Психофизиология алкоголизма

Влияние острого введения этанола на разные формы поведения животных и человека исследуется во многих работах психологического, нейрофизиологического, клинического, генетического направлений. Действие этанола на активность нейронов зависит от ряда факторов: от дозы, кон-

2. ПСИХОФИЗИОЛОГИ?

JJJIiU-

_____ i

4UU/

Рис. 2.1. Действие бария на электрическую активность нейрона ЛПаЗ

а — ответ нейрона на микроаппликацию ацетилхолина (АХ) и на электрический стимул силой 1,25 нА

в нормальном физиологическом растворе; б — в безнатриевом растворе через 3 мин инкубации;

в — в бескальциевом растворе через 5 мин инкубации; г — в нормальном растворе через 15 мин;

д — в растворе с добавлением хлорида бария через 3 мин; е — в растворе, содержащем хлорид

бария, через 5 мин; ж — в растворе с хлоридом бария через 6 мин. Генерирование продленных ПД;

з — ответы на электрический стимул силой 1,25 нА в растворе с хлоридом бария. Продленные ПД

начинают развиваться во время действия АХ; и — через 15 мин в растворе с хлоридом бария ответ

на применение деполяризационного стимула силой 1,25 нА. Продленные потенциалы при действии

электрического стимула; к — в нормальном растворе через 1 ч 30 мин отмывки ответ на АХ

и на электрический стимул прежней силы. Калибровка: 10 мВ, 1 с

центрации в крови и ликворе, способа введения, вида наркоза. В экспериментах на кроликах показано, что наиболее чувствительны к действию этанола палео- и неокортикальные образования, в том числе структуры лимбической системы [Klernm et al., 1976]. Реорганизация активности лимбических структур является существенным звеном в механизмах формирования потребности в алкоголе. В одном из опытов исследовали активность нейронов коркового отдела лимбической системы, которая с морфологической точки зрения характеризуется богатством связей с другими областями коры и особой стратегической позицией структуры, связывающей неокортикальные области и гиппокамп. В лимбической коре обнаруживается максимальное по сравнению с другими областями коры количество терминалей,

содержащих дофамин, нарушение обмена которого играет, погвидимому, ключевую роль в патогенезе алкоголизма.

Нейронные механизмы действия этанола. Информация о клеточных механизмах действия этанола получена в основном в экспериментах на периферических отделах нервной системы позвоночных или же на препаратах ЦНС беспозвоночных животных [Lima-Landmann et al., 1989; Schwartz, 1985]. Все результаты этих опытов могут.быть представлены тремя группами фактов: 1) этанол вызывает специфическое снижение возбудимости нейронов, связанное с изменением потен-циалзависимых ионных проводимостей, лежащих в основе генерации потенциалов действия (ПД); 2) этанол оказывает непрямые действия на возбудимость, влияя на пассивную проницаемость мембраны;

. 1. Общая психофизиология

3) этанол приводит к изменению синап-тической передачи, влияя на высвобождение медиатора и на мембранно-связанные чеморецепторы. Тем не менее непонятно, нляется ли действие этанола специфичным для каждого нейрона или же зависит от места, которое занимает в системе данный исследуемый нейрон. Кроме того, неизвестно, какие концентрации этанола непосредственно воздействуют на ЦНС и какого вида изменения электрической возбудимости и хемочувствительности возникают при действии этанола на ней-гоны. Частично ответы на эти вопросы получены в опытах с использованием внутриклеточной регистрации электричес-%!ix процессов; стимулами были микро-аппликации ацетилхолина_;(АХ) и внутри-%леточные деполяризационные импульсы электрического тока, вызывающие генерацию ПД и активацию пейсмекерных потенциалов.

