Страница:
Как известно, исследование эмоциональной сферы порождало и порождает множество концепций, акцентирующих разные аспекты проблемы. Многие из них могут рассматриваться как взаимодополняющие представления, однако ни одна из взятых и не взятых на вооружение психологией и физиологией концепций не базировалась до наших исследований на знании внутримозговой нейродинамики человека, развивающейся при эмоциональных реакциях и состояниях. Если изучение мозгового обеспечения интеллектуально-мнестических процессов в эксперименте на животных просто невозможно, то в отношении мозгового обеспечения эмоций экстраполяция экспериментальных данных на человека правомерна далеко не всегда. Пожалуй, правильнее сказать, что данные о мозговом обеспечении эмоций человека помогают многое понять в далеко не всегда ясных результатах экспериментов на животных.
Уже первые нейрофизиологические исследования больных с вживленными электродами принесли исключительно интересные и ценные материалы, которые позволили показать принципиальное сходство функционирования мозговых систем обеспечения эмоциональной и собственно мыслительной деятельности и выявить их различия. Неразделимая эмоционально-психическая сфера человека может и должна изучаться и с позиций аналитического подхода с нейрофизиологической препаровкой отдельных ее компонент, и – обязательно – с позиций интегративного подхода. Накоплен действительно уникальный материал по мозговой нейродинамике, прямо связанной с обеспечением эмоциональных реакций и состояний. Но, конечно, изучение нейрофизиологического обеспечения эмоций далеко не закончено. Оно, как и работа в области других упомянутых проблем, естественно, должно продолжаться. Было бы опасным и неправомерным считать, что о мозговом обеспечении эмоций получены полные данные. Однако имеющиеся результаты позволяют говорить о качественно новом уровне в изучении этой проблемы.
В теоретическом плане одной из важнейших является далеко не новая, хотя и не решенная до последнего времени, проблема характеристики функционального состояния мозга и зависимости реализации мозговых функций от этого состояния. Эта проблема получила особое звучание с накоплением данных о полифункциональности нейронов и нейронных популяций и о проявлении различных свойств этих образований в прямой зависимости от местного и общего функционального состояния мозга. Хорошо известно, как много сил было потрачено при относительно низком коэффициенте полезного действия на попытку использовать ЭЭГ с целью получения однозначной характеристики функционального состояния мозга. Применение инструментально-математических приемов извлечения информации, требующих в оптимальном варианте полной автоматизации исследований, и сейчас еще также не дает полноценного ответа на поставленный вопрос. Возможности надежного изучения мозаики и динамики функционального состояния мозга появились с применением строго определенных составляющих сверхмедленных физиологических процессов – относительно стабильной составляющей милливольтового диапазона и более слабых по интенсивности и соответственно более динамичных составляющих (Илюхина, 1977, 1982а, 1986).
Этот подход не только открыл новые возможности теоретического изучения проблемы, но и позволил на основе доступных методических приемов уже сейчас обеспечивать целый ряд запросов практики. Полиметодический подход к изучению мозга создал предпосылки не только к познанию физиологических закономерностей здорового и больного мозга. Он позволил накопить материал, во многом еще не полностью проанализированный и обобщенный, о соотношении и взаимозависимости различных физиологических процессов в головном мозгу, создал новые возможности для проникновения в физиологическую природу регистрируемых электрических и неэлектрических процессов. Как видно из приведенного, далеко не полного, перечня направлений физиологии мозга человека, их развитие должно и может служить разработке указанных выше важнейших вопросов теоретической физиологии мозга. Но не только теории.
Накопление фактов в области динамики длительно текущих патологических процессов позволило выдвинуть концепцию о роли устойчивого патологического состояния и реакций, его поддерживающих, в патогенезе длительно текущих заболеваний мозга, раскрывающую некоторые особенности его физиологии. На основе этой концепции предложены новые методы и приемы лечения заболеваний мозга, открылись научно обоснованные возможности использования не только резервов, но и защитных сил мозга.
Глава первая
Если просмотреть научную литературу 1930–1950-х годов по нейрофизиологии человека, то окажется, что ответы почти на все вопросы пытались найти с помощью электроэнцефалографии. При этом с целью получения достаточно надежных данных исследовалась в основном та полоса частот ЭЭГ, которая позволяла регистрировать колебания в пределах дельта-, тета-, альфа– и бета-диапазонов. Большинство электроэнцефалографов, выпускаемых промышленностью, создавалось таким образом, чтобы минимально искажались именно эти частоты. Запись более низких и особенно более высоких частот в связи со слабостью сигнала на обычных электроэнцефалографах была очень несовершенной, и ее либо не производили, либо полученным данным не придавалось серьезного значения.
