логией, а также возникновением таких новых областей знания, как биокибернетика и бионика.
Значительно изменились методические приемы и оснащение современных нейрофизиологических исследований. Это позволило, с одной стороны, углубить анализ, расширив сферу изучения вплоть до элементарных структур и молекулярных процессов, а с другой – получить представление о функциональной организации основных форм нервной деятельности. Современная нейрофизиология тесно связана с нейрокибернетикой, нейрохимией, нейробионикой.
Развитие нейрофизиологии помогает ученым глубже понять процессы, протекающие в мозге человека во время различных действий. Исследователи могут применять полученные результаты в других областях деятельности человека (например, логика и рациональность в обслуживании человека различными автоматизированными системами). В ближайшее время ученым станет доступна детальная схема функционирования всего массива нейронов мозга человека и будет возможным составление алгоритма процесса мышления и осознания, что впоследствии может быть применимо и в других областях исследований.
На современном этапе задачей нейрофизиологии является изучение интегративной деятельности центрального и вегетативного отделов нервной системы. Получение сигналов осуществляется самыми различными способами: непосредственно с поверхности головы или с биологически активных точек на поверхность кожи, с применением поверхностных электродов, разного рода раздражителей периферических и центральных отделов и т.д.
Развитие этого направления в ближайшем будущем позволит не только осуществлять диагностику и лечение широкого спектра заболеваний головного мозга и вегетативной нервной системы, различных нейропатологических синдромов, но и находить для них альтернативные сферы применения. Например, использование биопотенциалов головного мозга уже сегодня применяется для управления компьютером и другими устройствами, для набора текстов посредством биологической обратной связи и многого другого.
В заключение следует сказать, что за последние десятилетия изучение человеческого мозга встало на более солидную научно-эмпирическую базу. Не случайно период 1990–1999 гг.
16
был объявлен «Десятилетием мозга» в международном масштабе.
Развитие нейрофизиологии в Беларуси
Внашей стране центром нейрофизиологических исследований является Институт физиологии Национальной академии наук Беларуси, созданный в 1953 г. под руководством академика И.А. Булыгина. Основным направлением его деятельности было развитие кортиковисцеральной физиологии. Коллектив института, продолжая и развивая идеи классиков физиологии, основываясь на современных достижениях мировой нейрофизиологии, сформировал оригинальное направление исследований белорусских физиологов, касающееся механизмов интероцептивных рефлексов. В результате сравнительного изучения интероцептивных рефлексов было выдвинуто положение о целостной интегративной реакции организма (И.А. Булыгин, 1966). Разработка этого положения привела к выявлению механизмов центростремительных связей рецептивных полей, позволила определить уровни замыкания интероцептивных рефлексов, степени и формы централизации и кортиколизации.
Важным направлением исследований нейрофизиологов института стало установление кольцевых связей внутренних органов с центральной нервной системой. Сотрудниками был доказан принцип множественности центростремительных путей внутренних органов, вступающих в ЦНС на различных уровнях, а также принцип двойной воронки: от каждого органа в ЦНС идет веер путей к различным ее отделам и, наоборот, в каждый отдел ЦНС направляются пути от многих органов.
С использованием комплекса современных электрофизиологических, фармакологических, биохимических, электронномикроскопических методов исследования отечественными учеными была подробно изучена интегративно-координаци- онная функция вегетативных ганглиев.
В80-х гг. XX в. в Институте физиологии был успешно экспериментально обоснован новый принцип структурно-функ- циональной организации нервной системы, ее периферической и центральной части – принцип единства и взаимосвязи явлений дивергенции и конвергенции в нервной деятельности.
17
Полученные сотрудниками многочисленные экспериментальные данные позволили сформулировать новые представления о структурно-функциональной организации вегетативной нервной системы и оценить механизмы висцерокортикальных связей.
В настоящее время в научном учреждении проводятся исследования в области экспериментальной и клинической нейрофизиологии, создана лаборатория нейрофизиологии. Ученые института нашли новые пути изучения функций головного мозга. Исследуя особенности обмена информацией между клетками головного мозга, сотрудники лаборатории особое внимание уделили изучению межклеточного матрикса нервной ткани. Изменение функционального состояния отдельных элементов матрикса приводит к изменению взаимодействий между нейронами. Эта закономерность открывает новые возможности в познании функций мозга, результаты экспериментов в данной сфере могут стать основой для создания принципиально новых лекарственных препаратов, которые смогут помочь в лечении эпилепсии, паркинсонизма, депрессии. Новые подходы к исследованию функций мозга и межклеточных коммуникаций в нем помогут белорусским ученым сделать новые научные открытия, важные для медицины и фармакологии.