Время пребывания нейронов в этанол-.одержащих растворах не превышало 15—) мин. На фоне стабильного уровня МП эбнаружилось уменьшение амплитуды исходного ответа на АХ вплоть до полного исчезновения. Крайне редко проявляется повышение чувствительности, Хотя такое увеличение чувствительности в аб-.олютных единицах не слишком велико —.оставляло 5—7 мВ при исходной ампли-ле ответа 12-18 мВ — тем не менее оно.ущественно для понимания механизмов ействия этанола на рецепторы мембраны. Повышение чувствительности обнаружили)лько для нейронов, имевших исходный кюудительный ответ. Имело место также •вменение знака исходного ответа. У не--.оторых нейронов инкубация в этанол-ржащем растворе не вызвала никаких вменений исходного ответа на медиатор, ггы показывают, что изменение хемо-твительности зависит от концентра-этанола в физиологическом растворе, означает, что при действии одной кон-Фации эффект может проявляться в ышении хемочувствительности, а при • ой — в ее снижении вплоть до полного -•зновения. Интересно также то, что юлее сильно выраженные изменения (чувствительности могут развиваться о время действия этанола, а позже, уже

после замены этанолсодержащего раствора нормальным.

Устойчивым оказался уровень МП исследованных нейронов. Фактически не отмечено случаев изменения МП более чем на 5 мВ при инкубации нейронов в физиологических растворах, содержащих этанол в концентрациях до 0,1% в течение 60 мин. Изменения МП обнаружены при инкубации клеток в 1%-ном этанол содержащем растворе. При инкубации нейронов в течение менее 60 мин погибает около 30% нейронов, из них 12% -- при инкубации в 1%-ном этанолсодержащем растворе в течение около 15 мин. Гибели нейронов предществует медленная деполяризация.

Сложны и неоднозначны влияния этанола на процессы спайкогенерации и состояние пейсмекерного механизма нейронов, В зарегистрированных нами случаях обнаружено как полное выключение спайкогенерации и пейсмекерной,активности, так и явление активации пейсмекерного механизма, приводящее к увеличению числа и амплитуды пейсмекерных колебаний и ПД. Наблюдалось постепенное падение амплитуды ПД во время инкубации нейронов в этанолсодержащих физиологических растворах. Для анализа явлений, развивающихся при действии этанола, применили метод замещения нормального физиологического раствора безнатриевым и бескальциевым, а также этанолсодержа-щим безнатриевым и бескальциевым растворами. Результаты показывают, что при действии этанола изменения электрогенеза и состояния пейсмекерного механизма вызывают прежде всего изменение «рисунка» ответа на прямое электрическое раздражение. Контрольные опыты показывают, что если генез ПД определяется в основном ионами Са++, то действие этанола приводит к значительным изменениям характера ответа на электрический стимул. Если же ПД оказываются натрийзависи-мыми, то действие этанола на структуру ответа выражено в меньшей степени.

На основании проведенных опытов можно предполагать, что кальциевые и натриевые процессы, обеспечивающие генерацию ПД и активацию пейсмекерного механизма, имеют разную чувствительность к этанолу. Наиболее высока она у

2. психоФизиог:

кальциевой системы. Влияя на кальциевую проводимость, этанол не только изменяет структуру ответа нейрона, но и нарушает генез ПД, тем самым изменяя функциональные возможности нейрона. Опыты, проведенные на изолированных нейронах виноградной улитки, показали, что действие этанола непосредственно на хемочувствительность и электровозбудимость эффективно даже при его концентрации 0,01% в нормальном физиологическом растворе. Влияния на электрическую активность нейронов зависят от концентрации этанола в окружающем физиологическом растворе и различны для разных концентраций. Действие этанола специфично для каждого нейрона. Разнонаправ-ленность действия этанола обнаружена не только для нейронов разных структур мозга, но и для нейронов внутри одной структуры (Александров и др., 1990].

