, P.B.C. 1972. Mammalian Muscle Receptors and Tlieir Central Action. Edward Arnold, London.

22.Gossard, J. P., et al. 1994. Exp. Broin Res. 98: 213-228.

23.Walro, J. M., and Kucera, J,1999. Trends Neu-rosci. 22: 180-184.

24.Eccles, J.C., and Sherrington, C. S. 1930. Proc. R. Soc. Land. В 106: 326-357.

25.Leksell, L. 1945. Лею Physiol. Scand. 10 (Suppl. 31): 1-84.

26.Kuffler. S. W., Hunt, C. C, and Quilliam, J. P. 1951. J. Neurophysiol. 14: 29-51.

27.Sears, T.A. 1964. /. Physiol. 174: 295-315.

28.Critchlow, V, and von Euler, C. 1963. J. Physiol. 168: 820-847.

29.Créer, J. J., and Stein, R. B. 1990. /. Physiol. 422: 245-264.

30.Vallbo, A. B. 1990. /. Neurophysiol. 63: 1307-1313.

31.Sherrington, C.S. 1910. / Physiol. 40: 28-121.

32.Kiehn, O., et al. (eds.). 1998. Neuronal Mechanisms for Generating Locomotor Activity. New York Academy of Sciences, New York.

33.Smith, S. J., and Thompson, S. H. 1987. J. Physiol. 382: 425-448.

34. Baro, D. J., et al. 1997. /. Лет/rasa. 17: 6597-6610.

35.Michel, S., et al. 1993. Science 259: 239-241.

36.Cazalets, J. R., Borde, M., and Clarac, F. 19%. /. Neurosci. 16: 298-306.

37.Kremer, E., and Lev-Tov, A. 1997. /. Neurophysiol. 77: 1155-1170.

38.Bracci, E., Beato, M., and Nistri, A. 1998. J. Neurophysiol. 79: 2643-2652.

39.Ballerini, L., et al. 1999. У. Physiol. 517:459-475.

40.Getting, P. A. 1989. Annu. Rev. Neurosci. 12: 185-204.

41.Arshavsky, Y I., Deliagina, T.G., and Orlovsky, G.N. 1997. Curr. Opin. Neurobiol. 7: 781-789.

42.Pearson, K. 1976. Sci. Am. 235(6): 72-86.

43.Bekoff, A. 1992. /. Neurobiol. 23: 1486-1505.

44.Robinson, S. R., and Smotherman, W. P. 1992. /. Neurobiol. 23: 1574-1600.

45.Brown, T.G. 1911. Proc. R.Soc. Land. В 84: 308-319.

46.Grillner, S. 1975. Physiol. Rev. 55: 247-304.

47.Chau, C., Barbeau, H., and Rossignol, S. 1998. J.Neurophysiol. 79: 2941-2963.

48.De Leon, R. D., et al. 1998. J. Neurophysiol. 79: 1329-1340.

49.Wernig, A., et al. 1995. Ear. /. Neurosci. 7: 823-829.

50.Pearson, K.G., and lies, J.F. 1970. /. Exp. Biol. 52: 139-165.

51.Grillner, S., Wallen, P., and Brodin, L. 1991. Annu. Rev. Neuroxi. 14: 169-199.

52.Grillner, S., Parker, D., and el Manira, A. 1998. Ann. N. Y. Acad. Scl. 860: 1-18.

53.Guertin, P. Α., and Hounsgaard, J. 1998. Neurosci. Leu. 245: 5-8.

54.Stein, P. S., McCullough, M. L, and Currie, S. N. 1998. Ann. N. Y. Acad. Sri. 860: 142-154.

55.Marsden, C. D., Rothwell, J. C., and Day, B. L. 1984. Trends Neurosci. 7: 253-257.

56.Sakamoto, T., Arissan, K., and Asanuma, H. 1989. Brain Res. 503: 258-264.

57.Pearson, K. G., Ramirez, J. M., and Jiang, W. 1992. Exp. Brain Res. 90: 557-566.

58.Pearson, K. G., Misiaszek, J. E., and Fouad, K. 1998. Ann. N. Y. Acad. Sci. 860: 203-215.

59.Da Suva, K. M. C., et al. 1977. J. Physiol. 266: 499-521.

60.Sears, T.A. 1964. J. Pliysiol. 175: 404-424.

61.Hilaire, G.G., Nicholls, J.G., and Sears, T.A. 1983. J. Physiol. 342: 527-548.

62.Nicholls, J.G., et al. 1990. J. Exp. Biol. 152: 1-15.

63.Smith, J.C., et al. 1991. Science 254: 726-729.

64.Rekling, J. C., and Feldman, J. L. 1998. Annu. Rev. Physiol. 60: 385-405.

