Ствол мозга и видоспецифичные движения - с точки зрения нейрофизиологии

Выполнив несколько исследований, нейробиолог Вальтер Гесс (Walter Hess, 1957) обнаружил, что ствол мозга контролирует видоспецифичное поведение — поведение, присущее всем представителям вида, такое как склевывание корма у зарянок, шипение у кошек и выпрыгивание из воды у китов. Таким образом, типичные для вида движения являются в основном врожденными и регулируются нейронами ствола мозга.

Гесс вживлял электроды в мозг кошек и других животных. К таким электродам можно было подсоединить провода для стимуляции свободно двигающегося животного, не причиняя ему особых неудобств.

Посредством стимуляции ствола мозга Гесс вызывал врожденные движения, которых можно было ожидать от данного животного. Спящую кошку он заставлял внезапно вскочить, выгнуть спину и взъерошить шерсть, как если бы она была напугана, например, приближающейся собакой. Такие вызванные электростимуляцией движения начинались внезапно при включении стимулирующего тока и столь же резко заканчивались при его выключении.

При использовании слабого стимулирующего тока видоспецифичное поведение было слабо выражено, а при использовании более сильного стимулирующего тока выраженность видоспецифичного поведения возрастала.

Движение зависело от стимулируемой точки ствола мозга. Стимуляция некоторых точек заставляла животное повернуть голову, стимуляция других точек — пойти или побежать, а стимуляция ряда точек вызывала агрессию или страх. Так можно было изменять ответ животного на определенный стимул. Например, когда кошке показывали мягкую игрушку, при стимуляции одних точек ствола мозга кошка бежала за игрушкой, а при стимуляции других точек — пугалась и от игрушки убегала.

Результаты экспериментов Гесса были подтверждены и дополнены другими исследователями, изучавшими различные виды животных. Ниже в разделе «Эксперимент» представлены результаты, полученные при стимуляции мозга петуха в различных условиях (von Holst, 1973). Обратите внимание на обстоятельства проведения эксперимента: для стимулируемой области нервной системы имеют значение как предъявленный объект, так и продолжительность стимуляции.

При стимуляции определенной зоны ствола мозга в отсутствие других стимулов петух просто демонстрирует беспокойство. Если же во время стимуляции петуху показать кулак, он примет угрожающую позу. Если вместо кулака показать чучело хорька, угрожающая поза станет более выраженной. И наконец, если продолжить стимуляцию в присутствии хорька, петух закричит и улетит.

Такие эксперименты показывают, что важной функцией ствола мозга является создание сложных паттернов адаптивного поведения. Эти адаптивные паттерны включают движения, используемые при потреблении пищи и жидкости, а также являющиеся частью полового поведения.

Стимуляция определенных зон ствола мозга позволяет индуцировать необходимые для выживания формы поведения. Стимулируя индуцирующие жевание зоны ствола мозга, животное можно заставить есть даже несъедобные вещи, например древесную стружку.

Груминг наглядно демонстрирует, как ствол мозга координирует сложные двигательные паттерны (Kalueff et al., 2016). Когда крыса умывается, она садится на задние лапы, облизывает передние, трет лапами нос и морду, а затем поворачивается и начинает вылизывать мех на теле. Крысы всегда выполняют эти движения в одном и том же направлении — от морды к плечам, а затем к задней части тела.

Когда вы в следующий раз выйдете из душа и начнете вытираться, обратите внимание на последовательность ваших действий. Человек и крыса используют очень похожие паттерны груминга.

Помимо груминга, ствол мозга отвечает за поддержание позы, стояние на ногах, координацию движений конечностей, плавание и ходьбу, а также за строительство гнезд. Последствия повреждения зон ствола мозга, отвечающих за адаптивные движения, можно проследить на примере синдрома запертого человека — того самого синдрома, который развился у Скотта Маклера из-за БАС (см. разд. «Исследование» в этой статье на сайте).

Пациент с синдромом запертого человека находится в сознании, однако он не способен к движению и вербальному общению, поскольку у него парализованы практически все мышцы, кроме мышц глаз.