Нейронные системы и этанол. Опыты, направленные на исследование тонких синаптических и эндонеирональных механизмов действия этанола, демонстрируют глобальность изменений в работе клеток после воздействия этого вещества и разнообразие проявлений такого влияния. Как же отражается изменение активности нервных клеток на функционировании нейронных систем, опосредующих реализацию определенных форм поведения? В создании нейронной системы принимают участие элементы многих структур мозга, которые характеризуются различиями метаболических процессов и нейрофунк-циональных специализаций. Результаты опытов, выполненных на разных уровнях, показывают, что кроме прямого действия на мембрану нейрона этанол, изменяя активность других нейронов, а также практически все этапы метаболизма, оказывает и непрямое действие, которое определяется особенностями медиаторных и реиеп-торных систем, кровоснабжения, связей данной структуры и данного нейрона.

Для сопоставления данных о действии этанола на нейронном и поведенческом уровне необходимо знать, какова роль соответствующих групп нейронов в обеспечении этой формы поведения. В экспериментах на кроликах, обученных инструментальному пищедобывательному пове-

дению, Ю.И.Александров с соавт. [19 1991] выясняли, какие изменения акт ности нейронов лимбической и м< областей коры соответствуют нарушен этого поведения, вызванному внутри г: шинным введением 12%-ного раствс этанола в дозе 1 г/кг. В экспериментах животных, в том числе на кроликах показано, что кора мозга относи к структурам, наиболее чувствите:п>^;к действию этанола. После введения эт нола число активных нейронов и патте; специализации нейронов моторной к остается неизменным. Тем не менее н.т" вовлекающихся в обеспечение повело' нейронов моторной коры изменяется счет вовлечения в этот процесс одних к. ток и исключения других. Величина отш шения частоты активации к частоте фо^ вовлекающихся нейронов возрастает. В мс горной коре число активных нейроне после введения этанола не изменяло. Оставался неизменным и паттерн их повс денческой специализации; ни для одно из групп не было обнаружено внутригруп повых изменений соотношения числа ней ронов разных подгрупп. постоянсте паттерна специализации обусловило; неизменность «суммарной картины активности нейронов. Особенно подчерк нем отсутствие изменений после введени: этанола числа обнаруживаемых в мотор ной коре О-нейронов (нейроны, имеющие различную поведенческую специализа цию, сформированную при обучении). Этс позволяет предполагать, что группа О-нейронов не гомогенна. В пользу данного предположения свидетельствует также полученный ранее факт о различной выраженности влияния этанола на О-нейроны. лежащие в разных слоях коры. Однако стабильность паттерна специализации и «суммарной картины» активности в моторной коре не означает неизменности состава нейронов. После введения этанола наблюдается уменьшение представленное!!! вовлекающихся нейронов в верхних слоях и увеличение — в нижних. Эти изменения являются функциональными, не связанными с гибелью нейронов.

Результаты опытов, выполненных на кроликах в свободном поведении, показывают избирательное угнетающее влияние

2.1. Общая психофизиология

этанола на фоновую активность. Это избирательное угнетение может быть следствием как прямого, так и непрямого влияния этанола. С применением метода ионофореза было показано, что химическая чувствительность спонтанной активности и отдельных фаз вызванных разрядов у определенных нейронов различается. Такое различие химической чувствительности может быть основой прямого избирательного влияния этанола на фоновую активность.

Известно, что лимбические структуры играют существенную роль в процессах формирования зависимости от алкоголя, количество активных нейронов в лимбичес-кой коре животного достоверно уменьшается по сравнению с контролем (введение физиологического раствора). Это уменьшение имело место за счет избирательного угнетения активности О-нейронов; абсолютное число Д-нейронов (нейроны, специализированные на ранних этапах индивидуального развития) не изменялось. Можно было сделать вывод, что в этой

•оласти мозга количество О-нейронов, специфически чувствительных к действию этанола, достоверно превышает количество Д-нейронов. Количество активных нейронов в проходке микроэлектрода по сравнению с контрольными опытами умень-ось на 1/3. Паттерн специализации ронов антеролатеральной моторной коры кроликов в норме характеризуется • обратным по сравнению с лимбической •,орой соотношением О-нейронов и ос-