Методы исследования в нейрофизиологии
Функции нервной системы изучают с использованием традиционных классических для общей физиологии методов и специальных методических подходов, призванных выявить специфические функции нервных образований, выполняющих роль главной управляющей и информационной системы в организме. В соответствии с двумя принципиально различными методическими подходами к изучению физиологических функций нервной системы организма различают методы экспериментальной и теоретической нейрофизиологии.
К числу экспериментальных методов классической физиологии относятся приемы, направленные на активацию, или стимуляцию, и подавление, или угнетение, функции данного нервного образования. Способы активирования изучаемого органа сводятся к раздражению его адекватными (или неадекватными) стимулами. Адекватное раздражение достигается
18
либо специфическим раздражением соответствующих рецептивных входов рефлексов, либо электрическим раздражением проводникового или центрального отдела рефлекторной дуги, имитирующим нервные импульсы. Среди неадекватных стимулов наиболее распространенным является раздражение раз-
личными химическими веществами.
Метод раздражения заключается в том, что на определенные структуры ЦНС наносят раздражение электрическим током или химическими веществами. Электрическая стимуляция мозга осуществляется через введенные в него электроды
в«острых» опытах на животных или во время хирургических операций. У человека электрическая стимуляция мозга применяется для изучения связи между психическими процессами и функциями и отделами мозга. Так, например, можно изучать физиологические основы речи, памяти, эмоций.
Метод раздражения различных участков ЦНС электрическим током обычно выполняется с использованием стереотаксической техники. Она предусматривает введение электродов
вмозг человека или животного в строго определенные участки и на определенную глубину через отверстия, просверленные в черепе.
Влабораторных и клинических условиях применяется метод микрополяризации, т.е. пропускание слабого постоянного тока через отдельные участки коры головного мозга. При этом электроды прикладываются к поверхности черепа в области стимуляции. Локальная микрополяризация не разрушает ткань мозга, а лишь оказывает влияние на сдвиги потенциала коры в стимулируемом участке, поэтому она может быть использована в психофизиологических исследованиях.
При изучении механизма действия различных химических веществ на нейроны мозга, в том числе наркотиков в опытах на животных, используется введение этих веществ через специальную канюлю в соответствующие участки мозга.
Подавление функции вплоть до полного выключения достигается частичным или полным удалением (экстирпацией), разрушением изучаемого нервного образования, кратковременным блокированием передачи возбуждения под действием химического вещества, холодового фактора или анода постоянного тока (анэлектротон, распространяющаяся депрессия),
денервацией органа.
Методы удаления (экстирпации) и разрушения (повреждения) определенных участков центральной нервной си-
19
стемы для установления их функций в обеспечении поведения – один из наиболее старых и распространенных методов изучения физиологических основ поведения. В ряде случаев эти методы применяют в клинических условиях с лечебной целью, т.е. по медицинским показаниям. С их помощью можно удалить очаг, вызывающий эпилептические припадки. Пионером в данном направлении был У. Пенфильд. В России этот метод нашел применение в клинике академика Н.П. Бехтеревой при лечении ряда форм патологии ЦНС, в том числе при болезни Паркинсона. Конечно, использование подобного метода для лечения человека имеет целый ряд ограничений. В последние годы с лечебными целями в клинике проводится разделение полушарий путем рассечения межполушарной связки, т.е. мозолистого тела (коллозиотомия).
Развитие и совершенствование электронной и усилительной техники значительно повышают возможности метода регистрации и анализа электрических проявлений деятельности нервных структур. Регистрация электрических потенциалов головного мозга (электроэнцефалография) с последующим автоматизированным анализом с помощью средств вычислительной техники становится одним из важнейших методов исследования в нейрофизиологии мозга. Развитие микротехники отведения электрических потенциалов отдельных нервных клеток или даже частей клетки (микроэлектродная техника) за последние два-три десятилетия существенно обогатило
ценными экспериментальными фактами физиологию мозга.
Методы регистрации электрической активности структур мозга применяются при исследовании функций
ЦНС и ее высших отделов – коры больших полушарий. Используют разнообразные методы, в том числе методы внутриклеточного и внеклеточного отведения электрической активности отдельных нейронов, а также методы внеклеточного отведения суммарной электрической активности мозга (например, метод энцефалографии, или ЭЭГ).
При изучении биофизических аспектов деятельности нервных клеток и исследовании нейрогуморальных регуляторных систем широко используются радиоизотопные методы.
Классический условно-рефлекторный метод изучения функции коры большого мозга в современной нейрофизиологии успешно применяется в комплексном анализе механизмов обучения, становления и развития адаптивного поведения в сочетании с методами электроэнцефалографии, электроней-
20