65.Onimaru, H. 1995. Neurosci. Res. 21: 183-190.

66.Bainton, C. R.,Kirkwood, P. A., and Sears, T.A. 1978. J. Physiol. 280: 249-272.

67.Bruce, E.N., and Cherniak, N.S. 1987. J. Appl. Physiol. 62: 389-402.

68.Eugenin, J., and Nicholls, J.G. 1997. J. Physiol. 501:425-437.

69.Crosby, E. C., Humphrey, T., and Lauer, E. W. 1966. Correlative Anatomy of the Nervous System. Macmillan, New York.

70.Kuypers, H.G.J.M. 1981. In Handbook of Physiology, Section 1: The Nervous System, Vol.2: Motor Control, Part 2. American Physiological Society, Bethesda, MD.

71.Biber, M. P., Kneisley, L.W., and LaVail, J. H. 1978. Exp. Neural. 59: 492-508.

72.Cheney, D. P., and Fetz, E. E. 1980. J. Neuropliys-iol. 44:773-791.

73.Rouiller, E. M., et al. 1996. Eur. J. Neurosci. 8: 1055-1059.

74.Lawrence, D.G., and Kuypers, H.G.J.M. 1968. Brain 91: 1-14.

75.Hepp-Reymond. M.C. 1988. In Comparative Primate Biology, Vol. 4. Liss, New York, pp. 501-624.

76.Fujito, Y., and Aoki, M. 1995. Exp. Brain Res. 105: 181-190.

77. Kennedy, P. R. 1990. Trends Neurosci. 13: 474-479.

78.Pettersson, L.G., et al. 1997. Neurosci. Res. 29: 241-256.

79.Kaspar, J., Schor, R.H., and Wilson, V.J. 1988. J. Neurophysiol. 60: 1765-1768.

80.Jones, E. G., and Wise, S. P. 1977. J. Сотр. Neural. 175: 391-438.

81.Porter, L. L., and Sakamoto, K. 1988. J. Сотр. Neural. 271: 387-396.

82.Kaneko, T., Caria, Μ. Α., and Asanuma, H. 1994. J. Сотр. Neural. 345: 172-184.

83.Fritsch, G., and Hitzig, E. 1870. Arch. Anal. Physiol. Wins. Med. 37: 300-332.

84.Penfield, W., and Rasmussen, T. 1950. The Cerebral Cortex of Man'. A Clinical Study of Localization of Function. Macmillan, New York.

85.Rao, S. M., et al. 1995. Neurology 45: 919-924.

86.Sanes, J. N., Suner, S., and Donoghue, J. P. 1990. Exp. Brain Res. 79: 479-491.

87.Kami, A., et al. 1995. Nature 377: 155-158.

88.Nudo, R. J., et al. 1996. J. Neurosci. 16: 785-807.

89.Classen, J., et al. 1998. J. Neurophysiol. 79: 1117-1123.

90.Asanuma, H., and Pavlides, C. 1997. Neuroreport 8: 1-4.

91.Mitz, A. R., and Wise, S. P. 1987. J. Neurosci. 7: 1010-1021.

92.Preuss, T. M., Stepniewska, I., and Kaas, J. H. 1996. J. Сотр. Neural. 371: 649-676.

93.Fink, G. R., et al. 1997. J. Neurophysiol. 77: 2164-2174.

94.Georgopoulos, A. P. 1991. Annu. Rev. Neurosci. 14: 361-377.

95.Donoghue, J. P., and Sanes, J. N. 1994. J. Clin. Neurophysiol. 11: 382-396.

96. Rizzolatti, G., Luppino, G., and Matelli M. 1998. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 106: 283296.

97.Adrian, E. D. 1946. The Physical Background of Perception. Clarendon, Oxford, England.

98.Rijntjes, M., et al. 1999. J. Neurosci. 19: 8043-8048.

99.Picard, Ν., and Strick, P. L. 1996. Cerebral Cortex 6: 342-353.

100.Devinsky, O., Morrell, M.J., and Vogt, B.A. 1995. Brain 118:279-306.

101.Shima, K., and Tanji, J. 1998. Science 282: 1335-1338.

102.Evarts, E. V. 1965. /. Neurophysiol. 28: 216-228.

103.Evarts, E. V. 1966. J. Neurophysiol. 29:1011-1027.

104.Evarts, E.V. 1968. J. Neurophysiol. 31: 14-27.

105.Humphrey, D. R., and Reed, D.J. 1983. Adv. Neural. 39: 347-372.

106.Schwartz, А. В., Kettner, R. E., and Georgopoulos, A. P. 1988. J. Neurosci. 8: 2913-2927.