дльных групп клеток. В моторной коре О-нейронов меньше, чем Д-нейронов. Паттерн поведенческой специализации

,-иронов, зарегистрированных в лимби-

; ее кой системе, после введения этанола изменился. Количество нейронов в новых icMax, сформированных при обучении животных инструментальному поведению, уменьшилось более чем на 50%, а нейронов, обеспечивающих реализацию поведения, сформированного на предыдущих этапах индивидуального развития, увеличилось с 18 до 36%. В моторной области коры, в отличие от лимбической, после острого введения этанола паттерн поведенческой специализации и число активных нейронов не изменяются. В основе нару-

2 Современная психолошн

шения поведения при остром введении этанола лежит сложная комбинация эффектов этанола, качественно различных для разных областей коры: изменение набора нейронов, вовлекающихся в обеспечение поведения; уменьшение числа нейронов, принадлежащих ко вновь сформированным системам, и угнетение межсистемных отношений.

Число нейронов, выявляемых в микроэлектродном треке, уменьшается на 1/3. Соотношение же нейронов, участвующих и не участвующих в пищедобывательном поведении, остается постоянным. Это говорит о том, что этанол при остром введении по-разному влияет на нейроны разных специализаций. Процентное содержание нейронов, специализированных относительно систем, формируемых на начальных и завершающих стадиях обучения, изменяется: первых - - возрастает, вторых -падает. Нарушению пищедобывательного поведения при остром введении этанола соответствует уменьшение числа активирующихся в поведении нейронов лимбической коры и изменение паттерна активности нейронных систем.

Является ли избирательное угнетающее действие этанола на нейроны новых систем закономерностью, общей для разных видов животных? На крысах было показано, что введение этанола редуцирует имеющуюся в норме зависимость ответов нейронов первичной соматосенсорной коры крысы на стимуляцию их рецептивных полей от поведенческого контекста. Особая чувствительность нейронов новых систем может рассматриваться как механизм феноменов, выявляемых при исследовании влияния острого введения этанола на память у людей и животных: этанол действует на использование, приобретение и сохранение нового материала. Действие острого введения этанола на поведенческие акты определяется не только последовательностью их формирования, но и взаимодействием ряда факторов.

В основе нарушения воспроизведения приобретенной формы поведения может лежать феномен диссоциированных состояний. Многократно описанное в литературе явление диссоциации может выражаться как в невозможности реализовать в одном

2. ПСИХОФИЗИОЛОГИ

состоянии поведение, сформированное в другом состоянии, так и в ухудшении характеристик его реализации. А.А. Аза-рашвили [1981] выдвинул гипотезу, объясняющую феномены диссоциированного обучения: при введении фармакологического вещества формируется «нейронная сеть», отличающаяся от той, которая реализовывала определенное поведение в норме. Факты, полученные в опытах с использованием этанола в ситуации обучения пищедобывательному поведению, подтверждают эту гипотезу. Для достижения результатов при остром введении этанола формируется особая система, отличающаяся от исходной по числу и паттерну активности нейронов. Различие сравниваемых интеграции, по-видимому, возрастает от более старых к более новым системам. Реализация инструментального пищедобывательного поведения в норме и при введении этанола обеспечивается активностью разных наборов нейронов. Вероятно, подобные различия лежат в основе феномена диссоциированного обучения.

Нарушению инструментального пищедобывательного поведения у кроликов под влиянием этанола соответствует уменьшение числа активных нейронов лимбической коры и изменение паттерна их поведенческой специализации. Зависимость действия этанола от специализации нейрона проявляется в том, что процентное содержание нейронов, обеспечивающих реализацию наиболее новых систем, сформированных при обучении животных инструментальному поведению, уменьшается, а нейронов, обеспечивающих реализацию систем, сформированных на предыдущих этапах индивидуального развития, увеличивается. Таким образом, результаты исследования показывают, что основное различие во влиянии этанола на активность нейронов в моторной и лимбической областях коры состоит в следующем: после введения этанола число активных нейронов, паттерн поведенческой специализации и уровень активности изменяются в лимбической, но не в моторной коре. Это связано, по-видимому, не только с исходным различием паттернов специализаций нейронов сопоставляемых структур, но и

