Главная

Мозг и организация движений

§ 1. Организация произвольных движений и в настоящее время является одной из ключевых и нерешенных проблем неврологии. Нервная система участвует в организации целенаправленной активности. Движения являются компонентом общей активности, которая должна удовлетворять потребности организма и обеспечивать выживание вида. Все многообразие видимых форм движений животных и человека зиждется на нескольких основных физических законах перемещения тел в инерционном пространстве. Поэтому при изучении нервных механизмов управления двигательной системой необходимо всегда учитывать механическую природу объекта управления (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Двигательная система осуществляет несколько конкретных целевых функций. У высших млекопитающих и у человека выделяют ряд функций, связанных с мышечной активностью (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 поддержание определенной позы; 2 ориентация на источник внешнего сигнала (двигательный компонент ориентировочной реакции, глазодвигательные реакции, удержание равновесия); 3 локомоция – перемещение тела в пространстве; 4 манипулирование (в более широком контексте, чем только оперантные движения конечностей).

Функциональной основой системной организации мозга является внутрицентральное (межструктурное) взаимодействие. Не вызывает сомнения непрерывность этого взаимодействия. Многочисленные данные современной нейрофизиологии свидетельствуют о том, что в системе каждого анализатора функционируют прямые и обратные связи, и только при условии их постоянного взаимодействия может осуществляться анализ и синтез поступающей информации, что полностью совпадает с мнением нейроморфологов (Г.И.Поляков, 1964, и др.). Управление движениями, осуществляемое путем изменений активности соответствующих групп мышц, может производиться только при наличии необходимой информации о положении, скорости и ускорении движения звеньев тела, а также об эффективности нервно-мышечной передачи.

Долгое время основные представления о механизмах двигательного управления строились на положениях концепции кольцевого управления, рассматривающей проприоцептивную обратную связь как обязательный и решающий фактор регулирования временных и пространственных характеристик движения (Н.А.Бернштейн, 1947), и определяли двигательный анализатор как систему саморегуляции, включающую прямые (восходящие) и обратные (нисходящие) каналы и обеспечивающую непрерывную обработку и регуляцию потока проприоцептивной импульсации по типу нервного кольца (Н.А.Бернштейн, 1966; А.С.Батуев, 1967, 1972, и др.).

Вместе с тем, как подчеркивал Ч.С.Шеррингтон (1969), прежде чем установится окончательная связь с двигательным нейроном, чувствительные нейроны конвергируют и входят во взаимодействие друг с другом, образуя промежуточные нервные пути, общие для целой группы чувствительных нейронов. Идею Ч.С.Шеррингтона о принципе конвергенции активно принял и развил А.А.Ухтомский (1950), который впервые выдвинул представление о специфической роли механизма конвергенции в деятельности корковых аппаратов двигательного анализатора. Это положение явилось отправным пунктом экспериментальных поисков, которые привели к формированию общебиологического принципа конвергенции анализаторов в интегративной деятельности мозга (Э.Ш.Айрапетьянц, А.С.Батуев, 1969). В то же время становится все более очевидным, что изолированный анализ нейрофизиологических механизмов сенсорных и двигательных систем затрудняет понимание организации различных целостных функций мозга.

В настоящее время прежние критерии классификации кортикальных отделов на сенсорные и моторные подвергаются серьезной критике (J.T.Diamond, 1979). По-видимому, считает Г.А.Куликов (1989), само представление о сенсорной и двигательной функциях мозга является весьма условным и отражает необходимый этап исследований единства процессов сенсомоторной координации. Классические представления о сенсорной организации целенаправленных двигательных актов на основе последовательного характера процессов, протекающих в специфических образованиях сенсорных систем, ассоциативных и моторных областей коры уже не могут рассматриваться в качестве единого общего принципа. Эти положения современной нейробиологической науки должны приниматься во внимание при изучении вопросов патогенеза и разработке лечения такого, считающегося большинством авторов чисто двигательным, заболевания, как детский церебральный паралич. К сожалению, устаревшие патогенетические интерпретации заложены уже в самом определении ДЦП.

В последнее время получило также широкое распространение представление о ведущей роли в процессах управления движениями фиксированных центральных команд (Я.М.Коц, 1975; М.А.Шик, 1976). Более того, экспериментально показано (И.Б.Козловская, 1976), что существует возможность сохранения и образования у животных ряда двигательных навыков при полном устранении соматической обратной связи. Было показано также (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что быстрые движения баллистического типа относительно независимы от сигналов обратной связи, а медленные движения в значительной степени зависят от их наличия.

Существуют две системы кольцевого взаимодействия, обеспечивающие управление движениями. Первая – внешняя механическая связь между кинематикой и сигналами, и, наоборот, вторая – внутренние информационные контуры в рецепторном, нервном и мышечном аппаратах, определяющие необходимую активность мышц (А.С.Батуев, 1978). Полагают, что коррекция изменения мышечных сил происходит на разных уровнях нервной системы в зависимости от значимости и сложности движения (М.А.Айзерман и др., 1974; Н.А.Бернштейн, 1947; М.А.Шик, 1976).

Поскольку пока не существует строгих критериев для определения числа уровней управления в зависимости от требований к структуре движения, то естественная иерархия управления может включать (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 уровень принятия решения; 2 алгоритмический уровень; 3 динамический уровень, каждый из которых обладает своими источниками информации и выходными устройствами. Эти уровни могут соответствовать различным уровням реального управляющего устройства – центральной нервной системы. Так, если подкорковый уровень связан с набором врожденных или автоматизированных программ (Г.Н.Орловский, 1973; М.А.Шик, 1976; S.Grillner, 1975), то кортикальный уровень организует спинальный моторный аппарат для выполнения произвольных и тонких движений (М.Е.Иоффе, 1975; Я.М.Коц, 1975). В свою очередь, эти центральные аппараты должны быть организованы с учетом сенсорной информации от всех афферентных систем (А.С.Батуев, 1973; А.С.Батуев, 1977; А.С.Батуев, 1978).

По мнению Н.Н.Василевского (1972), процесс проведения возбуждения, вносимого в ЦНС каким-либо раздражителем, по крайней мере, разбивается на три этапа: 1 специфическое возбуждение в восходящей системе анализатора раздражителя с последующей неспецифической активацией в связанных с ним структурах мозга; 2 активация памяти и воспроизведение выработанной ранее определенной пространственно-временной структуры (программы) возбуждения; 3 интеграция этих возбуждений обеспечивает “конечную” активацию системы, управляющей специфической условно-рефлекторной реакцией.

По современным представлениям, в формировании алгоритмов движения (двигательных программ) ведущую роль играют стриопаллидарная и мозжечковая системы (H.H.Kornhuber, 1973), в то время как кортикальный уровень больше связан с процессами принятия решений и тонкого сенсорного контроля, связанного с анализом сложных сенсорных сигналов (E.V.Evarts, W.T.Thach, 1969; R.Porter, 1972).

Рассматривая всю систему нервного контроля движений, необходимо иметь ввиду, что конечным путем, пунктом приложения управляющих воздействий со всех уровней является мотонейронный пул спинного мозга и связанная с ним биокинематическая цепь (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Представляется существенным, указывает Г.А.Куликов (1989), что возбуждение мотонейронов в естественных условиях возникает при активации нескольких нисходящих трактов, т.е. при условии пространственной и временнòй суммации импульсных потоков от разных уровней ЦНС. Поэтому перерыв нисходящих путей при спинальном шоке приводит к выключению большого количества возбуждающих влияний на альфа- и гамма-мотонейроны и другие спинномозговые нейроны, а также к растормаживанию тормозных спинальных нейронов. Все это приводит к выраженному подавлению рефлексов.

Каждой отдельной мышце в спинном мозге соответствует популяция альфа- и гамма-мотонейронов (пул), первые из которых иннервируют экстрафузальные, а вторые – интрафузальные мышечные волокна. Гамма-эфферентная проводящая система как компонент общей пирамидной системы, гамма-мотонейроны спинного мозга и их отростки, регулирующие сокращение интрафузальных мышечных волокон и поток проприоцептивной информации в центры, замыкают кольцо обратной связи в конструкции аппаратов двигательного анализатора (Р.Гранит, 1957; Д.А.Василенко, П.Г.Костюк, 1966; Ф.В.Северин, 1966; А.С.Батуев, 1972).

Величина пула зависит от величины мышцы и может занимать от одного до нескольких сегментов спинного мозга. Основной задачей пула является преобразование входных управляющих сигналов от верхних уровней ЦНС и от рецепторов в команды к мышцам. Другими словами, конструкция пула определяет порядок вовлечения некоторого числа мотонейронов в выполнение какой-либо двигательной задачи. Этот порядок почти исключительно обусловлен формой, размером, возбужденностью (или заторможенностью) и другими свойствами мотонейронов, которые зависят от формы (E.Henneman, 1974). Этот феномен обозначается как принцип величины (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

В конструкции элементов спинного мозга находит свое отражение принцип рефлекторного взаимодействия. Как известно, спинальные рефлексы – это совокупность элементарных позных и двигательных актов, которые могут осуществляться без участия вышележащих отделов центральной нервной системы. На сегментарном уровне мотонейронный пул и соответствующая мышца составляют замкнутую систему, в основе функционирования которой лежат миотатические рефлексы (возбуждающий моносинаптический и тормозной дисинаптический). Анализ распределения афферентных входов Iа (физиологический и морфологический) показал, что каждое отдельное волокно проецируется почти на все мотонейроны пула, причем характер проекций на разные клетки отличается только локализацией на соматодендритной мембране. Терминальные бутоны афферентов Iа моносинаптического рефлекса оканчиваются на строго определенных участках рецептивной мембраны мотонейрона. Сами мотонейроны располагаются очень упорядоченно в продолговатых колонках (Л.В.Блуменау, 1925 – цитата по: Т.П.Жукова с соавторами, 1984), которые тянутся на значительное расстояние по рострокаудальной оси передних рогов спинного мозга. Поражению этой группы клеток в результате внутриутробной гипоксии придают большое значение в формировании двигательных расстройств, в частности, при детском церебральном параличе (Т.П.Жукова с соавторами, 1984).

Большие мотонейроны обладают бòльшим количеством входов, чем маленькие. Однако, ввиду большей возбудимости маленьких мотонейронов (их более низкого порога) при одной и той же величине возбуждающего потока, они будут срабатывать прежде всего, т.е. раньше больших фазических. Это приводит к тому, что величина входного возбуждающего сигнала точно определяет число работающих мотонейронов. Если учесть к тому же, что основной функцией моносинаптического рефлекса является удержание постоянной длины мышцы при разных нагрузках, тогда становится очевидным, что такая организация пула приводит автоматически к точному соответствию величины возбуждения мотонейронного пула и величины внешней нагрузки. Экспериментально показано, что каждый мотонейрон начинает разряжаться только по достижении строго определенной нагрузки (колебания меньше 3%), и порядок его вовлечения не зависит от того, каким путем достигнуто это значение нагрузки (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

При активации больших мотонейронов одновременно активируются и маленькие клетки, причем пороговая величина активирующего входа для больших клеток значительно превышает пороги маленьких. Поэтому у маленьких клеток создается избыток возбуждающих влияний, вследствие чего они становятся более устойчивыми к тормозным влияниям – при подаче тормозного влияния клетки будут замолкать в строго обратном порядке.

Показано (E.Henneman, 1974), что по физиологическим критериям тормозной вход (а также дисинаптический рефлекторный и супраспинальный стволовой) обладает теми же характеристиками распределения на мембране мотонейронов, что и Iа вход, причем одной из его основных функций является как раз поддержание строго определенного порядка рекрутирования путем снижения эффективности возбуждающих влияний (т.е. обеспечение динамического диапазона модуляции мышечных сокращений). Другим механизмом ограничения активности мотонейронов служит возвратное торможение через клетки Реншоу. Доказано, что любой величине активирующего входа автоматически подбирается соответствующая величина эфферентного залпа, независимо от источников этих активирующих влияний.


 

§2. Механизмы ориентационных движений и позы. Система ориентационных движений связана с двумя важными функциями:
1) ориентацией тела относительно координат внешнего пространства и
2) установкой сенсорных датчиков в положение наилучшего восприятия внешнего стимула.
В первом случае примером может служить функция поддержания равновесия, во втором – механизм зрительной фиксации. В пространственной ориентации человека наибольшее участие принимают системы зрительной, вестибулярной, проприоцептивной и тактильной чувствительности (L.R.Young, 1973).

А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) описывают позу тела как совокупность некоторых значений суставных углов, обладающих определенной ориентацией в поле тяготения. Механизмы позы распадаются на две категории: 1) механизмы фиксации определенных положений тела и конечностей, т.е. фиксация движения в суставах, и 2) механизмы ориентации сегментов тела относительно каких-то внешних координат. К механизмам второго вида относятся такие, как механизмы поддержания равновесия (ориентация относительно вестибулярной вертикали) или установки тела относительно зрительной вертикали. Поза тела как исходное состояние накладывает также некоторые ограничения на последующее движение. Можно также считать, что одной из целей движения является смена позы, которая может происходить скачком (при помощи фазических быстрых движений). Позные двигательные акты и их координация с целенаправленными движениями осуществляются, главным образом, структурами ствола мозга, тогда как сами целенаправленные движения требуют участия высших нервных центров. Для описания множества различных реально существующих поз нет в настоящее время сколько-нибудь разработанной классификации.

А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) разделяют механизмы позы на те, которые управляют фиксацией суставов, и те, которые определяют ориентацию тела в пространстве.


 

§3. Удержание постоянного положения сустава. Постоянство положения сустава достигается при уравновешивании моментов сил, действующих на этот сустав (внешней нагрузки, активного сокращения мышц, вязкоупругих сил мышц). При постоянстве нагрузки суставной угол будет однозначно определяться соотношением активности мышц-антагонистов (или их относительной длиной). Силу активного сокращения и вязкоупругие свойства мышц обозначают как жесткость мышц (А.Г.Фельдман, 1974). Соответственно, жесткость мышцы обусловливается длиной мышцы и величиной ее активации со стороны мотонейронного пула. На низшем спинальном уровне управления величина мотонейронной активности будет зависеть не только от длины мышцы, но и от коэффициента передачи моносинаптического рефлекса растяжения (А.Г.Фельдман, 1974).

В отсутствие каких-либо посторонних команд (супра- или проприоспинальной природы) сустав займет некоторое среднее положение, соответствующее уравниванию жесткости мышц-антагонистов или уравниванию жесткости мышц и действию внешней нагрузки. При постоянном коэффициенте передачи рефлекса растяжения (стреч-рефлекса) суммарная жесткость мышцы будет зависеть только от ее длины. Супраспинальные нисходящие влияния могут повышать активность альфа-мотонейронов, а также увеличивать коэффициент передачи стреч-рефлекса, повышая активность альфа-мотонейронов.

Так как для поддержания определенного суставного угла имеет значение только отношение напряжений мышц-антагонистов, оно наблюдается в различных условиях активации альфа- и гамма-мотонейронов. Интересно отметить, что влияния вентромедиальной системы (например, ретикуло-спинального тракта) адресуются, в основном, к статическим гамма-мотонейронам, повышающим статическую чувствительность мышечных веретен, в то время как латеральная система влияет преимущественно на динамические гамма-мотонейроны, повышающие динамическую чувствительность. Например, у людей с болезнью Паркинсона нарушено функционирование бледного шара, который в норме оказывает подтормаживающее влияние на динамическую гамма-систему, что вызывает резкое повышение динамической чувствительности, приводящее к заметному тремору (P.Dietrichson, 1973).

Спинальные рефлексы являются основными механизмами низшего уровня, поддерживающими некоторый тонус мышц. Эффективность этих рефлексов определяется влияниями различных супраспинальных систем, направленных как непосредственно к альфа-мотонейронам, так и к гамма-мотонейронам.

