разрушение участков мозга сущность метода в психофизиологии
Разрушение участков мозга сущность метода в психофизиологии
Серия «Классическая учебная книга»
Автор предисловия Е.Д. Хомская
© Правопреемник Радковская Е.Г., 2002
© Предисловие. Хомская Е.Д., 2002
© Издательский центр «Академия», 2002
Предисловие к второму изданию. Е.Д.Хомская. 3
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МОЗГА И ПСИХИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ (основные принципы)
Глава I. Три источника знаний о функциональной организации мозга. 11
1. Сравнительно-анатомические данные. 11
Основные принципы эволюции и строения мозга как органа психики. 12
Структурная и функциональная организация коры головного мозга. 22
2. Физиологические данные: метод раздражения. 45
Опыты с непосредственным раздражением коры. 45
Опыты с непрямой стимуляцией коры. 53
Опыты с анализом функций отдельных нейронов. 57
3. Физиологические данные: метод разрушения. 60
Глава II. Локальные поражения мозга и основные принципы локализации функций. 67
1. Ранние решения. 67
3. Пересмотр основных понятий. 74
Пересмотр понятия «функция». 74
Пересмотр понятия «локализация». 77
Пересмотр понятия «симптом». 80
4. Синдромный анализ и системная организация психических процессов. 84
Глава III. Три основных функциональных блока мозга. 88
1. Блок регуляции тонуса и бодрствования. 88
2. Блок приема, переработки и хранения информации. 101
3. Блок программирования, регуляции и контроля сложных форм деятельности. 111
4. Взаимодействия трех основных функциональных блоков мозга. 126
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ МОЗГА И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Вступительные замечания. 130
Глава I. Затылочные отделы мозга и организация зрительного восприятия. 132
1. Первичные зоны затылочной коры и элементарные функции зрения. 132
2. Вторичные отделы затылочной коры и оптико-гностические функции. 135
Глава II. Височные отделы мозга и организация слухового восприятия. 149
1. Первичные зоны височной коры и элементарные функции слуха. 149
2. Вторичные отделы височной коры и акустико-гностические функции. 151
3. Системное влияние нарушений речевого слуха на другие психические процессы. 156
4. Варианты «височного синдрома». 159
Глава III. Третичные зоны коры и организация симультанных синтезов. 163
1. Третичные зоны коры и организация наглядных пространственных синтезов. 163
2. Третичные зоны коры и организация символических (квазипространственных) синтезов. 167
3. Третичные зоны коры и процессы речевой памяти. 170
4. Теменно-затылочные зоны правого (субдоминантного) полушария и их функции. 173
Глава IV. Сенсомоторные и премоторные отделы мозга и организация движений. 175
1. Постцентральные зоны коры и афферентная организация движений. 175
2. Премоторные зоны коры и эфферентная организация движений. 180
Глава V. Лобные доли мозга и регуляция психической деятельности. 189
1. Лобные доли и регуляция состояний активности. 190
2. Лобные доли и регуляция движений и действий. 199
3. Лобные доли и регуляция мнестических и интеллектуальных действий. 209
4. Функциональная организация лобных долей и варианты лобного синдрома. 216
Глава VI. Медиобазальные отделы коры, правое полушарие мозга. 220
1. Медиальные отделы коры и их роль в регуляции психических состояний. 220
2. Субдоминантное полушарие и его роль в организации психических процессов. 225
ПСИХИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ МОЗГОВАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
Неинвазивная стимуляция мозга
В отделении нейрореабилитации и физиотерапии используются следующие методы неинвазивной стимуляции мозга:
транскраниальная магнитная стимуляция
транскраниальная электрическая стимуляция
определения возбудимости моторной коры и проведения по кортикоспинальным трактам;
картирования (определения локализации) моторных и немоторных функций в коре головного мозга;
направленного влияния на возбудимость коры и нейропластичность (ритмическая ТМС)
Определение показаний и противопоказаний к ТМС, продолжительности курса терапии возможно при очной консультации сотрудника отделения.
