Исследование структуры гиппокампальной тета-активности и ее регуляции при ориентировочном поведении крысы

Актуальность проблемы.

ЭЭГ в диапазоне тета-частот является отражением процесса активации структур головного мозга в ритме тета и имеет корреляты с проявлением ряда сложных функций мозга: ориентировочным поведением и вниманием [Виноградова, 1975; Gogolak et al., 1968; Kemp, Kaada, 1975; Klemm, 1976], обучением и памятью [Шульгина, 1978; Ливанов, 1989; Adey, Walter, 1963; Gaztelu, Buno, 1982; Buzsaki, 1989; Eichenbaum, Otto, 1992], мотивациями и эмоциями [Симонов, Фролов, 1970; Ониани и др., 1972; Grastyan et al., 1966], произвольными движениями [Vanderwolf, 1975; Dutar et al., 1995; Oddie, Bland, 1998]. В связи с этим, изучению генеза ЭЭГ тета-активности уделяется большое внимание отечественными и зарубежными исследователями.

Как известно, гиппокампальная ЭЭГ тета-активности является суммой постсинаптических потенциалов нейронов гиппокампа, возникающих под воздействием тета-ритмических разрядов нейронов септума [Bland, 1986; Miller, 1991; Vinogradova, 1995; Vertes, Kocsis, 1997]. Многочисленные связи септума разной медиаторной природы [Senut et al., 1989], проецирующиеся к различным элементам нейронных сетей гиппокампа [Freund, Antal, 1988; Smythe et al., 1992], свидетельствуют о сложности организации системы его активации. В то же время, существование афферентных связей септума от разных областей мозга [Хамильтон, 1984; Swanson, Cowan, 1979], основными из которых являются связи со стороны стволовых структур и гиппокампа, указывает на возможную сложность регуляции этой системы. Тета-ритмическая активность нейронов септума достаточно хорошо изучена [Vinogradova, 1995]. Однако, изучение отдельных элементов системы активации гиппокампа еще не дает полного понимания организации работы системы в целом. Так, например, остается неясным продуцируется ли вся система тета-ритмических разрядов, поступающих на нейронные сети гиппокампа, одной популяцией нейронов септума с единой регуляцией 7 или система активации гиппокампа состоит из подсистем, продуцирующих совокупности разрядов, имеющих свое функциональное значение и проявляющихся в виде соответствующих компонент ЭЭГ. В этом случае неясно также взаимосвязаны или независимы эти подсистемы и как осуществляется регуляция их активности со стороны стволовых структур и гиппокампа при обеспечении того или иного режима активации. Исследование вопросов активации нейронных сетей гиппокампа необходимо для понимания принципов его организации и функционирования, а также для формирования представлений об общей системе активации структур головного мозга в ритме тета и является важной и актуальной задачей. Одним из подходов к исследованию этих вопросов может быть изучение структуры гиппокампальной ЭЭГ тета-активности и влияния на нее со стороны стволовых структур и полей гиппокампа.

Для исследования структуры ЭЭГ делаются попытки применения различных математических методов, в том числе и метода оценки размерности сигнала, предназначенного для исследования сложности продуцирующей его системы [Dvorak, Siska, 1986аMayer-Kress et al., 1988]. При этом предполагается, что проявление ЭЭГ как хаотического процесса может указывать на существование нескольких взаимосвязанных подсистем, продуцирующих сигнал. Этот же метод мог бы выявить присутствие в ЭЭГ независимых компонент.

Если подсистемы независимы, а согласованность их работы обеспечивается системой афферентных воздействий на них, то при стимуляции стволовых структур, видимо, возможно рассогласование воздействий и получение ЭЭГ с нарушенным соотношением компонент. Так, при стимуляции некоторых областей РФ могут наблюдаться различные виды гиппокампальной ЭЭГ [Anchel, Lindsley, 1972; Vertes, 1981] и, возможно, ЭЭГ тета-активности с нарушенным соотношением компонент, что могло бы быть использовано при исследовании ее структуры. 8.

Компоненты ЭЭГ тета-активности, продуцируемые отдельными подсистемами, возможно, имеют разное функциональное значение и могут по-разному проявляться в различных режимах активации гиппокампа, которые соответствуют разным состояниям животного. Поэтому исследование структуры гиппокампальной ЭЭГ необходимо проводить для разных поведенческих состояний животного и при изменении этих состояний.