Тонус мышц-экстензоров почти исключительно определяется активностью вестибуло-спинальных путей, среди которых выделяют латеральный вестибуло-спинальный тракт (ЛВСТ) – от ядра Дейтерса – и медиальный вестибуло-спинальный тракт (МВСТ) – от медиального вестибулярного ядра. Нейроны ЛВСТ формируют моно- и дисинаптические связи с мотонейронами экстензоров аксиальной мускулатуры туловища и шеи и экстензоров задних конечностей. Связи с мотонейронами экстензоров передних конечностей, в основном, полисинаптичны. Эти связи возбуждающие. Этот тракт также активирует гамма-мотонейроны соответствующих мышц. Моносинаптическое влияние нейронов ЛВСТ направлено, в основном, на статические гамма-мотонейроны, т.е. они увеличивают чувствительность статических мышечных афферентов. Одновременно нейроны ЛВСТ оказывают активирующее влияние на Iа тормозные интернейроны, участвующие в реципрокном торможении мотонейронов флексоров. Они активируют также интернейроны, включающиеся в осуществление перекрестного экстензорного рефлекса (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Однако нейроны МВСТ оказывают преимущественно тормозное влияние на экстензорные мотонейроны – не ниже шейного отдела спинного мозга (V.J.Wilson, M.Yoshida, 1969). Поскольку и ЛВСТ и МВСТ активируются из единого источника – лабиринтных рецепторов, они включены в единую вестибуло-спинальную систему, ответственную за поддержание равновесия туловища и головы, т.е. являются морфологическим субстратом вестибуло-спинальных рефлексов (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Другие нисходящие пути вентромедиальной системы оказывают смешанное влияние на альфа- и гамма-мотонейроны экстензоров. Отличительной чертой всех этих систем является их однонаправленность для альфа- и гамма-мотонейронов (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Основным антагонистом ЛВСТ на уровне ствола мозга является ретикуло-спинальная система, берущая начало в каудальном ретикулярном ядре моста (И.Б.Козловская, 1976; А.И.Шаповалов, 1976; S.Grillner, S.Lund, 1968). Волокна этого тракта спускаются в спинном мозгу в составе медиального продольного пучка (МПП) и иннервируют мотонейроны флексоров колена и лодыжки, экстензоров бедра, экстензоров и флексоров пальцев (S.Grillner et al., 1970; S.Grillner, S.Lund, 1968). Однако вследствие того, что влияния ЛВСТ и МПП направлены к разным мотонейронным ядрам, в целом выявляется четкая реципрокность их связей (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Влияние МПП направлено преимущественно на мотонейроны передних конечностей, шеи и спины (А.Г.Фельдман, Г.Н.Орловский, 1972). МПП активирует преимущественно статические гамма-мотонейроны (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Другими мощными источниками активации флексоров являются кортико- и рубро-спинальный тракты, которые относятся к латеральной нисходящей системе (H.G.M.Kuypers, 1964). Влияние этих трактов направлено преимущественно на активацию альфа- и гамма-мотонейронов флексоров при одновременном угнетении экстензоров. Рубро-спинальные влияния направлены преимущественно к мотонейронам аксиальной и проксимальной мускулатуры, а кортико-спинальные – к мотонейронам дистальных мышц. Эти тракты могут влиять как на статические, так и на динамические гамма-мотонейроны (P.Angaut, A.Brodal, 1967). Существует также рубро-спинальное облегчение Iа тормозного пути к экстензорам, аналогичное таковому для ЛВСТ по отношению к торможению флексоров (А.И.Шаповалов, 1976).

Таким образом, имеются две группы реципрокно организованных влияний на альфа- и гамма-мотонейроны флексоров и экстензоров, соотношение суммарной активности которых определяет некоторое положение суставных углов. Как показано исследованиями М.А.Айзермана и др. (1970, 1974), для поддержания суставного угла в этом случае используется простой алгоритм чередования всплесков активности антагонистов, целью которых является минимизация суммарной активности мышц данного звена. Работой именно этого механизма обусловлено наличие низкоамплитудного тремора (10 Гц) в задачах поддержания определенного суставного угла (М.А.Айзерман, Е.А.Андреева, 1970). В отсутствие внешней нагрузки рефлекторно будут активироваться только низкопороговые альфа-мотонейроны, а они, как показано выше, составляют группу тонических мотонейронов (А.Гидиков, 1975). Однако тонические ДЕ (двигательные единицы) отличаются небольшой силой, следовательно, в условиях больших быстро меняющихся нагрузок поддержание позы будет связано с активностью фазических ДЕ, иннервируемых более высокопороговыми фазическими альфа-мотонейронами. Компенсация таких нагрузок требует, помимо всего, еще и точного анализа направления их действия и учета целей текущего движения. Кроме того, информация о необходимом положении суставного угла может поступать и не от соматической, а от телецептивной сенсорной системы. Эти задачи для своего решения требуют, с одной стороны, наличия сложных координационных связей внутри позной двигательной системы, а с другой – связи между координатами внешнего пространства и внутренними координатами тела (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Основными рефлекторными системами, обеспечивающими такие связи, являются шейные установочные рефлексы и вестибуло-спинальные рефлексы (Р.Магнус, 1962 – R.Magnus, 1924).


 

§4. Шейные установочные рефлексы. Суть шейных рефлексов заключается в том, что положение головы или ее перемещение, обусловленное сокращением шейных мышц, влияет на активность аксиальной мускулатуры и проксимальных мышц конечностей (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Согласно Магнусу, интеграция тонических шейных рефлексов происходит на уровне шейных отделов спинного мозга (C1-C3) и нижней части продолговатого мозга. При повороте головы вокруг битемпоральной оси, т.е. в сагиттальной плоскости (сагиттальная плоскость — плоскость, разделяющая тело симметрично спереди назад, фронтальная — справа налево, горизонтальная — по горизонтали), происходит симметричное изменение положения конечностей: при наклоне головы вниз передние конечности сгибаются, а задние остаются в исходном положении или немного выпрямляются; при подъеме головы вверх повышается тонус экстензоров передних конечностей. При вращении головы повышается тонус мышц экстензоров на челюстной стороне и флексоров на скуловой стороне. Во время наклона головы к плечам повышается тонус ипсилатеральных экстензоров и контралатеральных флексоров (этот рефлекс несколько слабее предыдущего). Совместное действие этих рефлексов приводит к повороту всего тела в сторону поворота головы. Аналогичные влияния существуют и со стороны туловища: у децеребрированного препарата поворот туловища вызывает затем поворот головы.

Влияние от проприоцепторов мышц может распространяться по различным путям: по длинным проприоспинальным путям или через структуры покрышки (V.C.Abrahams et al., 1973). Показано, что пути от рецепторов шейных мышц, которые, кстати, характеризуются большим коэффициентом Фосса (число веретен на 1 г мышцы), поднимаются вверх до верхних холмов, где проецируются на нейроны, дающие начало текто-спинальному и текто-ретикуло-спинальному трактам. Текто-спинальный тракт от верхних холмов пересекается на уровне дорсальной покрышки и оканчивается, главным образом, в верхних шейных сегментах спинного мозга (R.Nyberg-Hansen, 1964), влияя, таким образом, преимущественно на шейные мотонейроны.

Шейные рефлексы могут включаться в системы нисходящих (D.C.Lloyd, 1941) и восходящих (П.Г.Костюк, 1973) проприоспинальных рефлексов, а также в систему бульбо-спинно-бульбарных рефлексов (M.Shimamura, K.Akert, 1975). Импульсация, идущая по спинно-бульбо-спинальной системе, оказывает короткое тормозящее действие на экстензорные мотонейроны (путем пресинаптического торможения афферентных рефлекторных путей) и пролонгированное облегчающее влияние на флексорный рефлекс (M.Shimamura, K.Akert, 1975). Предполагается, что частичное переключение спинно-бульбо-спинальных рефлексов осуществляется дорсолатеральной ретикуло-спинальной системой (O.Pompeiano, 1973).

Таким образом, шейные установочные рефлексы накладываются на систему сегментарных рефлексов при помощи трех типов связей: межсегментарных проприоспинальных связей, путей спинно-бульбо-спинальных рефлексов и текто-спинальных путей. Можно отметить, что шейные рефлексы объединяются с вестибулярными рефлексами, благодаря текто-спинальной системе (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§5. Вестибуло-спинальные рефлексы. Задачей вестибуло-спинальных рефлексов (ВСР) является сохранение положения и ориентации тела при движениях головы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Источником афферентных сигналов служит лабиринт и отолитовый аппараты. Эти сигналы переключаются в вестибулярных ядрах и далее спускаются к мотонейронам спинного мозга (П.Г.Костюк, 1973; А.И.Шаповалов, 1976). В силу соматотопической организации вестибуло-спинальных нейронов наклоны или движения головы будут активировать совершенно определенные группы экстензоров таким образом, чтобы компенсировать эти движения (т.е. по типу управления вестибуло-спинальную систему можно отнести к системам с обратной связью).

Основой ВСР является трехнейронная цепь, состоящая из первичного вестибулярного афферента, вторичного вестибулярного нейрона и спинального мотонейрона. Аксоны вторичных вестибулярных нейронов формируют латеральный и медиальный вестибуло-спинальные тракты (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). В системе ВСР можно выделить три типа вторичных вестибулярных нейронов: 1) быстропроводящие нейроны ЛВСТ, оказывающие возбуждающие влияния на спинальные нейроны (S.Lund, O.Pompeiano, 1968); 2) возбуждающие быстропроводящие нейроны МВСТ (S.Grillner, S.Lund, 1968) и 3) медленнопроводящие тормозные нейроны МВСТ (V.J.Wilson, M.Yoshida, 1969). Эта цепь не связана с мозжечком (T.Akaike et al., 1973).

Часть клеток дорсальной половины ядра Дейтерса не получает первичных вестибулярных афферентов, но зато к ней по восходящим волокнам в латеральных канатиках шейного отдела и далее через червь мозжечка идут возбуждающие входы от спинного мозга (O.Pompeiano, A.Brodal, 1962; T.Akaike et al., 1973). Цепь такого спинно-вестибуло-спинального рефлекса (СВСР) также включает нейроны ЛВСТ и МВСТ. А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) рассматривают цепь СВСР как систему упреждающего контроля, так как вход и выход пространственно разобщены, т.е. разнесены между шеей и конечностями, передними и задними конечностями, правой и левой стороной. Тесная связь цепи СВСР с червем мозжечка служит, по мнению этих авторов, основой упреждающего контроля в цепи СВСР.

Участие нейронов вестибуло-спинальных трактов в поддержании позы можно описать комбинацией двух рефлекторных цепей с различными типами управления, т.е. ВСР и СВСР. Эти цепи включают, соответственно, вентральную и дорсолатеральную часть ядра Дейтерса и действуют независимо, как система с вестибулярной обратной связью и спинальная система опережающего управления (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§ 6. Мозжечковый контроль нисходящей вентромедиальной системы. История развития координационных систем у высокоорганизованных животных неразрывно связана с эволюцией мозжечка. Развитие этого органа как мощной надстройки над сегментарным аппаратом представляет сложный исторический процесс его морфофункционального становления и во многом отражает степень и характер моторной активности животного и экологию его обитания.

Из экспериментальных данных и особенно клинических наблюдений давно известна важная роль мозжечка в контроле позы, локомоции и произвольных манипуляторных движений. Организация мозжечка млекопитающих показана в физиологических экспериментах W.W.Chambers, J.M.Sprague (1955), которые обнаружили, что: 1) с постуральным тонусом, равновесием и локомоцией всего тела связана медиальная зона (кора червя и фастигиальное ядро); 2) промежуточная кора и промежуточное ядро контролируют суммарные движения, положение и тонус только ипсилатеральных конечностей; 3) латеральная зона осуществляет регуляцию тонких движений ипсилатеральных конечностей.

Общий характер участия мозжечка в постуральных механизмах в настоящее время изучен. Тормозные клетки Пуркинье проецируются ипсилатерально из червя на ядра Дейтерса и фастигиальное ядро и из промежуточной доли коры в промежуточное ядро. Эти ядра возбуждающими путями связаны с нейронами вестибуло-, ретикуло- и рубро-спинальных трактов. Благодаря этим связям, тормозное влияние будет угнетать тонус соответствующих мышц.

Латеральное вестибулярное ядро обладает соматотопической организацией: клетки, проецирующиеся в пояснично-крестцовые отделы спинного мозга, расположены в дорсокаудальной части, а нейроны, проецирующиеся в шейный отдел, расположены ростровентрально (A.Brodal et al., 1962). Ядро Дейтерса получает афференты из многих источников: от клеток Пуркинье (A.Brodal et al., 1962), фастигиального ядра (M.Ito et al., 1970), нейронов ретикулярной формации продолговатого мозга и моста (J.C.Eccles et al., 1967), нейронов нижних олив (J.C.Eccles et al., 1967) и от вестибулярных афферентов (M.Ito et al., 1966). Эти данные показывают, что как вестибулярная, так и спинальная активность нейронов ядра Дейтерса опосредована корой и ядрами мозжечка.

Таким образом, мозжечок включен в систему контроля как экстензорной, так и флексорной активности, причем в нем сосуществуют две системы входов, относящихся к регуляции тонической, постуральной мускулатуры и к регуляции фазической системы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). С точки зрения описания постуральных механизмов, исходя из клинических и экспериментальных наблюдений, предполагается, что функция собственно мозжечковых ядер заключается в удержании постоянного положения между двумя быстрыми программированными движениями (H.H.Kornhuber, 1974), причем для этой цепи, по-видимому, используется механизм с отрицательной обратной связью (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Это предположение подтверждается следующими фактами: при повреждении ядер мозжечка или их эфферентных волокон, идущих в ствол или таламус, наблюдается тремор. Этот тремор появляется только во время активного удержания какого-то положения (руки или глаза, например). Он отсутствует при расслабленных мышцах, в покое или во время движения. Можно провести аналогию между вестибулярными ядрами, активность которых связана с удержанием положения всего тела по отношению к вестибулярной информации, и мозжечковыми ядрами, связанными с удержанием постоянного положения некоторых частей тела. По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), тормозная система влияний коры мозжечка на вестибулярные и мозжечковые ядра служит для того, чтобы время от времени, по мере необходимости, отключать эту фиксирующую функцию, освобождая моторный вход для других команд.


 

§7. Стрио-паллидарные влияния на тонус мышц и постуральные реакции. Стрио-паллидарная система оказывает выраженное влияние на мышечный тонус. Эта система не имеет собственного прямого выхода на спинальные структуры, и ее влияние обусловлено различными непрямыми путями (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Во-первых, через стрио-паллидо-таламо-кортикальный путь (хвостатое ядро → бледный шар → вентролатеральное ядро таламуса → поле 6 коры), который участвует в активации тонических альфа-мотонейронов. Во-вторых, через паллидо-ретикуло-спинальный путь, который также активирует тонические альфа-мотонейроны. В-третьих, через каудато-нигро(ретикуло)-спинальный путь, оказывающий тормозное влияние на активность цепи моносинаптического рефлекса. Таким образом, стрио-паллидарная система способна оказывать влияние как на альфа-, так и на гамма-мотонейроны спинного мозга.

Учитывая предполагаемую роль стрио-паллидарной системы в программировании медленных плавных движений и слитных координированных комплексов типа рывка (H.H.Kornhuber, 1973, 1974), естественно считать, что эти пути служат для предварительной настройки тонической мускулатуры и сегментарных рефлекторных механизмов при совершении движений (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978) (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Влияние базальных ганглиев на организацию движений в значительной степени обусловлено и их модулирующим влиянием на проведение восходящей соматической и телецептивной информации к различным командным структурам двигательной системы (например, к моторной коре). За счет этих механизмов стрио-паллидарная система может участвовать в регуляции положения тела в пространстве. Полагают (J.Massion, 1973), что эта система ответственна также за упреждающее распределение тонуса конечностей при осуществлении реакций положения. Вентролатеральное ядро таламуса является центральным коллектором влияний субкортикальных моторных структур (базальных ганглиев и мозжечка), которые затем передаются на кортикальный уровень. Взаимодействие этих влияний обеспечивает точную увязку постуральных и локальных компонентов произвольного движения (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§8. Поддержание равновесия. Одной из центральных задач постуральных механизмов является поддержание равновесия в покое или при совершении движений. С чисто механической точки зрения это равноценно удержанию центра тяжести тела в пределах площади опоры. Однако само по себе положение центра тяжести непосредственно измерить нельзя. О его изменении можно судить по относительной величине давления на каждую опорную конечность и по положению головы в пространстве, определяемыми вестибулярными аппаратами или при помощи зрения.

