Наиболее крупные, опережающие мировой уровень научные достижения в познании принципов и механизмов жизнедеятельности мозга человека

Наиболее крупные, опережающие мировой уровень научные достижения в познании принципов и механизмов жизнедеятельности мозга человека

На основе результатов исследования воспроизводимых изменений сверхмедленных колебаний потенциалов, локальной динамики наличного кислорода и интегрированной мультиклеточной импульсной активности нейронов в зонах коры и подкорковых структур при выполнении психологических тестов в 1970-е годы были сформулированы и развиты основные положения теории Н. П. Бехтеревой о корково-подкорковой организации мозговых систем обеспечения простых и сложных видов психической деятельности со звеньями различной степени жесткости .

Раскрыты механизмы надежности этих систем, описан мозговой аппарат детекции ошибок в качестве одного из нейрофизиологических факторов оптимизации психической деятельности (Бехтерева, Гречин,1963, 1968; Бехтерева, 1971).

В тот же период сформулированы основные положения концепции нейронных механизмов мыслительной деятельности с описанием принципов акустического и семантического кодирования мозгом вербальной информации, обеспечения ассоциативно-мнестической деятельности человека (Бехтерева, 1974–1980; Бехтерева, Бундзен, Гоголицын, 1977; Бехтерева, Гоголицин, Кропотов, Медведев, 1985).

Зарегистрировано в качестве открытия свойство нейронов подкорковых образований головного мозга человека реагировать на смысловое содержание речи и участвовать в качестве звеньев систем обеспечения мыслительной деятельности (Бехтерева и др., 1988).

Раскрыта роль подкорковых образований в организации эмоциональных реакций и сформулированы представления о мозговых механизмах развития и прекращения патологических эмоций (Бехтерева, 1980).

Представлены доказательства общности мозговых и периферических механизмов обеспечения активационных и эмоциональных состояний человека, что находило отражение в сопоставимости параметров сверхмедленных биопотенциалов, регистрируемых в глубоких структурах, коре головного мозга и на периферии, в тыльно-ладонном отведении (Грекова, 1975).

Сформулированы теоретические положения о мозговых механизмах долгосрочной памяти и концепция устойчивого патологического состояния (Бехтерева, 1974–1980).

Сформулированы и аргументированы теоретические представления о принципах организации нейрофизиологических процессов головного мозга в реализации его информационно-управляющих функций, в том числе вероятностный принцип организации, мультиформность и универсальность всех видов быстрых, медленных и сверхмедленных градуальных процессов по отношению к морфофункциональным образованиям головного мозга, висцеральным (сердце, легкое, печень, почки), коже и мышцам (Илюхина, 1977, 1986; Илюхина, Хабаева, 1984; Илюхина и др., 1986, 1995).

Установлены различия физиологической значимости сверхмедленных биопотенциалов коры и подкорковых структур мозга человека, регистрируемых в разных амплитудно-временны?х диапазонах. Разработана классификация типов спонтанной динамики СМБП в состоянии бодрствования и сна и их вызванных изменений при развитии эмоциональных реакций, в процессе выполнения психологических тестов и двигательных проб, требующих и не требующих обращения в долгосрочную память (Илюхина, 1972–1983).

Раскрыт иерархический принцип организации спонтанных и вызванных параллельно протекающих скоростных (мультиклеточная импульсная активность нейронов), медленных (ЭКоГ, ЭСКоГ, ЭЭГ, ВП) и разных видов сверхмедленных биопотенциалов, регистрируемых в зонах мозговых структур – звеньях корково-подкорковых систем обеспечения психической и двигательной деятельности (Бундзен, Илюхина и др., 1975; Илюхина, 1977).

Обнаружено свойство изменчивости уровня активации различных зон коры и подкорковых структур в широких пределах и удержания, в определенных условиях, относительно устойчивых уровней активации как основа пластичности и большой информационной емкости мозговых систем, участвующих в организации уровня бодрствования, структуры и качества реализуемой деятельности (Бехтерева, 1971; Илюхина, 1972–1990).