Изучение структуры гиппокампальной ЭЭГ тета-активности также необходимо проводить в расширенном диапазоне частот, охватывающем все составляющие сигнала. Так, в ряде работ гиппокампальная ЭЭГ тета-активности анализируется в полосе частот, выходящей за пределы диапазона тета-ритма, и при этом в спектре помимо основной наблюдаются кратные ей вторая и третья гармоники сигнала [Feenstra, Holsheimer, 1979; Leung et al., 1982; Czurko et al., 1999].

Влияние стволовых структур на тета-активность в целом достаточно хорошо изучено [Vertes, 1981; Vinogradova, 1995; Vertes, Kocsis, 1997]. Исследование же влияния на нее полей гиппокампа сопряжено с существенными методическими трудностями. Большинство методов, используемых для исследования неспецифических структур, здесь малопригодно и в решении этого вопроса наблюдается отставание. На основании ряда данных, полученных при изучении гиппокампа, сложились некоторые представления о роли поля САЗ в инициации ОП животного и сопровождающей его тета-активности [Виноградова, 1975]. Поле СА1 также обладает системой своих связей с септумом [Leranth, Frotscher, 1989; Gaykema et al., 1991; Toth et al, 1993] и РФ [Виноградова, 1975; Хамильтон, 1984] и, видимо, может участвовать в регуляции тета-активности. Однако, характер влияния поля СА1 на тета-активность до настоящего времени остается неясным. 9.

Цель работы и основные задачи исследования.

Основной целью настоящей работы было исследование структуры гиппокампальной ЭЭГ тета-активности и влияния на нее поля CAI гиппокампа при ОП крысы. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1.) Изучить возможности применения метода оценки размерности сигнала к анализу ЭЭГ и исследовать сложность организации ЭЭГ тета-активности этим методом.

2.) Исследовать возможность выявления компонент ЭЭГ тета-активности с помощью стимуляции различных областей РФ.

3.) Исследовать компоненты ЭЭГ тета-активности при разных состояниях животного и переходе от одного состояния к другому.

4.) Изучить влияние поля CAI гиппокампа на тета-активность при ОП животного путем внесения изменений в работу поля, не нарушающих функциональной целостности септо-гиппокампального комплекса.

Положения, выносимые на защиту.

1. ЭЭГ тета-активности гиппокампа не является низкоразмерным хаотическим процессом, а состоит из регулярной и иррегулярной составляющей высокой размерности.

2. ЭЭГ тета-активности гиппокампа помимо общеизвестной низкочастотной компоненты на тета-частоте содержит высокочастотную компоненту на двукратной тета-частоте, имеющую независимую регуляцию уровня. Обе компоненты ЭЭГ тета-активности по-разному проявляют себя в различных режимах активации гиппокампа и при изменении этих режимов.

3. Поле CAI участвует в регуляции тета-активности при ОП крысы, увеличивая уровень ее низкочастотной компоненты, понижая тета-частоту, стабилизируя во времени параметры тета-ритмических воздействий септума на нейронные сети гиппокампа.

Научная новизна исследований.

Впервые с использованием метода оценки размерности сигнала показано, что ЭЭГ тета-активности не является низкоразмерным хаотическим процессом, а состоит из регулярной и иррегулярной составляющей высокой размерности. Показана частотная структура иррегулярной составляющей и связь ее компонент с амплитудно-частотной модуляцией сигнала и изменчивостью формы волны. Предложен новый метод оценки регулярности ЭЭГ тета-активности и компонент ее изменчивости, основанный на сочетании спектрального метода анализа с методом оценки размерности сигнала.

Впервые показано существование в ЭЭГ тета-активности гиппокампа высокочастотной компоненты, имеющей независимую регуляцию уровня. Результаты исследования низкочастотной и высокочастотной компонент тета-активности в разных режимах активации гиппокампа и при изменении этих режимов указывают на их возможную самостоятельную роль в процессе активации нейронных сетей гиппокампа.

