Принцип филогении красной нитью проходит в большинстве работ В.М.Бехте-рева, посвященных проблемам психологии, психиатрии, врожденных и приобретенных рефлексов. Всемирно известный психиатр и невролог, согласно сложившимся к тому времени представлениям, рассматривал сон, как наследственно обусловленный «органический рефлекс», выработавшийся у человека и животных в качестве защитной реакции организма («рефлекса») на переутомление. При этом В.М.Бехтерев полагал, что не только сон, но и некоторые пассивно-оборонительные формы поведения (неподвижность, рефлексы мнимой смерти и др.), требуют пристального внимания психологов и нейрофизиологов, поскольку все эти формы защитных рефлексов будучи широко распространенными в животном мире и пройдя длительный филогенетический путь развития, у человека частично редуцированы и замаскированы, но могут проявляться в случаях нервной и психической патологии [1].

Сравнительный анализ электрофизиологических коррелятов сна и сноподобных состояний в фило- и онтогенезе позволяет не только судить об основных эволюционных закономерностях формирования биоэлектрических процессов в ЦНС во время сна, но и способствует пониманию согласованной деятельности церебральных механизмов регуляции цикла бодрствование-сон (ЦБС) [1-5]. В большинстве исследований для определения фаз сна используется амплитудно-частотный анализ электрограмм различных отделов головного мозга. Значительно реже анализируются фазовые, кросскорреляционные, когерентные взаимоотношения электрических процессов в корковых и корково-подкорковых отведениях электроэнцефалограмм (ЭЭГ) в ЦБС [6-9]. Особенно мало работ по этой теме в литературе посвященной онтогенетическому формированию ЦБС.

Сравнительный анализ корреляционных взаимоотношений между электрограммами различных структур головного мозга в ЦБС у взрослых крыс, у крыс с врожденным дисбалансом дофаминергической системы мозга (врожденная предрасположенность к каталепсии), у животных на фоне галоперидоловой каталепсии и после разрушений хвостатого ядра показали, что функциональное взаимодействие между структурами головного мозга изменяется не только в зависимости от функционального состояния животного, но и от характера патологического воздействия. Так, у интактных крыс в бодрствовании величины коэффициентов кросскорреляции как показателей функционального взаимодействия структур головного мозга, были наиболее низкими, с наступлением медленноволновой фазы сна они значительно возрастала, а в быстроволновой – снижались [5, 6, 10, 11]. При вышеперечисленных формах патологии наиболее заметно изменялись кортикостриатарные взаимоотношения, они ослабевали в периоды медленноволнового сна.

В настоящей работе была поставлена задача изучить процесс формирования корко-гиппокампальных функциональных взаимоотношений у крыс линии Вистар в разные сроки онтогенеза в процессе формирования ЦБС.

МЕТОДИКА

Крысятам в возрасте 8-10 суток (n=6), 11-13 суточного возраста (n=5) и месячного возраста (n=6) под нембуталовым наркозом (40мг/кг) в затылочную и сенсомоторную области коры и d гиппокамп были вживлены игольчатые электроды из нержавеющей стали. Для регистрации электромиограммы использовали нихромовые электроды в виде крючков, которые закрепляли в области шейных мышц. Маленьких животных во время хронического эксперимента содержали в небольших боксах размером 150х150х30мм с постоянно подогреваемым до 32-34⁰С днищем и кормили молоком из пипетки через каждые 2-3 часа. Месячных крысят содержали в стандартных камерах с естественным освещением при температуре 23-24⁰С.