Раскрыты принцип селективности, интегративная и координирующая роль сверхмедленных биопотенциалов в механизмах нейрогуморального и биохимического межорганного и межсистемного взаимодействия как физиологическая основа организации простых и сложных видов приспособительного поведения (Илюхина, 1972–1986; Илюхина и др., 1981, 1983; Илюхина, Дамбинова, 2003).

Создано новое научное направление – стереотаксическая неврология , в рамках которого классифицированы эффекты диагностических и лечебных электрических стимуляций и деструкций в области глубоких структур, с анализом мозговых механизмов схемы тела, речи, психических состояний и сенсорных реакций (Смирнов, 1976).

Разработаны способы восстановления зрения и слуха с использованием контактных и чрескожных лечебных электрических стимуляций зрительных и слуховых нервов (Шандурина, 1981, 1985; Бехтерева и др., 1985).

Открыт феномен артифициальных стабильных функциональных связей (АСФС) в модуляции матриц долгосрочной памяти при устойчивых патологических состояниях головного мозга (Смирнов, Бородкин, 1975,1979). Показаны возможности активации этих связей через сенсорные входы при формировании АСФС интрацеребральным и экстрацеребральным путем, что открывало широкие перспективы использования метода АСФС в клинической практике.

В 1985 году за фундаментальные исследования в области физиологии головного мозга человека, выполненные при участии и под руководством Н. П. Бехтеревой, группе сотрудников Отдела была присуждена Государственная премия СССР.

Обобщив результаты многолетних теоретических исследований Отдела нейрофизиологии человека, Наталья Петровна определила основные вехи, обеспечившие первый прорыв в познании мозга человека в ХХ столетии , как реализацию «возможности прямой регистрации активности мозговых структур и, прежде всего, мультиклеточной импульсной активности нейронных популяций коры и подкорковых образований, открывшей путь к изучению кода мыслительных процессов» (Бехтерева, 2004).

Теоретические и прикладные исследования Отдела на десятилетия опережали разработки отечественных и зарубежных научных центров по изучению принципов и механизмов жизнедеятельности здорового и больного мозга человека.

Академик Н. П. Бехтерева разработала комплексный метод многопараметрических, нейрофизиологических исследований, реализованный в условиях длительного, прямого контакта с мозгом человека. В настоящее время он является методологической основой одного из актуальных разделов современной системно-интегративной психофизиологии. Результаты теоретических исследований с использованием этого метода открыли путь к пониманию принципов системообразования в головном мозгу, к изучению информационноуправляющих взаимодействий головного мозга и организма в формировании адаптивного поведения, структуры и качества высших психических функций здорового и больного человека.

Мне показалось возможным представить основные результаты исследований нашей лаборатории по этому направлению, так как методологические подходы и теории Н. П. Бехтеревой в области физиологии здорового и больного мозга человека являются основополагающими в становлении и развитии этого раздела наших исследований.

Основным посылом послужил автограф Натальи Петровны к подаренной мне книге «Магия мозга и лабиринты жизни».

Может быть, это слишком смело, но я поняла его как знак одобрения пути исследований, по которому идет наша лаборатория в последние годы. И еще. Плохие мы были бы ученики, если бы не сумели реализовать столь дорогую свободу выбора научного пути, который даровала нам наш Учитель – Наталья Петровна Бехтерева.

Удивительны движение научной мысли и пути ее реализации. Так, методология стереотаксической функциональной нейрохирургии, разработанная Андреем Дмитриевичем Аничковым, родилась на основе метода имплантации интрацеребральных электродов в мозг человека на длительный срок с лечебными целями.

Методология использования разработанного Н. П. Бехтеревой комплексного метода для изучения принципов и механизмов мозговой организации эмоций, памяти, мыслительной деятельности человека сформировалась на основе решения задач первостепенной клинической важности, когда комплексный метод позволил отвечать на вопросы о состоянии и физиологической активности участков мозга.

Это было очень важно для оптимизации схем диагностических и лечебных электрических воздействий на мозг через интрацеребральные электроды и решения вопроса о необходимости «выключать» или, наоборот, активизировать по клиническим показаниям участки глубоких структур головного мозга.

Итогом развития этих направлений стала созданная Н. П. Бехтеревой теория о мозговой организации психической деятельности человека корково-подкорковыми системами со звеньями различной степени жесткости и теории устойчивых патологических состояний.