Впервые при сохранении функциональной целостности септо-гиппокампального комплекса и внесении изменений в работу поля CAI, близких к естественным (путем ДПП части проекций КШ), исследован характер влияния поля на тета-активность при ОП крысы.

Научно-практическая значимость работы.

Полученные результаты по исследованию структуры гиппокампальной ЭЭГ тета-активности и влиянию на нее поля CAI гиппокампа дали существенный вклад в понимание организации и регуляции системы активации гиппокампа.

Предложенный в настоящей работе метод оценки регулярности ЭЭГ тета-активности и компонент ее изменчивости может найти применение при решении широкого класса задач, связанных с анализом этого вида гиппокампальной ЭЭГ.

Методика внесения изменений в работу гиппокампа с помощью ДПП внутригиппокампальных связей, сохраняющая функциональную целостность септо.

11 гиппокампального комплекса, может быть использована при исследовании работы комплекса.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на международной конференции по нейроинформатике и нейрокомпьютерам (Ростов-на-Дону, 1995), на международной конференции по нейронным сетям (NEURONET) (Прага, 1996), на годовой институтской конференции (1996), а также на совместных семинарах лабораторий MHO и, НО ИВНД и НФ (1999).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура диссертации.

Диссертация содержит следующие разделы: введение, обзор данных литературы, методику, три главы, содержащие результаты исследований и их обсуждение, заключение, выводы и библиографический указатель, включающий работы на русском (24) и иностранных (148) языках. Диссертация изложена на 182 страницах машинописного текста и содержит 3 таблицы и 22 рисунка.

ВЫВОДЫ.

1. Применение метода оценки размерности сигнала к анализу ЭЭГ тета-активности гиппокампа, регистрируемой в диапазоне 0−30 Гц, показало, что она не является низкоразмерным хаотическим процессом, а состоит из регулярной и иррегулярной составляющей высокой размерности. Иррегулярная составляющая сигнала состоит из частотных компонент, образующих боковые полосы кратных гармоник. Боковые полосы первой гармоники являются следствием амплитудно-частотной модуляции сигнала, а боковые полосы второй и третьей гармоник, кроме того, содержат составляющую от изменчивости формы волны от периода к периоду процесса.

2. Разработан метод оценки регулярности ЭЭГ тета-активности и компонент ее изменчивости: амплитудно-частотной модуляции и изменчивости формы волны, основанный на сочетании спектрального анализа с методом оценки размерности сигнала.

3. Уровни сигналов первой и кратной ей второй частотных групп гиппокампальной ЭЭГ тета-активности при ориентировочном поведении животного в среднем соотносятся как 2:1, а при десинхронизации в состоянии неподвижного бодрствования в среднем равны. Корреляция временных изменений амплитуд волн сигналов частотных групп при ориентировочном поведении животного отсутствует. При переходе от состояния неподвижного бодрствования к состоянию ориентировочного поведения уровень сигнала первой частотной группы изменяется однонаправленно в сторону увеличения, в то время как уровень сигнала второй частотной группы — разнонаправленно: как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, в зависимости от уровня его исходной выраженности.

4. ЭЭГ тета-активности гиппокампа в исследуемом диапазоне частот помимо общеизвестной низкочастотной компоненты на тета-частоте содержит высокочастотную компоненту на удвоенной тета-частоте, имеющую независимую регуляцию уровня. Обе компоненты ЭЭГ тета-активности по-разному проявляют себя в различных режимах активации гиппокампа. Показана возможность влияния РФ на высокочастотную компоненту ЭЭГ тета-активности.

5. При моделировании зоны активности в поле CAI гиппокампа с помощью долговременной потенциации части проекций коллатералей Шаффера происходит увеличение общей регулярности ЭЭГ тета-активности. При этом увеличивается амплитуда низкочастотной компоненты тета-активности, уменьшается ее амплитудная и частотная модуляция, уменьшается изменчивость формы волны от периода к периоду сигнала, а также наблюдается падение частоты. Эти изменения не сопровождались изменениями амплитуды высокочастотной компоненты.

6. Уменьшение частотной модуляции и частоты ЭЭГ тета-активности говорит об изменении воздействия поля CAI на РФ. Увеличение амплитуды волны низкочастотной компоненты ЭЭГ тета-активности при падении частоты говорит о том, что это увеличение происходит за счет изменения прямых влияний поля CAI на септум. Увеличение амплитуды волны низкочастотной компоненты, сопровождающееся падением частоты, указывает на смещение режима активации гиппокампа в сторону режима тета2.