Проведение транскраниальной магнитной стимуляции также возможно в рамках научных исследований.
Транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС) – метод неинвазивной стимуляции мозга, основанный на воздействии на кору головного мозга слабым электрическим полем. ТЭС используется для направленного изменения активности регионов коры головного мозга.
Проведенные исследования показали потенциал для применения этого метода при депрессии, болевых синдромах, фибромиалгии, двигательных, речевых и зрительных нарушениях после инсульта, паркинсонизме и ряде других заболеваний. В нашем отделении при отсутствии противопоказаний ТЭС применяется при следующих состояниях:
Определение показаний и противопоказаний к ТЭС, продолжительности курса терапии возможно при очной консультации сотрудника отделения.
Проведение транскраниальной электрической стимуляции также возможно в рамках научных исследований.
Нейроны и нейромедиаторы
Химические цепочки
Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).
Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.
Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств
Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Серотонин
Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.
В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с 
гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.
Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.
Дофамин
Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.
С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.
Гамма-аминомасляная кислота
Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.
Гормоны
Химическое взаимодействие
Электростимуляция головного мозга как симптоматическая помощь больным с паркинсонизмом, дистониями и другими мышечными нарушениями
1. Электромагнитная стимуляция
В современной терапии нейропатологий и нарушений моторики электромагнитная стимуляция находит широкое применение. В ряде клинических ситуаций этот метод не имеет равных по эффективности и безопасности. Статистически подтверждена обоснованность и результативность такого рода функциональной нейрохирургии. Суть методики заключается в постоянном или систематическом воздействии на нервные центры электромагнитных импульсов определённой частоты и амплитуды. Доказана эффективность такого воздействия, прежде всего, при паркинсонизме, дистонии, неконтролируемых спазмах и иных нарушениях мышечного тонуса.
Встречаются разные формы функциональной патологии мышц: дистония, неконтролируемые движения, нарушения координации, тремор, утрата способности ходить и выполнять точные движения. В каждом конкретном случае диагностика направлена на возможно более точное определение зоны мозга, которая вызывает проявление дисфункции. Для этого тщательно изучается электроэнцефалограмма больного, что даёт представлении о необходимом месте расположения электрода (локализации и глубине).
2. Как это работает?
Внутримозговые электроды для хронической стимуляции головного мозга получают электромагнитные импульсы от генератора, который располагается подкожно и настраивается на определённую программу при помощи дистанционного пульта.
Следует заметить, что методика электростимуляции мозга не является лечением. Это симптоматическая помощь пациентам, которые обречены (зачастую пожизненно) испытывать функциональные мышечные нарушения, существенно снижающие качество жизни. Наиболее оправдана и показана нейростимуляция мозга пациентам с болезнью Паркинсона, дистонией, эссенциальным тремором, эпилепсией, различными двигательными расстройствами.
3. Подготовка и проведение операции
Каждое расстройство обусловлено нарушениями в определённом участке мозга, поэтому установка электродов проводится после тщательной диагностики, которая включает:
Процедура установки электродов и генератора проводится под местной анестезией, поскольку сам мозг не имеет болевых рецепторов и требуется только обезболивание кожи. Во время оперативных манипуляций пациент находится в полном контакте с хирургом, что позволяет оценивать состояние и ход операции.
После операции проводится мероприятия для профилактики инфицирования затронутых областей, включающие курс антибиотиков. Выписка из стационара происходит на 3-5 день. Через две недели необходимо повторное посещение нейрохирурга.
2.1.6. Методы воздействия на мозг
Выше были представлены методы, общая цель которых регистрация физиологических проявлений и показателей функционирования головного мозга человека и животных. Наряду с этим исследователи всегда стремились проникнуть в механизмы мозга, оказывая на него прямое или косвенное воздействие и оценивая последствия этих воздействий. Для психофизиолога использование различных приемов стимуляции – прямая возможность моделирования поведения и психической деятельности в лабораторных условиях.