Следовательно, задача поддержания равновесия предполагает взаимодействие между сигналами о взаимном расположении частей тела и их отношениях к опоре, о направлении гравитации и действующих ускорениях головы, а также об ориентации зрительной вертикали. При этом необходимо учитывать, что глаза, голова и туловище могут в определенных пределах двигаться независимо друг от друга. Однако шейные и вестибулярные установочные рефлексы, а также другие соматомоторные рефлексы (сегментарные, рефлекс положения) обеспечивают основу сохранения равновесия при повреждении любой из трех сенсорных систем: зрительной, вестибулярной и соматической. Только при повреждении всех этих каналов связи нарушается нормальное стояние (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Как уже описано выше, существует система рефлексов, определяющих изменение позы при движениях головы. В некоторых случаях, например, при слежении за целью, повороты головы целиком определяются движением глаз. Предполагается, что центральным звеном координированного механизма совместных движений глаз и головы являются верхние холмы. Показано, что эти образования играют важную роль в фиксации головы и в зрительном внимании. К клеткам всех слоев верхних холмов проецируются пути мышечных афферентов шейных и экстраокулярных мышц (V.C.Abrahams et al., 1973), причем эти клетки отвечают также на световые стимулы. В верхних холмах существуют также небольшие проекции конечностей. Текто-спинальные клетки, связанные с шейными мотонейронами, найдены в верхних холмах и получают проекции от шеи, глазных мышц и сетчатки. Благодаря этим связям, холмовая система может менять возбудимость шейных мотонейронов в зависимости от положения или движения глаза. Таким образом, через систему верхних холмов положение глаз может определять положение головы, а оно, в свою очередь, – положение тела, т.е. эта система является связующим звеном между ориентационными движениями и постуральными механизмами (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Поскольку биологически является более важной ориентация головы и тела на цель, то движения глаз должны в этой системе находиться в субординационных отношениях. Показано, что компенсаторный поворот глаз обусловлен активацией вестибуло-окулярного рефлекса (E.Bizzi et al., 1971, 1972).

Таким образом, существует центральный механизм, учитывающий положение глаз и тела относительно головы (по соматическому каналу сенсорной связи), и в координатной системе головы (D.A.Robinson, 1975). Эта система координаций служит для ориентации всех сегментов тела (глаз, головы, тела, конечностей) относительно зрительной и гравитационной вертикали. Другая система, включающая сегментарные и супраспинальные механизмы регуляции мышечного тонуса, перекрестные спинальные рефлексы и шейные установочные рефлексы, служит для поддержания определенных значений суставных углов в зависимости от внешней нагрузки. В покое взаимодействие этих двух систем определяют позу. При совершении активных локальных движений на эти системы будут накладываться модулирующие влияния (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§9. Локомоция. Локомоция – это, прежде всего, перемещение из одного места пространства в другое, для чего необходимы некоторые силы, изменяющие состояние покоя (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Движение вызывается угловыми перемещениями тела в результате мышечного сокращения. При этом развиваемые усилия должны преодолеть некоторые внешние силы: 1 силу тяжести; 2 сопротивление окружающей среды (воздуха, воды), обусловленное ее вязкостью и трением; 3 внутренние силы трения (обычно при анализе локомоции ими пренебрегают); 4 силы инерции тела. На локомоцию сильно влияет характер и рельеф местности. Во время локомоции необходимо также непрерывно поддерживать равновесие.

Наиболее распространенным примером локомоции является ходьба или бег, которые отличаются стереотипным движением конечностей, причем для каждой из форм локомоции характерны две фазы шага – фаза опоры и фаза переноса. При инициации ходьбы одна конечность поднимается и выносится вперед, что влечет за собой изменение положения центра тяжести тела и последующего его переноса вперед. У разных видов животных и у человека можно отметить различные, свойственные только им способы ходьбы, которые в то же время обладают общими чертами.

К настоящему времени в литературе описано свыше 100 вариантов походок наземных млекопитающих (J.H.Prost, 1965). Основной единицей классификации служит цикл шага одной конечности, а пространственно-временная координация циклов шага гомологичных (например, правой и левой) и гомолатеральных (передней и задней) конечностей определяют диаграмму походки. Тип походки зависит также от скорости передвижения.

Циклы шага распределяются на фазу опоры и фазу переноса конечностей. В первой части фазы переноса все три главных сустава конечности согнуты. В заключительной части фазы переноса колено и лодыжка разгибаются, а бедро сгибается, завершая фазу переноса. В фазе опоры бедро выпрямляется. В начале фазы опоры колено и лодыжка немного согнуты, что обусловлено, по-видимому, пассивным “уступанием”, а после этого они выпрямляются до тех пор, пока не кончится фаза опоры А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Эта последовательность движений фиксирована и не зависит от скорости локомоции, но другие параметры шага – длительность фаз, амплитуда движений в суставах – могут изменяться в широких пределах. Эта последовательность является характерной чертой локомоции – базисным паттерном шагательных движений. Поскольку в движениях другого рода эта последовательность может быть совершенно отличной, то, вероятно, такой рисунок специфических связей между различными суставами должен устанавливаться во время локомоции (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Длительность фазы опоры и соответствующей активности экстензоров значительно изменяется в зависимости от скорости локомоции, в то время как длительность фазы переноса и активности флексоров почти не меняется. Последовательность начала и конца активации мышц в пределах цикла диагональной походки также не зависит от скорости. Последовательность активности разных мышц одной конечности меняется чуть больше, чем основной паттерн движения суставов. Меньшая изменчивость кинематического рисунка может объясняться и тем обстоятельством, что один и тот же механический результат может быть получен при различных комбинациях мышечной активности (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Скорость локомоции может контролироваться двумя путями: изменением сил отталкивания ног или изменением частоты шага.

Паттерн движения конечности во время локомоции сохраняется неизменным при постоянстве внешних условий. Стереотипный характер движений конечностей при локомоции показывает, что отдельные мышцы и суставы не используются ЦНС в качестве элементарных функциональных единиц. В первом приближении основной паттерн шагательного движения конечности может быть получен изменением только одного параметра. Полагают (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что это значительное упрощение проблемы двигательного управления достигается установлением мощных специфических взаимосвязей между нервными центрами, контролирующими отдельные мышцы и суставы одной ноги, которые остаются потенциально независимыми (по крайней мере, частично), когда не используются специально для локомоции.


 

§10. Спинальные механизмы генерации локомоторных движений. Спинальный генератор. Изолированный спинной мозг сам по себе в состоянии обеспечить необходимую последовательность активации мышц при передвижении. Спинальная локомоторная сеть ответственна за чередование периодов возбуждения и торможения различных мотонейронов и может работать без фазических локомоторных сигналов. Экспериментально показано наличие коактивации альфа-мотонейронов, а также статических и динамических гамма-мотонейронов той же мышцы (J.Bergmans, S.Grillner, 1968, 1969), что подтверждает наличие спинальной альфа-гаммаS-гаммаD-взаимосвязи как у флексоров, так и у экстензоров. Известно, что гамма-мотонейроны могут непосредственно активироваться структурами мозгового ствола во время локомоции (Г.Н.Орловский, 1973; Г.Н.Орловский, Т.А.Павлова, 1972), однако сейчас ясно, что спинальный генератор сам по себе может обеспечить альфа-гамма-взаимосвязь (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Показано, что фазическая активность релейных интернейронов, участвующих в передаче реципрокного Iа-торможения от мышечных веретен к альфа-мотонейронам, обусловлена центральной активацией и сохраняется даже после устранения всех ритмических афферентных входов (А.Г.Фельдман, Г.Н.Орловская, 1972). Исследование работы интернейронов во время локомоторной деятельности выявило наличие двух основных популяций клеток, импульсация которых приурочена к разным фазам активности флексоров и экстензоров (V.R.Edgerton et al., 1976). Эти и многие другие данные позволили заключить, что частью центральной спинальной сети, которая генерирует ритмическую активность, являются Iа-интернейроны (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), задание целевой функции для следящего механизма нижнего уровня осуществляется путем установления определенных порогов командных интернейронов спинного мозга. Причем согласование ведущего кинематического звена и остальных звеньев двигательной системы происходит, благодаря встроенным связям соответствующих нейронных структур и механическому взаимодействию сегментов тела.

Известные к настоящему времени функции спинального генератора сводятся (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 к активному возбуждению или торможению альфа-мотонейронов; 2 к осуществлению этого торможения через те же самые интернейроны, которые передают реципрокное торможение от Iа-афферентов; 3 к активированию альфа- и гамма-мотонейронов одной и той же мышцы; 4 к фазическому открытию и закрытию рефлекторных путей (что может, например, привести к извращению рефлекса с дорсальной поверхности стопы).

Предполагают (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что когда одна мышца активна, ее антагонист заторможен или его активность много ниже. Этот факт вытекает из реципрокной организации выходного устройства.

Нисходящие пути (например, рубро-, вестибуло- и ретикуло-спинальные), обладающие фазической активностью, во время локомоции могут прямо или непрямо влиять на альфа-, гамма- и Iа-интернейроны (Г.Н.Орловский, 1973). Например, вестибуло-спинальный путь моно- и дисинаптически возбуждает альфа- и гамма-мотонейроны экстензоров и дисинаптически тормозит флексоры через Iа-тормозной путь (S.Grillner, T.Hongo, 1976). На Iа-интернейроны конвергирует множество нисходящих путей, а также различные пути от афферентов и генератора шагания (S.Grillner, 1975; A.Lundberg, 1970). Каждая группа Iа-интернейронов тормозит только одно или несколько моторных ядер мышц-синергистов. Эти интернейроны так же используются спинальным генератором локомоции, как и Iа-афферентами и различными нисходящими трактами, для того чтобы затормозить какое-то определенное моторное ядро (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Предполагают, что координация между конечностями может осуществляться путем взаимодействия между генераторами каждой конечности одного пояса, которые могут работать в фазе или противофазе (S.Miller, J.Burg, 1973; P.S.Stein, 1974). Если эти генераторы будут оказывать равное тормозное действие друг на друга, это проявится в противофазном паттерне, а при взаимном возбуждении обнаружится согласованное по фазе движение.

Как уже отмечалось, элементарной единицей управления локомоцией является генератор для одной конечности. В экспериментах с одновременной регистрацией активности нескольких мышц разных суставов показано, что иногда флексоры одного сустава могут быть тонически активными (без модуляции), тогда как мышцы других суставов могут обладать четкой ритмической активностью. Полагают (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что это обусловлено тем, что мышцы, управляющие одним суставом, могут контролироваться каким-то собственным “унитарным” генератором. При формировании локомоторных движений эти унитарные генераторы разных суставов тесно связаны, т.е. оказывают друг на друга возбуждающее влияние. При других условиях возможный генератор для бедра, например, может быть связан с коленным и запястным суставом реципрокно, и это вызовет шагание в обратном направлении (S.Grillner, 1973), или супраспинальные пути могут задействовать только один унитарный генератор без активации оставшейся части сети, что отразится в формировании перемежающихся ритмических движений в одном суставе. Интересно отметить в связи с этим, что одним из синдромов повреждения пирамидного тракта у обезьян (D.G.Lawrence, H.G.Kuypers, 1967) является неспособность совершать независимые движения пальцами; если пирамидное повреждение сочетать с рассечением большей части рубро-спинальных волокон, животные теряют способность к независимым движениям рук (а именно – предплечий), но могут использовать всю конечность при лазании, ходьбе и пр. Эти факты согласуются с представлением о том, что одним из способов супраспинального контроля движений может быть “ломка” спинальных запрограммированных синергий на отдельные фрагменты с последующим независимым управлением различных унитарных генераторов (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Таким образом, мозг упрощает управление локомоцией путем введения спинального автоматизма, обусловливающего структуру шагового цикла. Фазы активности отдельных мышц целиком определяются этим автоматизмом, и супраспинальные команды могут, в силу этого, не зависеть от фазы (т.е. быть тоническими и идентичными для разных конечностей).


 

§11. Нисходящий супраспинальный контроль спинального генератора шаганий. Как сказано выше, тоническая стимуляция определенных участков ствола мозга вызывает координированную локомоцию, обусловленную, прежде всего, запуском ритмической активности спинального генератора. По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), система супраспинального контроля локомоции должна осуществлять несколько основных функций: 1 уметь быстро инициировать локомоцию, поддерживать постоянную скорость или изменять ее, если требуется, а также прекращать ее в нужный момент времени; 2 локомоторные движения или даже каждый отдельный шаг должны быть точно адаптированы к условиям среды, т.е. конечности должны касаться земли соответствующим образом, а также при необходимости изменять свое направление; 3 основная локомоторная поза должна быть достаточно гибкой, чтобы соответствовать различным условиям передвижения, таким как ползанье, плавание, бег по снегу, переноска груза и т.д. Это также относится к различным условиям сохранения равновесия (S.Grillner, 1975).

Одной из наиболее важных систем супраспинального контроля является норадренергический нисходящий путь. Однако эта система обладает очень низкой скоростью проведения. Очевидно, поэтому для срочной инициации локомоции необходимо участие более быстрых нисходящих путей (S.Grillner, 1975; J.D.Steeves et al., 1976). Роль норадренергического нисходящего пути заключается в поддержании фоновой активности спинальной сети, а инициация локомоции обеспечивается в результате суммации в этой сети сигналов еще от нескольких нисходящих систем (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Нервная система должна быть способна также быстро останавливать локомоцию. Полагают (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что остановка не может происходить вследствие простого торможения мотонейронов, поскольку это может сопровождаться падением. По мнению S.Grillner (1976), остановка обеспечивается быстрым замедлением движения вслед за принятием некоторой “тормозной” позы. Приспособление локомоции к условиям внешнего окружения, вероятно, в большей мере базируется на предвосхищении требуемых коррекций, т.е. того, когда и где удобнее поставить ногу на опору при каждом шаге. Это условие требует включения быстропроводящих путей, которые в данном случае должны влиять или непосредственно на мотонейроны, или на интернейроны последнего порядка, но не на спинальный генератор шаганий. Эти нисходящие пути, избирательно активируя или тормозя определенные группы мотонейронов, могут изменять направление движения ног в точном соответствии с внешними условиями (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Показано, что те быстропроводящие пути, которые проявляют специфическую активность во время локомоции (рубро-, вестибуло- и ретикуло-спинальные), могут моносинаптически влиять как на мотонейроны, так и на Iа-интернейроны (Г.Н.Орловский, 1973; Г.Н.Орловский, Т.А.Павлова, 1972).

Другой тип приспособления локомоции заключается в изменении основной локомоторной позы нормальной ходьбы при ползании, плавании, лазании вверх и вниз, переносе груза. Это еще специфические позы при ходьбе на лыжах, коньках или езде на велосипеде и др.; естественно, что при этом активность различных мышц будет сильно изменяться, так как в некоторых условиях невозможно движение определенных суставов или оно значительно ограничивается. Это заставляет предполагать, что даже при локомоции с постоянной скоростью моторный выход должен сильно изменяться в зависимости от принятой локомоторной позы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). V.R.Edgerton et al. (1976) также считают, что необходимо допустить возможность контроля непосредственного выхода спинального генератора, а также возможность того, что супраспинальные влияния могут разбивать общий генератор конечности в целом на меньшие субъединицы, контролирующие только один моторный выход.

К настоящему времени проблема супраспинального контроля локомоции все еще нуждается в дальнейшем исследовании. Имеющиеся данные касаются, в основном, роли быстропроводящих волокон различных нисходящих систем, и почти совсем нет информации о значении тонких медленнопроводящих волокон, которые составляют, тем не менее, основную массу нисходящих путей. А.С.Батуев, О.П.Таиров (1978), оценивая известные данные, делают вывод о том, что в то время как тоническая активация стволовых и мезэнцефалических локомоторных центров побуждает к деятельности спинальный генератор шагания, фазическая активность других быстропроводящих трактов связана не с управлением спинальным генератором, а с коррекцией непосредственно моторного выхода.


 

§12. Афферентный контроль локомоции. Мышца, как еще указывал И.М.Сеченов, “является одновременно и рабочим органом и периферическим отделом чувствующего снаряда”. Особенно четко огромное значение афферентных импульсов для осуществления движений прослеживается на уровне спинного мозга. Афферентный контроль локомоции обеспечивается периферической информацией от трех групп рецепторов: а мышечных веретен, б рецепторов Гольджи и в кожных рецепторов. Мышечные веретена воспринимают, главным образом, длину мышцы, а сухожильные органы – ее напряжение.

Как было показано выше, афферентная информация не является необходимым условием возникновения локомоции, но, тем не менее, она участвует в более точной адаптации локомоторных движений к условиям окружающей среды. Это коррекционное влияние периферической информации может осуществляться двумя путями (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 при помощи регуляции моторного выхода спинального генератора (по системе миотатических рефлексов) и 2 при помощи избирательного переключения полисинаптических рефлекторных цепей в разные фазы цикла шага.