ГЛАВА 6.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

: МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СИСТЕМЕ АКТИВАЦИИ ГИППОКАМПА И ЕГО ВЛИЯНИИ НА ОРГАНИЗАЦИЮ ТЕТА-АКТИВНОСТИ ПРИ ОП КРЫСЫ.

В настоящей работе исследовалась структура гигаюкампальной тета-активности, а также регуляция тета-активности при ОП животного. Обобщение полученных результатов и литературных данных позволило предложить некоторые модельные представления о системе активации гиппокампа и ее регуляции при ОП животного.

Вначале коротко излагаются имеющиеся в литературе представления о пейсмекерных механизмах септума и механизмах вовлечения его нейронов в тета-ритмическую активность. Затем излагаются представления о популяциях нейронов септума, участвующих в активации гиппокампа и их регуляции, сложившиеся на основании исследования их проявлений в гиппокампальной ЭЭГ в разных режимах активации. На основании материалов, полученных при исследовании характера влияния поля CAI гиппокампа на тета-активность, и литературных материалов о работе поля САЗ предложены модельные представления о влиянии гиппокампа на организацию тета-активности при ОП животного.

6.1 Пейсмекерные механизмы септума.

В работах [Бражник, Виноградова, 1986; Vinogradova, 1995] авторы выделяют две основные группы нейронов септума. Нейроны первой группы не проецируются непосредственно к структурам, активируемым септумом, и синхронизируют тета-ритмическими разрядами импульсную активность остальных септальных нейронов. Нейроны второй группы (вторично и третично вовлекаемые в тета-ритмическую активность) воздействуют своими разрядами непосредственно на нейронные сети активируемых структур.

Согласно [Бражник и др., 1984], нейроны первой группы составляют 4−6% от общего числа септальных нейронов. Они обладают высокорегулярными разрядами в ритме тета, а плотность импульсов в тета-разряде сохраняется при изменении тета-частоты. В их числе, как отмечают авторы, находятся «базовые пейсмекеры», непосредственно задающие частоту тета-ритмических разрядов (п. 1.1.3).

Сети гиппокампа активируются совокупностями сдвинутых во времени разрядов нейронов септума (п. 1.1.1.1). Возможно, это связано с пространственно-временным характером обработки сигналов и задержкой их при движении от уровня к уровню дендритной системы пирамид, что требует активации дендритов на каждом уровне сдвинутыми во времени разрядами нейронов септума.

Возможно, число «базовых пейсмекеров», задающих начало циклов активации, невелико. Остальные нейроны первой группы, видимо, обеспечивают продуцирование совокупности разрядов, каждый из которых привязан к определенной фазе цикла активации. Схематично работу такой системы можно было бы представить следующим образом. «Базовые пейсмекеры», задающие начала циклов активации, воздействуют на вход цепочки нейронов, каждый из которых продуцирует разряд с определенной задержкой после воздействия на его вход. Единая система регуляции длительности цикла активации и задержек могла бы при этом обеспечить продуцирование системы разрядов, каждый из которых привязан к определенной фазе цикла активации. При этом нейроны второй группы синхронизируются каждый определенным нейроном цепочки и разряжаются на той же фазе, что и синхронизирующий их нейрон. Таким образом, разряды нейронов второй группы, воздействующие на нейронные сети активируемых структур, оказываются привязанными к определенным фазам цикла активации. Упомянутое свойство сохранения плотности импульсов в тета-разряде у нейронов первой группы при изменении тета-частоты обеспечивает постоянный уровень их воздействия на нейроны второй группы.

Постоянный фазовый сдвиг между сигналами ЭЭГ (п. 1.1.2.2) может существовать, если они являются проявлением разрядов нейронов второй группы, импульсная активность которых синхронизована различным частями единой «цепочки» пейсмекерного механизма септума. Переменный фазовый сдвиг (п. 1.1.2.2) предполагает разные синхронизирующие «цепочки» .

При этом популяция нейронов первой группы, где «базовые пейсмекеры» и нейроны цепочек охвачены единой системой регуляции, видимо, образуют популяцию пейсмекерного механизма септума.