Записи ЭЭГ осуществляли преимущественно в дневное время (12.00-15.00) на энцефалографическом -комплексе фирмы “Медикор”, который через аналогово-цифро-вой преобразователь был подключен к ПЭВМ. Автоматизированная программа обработки позволяла параллельно с записью ЭЭГ получать одновременно по всем регистрируемым структурам головного мозга величины суммарной мощности и процентные соотношения волновых составляющих ЭЭГ. Кроме того, одновременно проводился, кросскорреляционный анализ пар отведений ЭЭГ с определением величин коэффициентов кросскорреляции (Кк), позволяющий оценивать наличие общей компоненты, присутствующей в двух или более отведениях электрограмм разных отделов головного мозга. Основные параметры автоматизированной обработки энцефалограмм: частота квантования 126 Гц в мин, временной сдвиг Dt ?= 8мс, эпоха анализа - 8с. Уровень синхронизации оценивался по величине коэффициента синхронизации (К_синхр), который представлял собой отношение суммы мощности медленных тета и дельта волн к сумме мощности быстрых альфа и бета волн. Всего было обработано свыше двух тысяч 8-секундных отрезков энцефалограмм на всех животных, однако в статистический анализ было включено по 110-120 безартефактных отрезков бодрствования, столько же для состояний спокойного и активного сна для каждой возрастной группы. Окончательная статистическая обработка количественных параметров энцефалограммы проводилась по программе, включенной в стандартный пакет программ «STATISTIKA» (средние величины, средне-квадратичные отклонения, сравнение средних по парному t- критерию Стьюдента на уровне значимости р<0.05).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ЦБС в раннем онтогенезе новорожденных крысят, имеет ряд особенностей. В течение первой недели жизни он, как правило, представлен тремя поведенческими состояниями: активным бодствованием, спокойным состоянием, или спокойным сном (СС), и активным состоянием, или активным сном (АС) [2-4]. Электрополиграфическое исследование этих функциональных состояний обнаружило, что вплоть до конца первой недели жизни онтогенезе характеристики ЭЭГ указанных состояний практически одинаковы. Они характеризуются низкоамплитудной (20-50мкВ) активностью и доминированием в спектрах электрограмм соматосенсорной, затылочной коры и гиппокампа низкоамплитудных колебаний из тета диапазона частот; высокочастотные составляющие практически отсутствуют. С 5-7 суточного возраста спектральный состав энцефалограмм умеренно обогащался высокочастотными составляющими. При этом каждое из перечисленных поведенческих состояний уже приобретало свою ЭЭГ- картину с характерным распределением мощности волновых составляющих. В состоянии СС доминировали медленные тета волны, при этом по сравнению с крысятами первых дней жизни мощность медленных волн была несколько ниже, в то время как мощность дельта- и в меньшей степени альфа и бета волн заметно возрастала. В состоянии АС спектральные характеристики электрограмм коры и гиппокампа изменялись существеннее: суммарная мощность альфа и бета волн возрастала почти втрое, а мощность тета- и дельта- волн снижалась более чем вдвое.

Таким образом, к концу первой недели жизни в электрограммах коры и гиппокампа можно было выделить эпизоды с характерными для данного возраста паттернами СС (10.3 + 2.4%) и АС (8.9 + 1.9%). Тем не менее, несмотря на это, большую часть ЦБС (39.3 + 5.1%) все еще составляло плохо определяемое по ЭЭГ критериям состояние, так называемый недифференцированный сон.

С конца второй недели жизни спектральный состав ЭЭГ крысенка в периоды СС и АС приближался по своим характеристикам к показателям взрослых животных. Более того, эти параметры хорошо коррелировали с поведенческими и сомтатовегетативными показателями сна. В этом возрасте суммарная продолжительность недифференцированного сна сокращалась до 24.2 + 3.0% , фазы сна выделялись четче. Тем не менее, некоторые параметры фаз сна еще не имели своего дефинитивного проявления. Так, в состоянии СС отсутствовали: сонные веретена, разделение этой фазы сна на поверхностную и глубокую стадии; переходная стадия к быстроволновому сну. В периоды АС не обнаруживались такие важнейшие признаки быстроволновой фазы сна взрослых крыс как дельта ритм гиппокампа и падение тонуса шейных мышц. Все эти признаки проявлялись после третьей недели жизни. К месячному возрасту окончательно формировался ЦБС характерный для взрослых животных, состоящий из бодрствования (48.3+ 7.2 %), медленноволнового (31.6+9.1 %) и быстроволнового сна (10.5+3.1 %).

Анализ нормированных амплитудно-частотных спектров электрограмм затылочной, сенсомоторной коры и гиппокампа крысят изученных возрастных групп обнаружил данные, отличающиеся от показателей взрослых животных. До 10-11 суточного возраста уровень синхронизации в ЭЭГ исследованных структур, оцениваемый по величине К_синхр, в состоянии бодрствования был наиболее высоким; в СС были зафиксированы более низкие значения и самыми низкими они оказались в АС. Начиная с 11-12 дня происходила реверсия в соотношениях К_синхр в ЦБС: в СС К_синхр резко возрастали, а в АС они были самыми низкими ниже, чем в бодрствовании (p<0.001). Сложившиеся соотношения К_синхр в электрограммах переднего мозга в ЦБС стабилизировались к 30-35 дневному возрасту и сохранялись у взрослых животных [4, 11]. Однако в отличие от молодых животных у взрослых крыс К_синхр во всех функциональных состояниях были почти в два раза ниже. Это, возможно, связано с окончательным формированием нейрональных сетей и медиаторых систем коры и гиппокампа, которые обеспечивают увеличение вклада в высокочастотных волн в ЭЭГ характеристики ЦБС взрослых крыс [12-14].

