Диссертация (Системная организация работы мозга при обеспечении целенаправленного поведения)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИИНСТИТУТ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ИМ. Н.П. БЕХТЕРЕВОЙРОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУКНа правах рукописиКИРЕЕВМаксим ВладимировичСИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ МОЗГА ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО ПОВЕДЕНИЯСпециальность: 03.03.01 – физиологияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степенидоктора биологических наукСанкт-Петербург 20172Оглавление1. Введение ......................................................................................................................

52. Обзор литературы ................................................................................................... 152.1 Исследования функциональных взаимодействий структур мозга в процессеобеспечения целенаправленной деятельности ........................................................ 152.2. Исследования организации нейрональных систем обеспеченияцеленаправленной деятельности в условиях вовлечения механизмовпроактивного и реактивного когнитивного контроля ............................................

392.3. Исследования мозгового обеспечения произвольной целенаправленнойдеятельности в условиях реализации сознательных ложных и правдивыхдействий ...................................................................................................................... 602.4. Исследования сложноорганизованной целенаправленной деятельности вусловиях порождения элементов речи ..................................................................... 713. Методы исследования ............................................................................................ 824.

Результаты исследования ...................................................................................... 984.1. Исследование организации нейрональных систем обеспеченияцеленаправленной деятельности в условиях вовлечения механизмовпроактивного и реактивного когнитивного контроля на примередвухстимульного тестового задания Go/NoGo ....................................................... 984.1.1. Испытуемые................................................................................................... 984.1.2. Тестовое задание и дизайн исследования ..................................................

984.1.3.Параметры регистрации и статистическая обработка данных ............... 1014.1.4. Анализ изменений функциональной связности по методупсихофизиологических взаимодействий ............................................................ 1054.1.5. Полученные результаты и их обсуждение ............................................... 10734.2 Исследование роли базового механизма детекции ошибок в организациинейрональных систем обеспечения сознательных ложных и правдивых действий....................................................................................................................................

1564.2.1 ПЭТ исследование ....................................................................................... 1564.2.1.1 Испытуемые ........................................................................................... 1564.2.1.2 Тестовое задание и дизайн исследования ........................................... 1564.2.1.3 Получение ПЭТ-изображений и статистическая обработка данных................................................................................................................................. 1594.2.1.4 Полученные результаты и их обсуждение .........................................

1614.2.2 Исследование мозгового обеспечения сознательной лжи методомфункциональной МРТ .......................................................................................... 1734.2.2.1 Испытуемые ........................................................................................... 1734.2.2.2 Тестовое задание и дизайн исследования ........................................... 1734.2.2.3 Параметры регистрации и статистический анализ данных .............. 1774.2.2.4 Анализ психофизиологических взаимодействий .............................. 1794.2.2.5 Анализ взаимовлияний между структурами мозга вовлекаемыми вобеспечение текущей деятельности ....................................................................

1804.2.2.6 Полученные результаты и их обсуждение ......................................... 1854.3 Изучение системной организации мозговых систем обеспечения речи напримере генерации регулярных и нерегулярных форм глаголов ....................... 2214.3.1 Испытуемые ..................................................................................................

2214.3.2 Тестовое задание и дизайн исследования.................................................. 2214.3.3 Параметры регистрации и статистическая обработка данных ............... 2234.3.4 Анализ психофизиологических взаимодействий ..................................... 2264.3.5 Полученные результаты и их обсуждение ................................................ 2285. Общее заключение ................................................................................................ 26546. Выводы ....................................................................................................................

2697. Список цитированной литературы ................................................................... 27251. ВведениеАктуальность работыНастоящая работа посвящена изучению организации функциональныхвзаимодействий структур мозга человека, которые вовлекаются в обеспечениецеленаправленной деятельности. В данной работепод функциональнымвзаимодействием понимается факт влияния активности одной структуры мозга,регистрируемой с помощью функциональной МРТ, на активность в другой.Основной целью исследования является изучение характера реорганизациифункциональных отношений между структурами мозга, обеспечивающимитекущую деятельность разной степени сложности.Благодаряширокомураспространениютехнологийтомографическойнейровизиуализации накоплен большой объем экспериментальных данных офункциональной специализации отдельных структур мозга человека относительновидов высшей нервной деятельности.

