Том1_1

143

степенью его блокирования ионами Mg++ с учетом уровня мембранного потенциала. При потенциале покоя порядка - 75 мВ ионы Mg++, которые преимущественно находятся в межклеточной среде, конкурируют с ионами Са++ и Na+ за соответствующие каналы мембраны (рис. 2.17). Вследствие того, что ион Mg++ не может пройти через пору, канал блокируется всякий раз, как попадает туда ион Mg++. Это приводит к уменьшению времени открытого канала и проводимости мембраны. Если мембрану нейрона деполяризовать, то количество ионов Mg++, которые закрывают ионный канал, снижается и через канал беспрепятственно могут проходить ионы Са++, Na+ и. К+. При редких стимуляциях (потенциал покоя изменяется мало) глутаматергического рецептора ВПСП возникает преимущественно за счет активации квисгулатных и каинатных рецепторов; вклад NMDA-рецепторов незначителен. При длительной деполяризации мембраны (ритмическая стимуляция) магниевый блок удаляется, и NMDA-каналы начинают проводить ионы Са++, Na+ и. К+. Ионы Са++ через вторичные посредники могут потенцировать (усиливать) минПСП, что может привести, например, к длительному увеличению синаптической проводимости, сохраняющейся часами и даже сутками.

L-глутаминовая кислота является главным возбуждающим медиатором, локализуется во всех отделах ЦНС.

Аспарагиновая кислота. Наиболее высокое содержание аспартата найдено в среднем мозге, В спинном мозге аспартат содержится в дорсальном и центрального сером веществе. Предполагается нейромедиаторная роль аспартата в возбуждающих интернейронах, которые регулируют различные спинномозговые рефлексы.

Гаммааминомасляная кислота (ГАМК). Широко распространена в ПНС млекопитающих — она выявляется примерно в 50% всех нервных окончаний мозга. ГАМК представляет собой основной тормозной нейромедиатор в ЦНС. В коре больших полушарий имеется большое количество ГАМКергических тормозных интернейропов. ГАМК находится в нейронах стриатума, дающих проекции на черную субстанцию, в

144

нейронах мозжечка (клетки Пуркинье, корзинчатые и звездчатые клетки). В желатинозной субстанции задних рогов спинного мозга присутствуют ГАМК-ергичеекие аксо-аксонные синапсы на первичных афферентных волокнах; эти синапсы опосредуют деполяризацию и ослабление секреции нейромедиатора — пресинаптическое торможение. Таким образом осуществляется тормозная регуляция а-мотонейронов. Высокие концентрации ГАМК найдены в горизонтальных клетках сетчатки; предполагается, что ГАМК обеспечивает обратную связь и латеральное торможение в слое горизонтальных клеток.

Не менее трети (до 50%) синапсов головного мозга используют в качестве медиатора ГАМК. Например, для хореи Гентингтона – наследственного неврологического заболевания характерен специфический дефицит ГАМК в мозгу. Возникающие при этом непроизвольные движения с наступающим в среднем возрасте постепенным разрушением полосатого тела. Посмертные исследования показали, что в основе болезни лежит дефицит ГАМК.

Глицин. Эта аминокислота выполняет нейромедиаторную роль прежде всего в спинном мозге млекопитающих, гае она опосредует постсинаптическое торможение мотонейронов, высвобождаясь из окончаний клеток Реншоу. Глицин является нейромедиатором также в тормозных интернейронах промежуточного мозга и ретикулярной формации продолговатого мозга. Наряду с ГАМК глицин прослеживается в сетчатке.

Таурнн. В качестве гипотетического тормозного нейромедиатора (или нейромодулятора) у млекопитаюших следует назвать таурин, который содержится в головном и спинном мозге. В сетчатке таурин, возможно, служит нейромедиатором -в тормозных синапсах внутреннего плексиформного слоя.

Пурины. В последнее десятилетие установлено, что нейромедиаторами служат и разнообразные пурины. Существуют два главных типа пуринергической трансмиссии. В первом (Р1) основным нейромедиатором служит аденозин, во втором (P2) — АТФ и более сложный его дериват — диаденозинтетрафосфат.