Анализ кросскорреляционных показателей электрограмм разных отведений головного мозга крысят в ранние сроки онтогенеза также обнаружил характерную возрастную динамику коэффициентов корреляции в ЦБС. В большинстве сравниваемых пар отведений электрограмм (затылочная и сенсомоторная кора, затылочная кора и гиппокамп, сенсомоторная кора и гиппокамп) в бодрствовании корреляционные связи практически отсутствовали (Кк=0.2-0.4), в состоянии СС они значительно повышались и достигали 0.6-0.7, а в эпизодах АС они умеренно понижались по сравнению с показателями СС, но были выше, чем в бодрствовании. Только у крысят 30-35 дневного возраста и у взрослых животных значения Кк между ЭЭГ сенсомоторной и затылочной коры, сенсомоторной коры и гиппокампа в состоянии АС (у взрослых используется термин быстроволновый сон) оказались выше, чем в СС (у взрослых это медленноволновый сон). Последнее может свидетельствовать о наличии в АС мощного генератора тета ритма ЭЭГ, который способен иррадиировать свою активность на большинство других отделов головного мозга. Такими мощными генераторами являются септум и гиппокамп, которые генерируют, главным образом, дельта и альфа ритмы ЭЭГ во время АС [15]. Хорошо известно, что гиппокамп окончательно формируется в онтогенезе только к трехнедельному возрасту [16] и это отражалось на динамике показателей Кк крысят во время АС между гиппокампальным и корковыми отведениями ЭЭГ. Они возрастали с 0.3 у 8-10 суточного крысенка до 0.76 у взрослого животного.

ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ динамики коэффициентов кросскорреляции и уровня синхронизации электрограмм исследованных отделов головного мозга крысят в разные периоды их онтогенетического развития обнаружил, что пространственно-временная синхронизация корково-подкорковых взаимоотношений, которая отражает синхронность протекания физиологических процессов в разных областях головного мозга начинает формироваться только с конца второй недели постнатального онтогенеза. Это, по-видимому, связано с обогащением синаптических связей в коре головного мозга, переходом от непосредственных элементарных типов контактов нейронов к более дистантному, развитию медиаторных систем в ЦНС (серотониновой, дофаминовой, ГАМК-ергической) [14]. К этому же сроку созревают корково-подкорковые механизмы регуляции уровня синхронизации биопотенциалов головного мозга во время сна, и формируются дефинитивные взаимоотношения разных отделов головного мозга в ЦБС. Таким образом, начинает развиваться ЦБС c четким чередованием функциональных состояний, и при этом хорошо определяется согласованная деятельность систем, обеспечивающих поведенческие, сомато-вегетативные проявления сна и бодрствования и электроэнцефалографических показателей. По нашим данным у крысят первых дней жизни в структуре недифференцированного сна признаки вегетативных активаций (дизритмия дыхания и сердечной деятельности, температурные сдвиги) только в 5% случаев совпадали по времени с ЭЭГ коррелятами активации, проявляющихся в этом возрасте вспышками высокоамплитудной медленноволновой активности, а после 6-10суточного возраста десинхронизацией энцефалограммы. В возрасте 14-17 суток подобное совпадение признаков активации было обнаружено уже в 45+9.7% эпизодов активации. У взрослых крыс эта величина достигала 78-80% [3]. Подобная консолидация признаков активации в процессе онтогенетического развития незрелорождающегося млекопитающего указывает на развитие интегративных систем головного мозга и формирование дефинитивного уровня взаимоотношений между развивающейся корой и достаточно зрелыми подкорковыми (в том числе и стволовыми) структурами в периоды сна. Полученные нами данные о корреляционных взаимоотношениях между электрографическими характеристикам разных отделов головного мозга крыс подтверждают вышеприведенные факты о консолидации отдельных показателей сна в четкие фазы.