6.2 Популяция нейронов низкочастотной компоненты тета-активности.

Согласно [Бражник, Виноградова, 1986; Уто^ас1оуа, 1995], субпопуляции нейронов септума, вторично и третично вовлекаемые в тета-ритмическую активность, имеют различные пороги и становятся чувствительными к синхронизирующим разрядам нейронов пейсмекерного механизма септума при наличии определенного уровня афферентных неритмических воздействий. При этом их нерегулярная или слаборегулярная активность сменяется на строго ритмическую. Механизмы вовлечения популяций нейронов в тета-ритмическую активность имеют два звена: холинергическое и звено вовлечения, на которое воздействуют стволовые структуры (медиатор неизвестен). Исследованию особенностей двух видов тета (тета2 и тета!) посвящены многочисленные работы (п.п.1.1.2.1 и 1.1.2.2). Однако, как следует из [Бражник, Виноградова, 1986; Уик^гаёоуа, 1995], отличия, в основном, имеются в механизмах вовлечения (п. 1.1.3). В первом случае в механизме вовлечения ведущую роль играет холинергическое звено. Во втором случае регуляция механизма вовлечения осуществляется со стороны стволовых структур.

Влияние стволовых структур на низкочастотную компоненту тета-активности достаточно хорошо изучено (п. 1.1.4.2). Применение той же методики исследования к гиппокампу (п. 1.1.4.2) демонстрировало угнетающее влияние гиппокампа на тета.

155 ритмическую активность нейронов септума. Из результатов настоящей работы по исследованию характера влияния поля CAI на тета-активность вытекает, что гиппокамп может увеличивать уровень низкочастотной компоненты. Это происходит за счет воздействия гиппокампа через свои прямые связи с септумом, возможно, на холинергическое звено механизма вовлечения популяции нейронов. При ОП животного наблюдается смешанный режим тета-активности, при котором в той или иной степени активны оба звена механизма вовлечения.

Низкочастотная компонента гиппокампальной ЭЭГ, регистрируемой в области базальных и апикальных дендритов, имеет фазовый сдвиг 130 — 180° (п. 1.1.2.2). Когерентность обоих сигналов, видимо, указывает на то, что, они являются проявлением разрядов, продуцируемых популяцией нейронов септума с единой регуляцией вовлечения в тета-ритмическую активность. Постоянный фазовый сдвиг между этими сигналам и указывает на то, что они могут продуцироваться группами нейронов этой популяции, импульсная активность которых синхронизирована разными частями единой «цепочки» нейронов пейсмекерного механизма септума.

6.3 Популяция нейронов высокочастотной компоненты тета-активности.

В литературе отсутствуют какие-либо сведения о существовании независимой высокочастотной компоненты, и в настоящей работе она исследуется впервые.

Полученные результаты говорят о том, что высокочастотная компонента ЭЭГ тета-активности является проявлением совокупности разрядов, продуцируемых популяцией нейронов, имеющей отдельную систему регуляции, на которую поступают свои афферентные воздействия. Это проявляется в отсутствии корреляции между временными изменениями низкочастотной и высокочастотной компонент тета-активности и в разном характере изменений компонент при переходе животного от состояния НБ к ОП.

Кратность частот компонент свидетельствует о том, что популяции нейронов, продуцирующие совокупности разрядов компонент синхронизированы от единого источника — пейсмекерного механизма септума. Обе компоненты являются, видимо, составляющими единого процесса активации нейронных сетей гиппокампа. Это проявляется в определенных соотношениях этих компонент в разных режимах активации и закономерных их изменениях при изменении состояния животного. Это говорит в пользу того, что обе популяции нейронов, продуцирующие разряды компонент, принадлежат септуму. Но в септуме отсутствуют нейроны с разрядами на двукратной тета-частоте. Возможно, совокупность разрядов высокочастотной компоненты состоит из двух групп тета-разрядов, сдвинутых относительно друг друга на полпериода тета-частоты, продуцируемых двумя группами нейронов, синхронизированных разными частями единой цепочки пейсмекерного механизма септума. При этом обе группы нейронов охвачены единой системой регуляции уровня их активности. Высокий уровень высокочастотной компоненты (при ОП животного сигнал второй частотной группы в среднем составляет 0.5 от сигнала первой, а при НБ они равны), а также разный характер изменений обоих компонент при изменении режимов активации указывает на самостоятельную функциональную роль высокочастотной компоненты в процессе активации нейронных сетей гиппокампа.