Сенсорная стимуляция. Самый простой способ воздействия на мозг это использование естественных или близких к ним стимулов (зрительных, слуховых, обонятельных, тактильных и пр.). Манипулируя физическими параметрами стимула и его содержательными характеристиками, исследователь может моделировать разные стороны психической деятельности и поведения человека. Диапазон применяемых стимулов весьма широк: в сфере зрительного восприятия
– от элементарных зрительных стимулов (вспышки, шахматные поля, решетки) до зрительно предъявляемых слов и предложений, с тонко дифференцируемой семантикой; в сфере слухового восприятия
– от неречевых стимулов (тонов, щелчков) до фонем, слов и предложений. При изучении тактильной чувствительности применяется стимуляция: механическая и электрическими стимулами, не достигающими порога болевой чувствительности, при этом раздражение может наноситься на разные участки тела.
Реакции ЦНС на такое воздействие изучены хорошо и путем регистрации активности нейронов, и методом вызванных потенциалов. Помимо сказанного в психофизиологии широко используются приемы ритмической стимуляции светом или звуком, вызывающие эффекты навязывания – воспроизведения в спектре ЭЭГ частот, соответствующих частоте действующего стимула (или кратных этой частоте).
Электрическая стимуляция мозга является плодотворным методом изучения функций его отдельных структур. Она осуществляется через введенные в мозг электроды в «острых» опытах на животных или во время хирургических операций на мозге у человека. Кроме того, возможна стимуляция и в условиях длительного наблюдения с помощью предварительно вживленных оперативным путем электродов. При хронически вживленных электродах можно изучать особый феномен электрической самостимуляции, когда животное с помощью какого-нибудь действия (нажатия на рычаг) замыкает электрическую цепь и таким образом регулирует силу раздражения собственного мозга. 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.
В лабораторных условиях используется метод микрополяризации, суть которого состоит в пропускании 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.
Наряду с электрической допустима стимуляция коры мозга человека слабым электромагнитным полем. Основу этого метода составляет принципиальная возможность изменения характеристик деятельности ЦНС под влиянием контролируемых магнитных полей. В этом случае также не оказывается разрушающего воздействия на клетки мозга. В то же время по некоторым данным воздействие электромагнитным полем ощутимо влияет на протекание психических процессов, следовательно, этот метод представляет интерес для психофизиологии.
Разрушение участков мозга. Повреждение или удаление части головного мозга для установления ее функций в обеспечении поведения – один из наиболее старых и распространенных методов изучения физиологических основ поведения. В чистом виде метод применяется в экспериментах с животными. Наряду с этим распространено психофизиологическое обследование людей, которым по медицинским показаниям было проведено удаление части мозга.
Разрушающее вмешательство может осуществляться путем: 1) перерезки отдельных путей или полного отделения структур (например, разделение полушарий путем рассечения межполушарной связки – мозолистого тела); 2) разрушения структур при пропускании постоянного тока (электролитическое разрушение) или тока высокой частоты (термокоагуляция) через введенные в соответствующие участки мозга электроды; 3) хирургического удаления ткани скальпелем или отсасыванием с помощью специального вакуумного насоса, выполняющего роль ловушки для отсасываемой ткани; 4) химических разрушений с помощью специальных препаратов, истощающих запасы медиаторов или разрушающих нейроны; 5) обратимого функционального разрушения, которое достигается за счет охлаждения, местной анестезии и других приемов.
Итак, в общем, метод разрушения мозга включает в себя разрушение, удаление и рассечение ткани, истощение нейрохимических веществ, в первую очередь медиаторов, а также временное функциональное выключение отдельных областей головного мозга и оценку влияния вышеперечисленных эффектов на поведение животных.