Влияние повреждения ствола мозга на поведение можно проследить на примере детского церебрального паралича (ДЦП) — нарушения двигательной функции, характеризуемого трудностями при выполнении произвольных движений при преимущественно сохранных функциях сознательного регулирования поведения, за которые отвечает кора больших полушарий. ДЦП часто возникает из-за травм ствола мозга, полученных в перинатальном периоде. Ниже раздел «Клинические аспекты: Детский церебральный паралич» рассказывает о том, что к ДЦП также может привести травма, полученная в младенческом возрасте.

а) Эксперимент: Какой эффект дает стимуляция ствола мозга при разных условиях?

Вывод. Стимуляция некоторых зон ствола мозга вызывает поведение, которое может различаться в зависимости от ситуации. Это указывает на то, что важной функцией ствола мозга является производство типичного для вида поведения.

б) Клинические аспекты: Детский церебральный паралич. В возрасте около 6 месяцев Э. С. перенес ОРВИ. После этого у него возникли проблемы с координацией движений. Когда Э. С. вырос, он практически не мог управлять руками и ногами, а его речь было очень трудно понять. Э. С. сочли умственно отсталым, и большую часть детства он провел в специализированном интернате.

Когда Э. С. исполнилось 13 лет, в интернате появился компьютер. Один из преподавателей попытался научить Э. С. пользоваться им, нажимая на клавиши зажатым во рту карандашом. Через несколько недель преподаватель обнаружил, что Э. С. может общаться и выполнять школьные задания на компьютере. В итоге Э. С. получил моторизованное инвалидное кресло, которым мог управлять, двигая пальцами правой руки.

Благодаря компьютеру и инвалидному креслу Э. С. смог поступить в колледж, где стал лидером среди студентов. Он получил диплом по психологии, стал социальным работником и теперь работает с детьми, страдающими детским церебральным параличом.

Еще в 1853 г. английский врач Уильям Литтл (William Little) впервые заметил, что к двигательным нарушениям у детей могут приводить трудные или патологические роды. Он описал детский церебральный паралич (также называемый болезнью Литтла) — группу двигательных нарушений, возникающих вследствие полученных в перинатальном (околородовом) периоде повреждений мозга. Детский церебральный паралич — часто встречающееся заболевание, его распространенность составляет около 1,5 на 1000 живорождений. Среди детей, родившихся с массой тела менее 5,5 фунтов (—2,5 кг), наблюдается более высокая заболеваемость — около 10 случаев на 1000 живорождений.

Многие люди с детским церебральным параличом делают успешную карьеру — среди них д-р Джон Мелвилл (Dr. John Melville), который управляет инвалидным креслом, двигая пальцами правой руки

Наиболее частыми причинами детского церебрального паралича являются повреждения мозга во время родов, прежде всего из-за гипоксии (кислородной недостаточности), и генетические дефекты. Гипоксия может возникать из-за дефекта плаценты — органа, обеспечивающего поступление кислорода и питательных веществ от матери к плоду. Кроме того, причиной гипоксии может стать препятствующее поступлению кислорода обвитие пуповины во время родов. Среди других причин — инфекции, гидроцефалия, судороги и недоношенность. Все указанные причины могут привести к повреждению незрелого мозга до, во время и непосредственно после родов.

Дети с детским церебральным параличом в первые несколько месяцев жизни производят впечатление здоровых, однако по мере развития нервной системы двигательные нарушения становятся все более заметными. Распространенными симптомами заболевания являются спастичность, усиленная реакция на растяжение мышц с повышением мышечного тонуса, дискинезия, непроизвольные избыточные движения в виде тремора или неконтролируемых судорожных движений (атетоз) и ригидность или сопротивление пассивным движениям. Больной может быть прикован к инвалидному креслу.

Чтобы изучить взаимосвязь между развитием мозга и предрасположенностью к повреждениям мозга, исследователи могут использовать полученный с помощью МРТ детский коннектом, который отображает изменения мозговых связей ребенка в процессе развития. Коннектом представляет собой полное описание структуры связей («проводов») мозга ребенка. Коннектом ребенка позволяет выявить нарушения развития мозговых связей, в том числе связанные с детским церебральным параличом, в очень раннем возрасте, тем самым расширив терапевтическое окно (Ballester-Plane et al., 2017).

Видео физиология движений (тонус, поза, произвольные движения) - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин

- Читать далее "Спинной мозг и выполнение движения - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 25.9.2023