При стимуляции различных областей РФ, видимо, вследствие нарушения соотношения воздействий ее на септум были получены сигналы с сильно увеличенной высокочастотной компонентой, которые в естественных условиях не встречаются. Это говорит о том, что РФ может влиять на популяцию нейронов высокочастотной компоненты. Влияния поля CAI гиппокампа на высокочастотную компоненту обнаружить не удалось. Возможно, популяция нейронов высокочастотной компоненты имеет одно звено механизма вовлечения и регулируется только стволовыми структурами.

6.4 Активирующие и тормозные воздействия септума.

В настоящей работе наблюдался лишь суммарный эффект тормозных воздействий септума на нейронные сети гиппокампа проявляющийся в прекращении собственных колебаний нейронных сетей или уменьшении этих колебаний (п. 1.1.2.1). При этом вклад в общий процесс торможения различных механизмов торможения остается неясным.

При ОП животного, сопровождающимся усилением активирующих воздействий со стороны септума, не наблюдается даже следов М-ритма, что указывает на присутствие также достаточно сильных тормозных воздействий, исключающих возможность собственных колебаний нейронных сетей. В состоянии НБ в ЭЭГ кроме компонент тета-активности могут присутствовать и М-волны той или другой выраженности, что указывает на ослабление тормозных воздействий септума. При стимуляции РФ, видимо, вследствие нарушения соотношения воздействий ее на септум, были получены сигналы, где наряду с сильно выраженной низкочастотной компонентой тета-активности наблюдались достаточно выраженные М-волны. Это указывает на то, что популяции нейронов септума, оказывающие активирующие и тормозные воздействия, имеют отдельные системы регуляции, а также на то, что регуляция тормозных воздействий возможна со стороны РФ. Однако, это не исключает того, что и гиппокамп может оказывать подобные воздействия через свои прямые связи с септумом.

6.5 Режимы активации и виды электрической активности.

Таким образом, все виды электрической активности гиппокампа в диапазоне от 0 до 30 Гц, видимо, определяются состоянием популяции пейсмекерных нейронов септума, популяции нейронов низкочастотной компоненты, популяции нейронов высокочастотной компоненты, а также, возможно, популяции (или популяций) нейронов септума, оказывающих тормозное воздействие на элементы нейронных сетей гиппокампа. Популяции нейронов септума имеют независимую регуляцию. При этом режим активации определяется соотношением афферентных неритмических воздействий на эти популяции.

Частота тета-активности определяется воздействием стволовых структур на популяцию пейсмекерных нейронов септума. Уровень низкочастотной компоненты определяется воздействиями стволовых структур и гиппокампа на свои звенья механизмов вовлечения этой популяции нейронов. Уровень высокочастотной компоненты определяется, видимо, воздействиями стволовых структур. Уровень тормозных воздействий на нейронные сети гиппокампа определяется, по-видимому, воздействием стволовых структур и, возможно, гиппокампа на свои звенья механизмов вовлечения популяции или популяций нейронов септума, оказывающих тормозные воздействия на сомы и дендритные системы пирамидных клеток.

Все виды электрической активности гиппокампа в диапазоне от 0 до 30 Гц могут быть разделены на тета-активность, когда не наблюдается даже следов собственных колебаний сетей гиппокампа, «смешанный» вид активности, когда одновременно наблюдаются сигналы тета-активности и М-активности, собственные колебания сетей гиппокампа, когда в ЭЭГ уже не наблюдается тета-активности. При «смешанном» виде активности сигналы могут иметь самый разнообразный вид, являясь суперпозицией волн низкочастотной и высокочастотной компонент тета-активности и М-волн с разным уровнем и модуляцией.