Лишь позднее в ряде лабораторий появляется стремление расширить диапазон исследуемых сигналов, используя для более низких частот электроэнцефалографы с большой постоянной времени или усилители, пригодные для регистрации более медленных физиологических процессов. Все шире, особенно в последние годы, начинают записывать наиболее слабый сигнал высокочастотной ЭЭГ. Вопросы методики и техники записи физиологических показателей мозга человека освещены в вышедшем в 1977 году в серии «Руководство по физиологии» томе «Методы клинической нейрофизиологии» (под ред. В. Б. Гречина), а также в многотомном руководстве, изданном Международной федерацией обществ электроэнцефалографии. Это позволяет избежать изложения методических деталей в настоящей книге. В то же самое время именно поэтому здесь возможно и целесообразно более подробно остановиться на принципиальных вопросах методического изучения мозга человека.
Нередко и не без оснований говорят, что новое – это иногда хорошо забытое старое. Действительно, в экспериментальных исследованиях электрической активности мозга в конце XIX века записывалась в основном медленно меняющаяся разность потенциалов (Caton, 1875; Данилевский, 1876). Эти работы и сейчас еще нередко цитируются.
В начале 1960-х годов появляется обобщение исследований Н. А. Аладжаловой (1962) сверхмедленных процессов мозга, вызвавшее уже значительно меньшее число возражений, чем ее первоначальные публикации. Сейчас исследование сверхмедленных физиологических процессов начинает быстро завоевывать все более прочное место в нейрофизиологии человека. Результаты работ В. А. Илюхиной (1977, 1982а, 1986) не только подтверждают неоднородность этих процессов, но и определяют место разных составляющих, разных типов этого сигнала в ряду физиологических показателей мозга.
Появляются работы, показывающие практическую ценность измерения импеданса (Laitinen, 1970; Гречин, 1972; Гречин, Боровикова, 1982) и предполагающие теоретическое значение различных его составляющих (Adey, 1977; Михальцев, 1978).
В Берденском неврологическом институте (Англия) уже в 1950-х годах наряду с электрическими показателями активности мозга регистрируется показатель напряжения кислорода в ткани мозга человека на основе полярографической методики (Cooper et al., 1969). Вызванные потенциалы регистрируются с различных областей поверхности и глубоких структур мозга и наряду с данными функциональной анатомии предоставляют подчас существенные сведения о местном и общем функциональном состоянии головного мозга. В 1960-х годах начинают регистрировать импульсную активность отдельных нейронов и нейронных популяций, причем в этой области сразу четко выделяются прикладной и теоретический аспекты (Ward, Thomas, 1955; Rayport, Waller, 1961, 1964, 1965; Ward, 1961; Waller, Rayport, 1963; Трохачев, 1965, 1966; Albe-Fessard, 1965; Бехтерева и др., 1967а; Раева, 1977).
И все же без преувеличения можно сказать, что электроэнцефалограмма и электросубкортикограмма регистрируются практически везде, где изучается нейрофизиология здорового и больного мозга человека. Все другие показатели, более или менее широко используемые в эксперименте, лишь постепенно входят в клиническую практику, причем даже в наиболее современно оборудованных клиниках регистрируется обычно не более двух-трех физиологических показателей активности мозга. Может быть, такая в основном монометодичность, особенно характерная для 1940–1950-х годов, и определила сравнительно небольшой объем сведений о механизмах мозга человека, полученный в те годы в уникальных условиях прямого контакта с живым мозгом человека у больных, лечение и диагностика которых осуществлялись с помощью вживленных электродов в 1950-е годы (Heath, Hodes, 1952; Sem-Jacobsen et al., 1953, 1956, 1961; Heath, 1954, 1963; Bickford et al., 1958).
С другой стороны, весьма вероятно, что именно методическая ограниченность подходов в этих условиях не позволила выйти в клинике за рамки поставленных a priori задач. Пожалуй, лишь прием длительных электрических стимуляций – слишком длительных, чтобы можно было рассчитывать в этом случае именно на эффект стимуляции мозга (хотя и в других случаях этот вопрос не всегда решается однозначно), – эпизодически использованный в работах Хиса (Heath, Hodes, 1952; Heath, 1954), явился предшественником новых, уже значительно более прочно вошедших в клинику методов лечения.