Принимая важнейший положение эволюционной физиологии о том, что основные этапы онтогенетического развития функций (в данном случае функции сна) является кратким повторением уздовых этапов развития их в филогенезе [17, 18] мы сравнили полученные результаты с филогенетическими данными. Как известно, функциональными предшественниками медленноволнового сна теплокровных является состояние обездвиженности типа катаплексии рыб и амфибий и промежуточная форма сна рептилий, а быстроволнового сна древний паттерн активации холоднокровных [3-6]. Как было в этих работах, уровень синхронизации ЭЭГ показателей сноподобных состояний у представителей холоднокровных позвоночных и медленноволнового сна теплокровных возрастает от амфибий к млекопитающим. При этом в состоянии обездвиженности типа катаплексии у амфибий К _синхр составляет 1.2, у рептилий – ящерицы желтопузика – 2.3, у черепахи – 3.7. В динамике формирования ЭЭГ паттернов быстроволнового сна в восходящем ряду позвоночных обнаруживается противоположная тенденция изменений К _синхр. : у представителя амфибий (травяная лягушка) в электрограммах примордиального гиппокампа он равен 2.87, у ящерицы - 1.5, а у черепах в гиппокампальной коре К _синхр = 2.06, а в общей коре К _синхр =1.38. Еще больше низок он в периоды быстроволнового сна млекопитающих (0.6-1.0). Эти сопоставления позволяют полагать считать, что в процессе онтогенетического формирования процессов синхронизации волновых составляющих электрограмм мозговых структур в разных фазах сна имеет место повторение (рекапитуляция) филогенетических этапов формирования энцефалографической активности. К сожалению, подобного сравнения не удалось провести в отношении Кк между структурами головного мозга в силу отсутствия таких структур у холоднокровных животных или их неразвитости [18].

ЛИТЕРАТУРА

1. Бехтерев В.М. Объективная психология М. «Наука» 1991.480с.

2. Аристакесян Е.А. Сравнительный нейрофизиологический анализ цикла бодрствование-сон в раннем постнатальном онтогенезе у крыс и морских свинок.- Журн.эвол.биохим.физиол.- 1997.- Т.33.- №6.- С.622-629.

3. Аристакесян Е.А., Карманова И.Г. Развитие активированной фазы сна в фило- и онтогенезе.- Ж.эвол.биохим.физиол.- 1995.- Т.31.- №3.- С.346-365.

4. Аристакесян Е.А., Карманова И.Г. Некоторые примеры рекапитуляции филогенетических этапов формирования цикла бодрствование-сон в онтогенезе млекопитающих.- Журн.эвол.биохим.физиол.- 1998.- №4.- С.492-501.

5. Карманова И.Г., Оганесян Г.А. Физиология и патология цикла бодрствование-сон – 1994. – СПб: «Наука». - 200с.

6. Оганесян Г.А., Титков Е.С., Карманова И.Г. Стрио-гипоталамические функциональные связи при фармакологически вызванной каталепсии у крыс линии Вистар. -Физиол.ж. -1994. -Т.80. - №1.- С.129-132.

7. Scher MS, Sun M, Steppe DA, Guthrie RD, Sclabassi RJ. Comparisons of EEG spectral and correlation measures between healthy term and preterm infants. - Pediatr Neurol. - 1994. -Mar. 10(2). - P.104-108.

8. Witte H, Putsche P, Eiselt M, Hoffmann K, Schack B, Arnold M, Jager H. Analysis of the interrelations between a low-frequency and a high-frequency signal component in human neonatal EEG during quiet sleep. - Neurosci Lett – 1997. - Nov 7.- V.236.- №3. - P.175-179.
9. Achermann P., Borbely A.A. Temporal evolution of coherence and power in the human sleep electroencephalogram . - J Sleep Res. - 1998. 7.- Suppl 1. – Р. 36-41.

10. Ватаев С.И., Титков Е.С., Оганесян Г.А. Влияние одностороннего разрушения хвостатого ядра каиновой кислотой на характер электрической активности головного мозга крыс в цикле бодрствование-сон. - Ж.эвол. биохим. и физиол. -1996. - Т.32. - С.613-618.
11. Ватаев С.И. Спектральный и корреляционный анализ ЭЭГ в цикле бодрствование-сон у крыс с генетическим предрасположением к аудиогенным судорожным припадкам. - Физиол. ж. - 1995. - Т.81.- .№12. - С.70-80.

12.Шулейкина К.В. Функциональные свойства развивающейся нервной клетки. В кн.: Нейроонтогенез. - М. «Наука». -1985. С.127-196.

13. Шулейкина К.В. Консолидация функций в онтогенезе и проблема командных нейронов. - В кн.: Системогенез. М. «Медицина» . - 1980. - С.129-139.

14. Раевский В.В. Формирование основных медиаторных систем головного мозга. - В кн.: Нейроонтогенез. М. «Наука». - 1985. - С.199-243.

15. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. - М. «Наука». - 1975. - 330с.

16. Гамбарян Л.С., Коваль И.Н. Гиппокамп. - Усп. Физиол.наук. - 1972. - Т.3. - С.21-58.

17. Орбели Л.А. Основные задачи и методы эволюционной физиологии. (1958) -Избр.Труды. - 1961. - Т.1. - М.-Л. Изд-во АН СССР. - С.59-68.

18. Карамян А.И. Закономерности рекапитуляции и функциональная эволюция мозга. - Усп.физиол.наук. - 1987. - Т.18. - С.39-48.