Целью первого способа регуляции является сохранение рисунка движения в условиях меняющейся нагрузки. Второй способ регуляции заключается в избирательной настройке и активации различных рефлекторных путей в разные фазы цикла шага.

Например, в осуществлении рефлекса положения во время ходьбы и некоторых других локомоторных адаптационных механизмов принимают участие различные спинальные рефлексы – ипсилатеральный флексорный, контра- и ипсилатеральный экстензорный. Ипсилатеральный флексорный рефлекс заключается в сгибании ноги вслед за тактильной стимуляцией дорсальной ее поверхности, а контралатеральный экстензорный рефлекс заключается в одновременной с этим сгибанием активации экстензоров противоположной конечности (H.Forssberg et al., 1975). Повышение активности экстензоров обусловливается центральным рефлекторно запрограммированным влиянием, а не компенсаторной реакцией на увеличение нагрузки (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Эти рефлексы проявляются во время фазы переноса. Во время фазы опоры та же самая кожная стимуляция, передающаяся по афферентному пути сгибательного рефлекса (A.Lundberg, 1964), вызывает экстензорный ипсилатеральный рефлекс.

Такое переключение активности к антагонистам, в зависимости от текущей фазы локомоции, получило название “реверсии рефлекса, зависимой от фазы” (H.Forssberg et al., 1976). Полагают (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что рефлекторное переключение пути происходит примерно в средней точке фазы переноса ноги. Общей чертой реверсии рефлекса при статических нагрузках является то, что при стимуляции конечность стремится перейти в противоположное положение (K.G.Pearson, J.Duysens, 1976). Другой тип реверсии зависит от состояния активности организма (T.G.Brown, 1911) и выглядит как усиление текущего сгибания или разгибания. Очевидно, что во время активной локомоции наблюдается второй тип реверсии, который А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) обозначают как динамическую реверсию рефлекса фазической природы. Более вероятно, что это переключение путей осуществляется при помощи шагового генератора, который, с одной стороны, фазически изменяет передачу в этих активированных рефлекторных путях, а с другой – индуцирует ритмическую активность мышц-антагонистов (H.Forssberg et al., 1974; S.Grillner et al., 1968). По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), преимуществом такого переключения передачи по рефлекторным путям является обеспечение наилучших условий для конкурентного взаимодействия рефлекторных реакций и текущей фазы локомоции, что, в свою очередь, влечет за собой высокую стабильность локомоторных движений.

Таким образом, подстройка активности мышц-антагонистов производится автоматически, благодаря системе миотатических рефлексов. В силу внутренней конструкции мотонейронного пула всегда обеспечивается точное соответствие величины афферентного залпа к мышцам. Идентификация состояния двигательной системы может обеспечиваться двумя путями (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): оценкой реакции системы на внешнее воздействие или на тест-импульс, который генерируется на высших уровнях управляющей системы.

В процессах циклической модуляции афферентной информации большую роль играет мозжечок. В норме активность клеток Пуркинье коры мозжечка, а также ядер мозжечка модулируется в ритме шагов восходящими спинальными влияниями. Эти спинно-мозжечковые влияния передаются по двум основным путям: дорсальному и вентральному спинно-мозжечковым трактам. Нейроны дорсального тракта передают циклически модулированную информацию от периферических рецепторов мышц, кожи, суставов и пр. После деафферентации эта модуляция исчезает. Однако нейроны вентрального тракта сохраняют ее и после деафферентации. Этот факт рассматривается как доказательство того, что вентральный спинно-мозжечковый тракт передает информацию об активности спинального генератора шаганий. Нейроны этого тракта могут активироваться интернейронами, включенными в генерацию шагания, а также, возможно, путями от рецепторов, проприоспинальными трактами, циклической активностью мотонейронов, опосредованной клетками Реншоу, и тормозными Iа-интернейронами (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Таким образом, в системе формирования шага мозжечок принимает участие в коррекции и точном позиционировании движений конечностей на основе сравнения информации о работе спинального генератора и конкретных параметров движений. Скорее всего, мозжечковые влияния направлены на регуляцию моторного выхода, а не на активность самого спинального генератора. Учитывая однотипный характер участия мозжечка в организации быстрых движений любого сегмента тела, можно полагать, что мозжечок программирует каждый следующий шаг на основании информации о предыдущем (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§13. Координация движений разных конечностей при локомоции. Во время локомоции движения всех конечностей ритмичны и координированы между собой. Как показано выше, каждая конечность может управляться локальным спинальным генератором, который, даже будучи изолированным от других генераторов, может обеспечить ритмическую активацию мышц-антагонистов. С теоретической точки зрения спинальный генератор конечности представляет собой биологический осциллятор, и, соответственно, задачу координации движений конечностей можно рассматривать как задачу связи нескольких автономных осцилляторов (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Для их координации необходима информация, прежде всего, о двух параметрах: фазовом состоянии осциллятора в данный момент и ритме активности каждого осциллятора. Необходимо также, чтобы информация о фазовом состоянии одного осциллятора могла модулировать ритм второго осциллятора (P.S.Stein, 1973, 1976). Эта информация в значительной степени опосредуется различными проприоспинальными связями. Координированные шагательные движения всех конечностей обеспечиваются активностью спинального механизма (J.Halbertsma et al., 1976) за счет спинальных взаимодействий генераторов. Гомологичная координация обеспечивается на сегментарном уровне – например, координация нижних конечностей определяется изолированными люмбосакральными сегментами (H.Forssberg, S.Grillner, 1973). В ипсилатеральной координации большую роль играют длинные проприоспинальные связи (S.Miller, N.Neslina et al., 1969; S.Miller, O.Oscarsson, 1969).

К настоящему времени предполагается, что координация конечностей при локомоции базируется на относительно простых принципах координации соответствующей нейронной сети. А.С.Батуев, О.П.Таиров (1978) допускают, что существуют интернейроны, которые связаны не только с генерацией периодов экстензорной и флексорной активности одной ноги, но также выполняют функцию сравнения шагового цикла этой же или другой ноги. Частично это происходит за счет тормозных влияний. S.Grillner (1975) морфологически показал, что каждый спинальный генератор получает проприоспинальные волокна от всех других генераторов. Длинные проприоспинальные пути могут проводить циклические влияния во время локомоции (S.Miller, J.Burg, 1973). Показано, что повреждение канатиков на среднем и нижнем грудном уровнях спинного мозга, где проходят эти пути (S.Miller, J.Burg, 1973), может разрывать ритм передних и задних конечностей (V.C.Abrahams, P.K.Rose, 1975).

На форму и последовательность шагательных движений оказывает значительное влияние также информация от вестибулярных рецепторов и рецепторов шейных мышц. Непосредственные вестибулярные влияния осуществляются по системе вестибуло-спинальных рефлексов, а шейные влияния – по системе шейных установочных рефлексов. Эти влияния направлены, в основном, на регуляцию моторного выхода, а не на деятельность спинального генератора (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Во время локомоции вестибулярные рефлексы подавляются. Имеются данные о том, что вестибулярные сигналы о перемещении головы в вертикальной плоскости, возникающие при ходьбе, могут задавать ритм во время активации экстензоров (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§14. Организация манипуляторных движений. Манипуляторные движения представляют собой наиболее яркий пример произвольных движений, т.е. таких движений, возникновение которых обусловливается, прежде всего, мотивационными влияниями, а не внешней активацией рефлекторных цепей. Отличительными чертами этих движений является относительно большая зависимость от центральной программы и телецептивных сенсорных входов. В силу этого в организации манипуляторных движений ведущую роль будут играть структуры, связанные с формированием мотивационного состояния и двигательных программ, среди которых выделяют (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 моторную кору, 2 базальные ганглии и 3 мозжечок. Активность других супраспинальных цепей двигательного управления зависит в большей степени от периферической информации, поступающей вслед за реализацией команд (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Показана ведущая роль мозжечковой системы в программировании быстрых движений (типа саккад) и базальных ганглиев в программировании медленных (H.H.Kornhuber, 1974). Однако выходы этих структур на спинальный уровень опосредованы, в основном, через моторную кору, которая дополнительно к этому обладает собственными функциями. Рассматривая механизмы участия этих отделов двигательной системы в организации манипуляторных движений, нужно учитывать, что последние, как правило, являются локальными. Это ставит перед двигательной системой следующие задачи (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 выбор состава активных мышц, участвующих в локальном движении; 2 компенсация внешней нагрузки; 3 настройка позы; 4 соотнесение координат внешней цели и собственного положения (например, зрительно-моторная координация).


 

§15. Сенсомоторная кора. В настоящее время установлена локализация основных эффекторных пунктов для разных сегментов тела в пределах прецентральной извилины коры мозга, а дискуссия о том, оперирует моторная кора движениями или мышцами, решается сейчас в пользу последних (H.Asanuma, 1973). Площадь представительства того или иного сегмента тела в коре зависит, прежде всего, от разнообразия его двигательного репертуара и сложности необходимого двигательного и сенсорного контроля. Моторные поля, однако, только для упрощения можно считать исключительно двигательными, так как они получают довольно существенные афферентные входы, независимые от входов в соматосенсорные поля коры (C.N.Woolsey, 1958). Точно так же сенсорные соматические поля не являются только представительством соматической афферентации, но и обладают некоторыми эффекторными функциями. Как уже отмечалось, эти влияния могут передаваться как по пирамидной, так и экстрапирамидной системе.

Структурная организация коры мозга основана на существовании колонкообразных объединений клеток на уровне слоев II-IV. В пределах коры установлены тормозные и возбуждающие зоны. Показано, что кортикальные клетки, оказывающие сходный эффект на некоторую группу спинальных мотонейронов, объединены в вертикально организованную колонку. Причем кортикофугальные пути, ответственные за сокращение какой-то мышцы, отличаются от путей, ответственных за торможение антагониста, т.е. существуют кортикальные механизмы организации возбудительно-тормозного рисунка движения (H.Asanuma, 1973). Показано наличие значительной конвергенции проекций от разных кортикальных колоний на одном мотонейроне (E.Jankowska et al., 1967). Точное соответствие активных кортикальных объединений и эффективно действующих мышц достигается только интеграцией множества афферентных входов как на кортикальном, так и на спинальном уровнях (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Область гигантских пирамид в коре больших полушарий – гигантопирамидное поле (ГПП), дающая начало основной массе волокон пирамидного пути, совпадает с корковой проекцией двигательного анализатора (А.С.Батуев, 1965, 1967, 1968; Л.А.Кукуев, 1968). Их воспринимающая функция выявлена по показателям регистрации первичных ответов на соматические раздражения и по морфологическим данным, согласно которым ГПП является зоной корковой проекции вентральной группы таламических ядер (Л.А.Кукуев, 1968) и одновременно с этим – зоной эфферентной проекции скелетно-мышечного аппарата. Основа такого сочетания центрифугальных и центрипетальных проекций туловищной мускулатуры в коре больших полушарий заложена уже в самих бецовских пирамидах, которые, как типичные корковые клетки, следовательно, рецепторные по своей природе, дают начало волокнам пирамидного пути, несущим раздражение к двигательным рабочим приборам спинного мозга. ГПП является тем коллекторным аппаратом, к которому конвергируют зрительная, слуховая, кожная, проприоцептивная, висцеральная афферентные системы (Э.Ш.Айрапетьянц, А.С.Батуев, 1969; А.С.Батуев, 1972), поэтому физиологически каждая соматическая область может рассматриваться как функциональное образование рефлекторных центров, получающих сенсорную информацию и выполняющих эфферентную функцию (H.Nakahama, 1961, и др.).

А.С.Батуев (1972) отмечает наиболее важные предпосылки для взаимодействия афферентных систем на структурах ГПП: 1 при раздражении адекватным стимулом рецепторов (например, зрительного или слухового) импульсация направляется, по крайней мере, по двум каналам: одному – специфическому (проекционному), другому – неспецифическому (ассоциативному), реализующемуся, в частности, на структурах ГПП; 2 особенности передачи влияний с каждой афферентной системы на ГПП различны друг от друга, и 3 способы передачи влияний по специфическим путям и по путям в ГПП также неоднозначны. По мнению того же автора, интеграция разномодальных афферентных посылок осуществляется на полисенсорных нейронах и реализуется в сдвигах суммарного ответа коры и в изменениях величины кортикофугального залпа. Таким образом, корковые клетки, от которых начинается пирамидный тракт, интегрируют всю совокупность влияний и импульсов, стекающихся к ним из конвергирующих путей. В результате в каждое мгновение оказываются учтенными и отраженными все мельчайшие участники воздействия сходящихся путей на исходный синапс (А.А.Ухтомский, 1953).

В избирательном характере реагирования выходных элементов СМК находят отражение проявления аналитико-синтетической деятельности мозга (Г.А.Куликов, 1989). А.С.Батуев (1972) рассматривает корковый отдел двигательного анализатора в качестве аппарата мультисенсорной конвергенции, который получает уже в известной мере интегрированную информацию и производит ее окончательную обработку для последующего переключения на эфферентную пирамидную систему. По мнению Г.А.Куликова (1989), функциональная роль СМК не может сводиться к ее деятельности в качестве основного кортикального источника эфферентных путей к мотонейронам. Это подтверждается многочисленными экспериментальными данными. Повреждение СМК не только вызывают длительные дефекты в манипуляционных движениях дистальных отделов конечностей (T.Gorska, E.Sybirska, 1980), но могут приводить и к нарушениям различных форм поведения (агрессивного, полового, пищевого), не обусловленных недостаточностью в моторной сфере (S.Brutkowski, 1965). Некоторые из этих нарушений по симптоматике аналогичны таковым после повреждения префронтальных отделов коры, и в основе этих нарушений лежит тесная структурная и функциональная взаимосвязь ростральных отделов мозга со структурами лимбической системы (Г.А.Куликов, 1989). Показано (С.С.Мусящикова, В.Н.Черниговский, 1973), что у кошек СМК входит в состав кортикальных отделов висцеральной сенсорной системы.

Множественность видов нарушений нормальной мозговой деятельности после повреждения ростральных отделов коры указывает на причастность ее составляющих к организации разнообразных форм адаптивного поведения. Так, при привлечении внимания к стимулам любой модальности наблюдается изменение локального кровотока в ростральных отделах фронтальной коры (P.E.Roland, 1982). К тому же, пишет Г.А.Куликов (1989), само понятие “ассоциативная область” оказывается весьма расплывчатым, так как в настоящее время классические критерии классификации кортикальных областей на сенсорные, ассоциативные и моторные оказываются весьма ненадежными. Становится все более очевидным, продолжает автор, что сенсорные кортикальные области не являются единственными реципиентами сенсорных ядер таламуса, так же как моторные отделы не являются исключительно моторными. Электрофизиологические исследования автора дали ему основание полагать о существовании нескольких пространственно разнесенных очагов, участвующих в формировании мышечных реакций, при этом корковому очагу отводится ведущая роль в организации функциональной системы рефлекторных мышечных ответов. Корковые ассоциативные ответы по системам прямых и полисинаптических нисходящих связей могут активировать как глубоко расположенные центральные очаги, так и элементы спинного мозга. Таким образом, мышечные ответы по своей конструкции оказываются результатом гетерогенного и дисперсного эфферентного залпа из корковых отделов двигательного анализатора.

Большие пирамидные клетки слоев V и VI моторной коры обладают возвратными коллатералями (S.Ramon y Cajal, 1911), что указывает на организацию, принципиально сходную с организацией мотонейронов. Эти возвратные коллатерали могут активировать как возбуждающие, так и тормозные пути к родительской клетке (O.D.Creutzfildt et al., 1966; L.Weizkrantz, M.Mishkin, 1958). У нейронов пирамидного тракта возвратное торможение обусловливается активацией аксонов быстропроводящих элементов (D.M.Armstrong, 1965), которые оканчиваются на локальных тормозных интернейронах, так же как и в случае спинальных мотонейронов. Возвратное облегчение обусловлено активацией путей от медленных к быстрым нейронам пирамидного тракта (K.Takanashi et al., 1967). Кроме этих возвратных связей, имеются тормозные влияния нейронов пирамидного тракта на кортико-рубральные клетки соседней колонки (А.С.Батуев, Г.А.Куликов и др., 1975). Эти связи обеспечивают взаимодействие пирамидных и экстрапирамидных элементов на кортикальном уровне (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§16. Кортико-спинальные влияния. Для формирования совершенно новых координационных отношений, особенно для целенаправленных манипуляторных движений, необходимо, с одной стороны, подавить активность командных нейронов врожденных программ, а с другой – сформировать параллельный управляющий канал. Таким параллельным трактом является кортико-спинальный, степень развития которого определяется ролью или удельным значением манипуляторных движений в общем двигательном поведении (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). С деятельностью кортико-спинальных путей связывают возможность организации новых локальных специализированных двигательных актов и торможение врожденных форм моторной координации (П.Г.Костюк, 1973; М.Е.Иоффе, 1975; Wiesendanger, 1981).