Использование метода долгосрочных интрацеребральных электродов и комплексного метода физиологических исследований открыло новые пути к пониманию сущности мультиформной, иерархической организации нейрофизиологических процессов зон мозговых структур , прилегающих к рабочей поверхности интрацеребральных полумакроэлектродов (с рабочей поверхностью 0,1–0,2 мм2).

Основополагающее значение имело введение понятия зон мозговых структур как нейродинамических образований с более сложной морфофункциональной организацией по сравнению с элементами, их формирующими (нейроны, глиальные клетки, межклеточное пространство).

Зоны мозговых структур были определены как прижизненно идентифицируемые нейродинамические образования центральной нервной системы с параллельно протекающими с разными скоростями физиологическими процессами, которые объективизируют их состояние и активность как звеньев мозговых систем обеспечения любых простых и сложных видов приспособительного поведения человека (Илюхина, 1977, 1986).

С введением этого понятия появилась методологическая возможность перекинуть мост от аналитических исследований роли отдельных нервных клеток и нейронных сетей в механизмах регуляции функций и состояний ЦНС к изучению принципов системообразования в головном мозгу на интегративном уровне.

Теория Н. П. Бехтеревой (1974, 1980) о принципах корково-подкорковой организации мозговых систем обеспечения психической деятельности человека со звеньями различной степени жесткости – яркая иллюстрация перспективности выделения прижизненно индентифицируемых по параметрам нейрофизиологических процессов зон мозговых структур в качестве звеньев этих систем.

Следует подчеркнуть, что с введением понятия зон мозговых структур и обнаружением мультиформности регистрируемых в них нейрофизиологических процессов практически впервые появилось основание для определения этих зон как нейродинамических элементов, прижизненно формируемых в анатомо-морфологических образованиях головного мозга человека. По нашим представлениям, эти нейродинамические элементы можно рассматривать в качестве одного из видов прижизненно формируемых в ЦНС «функциональных органов», по А.А. Ухтомскому.

В учении о доминанте А. А. Ухтомский (1950) выдвинул идею и дал строгое определение понятия «функционального органа». Он полагал, что «с именем „органа” мы привыкли связывать представления о морфологически сложившемся, статистически постоянном образовании. Это совершенно не обязательно. Органом может быть всякое временное сочетание сил, способных осуществить определенное достижение » (Ухтомский, 1966). К числу подвижных функциональных органов А. А. Ухтомский относит доминанту, подчеркивая, что это новообразование возникает в активности индивида, взаимодействующего со средой. В этом определении понятия «функционального органа» лежат концептуальные представления о временной организации процессов жизнедеятельности, сформулированные на рубеже XIX и XX веков как об одном из фундаментальных механизмов, обеспечивающих приспособительные реакции живых систем в окружающем мире.

В учении о доминанте А. А. Ухтомский выдвигает представление о том, что «нормальное отправление функционального органа (например, нервного центра) в организме есть не предопределенное, раз и навсегда неизменное качество данного органа, но функция от его состояния» (1966).

Но если А. А. Ухтомский постулирует теоретические представления о «функциональных органах» и их состояниях, то в рамках комплексного полиметодического подхода, разработанного Н.П. Бехтеревой, появилась возможность раскрыть принципы нейродинамической организации разных по скоростям нейрофизиологических процессов в зонах мозговых структур (функциональных органах), характеризующих их состояние и физиологическую активность как звеньев мозговых систем, структурно-функциональная организация которых существенно варьирует при реализации одного и того же вида психической деятельности в различных условиях (вероятностный принцип системной организации).

Установлено, что механизм реципрокного уравновешивания уровней активации разделенных в пространстве, но функционально связанных зон мозговых структур выступает в качестве системообразующего фактора. Этот механизм обеспечивает поддержание относительной устойчивости мозговых систем в определенные интервалы времени, при возможной вариативности уровня активации в звеньях этих систем (Илюхина, 2004). В исследованиях принципов мультиформной организации нейрофизиологических процессов зон мозговых структур было выявлено отсутствие жестко закрепленных, свойственных конкретным зонам коры и подкорковых структур головного мозга характеристик мультиклеточной импульсной активности нейронов, электрокортикои субкортикограммы, сверхмедленных биопотенциалов.