с различием свойств нейронов этих облас тей, принадлежащих к одному и тому ж типу поведенческой специализации. Те? не менее неизменность числа активны нейронов и паттерна их специализации н означает, что этанол не влияет на участи нейронов Моторной коры в обеспечена поведения. В моторной коре, так же ка: и в лимбической, набор вовлекающихся обеспечение пищедобывательного пове дения нейронов изменяется за счет рекру тации в этот процесс одних клеток i исключения других. Кроме того, значи,м< изменяются частотные характеристик} импульсной активности вовлекаемых ней ронов.

Проведенное сопоставление показывает что различия между эффектами этанола н; моторную и лимбическую области корь не просто количественные. Этанол влияе-на моторную кору иным образом, чем т лимбическую. Нарушения поведенш животных, наблюдаемые при введенш этанола, могут иметь в основе комбинацию этих сложных эффектов: изменение набора нейронов, вовлекающихся в обеспечение пищедобывательного поведения уменьшение числа активных О-нейроно! и угнетение межсистемных отношений.

Постсинаптические механизмы пластичности и этанол. Этанол изменяет воспроизведение заученной формы поведения В основе этого явления лежит искажение межсистемных отношений различны> структур мозга, нервные клетки которы> участвуют в реализации энграммы. Чтобы выяснить, какие именно нейронные процессы изменяются под действием этанола во время обучения, были выполнены опыты, в которых регистрировали внутриклеточную активность отдельных нейронов. Такие опыты проведены на изолированных нейронах моллюска при концентрации этанола в физиологическом растворе 0,1%.

Результаты показали, что при моделировании ситуации привыкания, когда один и тот же стимул применяется много раз до достижения критерия обучения, присутствие этанола может полностью блокировать развитие пластических эффектов. Нарушение пластичности затрагивает различные виды ее реализации. Если в норме привыкание было выражено изменением коли-

2.1. Общая психофизиология

чества потенциалов действия и амплитуды пейсмекерных колебаний, то в присутствии этанола эти изменения могут полностью блокироваться или замещаются противоположным по направлению эффектом, т. е. вместо привыкания развивается фасилитация (рис. 2.2). После восстановления хемочувствительности к нейромеди-

Список литературы

Азарашвили А.А. Исследование механизмов памяти с помощью физиологически активных соединений. М.: Наука, 1981.

Александров И.О., Максимова Н.Е. Функциональное значение колебания Р,₀₀//Психол. журн. 1985. Т. 6, № 3. С. 86-95.

Александров Ю.И., Греченко Т.Н. Действие этанола на электрическую активность изолированных

Рис. 2.2. Влияние этанола в концентрации 0,1% на пластичность ответов к электрической внутриклеточной стимуляции у нейрона ЛПаЗ

а — ответ нейрона на микроаппликацию ацетилхолина и изменение ответов при повторном применении электрического деполяризационного импульса тока силой 1,5 нА длительностью 2,5 с, предъявляемого с частотой один раз в 30 с. Цифры у левого нижнего угла нейрограмм соответствуют номеру предъявляемого электрического стимула; б — вторая серия предъявлений электрических импульсов прежних параметров; в — развитие процесса при действии повторяющихся стимулов через 26 мин инкубации нейрона в этанолсодержащем физиологическом растворе. Концентрация этанола 0,1%. Обозначения прежние; г — применение безнатриевого (1) и бескальциевого (2) растворов для контроля изменений ионной проводимости после пребывания в этанолсодержащем физрастворе; д — изменение направления динамики развития реакции через 1 ч пребывания нейрона в физиологическом раст-воре с этанолом. Калибровка: 10 мВ, 1 с