Моторные отделы коры участвуют в организации двигательных актов, воздействуя как на инициальные нейроны рубро- и текто-спинальных трактов, так и посредством прямых кортико-спинальных влияний. Кроме того, СМК (сенсомоторная кора) в качестве выходных элементов содержит кортико-кортикальные нейроны, расположенные преимущественно в III слое, а также клетки V и VI слоев, посылающие аксоны в таламус, к стриатуму, ядрам моста (Г.А.Куликов, 1989). Возвратные коллатерали аксонов нейронов пирамидного тракта оказывают моносинаптическое возбуждающее воздействие на расположенные в глубоких слоях интернейроны, активация которых, в свою очередь, приводит к торможению пирамидных клеток коры (T.Araki et al., 1982).

Доказана миотопическая организация кортико-спинальных проекций, в которой кортикальные модули представляют собой локальные источники управляющих сигналов относительно определенных мышечных групп, афференты которых проецируются на эти же самые локальные участки коры по таламо-кортикальным путям (H.Asanuma, 1981).

По мнению ряда исследователей (J.B.Preston, D.G.Whitlock, 1961), влияние моторной коры на данный мотонейронный пул зависит от функции этого пула в текущем движении. Активация пирамидного тракта оказывает возбуждающее влияние на сгибательные моносинаптические рефлекторные реакции спинного мозга и тормозное на разгибательные (R.F.Agnev et al., 1963). Преобладающее облегчение флексорных мотонейронов позволяет коре активировать сгибатели во время осуществления выученных движений, тогда как тормозное влияние на экстензоры обеспечивает механизм отключения антигравитационной активности во время произвольного движения. Это тормозное влияние пирамидного тракта сказывается не только на антигравитационных экстензорных мышцах, но и вообще на тех мышцах, которые обеспечивают фиксацию позы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Это свидетельствует о важной роли кортикальных влияний в ослаблении позных реакций для возможности осуществления фазных (Г.А.Куликов, 1989). Наибольший кортикальный возбуждающий эффект отмечается у мотонейронов дистальных отделов передних конечностей и в меньшей степени у нейронов проксимальной мускулатуры.

H.Asanuma с соавторами (1981) показали, что кортикальные участки, контролирующие сокращение дистальных мышц конечностей, посылают импульсы и к другим – проксимальным мышечным группам через экстрапирамидную систему. Это необходимо для осуществления позных перестроек, предваряющих фазные движения (Y.Gahery, E.Legallet, 1981).

Кортикофугальные экстрапирамидные влияния характеризуются рядом эффектов (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 постсинаптическим возбуждением флексоров при смешанном тормозно-возбудительном влиянии на экстензорные мотонейроны; 2 облегчением ряда спинальных рефлексов на интернейронном уровне; 3 пресинаптическим торможением некоторых групп афферентных волокон. Эти влияния передаются, главным образом, по вентролатеральному ретикуло-спинальному и рубро-спинальному трактам. Хотя кортикальные зоны, ответственные за эти экстрапирамидные влияния, можно отделить от чисто пирамидных зон, суммарный эффект их на спинальном уровне очень сходен с кортико-спинальными пирамидными эффектами (A.Lubdberg, 1964; A.R.Luria, 1969).

Однако вопрос о значении связей локальных участков моторной коры с определенными мышечными группами в организации движений не является решенным. Имеются указания на существование окончаний кортико-спинальных волокон в моторных ядрах спинного мозга, связанных с разными мышечными группами (Y.Shinoda, 1978), на наличие мозаично расположенных “колоний”, влияние которых конвергирует на одном и том же мотонейроне (E.V.Evarts, 1981). По мнению Г.И.Куликова (1989), наличие связи одного и того же нейрона пирамидного тракта с разными уровнями головного и спинного мозга предполагает его причастность к процессам координации нервной активности, обусловливающих возникновение движений, а не активацию лишь определенных мышечных групп. После удаления у кошек и собак участков моторной коры, посылающих проекции к мотонейронам передней конечности, ее двигательную реакцию можно вызвать при электростимуляции других участков (Н.Ю.Беленков, Н.И.Ласси, 1982). В связи с этим обычно противопоставляются две возможности участия моторных отделов коры в организации двигательных актов: 1 за счет активации отдельных мышечных групп, 2 за счет управления целостными движениями. Нерешенность этого вопроса затрудняет понимание роли кортикальных областей в формировании новых движений разной сложности и контроля приобретенных двигательных навыков, возникающих после повреждения мозговых структур, поэтому дальнейшие исследования в этой области способствовали бы более успешным лечению и абилитации детей, страдающих детским церебральным параличом и другими подобными заболеваниями.

Существует точка зрения E.V.Evarts (1981, 1986), что нейроны пирамидного тракта определяют не прямую активацию мышц, а их потенциальное участие в определенных движениях. Локальные повреждения моторной коры не приводят к параличу отдельных мышечных групп, но вызывают нарушения их участия при формировании одних движений без изменения других. Автор настаивает на множественном представительстве в коре больших полушарий одних и тех же мышечных групп. Эта множественность кортикальных моторных представительств имеет существенное значение для организации движений. R.S.Waters и H.Asanuma (1983) выявили у кошки 3 миотопически организованных участка коры (в полях 2, 4 и 5), электрическая микростимуляция каждого из которых независимо от наличия остальных приводит к сокращению определенных мышечных групп.

Таким образом, кортикальные влияния опосредуются множеством путей, несущих разную функциональную нагрузку. Наличие широкого перекрытия как афферентных, так и эфферентных проекций локальных клеточных групп заставляет думать, что точное пространственно-временнòе распределение активных мышц обеспечивается, в основном, взаимодействием различных афферентных входов на выходных элементах управляющих структур (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§17. Организация афферентных входов к нейронам моторной коры. Организация любого двигательного акта основана на координированном по времени и пространству сокращении определенных групп экстрафузальных мышечных волокон. Активация различных мышечных групп преопределяется возбуждением и торможением соответствующих мотонейронов. Торможение активности мышц-антагонистов происходит на 20-40 мс раньше, чем возбуждение агонистов. Это наблюдается и при деафферентации конечностей, что указывает на обусловленность данного временнòго соотношения деятельностью механизмов моторного программирования (Y.Lamarre et al., 1980). Организация быстрого моторного выхода требует сокращения не только определенной группы мышц, но и сопутствующих позных перестроек. Позные перестройки позволяют совершать движение конечностей за счет перераспределения силы тяжести в определенных пределах, необходимых для поддержания равновесия.

Сенсорная функция мозга заключается в установлении сигнальной (биологической) значимости сенсорных стимулов на основе анализа их физических характеристик. Организация адекватных двигательных реакций при восприятии сенсорных сигналов отражает определение смысла последних, что является конечной целью процесса распознавания – декодирования (Г.А.Куликов, 1989). В соответствии с общими представлениями о кодировании (У.Питерсон, Э.Уэлдон, 1976) одной из основных проблем в организации систем связи является достижение произвольно малой вероятности ошибочного декодирования. Соблюдение аналогичного требования необходимо и при сенсорной организации движений.

Феномен детекции ошибок, детектор ошибок, открыли N.P.Bechtereva, V.B.Gretchin (1968). Показано (Н.П.Бехтерева с соавторами, 1985; Н.П.Бехтерева, 1971, 1974, 1980, 1988, 1994; N.P.Bechtereva, 1978), что в мозгу имеются нейронные популяции, на какую-то данную сложную деятельность не реагирующие, реагирующие на ее правильное выполнение, реагирующие и на правильное и на ошибочное выполнение задания. И, наконец, отдельные нейронные популяции реагируют именно при ошибочном выполнении деятельности, будь то в связи с дефектом восприятия (ранняя реакция) или дефектом реализации (поздняя реакция). Такие нейронные популяции обнаружены в коре и подкорковых структурах. Детектор ошибок активируется при рассогласовании деятельности с ее планом, точнее, хранящейся в мозгу матрицей.

Г.А.Куликов (1989) представляет декодирование как процесс перехода во времени от возбуждения многих элементов, способных запускать различные эффекторные реакции, к активации множества элементов, запускающих определенные реакции. Удержание в следовых реакциях нейронов специфической таламо-кортикальной системы физических характеристик акустических сигналов обеспечивает корректирование процесса декодирования, а выделение некоторых признаков акустического сигнала необходимо для организации управляющих воздействий на определенных уровнях ЦНС и определяет избирательный характер реагирования на сигнал в целом. Причем принятие решения происходит не одномоментно, а является результатом параллельной и последовательной обработки информации на разных уровнях нервной системы. По мнению этого автора, увеличение адаптивности организма как системы должно быть связано с возрастанием возможности перестройки избирательного приема от одних сигналов к другим, с возможностью в различных ситуациях формировать разные двигательные реакции при предъявлении одного и того же сигнала, т.е. в целом с регуляцией селективности сенсорного обеспечения эффекторных аппаратов.

Достижение необходимого результата при организации любого поведенческого акта преопределяется минимизацией ошибочных реакций. Одним из основных способов избавления системы от неадекватных реакций является селективность сенсорного обеспечения эффекторных аппаратов (Г.А.Куликов, 1989).

Определение биологической значимости воздействий составляет сущность сенсорной функции мозга (Г.А.Куликов, 1989). Системы мозга, обеспечивающие оценку биологической значимости сенсорных сигналов, должны удовлетворять ряду требований (Г.А.Куликов, 1989). Во-первых, они должны быть связаны со специфическими образованиями сенсорных систем. Во-вторых, исходя из того, что вопрос о значимости сенсорных сигналов решается на основе доминирующей мотивации, входящие в их состав образования мозга должны быть тесно связаны со структурами лимбической системы. В-третьих, учитывая, что значимость одного и того же сенсорного стимула зависит от всей окружающей ситуации, т.е. показаний различных сенсорных систем, для этих образований должно быть характерным наличие полисенсорной конвергенции и способность к выраженным перестройкам первичного характера активности их нейронов. В-четвертых, исходя из того, что оценка биологической значимости сенсорных сигналов проявляется в активации определенной совокупности эффекторных аппаратов, эта система должна быть связана с организацией и регуляцией двигательных актов на основе избирательного характера отражения релевантных признаков сигналов. Всем этим требованиям, полагает Г.А.Куликов (1989), удовлетворяет таламо-фронтальная ассоциативная система.

Если оценка значимости сенсорного сигнала связана с выходом афферентного потока на определенные эффекторные аппараты, то, в зависимости от задачи и стадии ее решения, этот выход может осуществляться на разных уровнях нервной системы. В основе такой возможности лежит специфический характер избирательного реагирования слуховых нейронов на определенные признаки сенсорных сигналов и причастность данных уровней к организации определенных движений (Г.А.Куликов, 1989).

При наличии генетической запрограммированности принципиальной схемы связей в сенсорных системах их функциональная организация на верхних уровнях у высших млекопитающих формируется под влиянием факторов внешней среды с помощью механизмов торможения (D.H.Hubel, T.N.Wiesel, 1977; C.Blakemore, 1978). Формирование движений у высших позвоночных связано с переходом от врожденной, “запаянной” последовательности активации определенных мышечных групп к управлению отдельными элементами данной последовательности и с возникновением, соответственно, новых систем регуляции (P.Leyhausen, 1973).

В моторную кору проецируется множество разнообразных афферентов из различных подкорковых и кортикальных источников. В соответствии с их происхождением все можно разделить на три основные группы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 специфические, 2 ассоциативные и 3 неспецифические.

К специфическим входам относят волокна, идущие из специфических таламических ядер – VL, VPL, Po, – которые сами по себе являются местом обширной конвергенции афферентных входов. Специфические афференты восходят до III-IV слоев коры и разветвляются почти под прямым углом. Диаметр кольцевого веера до 1 мм. Кольцевые терминали образуют, в основном, аксо-дендритные и аксо-соматические синапсы.

К ассоциативным входам относятся афференты, идущие из ассоциативных ядер таламуса – CM, MD, VA, LP, специфических релейных ядер других модальностей НКТ и ВКТ, а также от других участков коры – полей 5, 7, ассоциативной теменной коры, височной и фронтальной ассоциативной коры, зрительной и слуховой коры, лимбической коры и от соответствующих точек контралатеральной моторной коры (А.С.Батуев, 1978). Ассоциативные афференты (каллозальные, кортико-кортикальные и таламо-кортикальные) диффузно распределяются в слоях II-IV, образуя чаще всего аксо-дендритные контакты. Неспецифические афференты идут, в основном, от неспецифических ядер таламуса, а также от ретикулярной формации заднего мозга и от гипоталамуса и восходят до слоев II-III, образуя контакты на апикальных дендритах пирамидных клеток и дендритах звездчатых клеток верхних слоев. Показано (А.И.Карамян, Т.Н.Соллертинская, 1972), что заднее гипоталамическое поле модулирует уровень активности неокортекса.

Внутрикортикальные афференты могут распространяться на расстояние до 700 мкм от места возникновения и образуют как аксо-дендритные, так и аксо-соматические контакты. Эти входы могут различаться по следующим параметрам (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 по типу синапса; 2 по расположению на нейроне (аксо-соматический, аксо-дендритный и т.д.); 3 по типу синаптического действия (возбуждающий, тормозной); 4 по типу нейромедиатора (холинергический, адренергический и пр.); 5 по потентности синапса. Необходимо учесть также и наличие дендро-дендритных контактов внутри одной колонки, функция которых может заключаться в синхронизации или коактивации клеток одной колонки (А.С.Батуев, В.П.Бабминдра, 1976).

В качестве структурного нейронного модуля сенсомоторной коры рассматривается несколько гнёздно расположенных пирамидных клеток, апикальные дендриты которых собраны в вертикально ориентированные плотные пучки (А.С.Батуев, 1981). На дендритах этих пучков выявлены синаптические окончания таламо-кортикальных, интра- и транскортикальных афферентов. Терминали всех этих афферентов имеют синаптические соединения асимметричного типа со сферическими везикулами (E.G.Jones, T.P.S.Powell, 1973). Нейронные кортикальные модули включают в свой состав тормозные интернейроны, аксоны которых образуют аксодендритные и аксосоматические синаптические соединения с пирамидными клетками. Горизонтально и вертикально ориентированные немиелинизированные аксоны, осуществляющие взаимосвязь между нейронными модулями СМК, являются коллатералями аксонов пирамидных нейронов и звездчатых клеток (E.G.Jones, T.P.S.Powell, 1973). Эти горизонтальные связи в пределах СМК обеспечивают тормозное взаимодействие между кортикальными модулями (А.А.Александров и др., 1983). Полагают, что ветвление таламо-кортикальных афферентов, коллатералей аксонов пирамидных нейронов и аксонов звездчатых клеток обусловливает существование функциональных объединений нейронных модулей СМК более высокого порядка (А.С.Батуев, 1981; В.П.Бабминдра, Т.А.Брагина, 1982). Принадлежащие звездчатым корзинчатым клеткам ГАМК-содержащие терминали аксонов оканчиваются как на соме, так и на дендритах кортикальных нейронов (M.Harandi et al., 1983) и обеспечивают влияние внутрикортикальных тормозных процессов на формирование избирательного характера реагирования нейронов СМК на акустические стимулы (Г.А.Куликов, 1989).