Изучение механизмов мозга человека осложнено и сравнительно небольшим числом исследований, проведенных у больных с вживленными электродами. Так, с 1950 по 1964 год Хис приводит данные о 54 больных. В клинике в отличие от эксперимента диапазон исследований с помощью вживленных электродов строго ограничен рамками диагностических и лечебных задач в каждом конкретном случае. Это определяет и характер, и количество получаемой информации.
Далее, если эксперимент позволяет проводить исследования на животных чистых линий или с достаточно сходными характеристиками, то сравнивать результаты, полученные при исследованиях, проведенных у больных с помощью вживленных электродов, достаточно сложно, а иногда и невозможно даже у лиц, страдающих одним и тем же заболеванием. Хорошо известны трудности, с которыми встречается каждый исследователь при попытке получить те или иные физиологические (биохимические и т. п.) характеристики и у здоровых людей. Как же сложно получить конкретные нейрофизиологические данные, если принять во внимание, что метод вживленных электродов применяется в диагностических и лечебных целях у наиболее тяжелого контингента больных с хроническими заболеваниями. Тяжесть заболевания, а отсюда состояние мозга и организма обследуемых больных определяются нередко очень большим числом составляющих, в том числе и не всегда поддающихся учету.
Стремление разработать новые приемы, пути и принципы диагностики и лечения болезней мозга и четкое понимание того, что ключом к решению этой проблемы является прежде всего теория физиологии, определили полиметодическую постановку исследований в самом начале нашей работы.
Эта полиметодичность была реализована в виде комплексного метода изучения мозга человека (Бехтерева и др., 1967а, 1967б), который мы сами долгое время рассматривали лишь как адекватную задачам компиляцию методик. Не отказываясь полностью от такого определения, сейчас мы уже вправе говорить, что этот комплексный метод завоевал право на самостоятельное значение и, в свою очередь, насчитывает уже ряд дочерних приемов, представляющих собой целенаправленное, ориентированное сужение или расширение метода, обогащение его возможностями биохимии, фармакологии и клиники.
В целях удобства и наглядности изложения комплексный метод изучения мозга первоначально представлялся нами в виде двух основных составляющих:
1) регистрации различных физиологических показателей жизнедеятельности мозга в динамике физиологических состояний обследуемого лица и при применении функциональных тестов;
2) регистрации различных показателей жизнедеятельности мозга и организма при диагностических и лечебных электрических воздействиях через вживленные электроды (Бехтерева, 1974).
Такое деление было и остается правомерным, но, может быть, сейчас, когда путевка в жизнь этому методу уже давно подписана, целесообразно выделить принципиальную сущность метода, которая заключается в регистрации и анализе наиболее оптимального для каждого данного исследования комплекса показателей, характеризующих спонтанные и заданные изменения физиологического состояния больного в ответ на сигналы, поступающие через сенсорные входы, и в том числе при эмоционально-психических реакциях, фармакологических пробах, электрических точечных модулирующих и разрушающих воздействиях на мозг (табл. 1).
Таблица 1
Схема комплексного метода изучения мозга и возможных его дополнений
Примечание. Знаком «+» обозначены наиболее часто используемые приемы.
Понятно, что в связи с задачами научных исследований анализировалась динамика отдельных показателей или, наоборот, проводилось углубленное изучение связи различных физиологических процессов. Однако уже само выделение результатов, полученных при использовании какой-либо составляющей комплексного метода, было производным возможности выбора оптимального показателя для решения определенной проблемы. При этом, как правило, дальнейшей оптимизации исследований служило наилучшим образом обеспечиваемое тем же комплексным методом сочетание результатов анализа избирательно двух, трех и более физиологических показателей. Примером служит научное направление, созданное сотрудником нашего отдела В. М. Смирновым, – стереотаксическая неврология (Смирнов, 1976). Взяв за основу данные регистрации различных показателей жизнедеятельности мозга и организма при точечных электрических воздействиях через вживленные электроды, он использует результаты регистрации медленной электрической и неэлектрической активности мозга, а также периферического показателя – КГР – вне электростимуляций.
Углубление в проблему органически определило необходимость использования данных о динамике активности нейронных популяций. По ходу дальнейшего изложения материалов предполагается рассмотреть результаты использования многих методов, применяемых в изучении физиологии здорового и больного мозга, но уже под другим углом зрения. В данной главе, где рассматриваются не методики, а принципиальные возможности изучения физиологии здорового и больного мозга человека с их помощью, будут рассмотрены прежде всего те традиционные или нетрадиционные приемы, возможности которых в последние годы существенно расширились.