Сейчас, для любой произвольно выбраннойобласти мозга установлены виды деятельности, а также мозговые механизмы иоперации, в обеспечение которых такая область мозга может вовлекаться. Ужедавно перестали быть редкостью т.н. мета-аналитические работы, в которых вкачестве экспериментального материала используются и обрабатываются большиеобъемы уже опубликованных результатов (см. например, Eickhoff, et al., 2012).Несмотря на весомый вклад таких работ в изучение физиологии мозга, обратнойстороной этого явилась неизбежная множественность экспериментальных данныхи, как следствие, их противоречивость. Не в последнюю очередь, из-занеопределенности в том, какой именно нейрофизиологический процесс отражаетсяв регистрируемом с помощью функциональных томографических методов сигнале(см.

например, Logothetis, 2008). В том числе и поэтому, на основании анализамножества таких работ можно прийти к выводу, что одни и те же структуры мозга,а также их группы, участвуют в обеспечении множества видов высшейпсихической деятельности. Сложившаяся ситуация затрудняет дальнейшее6развитие представлений о том, как именно работает мозг. Ведь физиологическаясущность наблюдаемых локальных изменений активности мозга остается, в общем,малопонятной.Такимобразом,доступныесовременныеметодынейровизуализации позволяют обнаруживать структуры мозга, вовлекаемые вобеспечение исследуемой деятельности, но этого недостаточно для понимания ихработы.

Во многом это связано с тем, что до сих пор малоизвестно, как именноорганизованы взаимодействия между структурами мозга и каковы основныехарактеристики их перестроек при изменении исследуемой деятельности илиусловийеереализации.Поэтомурешениеэтойпроблемысвязаносцеленаправленным изучением организации сочетанной работы функциональносвязанных структур мозга, которые вовлекаются в обеспечение исследуемойдеятельности.Несмотря на то, что методы по изучению функциональных взаимодействийструктур мозга с использованием данных, в основном получаемых методомфункциональной МРТ, принципиально позволяют исследовать организациюработы мозговых систем в масштабе всего мозга (Friston, et al., 1997, Friston, 2010),такие исследования имеют узконаправленный характер, и их пока что слишкоммало для выявления общих закономерностей.

Кроме того, руководящей логикойтаких исследований является принцип активационных исследований, когдаповышениерегистрируемойактивностирассматриваетсякакотражениеотносительно большего вовлечения выявленной структуры мозга в обеспечениеисследуемого механизма или операции. Аналогичным образом организованыэкспериментальные исследования функциональных взаимоотношений, в которыхпроверка гипотез о вовлечении исследуемых операций и механизмов построена натойжелогике.Врамкахтакого«активационно-ресурсного»подходаподразумевается, что факт относительно большего вовлечения изучаемогомеханизмадоказываетсядемонстрациейусиленияфункциональныхвзаимодействий между вовлекаемыми структурами мозга. На этом основанииможно ожидать, что, например, усложнение деятельности на фоне относительногоувеличениялокальнойактивностибудетсопровождатьсяусилением7взаимодействий со структурами, связанными с обеспечением когнитивногоконтроля и управлением поведения (как правило, со структурами префронтальнойкоры).

Однако, такой подход не учитывает сложившихся представлений освойствах организации мозговых систем, которые были выявлены при изученииактивности мозга на уровне отдельных нейронных популяций. Так, в ходецеленаправленных исследований системной организации мозга человека Н.П.Бехтеревой и ее сотрудниками были выявлены ключевые принципы работынейрональных систем. В ходе исследований по изучению активности нейронов спомощью долгосрочных имплантируемых электродов при специализированнойметодической ориентации именно на вскрытие системной организации мозга былопоказано, что нейрональные системы состоят из корко-подкорковых звеньевразной степени жесткости (Бехтерева, 1966, Бехтерева, 1974).