Наиболее адекватным описанием электрической активности гиппокампа является описание в параметрах, отражающих состояние популяций нейронов септума, участвующих в активации и торможении нейронных сетей гиппокампа. Так, цикл активации может характеризоваться его длительностью, уровнем низкочастотной и высокочастотной компонент, а также наличием или отсутствием М-волн, отражающих в той или иной степени уровень торможения нейронных сетей гиппокампа. Однако, следует отметить, что разделение сигналов электрической активности на указанные компоненты для случая их низкой регулярности, что особенно часто наблюдается при «смешанном» виде активности, не всегда оказывается возможным без существенных погрешностей.

6.6 Фазовые соотношения активирующих воздействий септума.

Совместная активация структур головного мозга наиболее изучена для ЭК и гиппокампа. Структуры ЭК связаны многочисленными прямыми связями со структурами гиппокампа [Виноградова, 1975; Отмахов, 1993; Amaral, Witter, 1989; Witter, 1993], а начиная с поля CAI гиппокамп связан и обратными связями с ЭК [Виноградова, 1975; Отмахов, 1993; Amaral, Witter, 1989; Witter, 1993]. ЭЭГ тета-активности, регистрируемые в структурах гиппокампа и ЭК, а также в различных слоях этих структур, имеют определенные фазовые соотношения (п. 1.1.2.2). В то же время, в процессе обучения или решения животным конкретной задачи могут наблюдаться изменения сдвигов фаз активации между ЭК и гиппокампом (п. 1.1.2.2).

Таким образом, режим активации при совместной работе ЭК и гиппокампа характеризуется высоким уровнем активации нейронных сетей и устойчивым соотношением фаз активации от цикла к циклу процесса, которые, в то же время, видимо, могут закономерно изменяться в процессе обучения и решения задачи. Последнее указывает на то, что популяции нейронов септума, активирующие эти структуры, могут быть синхронизированы разными цепочками пейсмекерного механизма септума.

Как отмечается в [Бражник и др., 1984; Vinogradova, 1995], при раздражении РФ или сенсорных воздействиях наблюдается явление «reset»: вначале — сильное уменьшение спонтанной активности септума и далее увеличение частоты разрядов, ужесточение их фазовых соотношений, увеличение доли нейронов, участвующих в тета-ритмической активности. Все это, отмечают авторы, свидетельствует о важности точной установки фазы при обработке сенсорной информации, сенсомоторной интеграции.

6.7 Активация септумом других отделов головного мозга.

Существуют некоторые данные относительно того, что тета-активность может наблюдаться в гиппокампе в отсутствие ее в коре и наоборот [Kaada et al., 1967; Blaszczyk et.

160 al., 1996]. Если это так, то активация этих отделов мозга осуществляется отдельными популяциями нейронов септума, имеющими независимую регуляцию.

Общеизвестно, что некоторые из областей коры связаны прямыми связями с МС-ДП. К их числу относятся ЭК, цингулярная кора, периринальная, фронтальная, а также сенсомоторная кора [Voneida, Royce, 1974; Yoshihara, De France, 1976; Troiano et al., 1978; Jaskiw et al., 1991]. В работе [Vinogradova, 1995] показано, что раздражение лимбических, а также ряда других областей коры может вызывать появление тета-ритмической активности у нейронов МС-ДП, но чаще стимуляция этих областей так же, как и стимуляция гиппокампа, сопровождается подавлением тета-ритмической активности, десинхронизацией, замедлением тета-залпов нейронов МС-ДП. Вероятно, как и в случае гиппокампа, метод раздражения кортикальных областей не является достаточно адекватным методом для выяснения характера их влияния на тета-активность. Возможно, что по аналогии с гиппокампом с помощью своих прямых связей с септумом они могут воздействовать на механизмы вовлечения популяций нейронов, обеспечивающих их активацию, а через связи с РФ — влиять на другие параметры тета-активности.

6.8 Влияние гиппокампа на организацию тета-активности.

Как отмечалось, в состоянии НБ животного, в ЭЭГ присутствует тета-активность: слабо выраженная низкочастотная компонента и соизмеримая с ней высокочастотная. Уже в этом режиме активации возможно обнаружение гиппокампом изменения внешней среды и множественный разряд ансамбля клеток в поле САЗ.