Показано, что большая часть (75%) таламо-кортикальных волокон из вентробазального комплекса оканчивается в сенсомоторной коре, в локальных участках диаметром 200-500 мкм на шипиках пирамидных нейронов, меньшая (25%) – на звездчатых нейронах (E.G.Jones, T.P.S.Powell, 1973; G.Werner, B.L.Whitsel, 1973). Большинство таламических, комиссуральных и корково-корковых афферентов оканчивается в IV слое с перекрытием III и V слоев (E.G.Jones, T.P.S.Powell, 1973). Пирамидные нейроны имеют апикальные дендриты, разветвления которых достигают всех кортикальных слоев (Г.А.Куликов, 1989). Расположение нейронов с широкими соматическими рецептивными полями (25% нейронов) не соответствует колончатой организации. Пирамидные и непирамидные нейроны моторной коры в целом получают одинаковые соматические сенсорные входы (C.Welt et al., 1967).

Наиболее важную информацию о параметрах текущего движения проводят пути обратной связи от соматических рецепторов – мышечных веретен, сухожильных органов Гольджи и суставных рецепторов. Эти пути формируют окончания на различных уровнях ЦНС вплоть до коры (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Показано (D,Albe-Fessard, J.Liebeskind, 1966; L.R.Young, 1975), что клетки пирамидного тракта (поле 4) могут активироваться стимуляцией мышечных рецепторов. Помимо мышечных веретен в моторную кору проецируются также волокна, идущие от сухожильных, суставных и кожных рецепторов. На обезьянах показано, что около 85% нейронов в зоне проекции ноги отвечают на стимуляцию суставов на контралатеральной конечности (E.E.Fetz, M.A.Baker, 1969). Наиболее эффективными стимулами для нейронов моторной коры являются разряды проприоцепторов при активном движении конечностей (R.B.Daroff, 1974; R.Porter, M.Lewis et al., 1972) или при нарушениях этого движения. Информация от соматических рецепторов, поступающая к нейронам моторной коры, может значительно модулироваться другими структурами двигательной системы мозга: базальными ганглиями и мозжечком, вклад которых неодинаков. Это иллюстрируется современными данными ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии) о том, что плотность D2-рецепторов в хвостатом ядре и скорлупе в мозге у здоровых лиц в 4-5 раз больше, чем в мозжечке (L.Farde et al., 1985; K.Wienhard et al., 1989; D.F.Wong et al., 1984).

Продемонстрировано наличие прямых и опосредованных связей различных образований слуховой системы с сенсомоторной корой (СМК). Доказано, что все уровни классического слухового пути связаны между собой пространственно упорядоченными восходящими и нисходящими волокнами, и ряд уровней имеет эфферентные связи со структурами мозга, способными непосредственно участвовать в организации и регуляции движений (Г.А.Куликов, 1989).

Таким образом, моторная кора, обладающая специфической организацией, служит морфологической основой тонкой кортикофугальной организации манипуляторных движений. Основным элементом ее является нейронное объединение первого порядка, проецирующееся на ограниченный участок спинного мозга и обладающее большим набором афферентных входов. Благодаря внутрикортикальным связям, эти объединения могут формировать группы более высокого порядка, определяя тем самым сложный паттерн кортико-мотонейронной активации и внутрисегментарного торможения для групп мышц (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§18. Стрио-паллидарная система. Существование мощных и многочисленных связей и цепей на всех уровнях двигательной системы предполагает их значительную роль в двигательном управлении. Многие из таких подкорковых цепей включают базальные ганглии (хвостатое ядро, скорлупа, бледный шар). С базальными ганглиями связаны также такие структуры вентромедиальной системы, как черная субстанция, субталамическое ядро, красное ядро, некоторые ядра ствола мозга и таламические ядра.

В хвостатое ядро, являющееся наиболее мощным и развитым, идут волокна преимущественно из трех главных источников (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 коры мозга, 2 таламуса и 3 черной субстанции. Практически все районы коры проецируются на хвостатое ядро, причем эти связи топографически организованы.

Другой мощный вход в стриатум образуют пути от черной субстанции, которые хорошо определены и морфологически и функционально. Они составлены дофаминергическими волокнами, идущими из компактной части черной субстанции (M.B.Carpenter, 1975; L. Maler et al., 1973).

Хвостатое ядро проецируется, главным образом, на бледный шар и черную субстанцию. Оба пути соматотопически организованы. Проекции в бледный шар более мощные.

Бледный шар, особенно его внутренний сегмент, представляет собой главную выходную структуру стриарной системы. Эфферентные связи бледного шара делятся на две группы: проекции из наружного и внутреннего члеников. Наружный членик топографически организованно проецируется на субталамическое ядро (C.J.Vogt, O.J.Vogt, 1920) и замыкает возбуждающую цепь: наружный сегмент бледного шара → субталамическое ядро → внутренний сегмент бледного шара (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Почти все клетки черной субстанции проецируются вверх в ростральные структуры мозга, за исключением небольшого количества волокон, идущих в ядра покрышки моста (L.Maler et al., 1973). Нигро-стриарные проекции соматотопически организованы и состоят, в основном, из моноаминергических (в частности, дофаминергических) волокон. Некоторое количество нигральных волокон поступает также в ядра таламуса (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Стриатум получает афферентные входы практически от всех отделов сенсорной и ассоциативной коры. Имеются данные о реагировании нейронов неостриатума только при формировании конкретных форм движения, вызываемых определенными для данного нейрона сенсорными стимулами (C.Maneto, T.J.Lidsky, 1986). Проекции же из него обусловлены почти исключительно таламическими ядрами. Выход базальных ганглиев на СМК может осуществляться посредством как прямых, так и опосредованных таламическими ядрами связей (В.У.Макоев, 1980; G.J.Royce, 1983). Таким образом, стрио-паллидарная система занимает стратегически важное место в передаче гетеросенсорных влияний на таламическое звено двигательной системы, в котором особо выделяют ядра VL и VA, являющиеся основными источниками специфических афферентов к моторной коре (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Нейроны стриатума, получающие афференты от кортикальных областей, оказывают тормозное воздействие на нейроны бледного шара и черного вещества (K.K.Sembo et al., 1987), являющихся, в свою очередь, тормозными в отношении проекций вентральных ядер таламуса (VL, VA, VM) на моторную область коры (S.T.Kitai, 1981). Таким образом, активация стриатума может избавить таламо-кортикальные нейроны от торможения.

Для нейронов различных отделов базальных ганглиев доказана возможность реагировать на стимулы разных модальностей, в том числе и акустические (Н.Н.Василевский, 1979). В деятельности ряда структур базальных ганглиев, как и СМК, проявляются черты селективности сенсорного обеспечения. Реакции нейронов базальных ганглиев на сенсорные стимулы возникают в поведенчески значимой для животного ситуации (E.V.Evarts et al., 1984).

Неостриатум высших млекопитающих принимает участие в обеспечении процессов сенсомоторной координации (Н.Ф.Суворов, 1980) и обеспечивает компенсацию некоторых нарушений поведения, возникающих после повреждения фронтальной ассоциативной области коры (Г.А.Куликов, 1989).


 

§19. Мозжечковая система. На основании распределения афферентных и эфферентных связей мозжечок может быть разделен на три основные части, которые обслуживают различные функции. Вестибулоцеребеллум управляет равновесием тела и постуральными реакциями. Спиноцеребеллум участвует в регуляции таких спинальных моторных функций, как активность генератора локомоторных движений и его взаимодействие с постуральными механизмами. Неоцеребеллум (вместе с неокортексом) связан с управлением манипуляторными движениями, т.е. управлением целенаправленным перемещением конечностей, баллистически точными движениями, выработанными движениями и пр. (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Мозжечковая кора получает два типа афферентных волокон – мшистые и лазающие (S.Ramon y Cajal, 1911). Оба типа волокон являются возбуждающими и отдают коллатерали в ядра мозжечка. Выход коры мозжечка представлен исключительно тормозными аксонами клеток Пуркинье (J.C.Eccles et al., 1967). Мшистые волокна опосредуют кортико-мостовые и кортико-ретикулярные мозжечково-петальные пути, а также прямые спинно-мозжечковые пути (E.Bizzi et al., 1972; J.C.Eccles et al., 1967; E.V.Evarts, W.T.Thach, 1969; J.Jansen, A.Brodal, 1954). Мосто- и ретикуло-мозжечковые мшистые волокна диффузно распределяются в коре мозжечка и обладают интегративными свойствами. Кортико-мостовые и кортико-оливарные проекции обладают точной соматотопической организацией (A.Brodal, 1972).

Показано (J.C.Eccles et al., 1967), что одно мшистое волокно возбуждает ряд других зернистых клеток, каждая из которых, в свою очередь, активирует до 450 клеток Пуркинье. Так как зернистые клетки активируют также тормозные интернейроны, то общий эффект возбуждения мшистого волокна состоит из ряда широко распространяющихся различных компонентов. Одно лазающее волокно, напротив, формирует очень мощный возбудительный контакт с 1-7 клетками Пуркинье. Считается, что система лазающих волокон является фазической и удобна, например, для остановки баллистических движений (R.Llinas, R.A.Volkind, 1973). Влияние мозжечка на среднемозговые структуры и нисходящие системы относится к прямому контролю спинальной активности.

Мозжечок, как и неокортекс, способен к регуляции собственного сенсорного входа, так как предмозжечковые релейные ядра (моста и др.) получают волокна из ядер мозжечка (A.M.Graybiel et al., 1973; N.Tsukahara, T.Bando, 1970; N.Tsukahara, T.Bando et al., 1971).

Многочисленные данные указывают на важную роль зубчатого ядра мозжечка в программировании целенаправленных движений конечностей в пространстве. Так, зубчатое ядро связано волокнами, обладающими большой скоростью проведения (“быстрым путем”), с той частью моторной коры, которая управляет мышцами проксимальных отделов конечностей, и “медленным путем” – с зоной дистальных мышц (L.Rispal-Padel, J.Latreille, 1974). Учитывая тормозные влияния клеток Пуркинье, полагают, что в остановке запрограммированных движений центральную роль играет система связей зубчатое ядро → красное ядро → нижняя олива → мозжечок (A.E.Walker, 1938).

Выявлены общие черты организации базальных ганглиев и мозжечка (J.M.Kemp, T.P.S.Powell, 1970). В обоих случаях имеются структуры (стриатум и кора мозжечка), которые оказывают преимущественно тормозное влияние на свои ядра (бледный шар и ядра мозжечка). Последние, в свою очередь, проецируются и на VL-VA, и на CM-Pf таламуса. Их основное функциональное значение состоит в том, что они включаются в системы формирования разных типов движения (т.е. быстрых и медленных).

Исследование нейрональной активности коры и ядер мозжечка при совершении активных движений показало, что они коррелируют как с поддержанием позы, так и с фазической двигательной реакцией (W.T.Thach, 1968, 1970), причем реакции клеток Пуркинье и ядер мозжечка реципрокны. Большая часть клеток мозжечка активируется вслед за началом движения, что говорит об участии мозжечка в регуляции движений по цепи обратной связи (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§20. Вентролатеральный таламус. Наиболее плотные афферентные связи в VA-VL образованы волокнами из мозжечковых ядер, бледного шара, моторной коры, черной субстанции и некоторых интраламинарных ядер (S.Edwards, 1972).

Ядро VL формирует основной таламо-кортикальный путь к моторной коре и является коллектором мозжечковых и стрио-паллидарных влияний (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Волокна из глубоких ядер мозжечка (зубчатого и промежуточного) проходят в ножках мозжечка и проецируются в контралатеральный таламус, особенно в VL (R.M.E.Carrea, F.A.Mettler, 1954; B.Cohen, V. Henn, 1972). Нейроны VL, в свою очередь, проецируются в моторную кору (P.L.Strick et al., 1972; A.E.Walker, 1938), причем у части нейронов этого ядра коллатерали одного и того же аксона идут как в СМК, так и к головке хвостатого ядра (M.Yanagihara et al., 1982). В восходящих мозжечково-фугальных связях преобладают волокна клеток зубчатого и промежуточного ядра (J.Jones, C.Beck, 1975).

В комплекс VL-VA проецируются также клетки бледного шара, перекрываясь с проекциями из зубчатого и промежуточного ядер мозжечка (J.Kievit, H.G.M.Kuypers, 1972), обеспечивая, таким образом, взаимодействие паллидо-фугальных и мозжечково-фугальных влияний (M.V.Carpenter, 1973; W.J.H.Nauta, W.R.Mehler, 1966). При этом паллидо-фугальные влияния являются тормозными, а мозжечково-фугальные – возбуждающими (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Имеющиеся внутриталамические связи выполняют роль фильтра, который регулирует эффективность таламо-кортикальной передачи в системе VL-VA-моторная кора (G.Bruggencate, 1976).

По мнению D.P.Purpura (1975), именно VL-VA представляют собой основное релейное звено передачи паллидарных и мозжечковых влияний на моторную кору. Нейроны VL, проецирующиеся в СМК и получающие мозжечковый вход от промежуточного и/или от зубчатого ядра, активируются при позных реакциях конечностей (D.B.D.Smith et al., 1970). При этом известно, что VL опосредует тормозные и возбуждающие влияния нейронов промежуточного ядра мозжечка на, соответственно, агонистические и антагонистические нейроны пирамидного тракта (L.Volsi et al., 1982). Полагают, что этим самым обеспечивается реципрокный характер воздействия мозжечка на кортико- и рубро-спинальные волокна, управляющие одной и той же мышечной группой.

Анатомически и физиологически показаны топографически организованные проекции из VL в моторную кору (P.L.Strick, 1973). При коагуляции локальных отделов VL максимальная плотность претерминальной дегенерации проявляется в III слое (P.L.Strick, 1973). Нейроны VL моносинаптически связаны как с быстрыми, так и с медленными клетками пирамидного тракта (M.Deschenes et al., 1982). Медиальные части VL проецируются преимущественно в поле 6, которое, в свою очередь, влияет, в основном, на аксиальную и проксимальную мускулатуру конечностей (L.Rispal-Padel, J.Massion, 1970; P.L.Strick, 1970). Латеральные части VL проецируются в поле 4, которое влияет на мускулатуру дистальных отделов конечностей. В VL найдены также нейроны с широко ветвящимся аксоном, который может заканчиваться как в зоне проекции дистальной, так и проксимальной мускулатуры (J.Massion, L.Rispal-Padel, 1972). Таким образом, организация конечного эффекторного кортикального сигнала обусловливается последовательной конвергенцией афферентных потоков в СМК от разных образований мозга (Г.А.Куликов, 1989). Соматический вход в моторную область коры необходим для сенсорного обеспечения точности и плавности тонких манипуляционных движений (H.Asanuma, 1981; E.V.Evarts, 1981), организация которых в норме преимущественно обусловливается частотной модуляцией импульсной активности нейронов пирамидного тракта (E.V.Evarts et al., 1983).

Таким образом, главные черты организации локомоторных движений у наземных позвоночных следующие. Основной элементарной единицей управления является сустав с соответствующими мышцами, которые способны к переменному движению. Ритмическое чередование активности флексоров и экстензоров нескольких суставов одной конечности основывается на ритмической импульсации спинального генератора шаганий. Его ритмическая активность, запускаемая тоническими супраспинальными влияниями, определяет, с одной стороны, последовательность активации флексоров и экстензоров, а с другой – модулирует передачу по спинальным рефлекторным цепям. Точное соответствие локомоторных движений условиям внешней среды и мотивационным факторам обеспечивается двумя механизмами (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 регуляцией активности спинального генератора субталамическими локомоторными структурами, которые определяют инициацию и скорость локомоции; 2 регуляцией моторного выхода спинального генератора. Основную роль в этом процессе играют спинальные и супраспинальные рефлекторные цепи коррекции. Между этими двумя механизмами существуют тесные взаимодействия и взаимовлияния, которые опосредуются мозжечком. Вестибулярные и шейные установочные рефлексы, определяя текущую позу, также влияют на организацию моторного выхода спинального генератора. Между спинальными генераторами отдельных конечностей существуют взаимосвязи по системе проприоспинальных путей, эффективность которых определяется селективными супраспинальными влияниями. Эти влияния настолько мощны, что при необходимости могут полностью инактивировать спинальные генераторы и соответствующие функциональные отношения между отдельными конечностями и даже отдельными сегментами одной конечности, чтобы обеспечить движение нужной произвольной формы.

В моторной коре создается точное распределение активных и заторможенных участков, благодаря фильтрующим влияниям стрио-паллидума и мозжечка на проведение информации в таламо-кортикальной системе. При этом мозжечок в большей мере связан с текущим контролем активности спинальных интернейронных систем и программированием быстрых движений, а стрио-паллидум осуществляет тонические влияния (позная преднастройка и программирование медленных движений), отражающие телецептивные влияния и генетически заложенные программы.

