Диссертация (Движущаяся волна ЭЭГ человека), страница 11

Речь идёт о подробнойкрупномасштабнойталамокортикальноймодели,основаннойнаэкспериментальных измерениях нескольких видов млекопитающих. Модельохватывает три вида анатомических данных. Она основана на: (I) глобальнойанатомии таламокортикальных связей (белого вещества), полученной спомощью диффузионного тензора человеческого мозга (см выше о диффузннойспектральной МРТ); (II) на сведениях о нескольких ядрах таламуса и шестислоях корковых контуров на основе мечения in vitro с последующейтрехмерной реконструкцией отдельных нейронов зрительной коры кошки; (III)наданныхоб22-хосновныхтипахнейроновссоответствующимраспределением по слоям отростков их дендритных деревьев. В модели имеетсяодин миллион разряжающихся нейронов, подобранных таким образом, чтобывоспроизвести известные типы реакций, записанные у лабораторных крыс.Модельимеетпочтиполмиллиардасинапсовссоответствующимирецепторами, предусматривает краткосрочную и долгосрочную синаптическуюпластичность, в зависимости от режима синаптической бомбардировкидендритов.

Модель демонстрирует режимы нормальной активности мозга,которые не были явно внесены в неё авторами, а возникли спонтанно врезультате взаимодействия между анатомией и динамическими процессами. Вработе с помощью модели описана спонтанная активность, чувствительность к5657изменению работы отдельных нейронов, появление волн и ритмов, ифункциональное взаимодействие в различных масштабах.В плане темынастоящей работы особый интерес для нас имеют показанные в виде анимациикольцеобразные волны активности в разных зонах коры (импульсные потоки),распространяющиеся в разные стороны, как от брошенного камня.Процитированная работа ассоциируется с более ранним исследованием напереживающих срезах мозга крысы [183]. Речь шла о влиянии ГАМКэргического торможенияна горизонтальноераспространение синхроннойактивности в неокортексе. Срезы крыс SmI поддерживались in vitro и фокальностимулировались в слой VIс одновременной регистрацией при помощигоризонтального массива внеклеточных электродов.

Торможение было слегкаослаблено введением антагониста ГАМК. В результате было обнаружено, чтогоризонтальное распространение нормальной кортикальной активности строгоограничено со стороны ГАМК-эргических ТПСП. Сравнительно небольшоеуменьшение силы торможения антагонистом ведёт к сильному росту враспространении возбуждения. Исчезновение ГАМК-эргического торможениянарушает нейрональную активность неокортекса и может привести ксинхроннымразрядам,которыенапоминаютпарциальнуюэпилепсию.Характер эпилептической активности находится под сильным воздействиемфактора торможения.Впохожихопытахнасетчаткебылопоказанопоявлениесинхронизированных волн активности в соседних ганглиозных клетках.Сетчатка, выделенная у незрелых хорьков или плодов котят, помещалась вкамеру на массив из 61 электрода. В записях каждого электрода можно былоидентифицироватьразрядыдо4-хразличныхганглиозныхклеток.Определённый паттерн активности распространялся по сетчатке от однойганглиозной клетки к другой.

Вскоре после прохождения одной волныначиналась вторая, затем следующая и т.д., каждый раз распространяясь вразных направлениях. На этом этапе развития фоторецепторы ещё не способныотвечать на свет. Волна активности распространяется вдоль сетчатки на5758протяжении примерно 3-х секунд, волны повторяются через интервал примернов 2 с [95, с.624-625]. Было также сообщение о схожем волноподобномраспространении кратковременных изменений внутриклеточного кальция,который может играть роль в синхронизации электрической активностиэлементов. Имеются свидетельства, что холинэргические нейроны, звёздчатыеамакриновые клетки и имеющиеся между клетками электрические контактыиграют роль в генерации координированной активности ганглиозных клетокнезрелойсетчатки.Однакодосихпорнеизвестно,какимобразомсинхронизированная активность в одном глазу приводит к разделению идущихот него волокон зрительного нерва в слоях ЛКТ [439].Однако перенос на интактный мозг закономерностей, выявленныхописанным образом (на переживающих срезах и других препаратах in-vitro),требует, разумеется, специального подтверждения.

Таким аргументом может,например, послужить чисто морфологическая работа [182]. Известно, что всоответствии с колончатым принципом организации коры, в ней хорошовыражены вертикальные связи (внутри микромодуля от слоя к слою), агоризонтальные колатерали, могущие служить для передачи от модуля кмодулю (механизм движущейся волны), быстро прерываются. Тем не мене, вупомянутой работе было показано, что обратные кортикальные проекции впервичнуюсоматосенсорнуюкоруукрыспродолжаютсядлиннымигоризонтальными аксонами в слое I. Изучались источник и распространениеаксонов в пределах слоя I первичной соматосенсорной коры (SI) у крыс сиспользованием трэйсеров (метящих трассу веществ).