Установлено, что все известные к настоящему времени виды динамики биопотенциалов с определенной долей вероятности обнаруживаются в различных зонах коры и подкорковых образований, что дает основание считать их универсальными по отношению к анатомо-морфологическим структурам мозга и динамически формируемыми в разных условиях (Илюхина, 1977).

Обнаружено, что в каждый интервал времени при спокойном бодрствовании человека, во сне, при реализации любых видов деятельности состояния головного мозга характеризуются вполне определенным (организованным во времени и пространстве) соотношением динамики разных по амплитудно-временны?м параметрам нейрофизиологических процессов, одновременно регистрируемых во многих зонах мозговых образований.

На основании изучения вариативности суточной, многодневной и многомесячной динамики уровней активации звеньев систем по ходу лечебного процесса обнаружены значительные и сходные для разных зон, по-видимому, генетически детерминированные, онтогенетически сформированные и модифицируемые болезнью границы вариативности возможных состояний и, тесно связанных с этими состояниями особенностей физиологической активности зон мозговых структур в качестве звеньев систем обеспечения психической и двигательной деятельности, ком-пенсаторно-приспособительных функций и состояний организма (Илюхина, 1975–1982).

Установлено, что мультиформная волновая организация звеньев мозговых систем находится в сложно организованных во времени и пространстве причинно-следственных взаимодействиях с другими, вблизи и дистантно расположенными, «функциональными органами», формируя мозговые системы обеспечения полезного результата деятельности (Анохин, 1968). При этом качество полезного результата деятельности определяется степенью пластичности сопряженных механизмов сверхмедленной, медленной и скоростной регуляции уровней активации и физиологической активности зон мозговых структур – потенциальных звеньев корково-подкорковых систем обеспечения конкретных видов деятельности (Илюхина, 1986, 1990, 2003).

Соподчиненность и относительная независимость разных по скоростям нейрофизиологических процессов в зонах мозговых структур, возможность вариативности их состояния и физиологической активности в широких пределах, вероятностный принцип нейродинамической организации корково-подкорковых систем обеспечения любых простых и сложных видов приспособительной деятельности в изменяющихся условиях внешней и внутренней среды легли в основу сформулированных нами теоретических представлений о головном мозге как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистеме с многоуровневым, иерархическим принципом организации разных по скоростям физиологических процессов в механизмах регуляции функциональных состояний и познавательной деятельности человека (Илюхина, 1986, 1990, 2004).

Выдвинутые представления согласуются с основными положениями теории Н. П. Бехтеревой о многозвеньевом, принципе структурно-функциональной организации мозговых систем обеспечения психических и двигательных функций и теории устойчивых патологических состояний.

Принцип жизнедеятельности головного мозга как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистемы позволяет достаточно хорошо объяснить:

• существование потенциальной избыточности возможных структурно-функциональных модификаций различных видов нейродинамики;

• пластичность и помехозащищенность информационноуправляющих функций головного мозга: а) в отношении других систем организма; б) в организации взаимодействия организма с внешней средой; в) в обеспечении многообразия форм и качества приспособительного поведения;

• динамичность структурно-функциональной организации мозговых систем обеспечения одних и тех же видов психической и двигательной деятельности и тесно связанные с этим особенности структуры и качества реализуемой деятельности у одного лица в разных условиях;

• вероятностность эффектов диагностических и лечебных интрацеребральных и транскраниальных электрических воздействий у одного и того же больного в разные дни;

Сформулированные представления о принципах жизнедеятельности головного мозга человека как «плавающей», многоконтурной, нейродинамической супрасистемы с многоуровневым, иерархическим принципом организации разных по скоростям информационно-управляющих систем в механизмах регуляции функциональных состояний и познавательной деятельности человека позволяют конкретизировать физиологические основы формирования нормальных и патологических доминант разного уровня (по А. А. Ухтомскому), определяющих структуру и качество приспособительного поведения человека в изменяющихся условиях внутренней среды организма и внешней среды.