По мнению многих ученых, ЦНС обладает значительным количеством генетически закрепленных программ, которые имеют достаточно жесткие морфологические субстраты (хотя и могут проявляться на разных этапах постнатального онтогенеза и в разной степени подвергаться сенсорным влияниям). Среди таких программ можно отметить и локомоторную программу, базирующуюся на активности генетически преопределенного спинального генератора шагания, дыхательную, глотательную и пр. Эти врожденные программы могут объединяться в более сложные системы, как, например, система поддержания вертикальной позы (шейные установочные рефлексы, координационные отношения глаз и головы). Однако объединение этих программ в более сложные происходит только в процессе обучения при участии структур переднего мозга (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Таким образом, влияние коры на организацию движений может реализовываться несколькими путями (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 модуляцией активности спинальных и стволовых интернейронных генераторов; 2 прямой модуляцией моторного выхода при помощи кортико-мотонейронной цепи; 3 модуляцией сенсорного потока, идущего к различным сенсорным структурам. Возможно, что одна из основных функций кортикофугальных путей в механизмах центрального двигательного управления (т.е. осуществлении сложных движений, координации позных перестроек с медленными или быстрыми локальными движениями) может заключаться во взаимодействии кортикофугальных сигналов с активностью подкорковых или транскортикальных цепей обратной связи (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§21. Слуходвигательная координация. Для срабатывания мотонейронов необходимым условием является пространственная суммация импульсации ряда нисходящих трактов (П.Г.Костюк, 1973). Основными нисходящими путями спинного мозга к мотонейронам являются: кортико-спинальный, рубро-спинальный, текто-спинальный, вестибуло-спинальный, ретикуло-спинальный (П.Г.Костюк, 1973; P.C.Schwindt, 1981). Все нисходящие тракты широко разветвляются в спинном мозгу. При этом для филогенетически более старых (вестибуло- и ретикуло-спинальных) путей разветвленность выражена в большей степени, чем для новых (рубро- и кортико-спинальных) (N.J.Hayes, A.Rustioni, 1981). Все источники этих нисходящих путей получают афферентные входы из специфических образований различных сенсорных систем, в том числе зрительной и слуховой. Поэтому в настоящее время можно выделить несколько уровней сенсомоторного взаимодействия в организации ЦНС. Нижний уровень обеспечивает активацию мотонейронов среднего уха и глазодвигательного аппарата (E.Borg, 1973).

Для возникновения многих движений необходимы предшествующие позные перестройки, в организации которых существенное значение имеют рубро-спинальные и вестибуло-спинальные нисходящие пути. При этом формирование позных перестроек может преопределять изменение возбудимости (т.е. преднастройку) у мотонейронов, обеспечивающих возникновение адекватных реакций (Г.А.Куликов, 1989). Для позных перестроек существенное значение имеет вестибуло-спинальная система (P.C.Schwindt, 1981); за счет ретикуло-спинальных путей возникает реакция вздрагивания (M.Davis et al., 1982); ряд рефлекторных двигательных реакций и позных перестроек при воздействии сенсорных стимулов обусловливается сенсомоторным взаимодействием на уровне мозжечка (В.В.Фанарджян, 1975); ориентационные движения в сторону источника телецептивных сигналов преопределяются деятельностью текто-спинального пути (R.H.Wurts, J.E.Albano, 1980); организацию движений по поводу сигналов на основе приобретенного опыта связывают с базальными ганглиями и таламо-кортикальным уровнем (А.С.Батуев, 1981; Н.Ф.Суворов, 1980; J.M.Fuster, 1981). C.Pantev et al. (1988) показали существование тонотопической организации в височных отделах коры больших полушарий человека.

На уровне среднего мозга выход на моторные элементы осуществляется посредством рубро-спинального и текто-спинального трактов. На инициальных нейронах рубро-спинального тракта конвергируют ипсилатеральные кортико-рубральные и церебелло-рубральные (от контралатеральных промежуточных ядер мозжечка) пути (F.Murakami et al., 1982).

У большинства нейронов СМК существуют двусторонние возбуждающие слуховые входы (D.R.F.Irvine, H.Huebner, 1979), что рассматривается в качестве специфической особенности функциональной организации слухового входа различных ассоциативных и двигательных структур мозга (D.R.F.Irvine, H.Huebner, 1979; D.R.F.Irvine, 1980) по сравнению со специфическими образованиями слуховой системы. Бòльшая эффективность бинауральной стимуляции лежит в основе избирательного характера реагирования на определенное местоположение звукового образа (Г.А.Куликов, 1989). Кортико-рубральный вход образован коллатералями аксонов пирамидного тракта и кортико-рубральными волокнами. Возвратные коллатерали быстропроводящих аксонов пирамидного тракта посредством вставочных нейронов оказывают тормозное воздействие как на кортико-рубральные, так и на рубро-спинальные нейроны (N.Tsukahara et al., 1968). Показано участие СМК в обеспечении точной двигательной ориентировочной реакции на звук (E.V.Evarts, 1981).

Выход специфического слухового пути на красное ядро опосредуется передним двухолмием (D.R.F.Irvine, 1980). Для нижних слоев переднего двухолмия, причастных к организации ориентировочных реакций, характерно согласование пространственных телецептивных сенсорных и моторных “карт”. Переднее двухолмие является основным источником текто-спинального тракта, организующего ориентировочные движения в сторону источника сенсорных сигналов. Текто-спинальные влияния, участвующие в организации ориентировочных движений глаз и головы, опосредованы спинальными интернейронами (E.A.Murrey, J.D.Coulter, 1982). Задача ориентировочных движений заключается в формировании глазодвигательных реакций, направленных на установление рассматриваемого объекта в фовеальном поле зрения (M.P.Stryker, P.H.Schiller, 1975). На нейронах переднего двухолмия оканчиваются кортико-фугальные волокна из зрительных, слуховых, теменных и моторных областей коры. Переднее двухолмие обеспечивает также константность зрительного восприятия при движении глаз (C.K.Peck, 1984). Проекциями тегментальной области из глубоких слоев двухолмия обусловлены полисенсорные свойства нейронов медиодорсального ядра таламуса (J.L.Velayos, F.Reinoso-Suarez, 1982). Текто-спинальный тракт преимущественно связан с процессами зрительно-моторной координации (R.H.Wurts, J.E.Albano, 1980).

Таким образом, участие четверохолмия среднего мозга (источника текто-спинального пути) в организации ориентировочных движений обусловливается наличием нейронов, избирательно реагирующих на определенное положение источников акустических и зрительных стимулов в пространстве (Г.А.Куликов, 1989).

Для ориентации во внешней среде необходимо пространственное соотнесение локализации сенсорных стимулов и положения воспринимающего субъекта (Н.Ю.Алексеенко, 1978). Организация двигательной ориентировочной реакции в сторону источника звука происходит за счет активации заднего двухолмия и связанных с ним образований мозга. Существенное значение имеют центрифугальные влияния со стороны фронтальных и теменных отделов коры (Г.А.Куликов, 1989). Инвариантный характер локализации источника сенсорных сигналов (например, независимо от положения головы) преопределяется анализом как пространственных параметров, так и оценкой “схемы тела” при участии теменных отделов коры (А.С.Батуев, 1973а; Я.А.Альтман, 1983).

В целом полагают, что специфичность бинаурального взаимодействия в ассоциативных системах мозга связана с конечными этапами организации ориентировочных реакций. Функциональное превалирование центрального пространственного канала обусловлено его значимостью для формирования ориентационных движений, являющихся частью более общего механизма ориентации в пространстве (Г.А.Куликов, 1989). Таким образом, даже такие относительно простые движения, как ориентировочные, формируются за счет активации разных систем центрифугальных трактов на основе обработки информации на разных уровнях нервной системы (Г.А.Куликов, 1989).


 

§22. Стратегия и тактика в организации движения. В основе стратегии движения находится определенная (биологическая или социальная) мотивация, а каждый конкретный двигательный акт является шагом к удовлетворению этой мотивации, т.е. решает какую-то промежуточную задачу или цель (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Под тактикой понимают конкретный план движения, программу движения и способ ее реализации с учетом сигнальной значимости пространственно-временных факторов среды, прошлого жизненного опыта, общей стратегии и частной задачи. Иными словами тактика – это механизмы формирования программы целенаправленного движения (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Структура двигательного акта подчиняется некоторым основным требованиям, вытекающим из условий сохранения вида. Тактика, т.е. способ реализации программы действий, целиком зависит от условий окружающей среды. При этом вид мотивации существенно определяет набор используемых генетических двигательных программ. У высокоспециализированных животных и у человека выделяют большой набор филогенетически закрепленных мотиваций (или драйвов): голод, жажду, мочеиспускание, дефекацию, агрессию и др. Эти мотивации имеют свою врожденную основу, хотя многие из них не проявляются при рождении и созревают только при дальнейшем развитии, подвергаясь влиянию внешней среды.

Система мотиваций, с одной стороны, узкоспецифична, но достаточно разнообразна для того, чтобы удовлетворить основные потребности организма, а, с другой стороны, остается открытой и достаточно неспециализированной, что позволяет приспосабливаться к новым ситуациям (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). К сожалению этот вопрос слабо разработан применительно к стратегии движений. В особенности это касается принципа подбора жестко фиксированных двигательных программ, которые затем могут быть использованы в общей архитектуре двигательного акта.


 

§ 23. Организация мотивационного состояния. Процесс формирования мотивационного состояния можно представить как двухкомпонентный (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): с одной стороны, специфически организованное сенсорное влияние, опосредованное корой, на структуры среднего мозга, гипоталамус, стриатум и мозжечок и, с другой стороны, мощное восходящее влияние катехоламинергический системы, которое в значительной степени отражает как состояние глубоких структур мозга, так и кортикофугальные влияния. В результате их взаимодействия формируется такой набор активных структур мозга, который обеспечивает биологически адекватную программу текущего поведения. Это может происходить как за счет избирательного высвобождения встроенных двигательных программ, так и за счет избирательной активации ранее выработанных последовательностей операций.

Тактика движений, зависящая от условий внешней среды, будет определяться, в первую очередь, теми мозговыми структурами, которые занимаются обработкой сенсорных сигналов (т.е. сенсорными и ассоциативными полями неокортекса в затылочных, височных и теменных долях мозга). Показано участие фронтальной ассоциативной системы в предпусковом программировании двигательного акта. Согласно нейрогистологическим работам, на уровне неокортекса со структурами лимбической системы, определяющей мозговое обеспечение реализации внутренней сигнализации в поведении (Э.Ш.Айрапетьянц, Т.С.Сотниченко, 1967), преимущественно связана фронтальная ассоциативная область коры (W.J.H.Nauta, 1972).

На кортикальном уровне именно во фронтальных ассоциативных областях обнаружено первичное отражение качественных и количественных свойств доминирующей мотивации, определяющей реактивность нейронов на определенные виды сенсорной стимуляции. Это позволило предположить, что у взрослых форм высших млекопитающих фронтальная ассоциативная область коры имеет существенное значение в деятельности механизмов, обусловливающих выделение значимых признаков сенсорных сигналов. Наличие подобных механизмов может преопределять организацию адекватных поведенческих реакций на значимые сигналы (Г.А.Куликов, 1989).

Работами Н.В.Судакова (1979) показано, что при мотивационных воздействиях из всех корковых структур первично и преимущественно вовлекаются ростральные отделы. Автором получены данные, свидетельствующие об усилении при этом мультисенсорной конвергенции к нейронам СМК и о возможности конвергенции сенсорных и мотивационных возбуждений на одних и тех же нейронах СМК. Сенсомоторные и фронтальные отделы коры следует рассматривать не в качестве некого перманентного высшего координирующего центра, а как один из уровней сенсомоторной координации, обладающий, как и другие уровни, специфичностью сенсорного обеспечения и моторного выхода (Г.А.Куликов, 1989).

Доминирующая мотивация является одним из ведущих факторов, обусловливающих характеристики тонической активности центральных нейронов, специфичной для разных форм поведения (Б.И.Котляр, 1986). Полагают, что изменения центрального тонуса в соответствии с текущими задачами в организации поведенческих актов преопределяются перестройками хемочувствительности нейронов (Е.А.Кияткин, М.Кольдиц, 1986). У СМК при доминирующей мотивации происходит настройка не на определенные сенсорные сигналы как таковые, а настройки на сигналы к определенному действию (Г.А.Куликов, 1989).

По мнению Г.А.Куликова (1989), хотя в настоящее время еще трудно представить целостную картину активации нейронов различных структур мозга под влиянием доминирующей мотивации, есть основания выделить определенные “критические” мозговые системы. К таким системам относятся лимбическая и таламо-фронтальная. Доминирующая мотивация приводит к избирательным изменениям функциональной организации слухового входа фронтальной области коры, соответствующим биологически значимым формам слуходвигательной координации.

Одной из очень сложных задач, стоящих перед системой управления, является выбор ведущего кинематического звена (и, соответственно, его целевой функции). В значительной степени этот выбор преопределен исходной позой. Благодаря тому, что мотивация к началу движения опосредуется, прежде всего, ассоциативными зонами неокортекса и неостриатумом (который связан наиболее мощными связями с системой управления аксиальной мускулатурой), перестройка позы всегда опережает локальное движение (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). [Заметим, что это принципиальное положение не всегда учитывается при построении реабилитационных кинезиологических программ, включающих в себя методы лечебной физкультуры, массажа, мануальной терапии и пр. – С.И.]. Вследствие же того, что стриатум находится на пути сенсорных влияний к моторной коре, информация об исходной позе будет перераспределять активность моторной коры. На примере влияния позы на последующую картину движения видно, что субкортикальные управляющие структуры, такие как стриатум и мозжечок, формируют новое движение почти исключительно путем модификации состояния командных интернейронов во врожденных (генетически определенных) подсистемах управления. Диапазон этой модификации очень широк и у многих видов животных обнимает почти весь двигательный репертуар.

Выбор той или иной тактики, приспособление движения к условиям внешней среды предполагает решение, по меньшей мере, двух задач (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 ориентации в среде и 2 отбора биологически значимых сигналов.


 

§ 24. “Схема тела” и эгоцентрическая ориентация. Терминами “схема тела”, “образ тела” обозначают систему обобщенных представлений человека или животных о пространственных координатах тела и взаимоотношении его отдельных частей в покое или при движении (В.М.Смирнов, А.Н.Шандурина, 1973). Установлено, что основным звеном в системе схемы тела является таламо-париетальная система мозга (А.С.Батуев, 1977; М.О.Гуревич, 1937; А.Г.Смирнов, 1976; O.Pompeiano, 1973).

Показано (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978), что трехмерная модель, образ тела не является врожденной, а создается по мере обучения индивида в постнатальном онтогенезе на основе интеграции проприоцептивной, тактильной, вестибулярной и зрительной информации. Субсистема схемы тела создает информационные “образы тела” (“модели тела”), состоящие из двух структурно-функциональных блоков, первый из которых формирует “динамический” образ тела, а второй – совокупность центральных структур, составляющих основу аппаратов долгосрочной памяти (обеспечивает фиксацию, хранение и извлечение “статического” образа тела). Статический образ тела может существовать в виде множества эталонов – закодированного описания координат взаиморасположения частей тела на отдельных этапах заученного движения. Число таких эталонов непрерывно пополняется за счет обучения.

На основе постоянного взаимодействия первого и второго блоков осуществляется сличение динамических образов тела с их статическими аналогами, извлекаемыми из памяти, в результате чего создаются оперативные образы, отражающие не только состояние тела в данный момент (поза), но и его возможные изменения при движениях в будущем (адаптивная регуляция позы). Нарушения схемы тела, т.е. явления соматоагнозии и анозогнозии, обусловлены не только локальными повреждениями таламо-париетальной системы (А.С.Батуев, 1977), но и последствиями выключения ее из других общемозговых механизмов и функциональных систем (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).