107.Caminiti, R., Johnson, P. В., and Urbano, A. 1990. J. Neurosci. 10: 2039-2058.

108.Scott, S. H., and Kalaska, J. F. 1995. J. Neurophysiol. 73: 2563-2567.

109.Georgopoulos, A. P., Taira, M., and Lukashin, A. 1993. Science 260: 47-52.

110.Georgopoulos, A. P., Schwartz, A. B. and KettnerR.E. 1986. Science 233: 1416-1419.

111.Georgopolous, A. P., Kettner, R. Ε., and Schwartz, А.В. 1988. J. Neurosci. 8: 2928-2937.

112.Georgopoulos, A. P. 1994. Neuron 13: 257-268.

113.Groh, J. K, Born, R. T., and Newsome, W.T. 1997. J. Neurosci. 17: 4312-4330.

114.Shen, L., and Alexander, G. E. 1997. J. Neurophysiol. 77: 1171-1194.

115.Mountcastle, V. В., Atluri, P. P., and Romo, R.

1992. Cerebral Cortex 2: 277-294.

116.Salinas. E., and Romo, R. 1998. J. Neurosci. 18: 499-511.

117.Mountcastle, V. B. 1995. Cerebral Cortex 5: 377-390.

118.Rizzolatti, G., Fogassi, L., and Gallese, V. 1997. Curr. Opin. Neurobiol. 7: 562-567.

119.De Renzi, E. 1982. Disorders of Space Exploration and Cognition. Wiley, New York.

120.Halligan, P.W., and Marshall, J.C. 1991. Nature 350: 498-500.

121.Kalaska, J. E, et al. 1997. Curr. Opin. Neurobiol. 7: 849-859.

122.Nieuwenhuys, R., Donkelaar, H.J., and Nicholson, C. 1998. The Central Nervous System of Vertebrates. Springer, New York.

123.Thach, W.T. 1998. Neurobiol. Learn. Mem. 70: 177-188.

124.Schmahmann, J. D., and Sherman, J. C. 1998. Brain 121:561-579.

125.Wylie, D. R., et al. 1994. J. Сотр. Neural. 349: 448-463.

126.Tan, J., Epema, A. H., and Voogd, J. 1995. J. Сотр. Neural. 356: 51-71.

127.Llinés, R.R. 1975. Sci. Am. 232(1): 56-71.

128.Ito, M. 1984. The Cerebellum and Neural Control. Raven, New York.

129.Martinez, F. E., Crill, W E., and Kennedy, T.T. 1971. J. Neurophysiol. 34: 348-356.

130.Ito, M., and Simpson, J.I. 1971. Broin Res. 31: 215-219.

131.Konnerth, A., Llano, I., and Armstrong, С. М. 1990. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2662-2665.

132.Miyakawa, H., et al. 1992. J. Neurophysiol. 68: 1178-1189.

133.Midtgaard, J., Lasser-Ross, N., and Ross, W.N.

1993. J. Neurophysiol. 70: 2455-2469.

134.Welsh, J. P., and Llinâs, R. R. 1997. Prog. Brain Res. 114:449-461.

135.Lang, E.J., etal. 1999. J. Neurosci. 19:2728-2739.

136.Thach, W.T. 1978. J. Neurophysiol. 41: 654-676.

137.Schreiber, M. H., and Thach, W. T., Jr. 1985. J.Neurophysiol. 54: 1228-1270.

138.Meyer-Lohmann, J., Ноге, J., and Brooks, V. B. l977.J.Neurop/iysiol. 40: 1038-1050.

139.Thach, W.T., Goodkin, H.G., and Keating, J.G. 1992. Annu. Rev. Neurosci. 15: 403-442.

140.Holmes, G. 1939. Brain 62: 1-30.

141.Klockgether, T., and Evert, B. 1998. Trends Neurosci. 21: 413-418.

142.Zhuchenko, O-, et al. 1997. Nature Genet. 15: 62-69.

143.Ludwig, A., Flockerzi, V, and Hofmann, F. 1997. J.Neurosci. 17: 1339-1349.

144.Ophoff, R.A., et al. 1996. Cell 87: 543-552.

145.Browne, D. L, et al. 1994. Nature Genet. 8: 136-140.

146.Hoover, J.E., and Strick, PL. 1999. J.Neurosci. 19: 1446-1463.

147.Mink, J.W., and Thach, W.T. 1993. Curr. Opin. Neurobiol. 3: 950-957.

148. Graybiel, A. M., et al. 1994. Science 265: 1826-1831.

149.Alexander, G. E.,DeLong, M. R., and Strick, P. L. 1986. Annu. Rev. Neurosci. 9: 357-381.

150.Brown, L. L., Schneider, J. S., and Lidsky, T. I. 1997. Curr. Opin. Neurobiol. 7: 157-163.