Аденозиновая трансмиссия включает медленные,

145

метаботропные рецепторы, модулирующие синтез цАМФ. АТФ-трансмиссия осуществляется частично через быстрые,

канальные рецепторы, модулирующие ионные потоки, особенно Са2+.

Физиологические эффекты аденозина изучены довольно основательно. Они включают (подтип рецепторов — A1) седативное, противосудорожное и гипотензивное действие, а также модуляцию автономных регуляторных систем сердца.

Аденозин оказывает тормозное модулирующее действие на ряд возбуждающих синапсов. При этом повышается порог генерации кальциевых потенциалов действия и активируются К+-каналы,

что ведет к гиперполяризации нейронов. Ингибитором эффектов аденозина служит, в частности, такой распространенный психостимулятор, как кофеин.

АТФ-трансмиссия (рецепторы P 1 ) сопряжена со стимуляцией сократимости сердечной мышцы и опять-таки гипотензивным действием.

Пептидные медиаторы. Неиропептиды составляют весьма многочисленную и полифункциональную группу. Некоторые нейропептиды удовлетворяют критериям нейромедиаторов.

Морфин и кодеин - два активных ингредиента морфия. Морфин был очищен в XIX веке и стал широко применяться в медицине. Механизм действия морфина на мозг довольно хорошо изучен благодаря тому, что было синтезировано вещество налоксон, которое является специфическим антагонистом морфина. Сам по себе налоксон неактивен, но действие введенного на его фоне морфина не проявляется. То, что налоксон имеет химическую отруктуру, похожую на морфин, и является его специфическим антагонистом, предполагает наличие на мембране специфических для морфина рецепторов. Использование меченого налоксона показало его специфическое связывание на рецепторах нейронов областей мозга, имеющих отношение к боли. Из мозга голубей было выделено вещество, получившее название энкефалин (т. е. морфин мозга), обладающее свойством морфина. В дальнейшем были открыты другие опиоиды мозга. Эту группу веществ в целом называют эндорфинами.

В настоящее время установлено, что синтез нейропептидов состоит в образовании относительно больших

146

пептидов-предшественников, из которых после завершения трансляции выщепляются протеазами соответствующие нейропептиды. В состав такого пептида-предшественника входят обычно несколько последовательностей нейропептидов, а также так называемая сигнальная последовательность, способствующая миграции предшественника в цитоплазме клетки, после того как его синтез закончился на мембранах эндоплазматического ретикулума. В настоящее время известны следующие нейропептиды: 1) опиоидные пептиды - энкефалины, эндорфины, динорфины; 2) тахикинины-вещество Р, иейрокинин А, нейромедин К; 3) нейротензин; 4) вазоактивный интестинальный полипептид; 5) соматостатин; 6) холицистокинин; 7) нейропептид Y; 8) гастрин; 9) вазопрессин; 10) окситоцин; 11) бомбезин; 12) тиротропин; 13) ангиотензин

3.3.2. Нейромодуляторы, комедиаторы, нейропептиды

В настоящее время при классификации медиаторных веществ принято выделять: первичные медиаторы,

сопутствующие медиаторы, медиаторы-модуляторы и аллостерические медиаторы. Первичными медиаторами считают те, которые действуют непосредственно на рецепторы постсинаптической мембраны. Сопутствующие медиаторы и медиаторы-модуляторы могут запускать каскад ферментативных реакций, которые, например, фосфорилируют рецептор для первичного медиатора. Аллостерические медиаторы могут участвовать в кооперативных процессах взаимодействия с рецепторами первичного медиатора.

Долгое время за образец принимали синаптическую передачу по анатомическому адресу (принцип «точка - в точку»). Открытия последних десятилетий, особенно медиаторной функции нейропептидов, показали, что в нервной системе возможен принцип передачи и по химическому адресу. Другими словами, медиатор, выделяющийся из данного окончания, может действовать не только на «свою» постсинаптическую мембрану, но и за пределами данного синапса - на мембраны других нейронов, имеющих соответствующие рецепторы. Таким образом, физиологическая реакция обеспечивается не точным анатомическим контактом,

147

а наличием соответствующего рецептора на клетке-мишени. Собственно этот принцип был давно известен в эндокринологии, а исследования последних лет нашли ему более широкое применение.