 

§ 25. Связи таламо-париетальной ассоциативной системы. Теменная кора (у человека – поля 5, 7, 39, 40) является местом обширной конвергенции разнообразных афферентных путей и связана практически со всеми кортикальными отделами сенсорных систем и другими ассоциативными зонами коры с преобладанием проекций от зрительной и соматической систем, сохраняющих ретино- и соматотопическую организацию (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Теменная кора, кроме того, связана практически со всеми структурами моторной системы (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): со стрио-паллидарной системой через VA-VL, с мозжечком через VA-VL и интраламинарные ядра, с сенсомоторной корой через поле 5. В свою очередь, теменная кора направляет к этим структурам и нисходящие пути (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): часть аксонов клеток поля 7 входит в состав пирамидного тракта, часть распространяется в моторную зону неокортекса М1, в ядра моста (через поле 7, которое связано с мозжечком), в верхние холмы, подушку, LP, а часть – в хвостатое ядро, гипоталамус, миндалину. Очень важны пути из теменной коры во фронтальную ассоциативную кору (поля 8 и 46) и височную ассоциативную кору (поля 20, 21).

Таким образом, теменная кора находится на пути от специфических сенсорных систем к структурам, участвующим в непосредственной организации движения.

А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) особо выделяют две специальные подсистемы связей таламо-париетальной ассоциативной системы. Одна подсистема, включающая заднюю группу ядер Po, VL-VA и интраламинарные ядра вместе с CM-Pf, связана с физиологическими механизмами восприятия системы схемы тела. Другая, образованная афферентными путями от подушки, НКТ, зрительной (поля 18 и 19) и фронтальной (поле 8) коры, а также афферентными путями к верхним холмам и ядрам моста, связана с организацией движения глаз. На уровне теменной коры эти подсистемы в значительной степени перекрываются. Авторы полагают, что это перекрытие является основой совместной ретинотопический и соматотопической координатной системы.


 

§ 26. Участие таламо-париетальной системы в организации движений. Ориентационные движения и следящие движения глаз и конечностей являются задачей более высокого порядка, чем координация движения отдельных сегментов тела (так как последнюю можно рассматривать в отрыве от внешней среды). Отличительной чертой этих движений является то, что они привязаны к текущему моменту времени.

Полагают (О.П.Таиров, 1973), что теменная кора участвует в формировании не только целенаправленных ориентационных движений глаз, но и таких же движений головы, ушей, туловища и конечностей. Она участвует также в процессах формирования направленного внимания к разным частям тела аналогично зрительному вниманию. Можно утверждать, что теменная ассоциативная система служит центральным звеном механизма интеграции мономодальных сенсорных образов тела и окружающего пространства в единый многомерный образ (А.С.Батуев с соавторами, 1973), являясь интегрирующим звеном в зрительно-двигательной координации (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

В теменной коре (поле 5) обнаружены клетки, специфически реактивные к некоторым определенным сочетаниям суставных углов, т.е. определенным позам (E.M.Sedgewick, T.D.Williams, 1976). Ориентация тела в пространстве невозможна без учета как позы тела, так и его (тела) расположения относительно силы тяжести. В создании интегрального образа тела участвует и вестибулярная система, которая проецируется на нейроны теменной области коры (R.Jung et al., 1963).

Таким образом, специфичность функций таламо-париетальной ассоциативной системы определяется двумя моментами (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 с одной стороны, она участвует в формировании интегральной схемы тела, все части которого соотнесены не только друг с другом, но и с вестибулярными и зрительными сигналами; 2 с другой стороны, она участвует в регуляции внимания к текущим сигналам окружающей среды с учетом ориентации всего тела относительно этих сигналов.


 

§ 27. Нервные механизмы формирования программы действий. Побуждение к действию (драйв) и замысел действия, связанные с возбуждением подкорковых мотивационных областей и ассоциативной коры, формируют программу действия. Образование этой программы осуществляется с участием базальных ганглиев и мозжечка, действующих на двигательную кору через ядра таламуса. За осуществление движения отвечает кора и нижележащие стволовые и спинальные двигательные центры.

Самой сложной, филогенетически самой молодой и прогрессивной является способность формировать последовательность движений и предвидеть ее реализацию. Морфологически решение этой задачи связано с фронтальной ассоциативной системой (ключевой, но не единственной). Согласно формулировке J.M.Fuster (1981), функция фронтальной области коры заключается во временнòй организации сложной структуры поведения на основе механизмов памяти, прогнозирования и блокирования ирревалентных стимулов как из внешней, так и из внутренней среды. К.Прибрам (1975) основное внимание обращает на функцию лобных отделов коры в организации контекстуально зависимого поведения. S.Brutkowski (1965) делает акцент на ее роли в торможении побуждений и, соответственно с этим, в контроле за примитивными формами поведения, а Ю.В.Урываев (1978) указывает на роль лобной коры в переключении поведения с удовлетворения одной потребности на другую. Все эти представления подчеркивают значимость фронтальной коры в организации целостного поведения на основе процессов сенсомоторной интеграции (Г.А.Куликов, 1989). В этом плане интегрирующим является представление А.С.Батуева (1981) о роли таламо-фронтальной системы мозга в организации программы целенаправленного действия согласно доминирующей мотивации, прошлому жизненному опыту и наличной окружающей ситуации.

Таким образом, участие фронтальной области коры в организации поведенческих актов связано с функционированием механизмов гетеросенсорной интеграции и доминирующей мотивации, взаимодействие которых обеспечивает адекватность мотивации показаниям внешней среды, устранение “слепого” формирования поведенческих актов, исходя лишь из внутренних побуждений. При этом возможность сенсорного торможения одних мотиваций и выявление других зависит от степени их выраженности. В целом, полагает Г.А.Куликов (1981), участие фронтальной ассоциативной области коры в сенсорной организации движений обусловливается выявлением доминирующей мотивации, соответствующей (или не противоречащей) показаниям внешней среды, для организации двигательных реакций на значимые пусковые сигналы.

Возможность воспроизведения запрограммированной последовательности движений связана со способностью фронтальной ассоциативной системы запоминать и хранить в памяти такие последовательности. Вероятнее всего, что эти последовательности и содержание событий кодируются некоторым сокращенным способом (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Высшим отражением этого кодирования у человека является вербализация основных понятий движения. Следует добавить, что в современной физиологической науке в проблеме памяти еще не сформулирована строгая теория (Н.Н.Василевский, 1972).

Особая роль фронтальной области коры в восприятии речевых сигналов, в связи с ее значимостью в организации новых быстрых и точных движений, вытекает из логики модифицированной моторной теории речи (A.M.Liberman, G.V.Mattingly, 1985), так как артикуляционные движения по своей сути являются быстрыми, точными и формируются на основе обучения (Г.А.Куликов, 1989). Моторная теория речи постулирует, что в процессе восприятия речи человек определяет параметры управляющих моторных сигналов, необходимых для производства сообщения, подобного услышанному. Однако, Г.А.Куликов (1989) допускает, что сущность определения смысла речевых сигналов основана на формировании моторных сигналов не столько к артикуляционному аппарату, сколько к тому набору исполнительных аппаратов, активация которого может обусловить возникновение адекватной реакции организма. Соответствуют такому предположению наличие у людей разнообразных форм невербальной коммуникации, возможность неосознаваемого восприятия речевых сигналов (Э.А.Костандов, 1983).

При подходе к проблеме восприятия речи на основе процессов слуходвигательной координации Г.А.Куликов (1989) предполагает возможность формирования управляющего сигнала и даже сопутствующей активации выходных элементов без облигатной эффекторной реакции. Это согласуется с рядом имеющихся представлений о возникновении речи на основе первоначального существования жестов, мимики, звуковых сигналов как взаимосвязанных элементов экспрессивных форм поведения (Б.Ф.Поршнев, 1972; А.Н.Леонтьев, 1982; Б.В.Якушин, 1985). Согласно данным представлениям, первоначальное сосуществование озвученной последовательности движений на основе подражательной деятельности, столь характерной для приматов (Л.А.Фирсов, 1987), может обусловливать возможность целенаправленного обмена информацией, возникновение второй сигнальной системы. Согласно предположению Н.Э.Фарби (1976), для процесса антропогенеза важнейшее значение имело отсутствие у обезьян антагонистических отношений между локомоторной и манипуляционной функциями передних конечностей, обусловившее свободу последних и возможность употребления орудий труда. Экспериментально установленная невозможность независимой регуляции речевых сигналов и движений пальцев позволяет думать о наличии, по крайней мере, частично общих для их организации центральных механизмов (Smith et al., 1986).

У человека особенностью фронтальной коры является выраженность IV гранулярного слоя коры (J.M.Fuster, 1981). Фронтальные поля обладают кортико-кортикальными связями со многими другими участками коры (поля 7, 18-21). У всех млекопитающих ростральные отделы коры получают проекции медиодорсального ядра таламуса. В эволюции, считает А.С.Батуев (1973), полисенсорная интеграция возникает при формировании таламо-фронтальной ассоциативной системы мозга, что имеет определяющее значение для понимания ее участия в обеспечении полифункциональности одного и того же сигнала, т.е. в зависимости его смысла от ситуации. Потому только у высших млекопитающих можно выработать условный рефлекс на одновременный комплекс раздражителей разной модальности и угашение реакции на отдельные компоненты (А.С.Батуев, 1973). Поэтому возможность к вытормаживанию двигательных реакций на отдельные компоненты целостного мультимодального воздействия внешней среды появляется у животных организмов только на определенном уровне развития (Г.А.Куликов, 1989).

Через медиодорсальное ядро таламуса на префронтальную кору могут передаваться влияния гипоталамуса, базальных ганглиев, миндалины (W.J.H.Nauta, W.R.Mehler, 1966), а также влияния из района септума, вентральной парамедиальной зоны покрышки среднего мозга и интраламинарных ядер таламуса. Таким образом, по таламо-фронтальной проекционной системе может передаваться информация о мотивационном состоянии и сопутствующих висцеральных изменениях (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Фронтальная кора обладает значительно развитыми связями как с кортикальными, так и подкорковыми структурами. Основные кортико-кортикальные эфферентные пути связывают фронтальную кору с передней височной корой, нижней теменной долькой, с поясной и парагиппокампальной извилинами. Важно отметить, что из нижнего височного района идут значительные проекции в миндалевидный комплекс (M.Wiesendanger, 1969). Поэтому фронтальная кора может участвовать в регуляции активности не только височной и теменной коры, но и миндалевидного комплекса (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). А в лимбическую кору проецируются три ассоциативные кортикальные зоны (фронтальная, височная и теменная), которые, к тому же, обладают взаимными двусторонними связями. Структурам, относящимся к лимбической системе, главным образом, гиппокампу и миндалевидному ядру, принадлежит важная роль в регуляции сосудистого тонуса (С.Окс, 1969).

Помимо эфферентных связей с ядрами медиального таламуса фронтальная кора проецируется также на ряд других подкорковых структур (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): в преоптический район и гипоталамус; в парамедианную зону покрышки среднего мозга, включая вентральную часть центрального серого вещества, вентральную зону покрышки и ядро Бехтерева. Вместе с септальным районом эти структуры и их взаимосвязи составляют единую сложную мезодиэнцефальную систему, на которую проецируются различные компоненты лимбической коры, гиппокампа и миндалины (W.J.H.Nauta, 1961, 1971). Фронтальная кора проецируется также в стриатум, в субталамический район и в средний мозг (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Фронтальная ассоциативная система находится в реципрокных отношениях с двумя функциональными системами мозга (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978): 1 теменно-височной, которая связана с обработкой и интеграцией полимодальной сенсорной информации, и 2 теленцэфалической лимбической системой, включающей лимбическую кору и связанные с ней подкорковые образования, особенно гипоталамус и ассоциированные с ним районы среднего и промежуточного мозга. По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), характер связей заставляет предполагать, что фронтальная система включается и в сенсорные и в моторные механизмы мозга. Это особенно заметно на примере вентральной части фронтальной коры, наиболее тесно связанной с лимбической системой. Можно думать, продолжают авторы, что этот отдел является неокортикальным представительством лимбической системы и участвует таким образом в анализе и регуляции процессов внутренней среды организма. Это находит свое подтверждение в нарушении висцероэндокринных, аффективных и мотивационных реакций при повреждении фронто-орбитальных отделов коры мозга человека (Е.Д.Хомская, 1972).

Таким образом, специфичность участия фронтальных отделов коры в процессах сенсомоторной координации обусловливается совокупностью таких свойств ее функциональной организации, как полисенсорная конвергенция афферентных потоков, селективность сенсорного обеспечения, подверженность влияниям со стороны лимбической системы, способность к удержанию в следовых процессах характеристик сенсорных сигналов, возможность воздействия на эффекторные аппараты (Г.А.Куликов, 1989).

Необходимо помнить, что все элементы двигательных систем одномоментно связаны между собой, так что изменение состояния любого звена системы влечет за собой сдвиг состояния всей двигательной системы в целом. По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), в каждом реальном движении взаимодействуют практически все перечисленные уровни управления (но в разной пропорции, в зависимости от текущих условий осуществления движения).

Всеобщей закономерностью деятельности системы управления движениями является интенсивное использование обратной связи. В это понятие входит не только классическая проприоцептивная обратная связь от инициированного движения, но и активация систем поощрения или наказания любым сенсорным сигналом, возможно, прямо и не связанным с текущим движением (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978). Необходимо также включить внутреннюю обратную связь, т.е. информацию об активности нижележащих уровней исполнительной двигательной системы или даже эфферентную копию самой команды. Как показано в ряде исследований (И.Б.Козловская, 1976), сохранения только этого вида обратной связи достаточно для выработки новых двигательных реакций. По мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), сейчас представляется не совсем правомочным жесткое деление движений на медленные (или следящие) и баллистические (или препрограммированные), так как на самом нижнем (сегментарном) уровне любое движение по структуре является следящим (Б.Ф.Ломов и др., 1975). Но для движений разной сложности и скорости протекания обратная связь может замыкаться на разных уровнях, так что более вероятно считать, что оба типа управления – препрограммирование и слежение – могут сосуществовать в системе управления одним и тем же типом движения (А.С.Батуев, О.П.Таиров, 1978).

Говоря о регуляторных механизмах функциональных систем, состоящих из многих анатомических структур, в каждой из которых имеется огромное число отдельных клеточных элементов, нельзя обойти вопрос, каким образом достигается их согласованная деятельность. Несомненно, пишет Н.Н.Василевский (1972), общий план взаимодействий определяется эволюционно сформированными и генетически закрепленными нервными путями, составляющими анатомическую основу конструкции мозга. Такое предположение согласуется и с общими принципами эволюции, сформулированными еще И.М.Сеченовым, который писал, что из сопоставления форм, не очень значительно удаленных друг от друга, оказывается, что расчленение не есть процесс возникновения новых органов и жизненных отправлений, а развертывание и обособление как с форменной, так и с функциональной стороны того, что на предшествующей ступени развития было уже дано, но слитно и не расчленено. В целом, считает Г.А.Куликов (1989), исходя из логики рефлекторной теории, можно думать, что организация адекватной двигательной реакции является результатом параллельного задействования определенного набора рефлекторных связей на разных уровнях мозга. При этом в соответствии с классическими принципами интегративной деятельности мозга (М.Н.Ливанов, 1972; П.Г.Костюк, 1973; О.С.Адрианов, 1976; А.С.Батуев, 1981) конечный результат будет определяться взаимодействием, пространственно-временнòй суммацией и синхронизацией импульсных потоков в совокупности нисходящих трактов.

Однако этот подход, по мнению А.С.Батуева и О.П.Таирова (1978), отражает лишь возможные пути передачи нервных влияний и сравнительно мало или ничего не дает для понимания того, что и как передается по тем или иным каналам связи, и каким образом обеспечивается интеграция и регулируемая генерализация (переключения) различных эффектов. Для связи между отдельными функциональными системами мозга должен существовать отдельный универсальный механизм, который обладает свойствами проводить возбуждение в различных направлениях. По мнению многих авторов – Гасто (H.Gastaut et al., 1978), А.Фессара (1962), Джаспера (H.H.Jasper et al., 1955), Дж.Моруцци (1962), такая функция всецело связана с деятельностью ретикулярной неспецифической системы мозга. Неспецифическая система мозга, пишет П.В.Бундзен (1972), является в высшей степени адаптивной системой управления, способной в широких пределах перестраивать функциональную организацию специфических и неспецифических сенсорных подсистем как с целью минимизации энергозатрат, так и с целью повышения текущей информационной емкости мозга.

Вместе с тем в изучении механизмов построения движений остаются еще огромные белые пространства, к которым А.С.Батуев и О.П.Таиров (1978) относят принципы порождения плана двигательного поведения, принципы запоминания и воспроизведения последовательности двигательных актов, а также формирование встроенных двигательных программ в пре- и постнатальном онтогенезе (в норме и тем более при патологии. – И.С.).

Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009-2012