151.Mink, J.W., and Thach, W.T. 1991. J. Neurophysiol. 65: 273-300.

152.Mink, J. W, and Thach, W. T. 1991. J. Neurophysiol. 65: 301-329.

153.Mink, J.W., and Thach, W.T. 1991. J.Neurophysiol. 65: 330-351.

154.Albin, R. L, Young, А. В., and Penney, J. B. 1995. Trends Neurosci. 18:63-64.

155.Wichmann, T., and DeLong, M. R. 1996. Curr. Opin. Neurobiol. 6: 751-758.

156.Olanow, C.W., and Tatton, W. G. 1999. Annu. Rev. Neurosci. 22: 123-144.

157.Gerfen, C. R. 1995. Clin. Neuropharmacol. 18: 162-177.

158.Albin, R. L. 1995. Parkinsonism Rel. Disord. 1: 3-11.

159.Reddy, P. H., Williams, M., and Tagle, D. A. 1999. Trends Neurosci. 22: 248-255.

160.Paulson, H. L, and Fischbeck, К. Н. 1996. Annu. Rev. Neurosci. 19: 79-107.

161.Huntington's Disease Collaborative Research Group. 1993. Cell 72: 971-983.

162.Gusella, J. F., and MacDonald, M. E. 1998. Curr. Opin. Neurobiol. 8: 425-430.

Раздел IV. РАЗВИТИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Глава 23. Развитие нервной системы

Нервные клетки приобретают свои уникальные свойства и образуют четко организованные и удивительно точные синаптические связи во время развития под влиянием генетических факторов и факторов среды. Такими факторами являются: происхождение клеток; индукционные и трофические взаимодействия между клетками; метки, благодаря которым осуществляются миграция и рост аксонов; специфические маркеры, при помощи которых клетки узнают друг друга, а также постоянная реорганизация связей в зависимости от активности клетки.

Развитие нервной системы позвоночных начинается с формирования нервной пластинки из дорзальной эктодермы. Нервная пластинка затем сворачивается, формируя нервную трубку и нервный гребень. Нейроны и глиальные клетки в ЦНС образуются в результате деления клеток-предшественников вентрикулярной зоны нервной трубки. Постмитотические нейроны мигрируют от вентрикулярной поверхности нервной трубки и образуют серое вещество НС взрослых позвоночных. В пределах каждой из областей в развивающейся нервной системе судьба клеток в значительной степени зависит от их расположения. Недавно появилась возможность установить механизмы развития мозга на молекулярном уровне, что позволило объяснить такие механизмы, как рострокаудальный и дорзовентральный паттерны развития, которые до этого были описаны только феноменологически, без каких либо идей о механизмах. Например, экспрессия серии гомеобоксных генов вдоль рострокаудальной оси способствует дифференцировке сегментов заднего мозга; дорзовентральный паттерн определяется отчасти градиентом протеина, известного как Sonic hedgehog.

Клетки нервного гребня образуют периферическую нервную систему. Фенотип, в который дифференцируются клетки нервного гребня, определяется сигналами, поступающими от соседних клеток. Таким образом, если клетки нервного гребня были пересажены в раннем возрасте, они будут дифференцироваться в соответствии со своим новым расположением.

Для установления синаптических контактов со своими мишенями, нейроны образуют аксоны, имеющие на концах конусы роста, которыми они исследуют окружающее пространство. Было идентифицировано два класса молекул, играющих важную роль в продвижении конусов роста: молекулы клеточной адгезии надсемейства иммуноглобулинов и молекулы адгезии внеклеточного матрикса. Навигация конуса роста контролируется при помощи аттрактантов и репеллентов, действующих на коротких и длинных дистанциях. Хемоаттрактанты управляют ростом аксона либо до конечной, либо до промежуточной цели, например до клетки-ориентира (guidepost cell). Хеморепелленты не допускают вторжения аксонов в определенные «неблагоприятные» зоны. Проекции аксонов во время развития зачастую более сильно развиты, чем таковые у взрослых, у которых осуществляется усечение связей на основе механизмов, связанных с активностью и трофическими факторами.

Функциональные синаптические контакты формируются быстро, однако сначала они не имеют характерной специализации, свойственной синапсам взрослых. Только по прошествии нескольких недель синапсы созревают и приобретают свойства синапсов взрослых.

Характерной чертой развития центральной нервной системы всех позвоночных является первоначальное образование избыточного количества нейронов, часть из которых в дальнейшем погибает. Гибель нейронов регулируется при помощи конкуренции за трофические факторы. Фактор роста нерва является представителем семейства протеинов (нейротрофинов, neurotrophins), которые способны поддерживать активность определенных популяций нейронов.