горам пластические изменения чувстви-:льности постсинаптической мембраны гиобретают форму быстро развивающейся гсенситизации — уже второе или третье ^именение нейромедиатора становится июэффективным. Контрольные опыты, которых производилось изменение ион-:го состава физиологических растворов,:казали, что при длительном действии *анола происходит нарушение динамичес-

го взаимодействия каналов кальциевой и:триевой проводимости. Можно предложить, что именно это звено является гитичным для искажения пластических -рестроек нейронной активности в эта-

лсодержащих физиологических раство-

нейронов виноградной улитки//Журн. высшей нервной деят. 1991. Т. 41, № 2. С. 423-426.

Александров Ю.И., Гринченко Ю.В., Свет-лаев И.А. Влияние острого введения этанола на реализацию поведения и его нейронное обеспече-ние//Журн. высшей нервной деят. 1990. Т. 40, № 3. С. 456-465.

Александров Ю.И., Гринченко Ю.В., Лаук-ка С. и др. Влияние острого введения этанола на активность нейронов моторной области коры кролика в пищедобывательном поведении//Журн. высшей нервной деят. 1991. Т. 41, № 4. С. 806-815.

Греченко Т.Н. Нейрофизиологические исследования памяти. М.: Наука, 1979.

Греченко Т.Н., Соколов Е.Н. Нейрофизиология памяти и обучения: Руководство по физиологии (Механизмы памяти). Л.: Наука, 1986. С. 132-172.

Греченко Т.Н., Хлудова Л.К. Нейрофизиологический анализ паттерна ответа на прямое электрическое раздражение нейронов ЛПаЗ и ППаЗ виноградной улитки//Журн. высшей нервной деят. 1990. Т. 40, № 3. С. 597-599.

2. ПСИХОФИЗИ

Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. М.: МГУ, 1992.

Максимова Н.Е., Александров И.О. Типология медленных потенциалов мозга, нейрональная активность и динамика системной организации поведения // ЭЭГ и нейрональная активность в психофизиологических исследованиях. М.: Наука, 1987. С. 44-72.

Соколов Е.Н. Механизмы памяти. М.: МГУ, 1969,

Соколов Е.Н. Нейронные механизмы памяти и обучения. М.: Наука, 1981.

Соколов Е.Н. Принцип векторного кодирования в психофизиологии//Вестник Моск. ун-та. Сер. Психология. 1995. № 4. С. 3-13.

Соколов Е.Н. Пейсмекерный потенциал в нейронной организации//Системный анализ интег-ративной деятельности нейрона. М.: Наука, 1974. С. 41- 52.

Хлудова Л.К., Греченко Т.Н. Проблемы нейроэкологии: действие солей тяжелых метал-лов//Вестник Моск. ун-та. Сер. 14. Психология. 1994. № 1. С. 28-36.

Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир, 1990.

Faber D.S., Klee M.R. Actions of ethanol on neuronal membrane properties and synaptic trans-mission//Alcohol and opiates: (neurochem. and behav. mech.). N.Y.: Acad. Press, 1977. P. 40-63.

Grechenko T.N. Active memory: neurophysiolo-gical researching//J. Rus. East Eur. Psychology. 1993. V. 31, № 5. P. 55-72.

Klemm W.R., Mallari C.G., Dreyfus L.R. et al. Ethanol-induced regional and dose response differences in multiple activity in rabbits//Psychopharmacol. 1976. V. 49, № 2. P. 153-159.

Lima-Landman M.T.R., Albuquergea E.X. Ethanol potentials and blocks NMDA-activated single-channel currents in rat hippocampal pyramidal cells//EBS Left. 1989. V. 247, № 1. P. 61-67.

Penfield W. The mind's brain mecanism//Excerpta Medica. 1969. V. 193. P. 179.

Schwartz M.H. Effect of ethanol on subthreshold currents of Aplysia pacemaker neurons//Brain Res. 1985. V. 332. P. 337-353.