При обнаружении изменения внешней среды и активации поля САЗ оно воздействует через свои связи на РФ, инициируя ориентировочный рефлекс. Одновременно, воздействуя на септум через свои прямые связи и связи через РФ, оно изменяет режим активации гиппокампа, увеличивая частоту тета-активности и уровень низкочастотной компоненты [Виноградова, 1975]. По-видимому, при этом септумом активируется и ЭК.

При преодолении сигналом с поля САЗ порога поля CAI оно активируется и начинается пропуск им сенсорного сигнала, соответствующего выделенному изменению внешней среды, в другие образования лимбической системы. Это сопровождается вовлечением в совместную, согласованную во времени работу ряда отделов головного мозга, участвующих в оценке значимости обнаруженного изменения внешней среды, принятии решения и фиксации следа в долговременной памяти. Естественно предположить, что это сопровождается активацией септумом этих отделов мозга и популяции нейронов септума, обеспечивающие активацию этих структур, вовлекаются в тета-ритмическую активность. Таким образом, возможно, поле CAI инициирует активацию отделов головного мозга, вовлекаемых в совместную работу.

Поле CAI одновременно через свои прямые связи с септумом, а также через РФ изменяет режим активации нейронных сетей гиппокампа. При этом уменьшение частотной модуляции и небольшое уменьшение частоты тета-активности происходит за счет связей поля CAI с РФ, а увеличение амплитуды волны низкочастотной компоненты тета-активности — за счет прямых связей поля CAI на септум (видимо, воздействующих на холинергический механизм вовлечения нейронов септума).

Увеличение амплитуды низкочастотной компоненты и стабильности ее уровня от цикла к циклу процесса активации указывает на увеличение уровня активации нейронных сетей гиппокампа и увеличение стабильности этого уровня во времени. Уменьшение всех компонент изменчивости тета-активности: ее частотной модуляции, амплитудной модуляции низкочастотной компоненты, изменчивости формы волны от цикла к циклу процесса свидетельствует об увеличении стабильности всего временного распределения совокупности разрядов нейронов септума, участвующих в активации нейронных сетей гиппокампа. По-видимому, этот же режим активации характерен и для других отделов мозга, вовлеченных в совместную работу. В терминах двух режимов тета-активности существующий сдвиг.

162 смешанного режима активации сетей гиппокампа можно интерпретировать как сдвиг в сторону режима тета2.

Высокочастотная компонента тета-активности при переходе животного от состояния НБ к ОП существенным изменениям не подвергается, оставаясь в среднем на том же уровне. Окончание ОП животного обычно сопровождается одновременным спадом низкочастотной и высокочастотной компонент тета-активности, а также уменьшением ее частоты, что указывает на ослабление воздействий РФ на септум.

Изложенные выше представления носят гипотетический характер, но они позволили сопоставить полученные результаты и их интерпретацию с литературными материалами для воссоздания целостной картины активации нейронных сетей гиппокампа и влияния его на тета-активность при ОП животного.

Таким образом, итогом проделанной работы явилось следующее: Исследована методом оценки размерности сигнала организация ЭЭГ тета-активности и показано, что она не является низкоразмерным хаотическим процессом. Рассмотрена связь между компонентами частотной структуры сигнала и компонентами его изменчивости. Предложен метод оценки регулярности ЭЭГ тета-активности и компонент ее изменчивости.

Исследована структура ЭЭГ тета-активности и выявлена высокочастотная компонента тета-активности, имеющая независимую регуляцию уровня.

Исследованы проявления низкочастотной и высокочастотной компонент тета-активности в разных режимах активации гиппокампа и при изменении этих режимов.

Показана возможность отдельной регуляции активирующих и тормозных воздействий септума на нейронные сети гиппокампа.

Выявление высокоуровневой высокочастотной компоненты явилось важным вкладом в существующие представления об активации нейронных сетей, а также об организации и регуляции септальной системы активации гиппокампа.

При сохранении функциональной целостности септо-гиппокампального комплекса показан характер влияния поля CAI гиппокампа на тета-активность. Рассмотрены возможные пути этого влияния. Полученные результаты явились важным вкладом в понимание роли полей гиппокампа в организации тета-активности при ОП животного. Предложены модельные представления о роли поля CAI в селекции сигналов о внешней среде.

Сопоставлены полученные результаты и литературные данные и предложены модельные представления об организации и регуляции системы активации гиппокампа.