Нейромодуляторы. Прекрасные времена, когда трансмиттеры исчислялись единицами, а нейроны подчинялись закону Дейла, окончились. С конца 70 - х г.г. появились многочисленные работы, показывающие сосуществование в нейронах и синапсах всех видов "классических" трансмиттеров с различными пептидами, обнаруженными первоначально как в самой нервной ткани, так и в других тканях организма. Тогда же было обнаружено активное участие пептидов в модуляции синаптической передачи. В 1986 г Хёкфельт с 19тью соавторами представил сводный обзор по всей опубликованной к этому времени литературе с таблицами, показывающими ко - локализацию с трансмиттерами энкефалина, холецистокинина, нейропептида Y, вещества Р, соматостатина, мотилина, галанина, нейротензина и др. Хотя различные нейропептиды, иногда не один, а более, могут ко - локализоваться со всеми трансмиттерами, максимальное их разнообразие наблюдается в ГАМКергических клетках, причем их группы, различающиеся по морфологии и топографии (например, в гиппокампе), могут содержать разные нейропептиды.

Затем была выявлена ко-локализация классических нейротрансмиттеров. К настоящему времени особенно большое

проекционных системах нейронов. Это показано для нейронов переднебазального мозга (базальное ядро и медиальные септальные ядра), в нижних оливах, в мотонейронах и нейронах задних рогов спинного мозга, в амакриновых клетках

сетчатки. ГАМК ко - локализуется также с серотонином и,

возможно, с другими биогенными аминами. До сих пор

трансмиттер в глутаматергических синапсах гиппокампа и

148

распространенным явлением, что можно допустить важное функциональное значение такой комбинации. Предположительно, при афферентном сигнале быстро выбрасываемая ГАМК вызывает начальное подавление текущей спонтанной активности постсинаптических нейронов, а на этом фоне второй трансмиттер вызывает ответ реактивной популяции клеток. Этим может достигаться значительное повышение отношения сигнал/шум и синхронизация ответов, улучшающая воздействие слабых сигналов. Значение тормозного эффекта "сброса" (reset) или "обнуления" в соответствующих системах показано как при обработке сигналов, так и при подготовке к движению. При стимуляции внутренних систем волокон гиппокампа при едва надпороговых токах всегда наблюдается тормозная реакция и лишь при дальнейшем повышении тока возникает разряд. Это явление объясняли слабостью активационных влияний, приходящих на удаленные от тела клетки дентритные зоны, или более низкими порогами тормозных интернейронов. Однако сейчас, при демонстрации универсального присутствия ГАМК в гранулярных и пирамидных нейронах, это явление можно объяснить не выходя за пределы одиночного синапса: при слабых сигналах он работает как чисто ГАМКергический, а при их усилении - и как глутаматергический. Внимательный анализ внеклеточных ответов многих нейронных систем показывает, что начальная фаза, рассматриваемая как латентный период, в действительности, при соотнесении с предшествующей спонтанной активностью, часто включает краткий тормозный "сброс".

Существуют, однако, и другие комбинации трансмиттеров: глутамат и ацетилхолин; глутамат и дофамин.

Возможность выделения одним синапсом разных активных веществ при различных характеристиках входного сигнала была впервые прямо показана на мотонейроне В15 аплизии: при низком уровне возбуждения он работает как чисто - холинергический нейрон, а при повышении частоты разрядов как холинергический - - пептидергический. В дальнейшем аналогичные частото-зависимые эффекты были показаны для синапсов гиппокампа и супрахиазмального ядра. Это привело к общему заключению, что одиночный нейрон

149

представляет собою гибкую систему с вариабельными трансмиттерами, высвобождаемыми в разных сочетаниях при разных комбинациях воздействующих сигналов, причем допускается и выход разных сигнальных веществ на разных синапсах одного нейрона.

Существуют "нейромодуляторы", не обладающие самостоятельным физиологическим действием, а модифицирующие эффект нейромедиаторов.

Действие нейромодуляторов имеет тонический характер

– медленное развитие и большую продолжительность действия. Происхождение – не обязательно нейронное, например, глия может синтезировать ряд нейромодуляторов. Действие не инициируется нервным импульсом и не всегда сопряжено с эффектом медиатора. Мишени: не только рецепторы на постсинаптической мембране, а разные участки нейрона, в том числе и внутриклеточные.