Горизонтальные аксоныпролегали во всех направлениях в пределах слоя I и простирались до 4 мм смногочисленными концевыми разветвлениями. Аппликации трэйсеров наповерхность мягкой мозговой оболочки поля SI метили характерный узорнейронов под местом аппликации без проникновения красителя глубже слоя II.Ретроградный транспортпометил пути до первичной моторной зоны,латеральной теменной зоны, включая вторичную соматосенсорную (SII) иинсулярнуюкору(островок)ипсилатерально,58атакжегомотопичную59контралатеральную зону SI.

Инъекции антероградного трейсера в ту же самуюобластьпометили густые окончания волокон в средних слоях тех жевторичных по отношению к SI областей (помеченных ранее ретрограднымтранспортом). Эти реципрокные кортико-кортикальные входы в зону SIконцентрировались в слое I, где они ветвились и распространялисьгоризонтально по нескольким колонкам зоны SI.Феномен движущихся волн потенциалов тесно связан, как уже отмечалось,с проблемой дистантной синхронизации биопотенциалов как таковой.Патологической крайней формой синхронизации является эпилептическаяактивность во время приступов эпилепсии - комплексы спайк-волна или SWD.Поэтому, на наш взгляд, эпилептология даёт очень показательные данные дляисследуемойпроблемыфазовыхвзаимоотношенийбиопотенциалов.Справедливо также и обратное – фазовые взаимоотношения комплексов SWDпроливают свет на механизмы их генерации, а также на этиологию и патогенезэпилепсии в целом.В частности в работе [312] приводятся доказательства, что кортикальныйфокус управляет обширными кортикоталамическими сетями во времяспонтанных абсансных приступов у крыс.

Авторы изучили взаимосвязи междумногоканальными кортикальными и таламическими локальными потенциаламиполя, записанными во время спонтанных комплексов SWD у свободноподвижных крыс – генетической модели абсансной эпилепсии. Показаносуществование кортикального «фокуса» в пределах пери-оральной областисоматосенсорной коры. Комплексы SWD, зарегистрированные от другихрегионов, последовательно отставали от этой фокальной области с задержкойвовремени,котораявозрасталасрасстоянием(соответствующая скорость распространениямеждуэлектродами1.4 м/сек).

Отметим, что дляописания кортикальной топографии фазы в данной работе была применена, нанаш взгляд, весьма иллюстративная и информативная векторная методика.Внутри-таламические и кортико-таламические отношения в данномисследовании оказались весьма сложными. Кортикальные и таламические5960области взаимодействовали двусторонние, т.к. направление этих связей могломеняться на протяжении одного приступа. В первые 500 мсприступакортикальный фокус закономерно опережал таламус, в оставшийся интервалмоглинаблюдатьсяразныеварианты.Этинаходкипротиворечатсуществованию одного общего подкоркового пейсмекера для генерациигенерализованных разрядов «спайк-волна» при абсансных приступах у крыс.Напротив, по мнению авторов, кортикальный фокус является доминантнымфактором в инициации пароксизмальных колебаний в кортикоталамическойпетле, а крупномасштабная синхронизация опосредуется путём экстремальнобыстрого внутрикортикального распространения судорожной активности.Постулируется,патофизиологиичтоаналогичныйчеловеческоймеханизмабсанснойможетэпилепсии.лежатьКаквосновеотдельныйинтересный методический результат данного исследования можно выделитьанализ нелинейных ассоциаций между процессами.1.9 Математические методы и модельные исследованияСледует отметить, что вопрос о способах измерения фазовых сдвиговпредставляется очень важной и сложной математической проблемой изаслуживает отдельного рассмотрения.

Для оценки степени ассоциации междудвумя сигналами и соответствующего запаздывания по времени Meeren исоавторами рассчитывался коэффициент нелинейной корреляции h2 какфункцию сдвига по времени (τ) между двумя сигналами. Эта статистика былавпервые введена в анализ сигналов ЭЭГ Pijn и коллегами [293, 355, 356] и былопоказано, что она даёт надёжные оценки силы и направления функциональныхсвязеймежду нейрональными популяциями при эпилепсии [428]. Онаописывает влияние сигнала Y на сигнал X в широком смысле. Этот метод имеетнекоторые преимущества перед такими методами анализа сигналов каккогерентность и кросс-корреляционная60функция, поскольку онможет61применяться независимо от того, являются ли отношения между двумясигналами линейными, или нелинейными [312].Лопес да Сильва уделяет большое внимание математическим методам вовсех своих работах.