Существует 2 вида нейромодуляции:

Пресинаптическая модуляция – процесс высвобождения модулируется посредством ауторегуляции: высвобождаемый нейромедиатор воздействует на собственные пресинаптические рецепторы, снижая или увеличивая его последующее высвобождение. В этом случае нейротрансмиттер является также и нейромодулятором. Норадреналин, высвобождающийся из симпатического нервного окончания, воздействует на a2-адренорецепторы и опосредует торможение последующей секреции норадреналина.

Постсинаптическая модуляция – десенситизация при длительном воздействии медиатора, и гиперсенситизация при недостаточном воздействии.

Комедиаторы. Сопутствующие (сосуществующие) медиаторы (комедиаторы, котрансмиттеры) – это синаптические посредники, характеризующиеся прежде всего совместной локализацией, совместным высвобождением и общей клеткой-мишенью. Под совместной локализацией понимается синтез и депонирование медиаторов в одном и том же нейроне, их происхождение в одних и тех же пресинаптических окончаниях, но не обязательно в одних и тех же пузырьках. Под совместным высвобождением понимается экзоцитоз двух (и более) медиаторов, в результате одной и той

150

же активации пресинаптического окончания, под которым в данном случае подразумевается не одиночный пресинаптический потенциал действия, а разряд потенциалов действия с одной и той же частотой. в качестве медиатора в спинном и головном мозге.

3.4. Рефлекторный принцип работы мозга

Рефлексом называется ответная реакция организма на сенсорное воздействие. Первые представления о рефлекторном принципе действия нервной системы человека были сформулированы еще в XVIII столетии философом и математиком Рене Декартом. Он полагал, что нервы представляют собой полые трубки, по которым от головного мозга, вместилища души, передаются животные духи к мышцам. На рис. 2 видно, что мальчик обжег ногу, и этот стимул запустил всю цепь реакций: вначале «животный дух» направляется к головному мозгу, отражается от него и по соответствующим нервам (трубкам) направляется к мышцам, раздувая их. Здесь без труда можно увидеть простую аналогию с гидравлическими машинами, которые во времена Р. Декарта были вершиной достижения инженерной мысли.

Однако, определение рефлекса было впервые дано чешским анатомом, физиологом и врачом Й. Прохазкой. Основываясь на концепции Р.Декарта об отражении мозгом внешних воздействий, воспринимаемых нервной системой, он развивает понятие рефлекса как принципа работы нервной системы и распространяет этот принцип на деятельность всей нервной системы, включая и психическую деятельность. Термин рефлекс (от латинского отраженный) был введен в

научный обиход Й. Прохазкой в 1800 г. К сожалению прогрессивные представления Й. Прохазки не были подкреплены экспериментальными данными.

151

Рис.11. Ответная реакция по Р. Декарту.

Только в XIX веке окончательно было установлено, что функции головного мозга осуществляются по рефлекторному (reflecto-отражаю) принципу.

Основное положение рефлекторной теории заключается в утверждении, что деятельность организма есть закономерная рефлекторная реакция на стимул. Узловым моментом развития рефлекторной теории следует считать классический труд И. М. Сеченова (1863) «Рефлексы головного мозга», в котором впервые был провозглашен тезис о том, что все виды сознательной и бессознательной жизни человека представляют собой рефлекторные реакции.

Как полагают Дж.Миллер, Е.Галантер, К.Прибрам (2000) «Большинство психологов принимает как данное, что научное описание поведения организма должно начинаться с выделения зафиксированных, легко различимых элементарных единиц поведения, чего-то такого, чем психолог может пользоваться, как биолог — клетками, астроном — звездами, а физик — атомами и т. д. При наличии простой единицы сложные явления поддаются описанию, как закономерно составленные из простых частей. Такова сущность чрезвычайно эффективной стратегии, именуемой «научным анализом».

Элементарной единицей, которую современные психологи-экспериментаторы избирают для своего анализа поведения, является рефлекс. «Выделение рефлекса,— говорит Б. Ф. Скиннер, — является проявлением предсказываемого единообразия в поведении. В той или иной форме этот факт является неотъемлемой частью любой науки о поведении, Сам