Каковы же сейчас возможности и границы основных составляющих комплексного метода в изучении механизмов мозга здорового и больного человека?
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) является информативным показателем местных и общих патологических и в известных рамках физиологических перестроек функционального состояния мозга. Основные положения, определившие ее клиническую ценность, были открыты в 30-х годах, а в последующем дополнены и развиты. Со времени открытия медленных волн в области опухоли (Walter, 1936) электроэнцефалография широко используется для выявления местного поражения мозга, что нашло отражение в обширной литературе. Конкурирующим с ней методом диагностики при очаговых органических поражениях мозга становится вычислительная томография в различных вариантах (Ghazy et al., 1978). Однако ценность ЭЭГ не исчерпывается выявлением области поражения, поэтому этот метод остается на вооружении в клинике поражений ЦНС (опухолей, травм и сосудистых заболеваний мозга), а при эпилепсии продолжает быть ведущим. Более того, применение адекватного математического и технического аппарата извлечения полезной информации из данных ЭЭГ определяет и некоторые принципиально новые возможности управления состоянием больного мозга.
Более 30 лет назад мы провели исследование по выявлению прогностических критериев у больных с опухолями мозга путем сопоставления энцефалограмм, записанных до и после операции (Бехтерева, Орлова, 1957). Обнаружилось на первый взгляд неожиданное явление – непосредственный послеоперационный исход был наилучшим у тех больных, у которых в области расположения опухоли регистрировались выраженные медленные волны. В результате анализа полученных данных мы пришли к выводу о защитной роли медленных волн в зоне опухоли и дали практические рекомендации по фармакологической подготовке к операции больных с наиболее сохранной дооперационной ЭЭГ. Такого рода целенаправленный анализ был предпринят нами впервые, но справедливость требует отметить, что идею возможной защитной роли очаговых медленных волн высказал в 1953 году Грей Уолтер (Walter, 1953). Этому аспекту вопроса и далее уделяется сравнительно немного внимания, по крайней мере до тех пор, пока не начинается интенсивное нейрофизиологическое изучение проблемы памяти и не выдвигается представление о распределенности матрицы хранения памяти (Бехтерева, 1977), открывшее новые перспективы использования данных ЭЭГ больного мозга.
Одним из путей изучения памяти являются поиски ее местных физиологических коррелятов – воспроизведения и краткосрочного хранения сигнала, долгосрочного хранения, считывания из долгосрочной памяти и того, что могло бы быть соотнесено с процессами забывания. И хотя в данной книге исследованию памяти посвящена специальная глава, мы считаем целесообразным рассмотреть некоторые аспекты проблемы именно здесь, в связи с оценкой методических возможностей электроэнцефалографии. Наименее доступны нейрофизиологические корреляты хранения информации в долгосрочной памяти, и до сих пор были описаны лишь нейрофизиологические феномены, соотносимые с забыванием. Этот вопрос, как вполне понятно, имеет существенное теоретическое значение. Он становится все более и более важным для клиники в связи с новыми возможностями лечения заболеваний мозга. Действительно, можно ли, если мозг сформировал и «запомнил» матрицу памяти, поддерживающую устойчивое патологическое состояние (Бехтерева, Бондарчук, 1968), попытаться наиболее физиологичным способом «стереть» ее или ее компоненты тогда, когда это устойчивое состояние в связи с проводимым лечением уже не будет компонентом адаптации больного организма к среде?
Многолетние исследования физиологических процессов головного мозга человека дают основания для известного оптимизма в оценке перспектив проблемы. И в этом плане болезнь, как нередко (но не всегда!) случается, дает не меньше, а больше для понимания механизмов мозга, в данном случае – механизмов памяти. Так, стойкие эпилептогенные очаги, по-видимому, могут рассматриваться как местное проявление патологической долгосрочной памяти (Бехтерева и др., 1978). Проявляясь в ЭЭГ эпилептиформной активностью, они отражают местную реакцию эпилептизированного мозга на его структурное поражение. Множественные очаги свидетельствуют об очень значительной общей эпилептизации мозга. Длительные наблюдения больных эпилепсией показывают, что эпилептиформная активность удерживается строго в одной и той же зоне на протяжении дня (или часов), реже – нескольких дней и лишь иногда – в течение нескольких недель и более. Говорить о стойкости эпилептогенного очага позволяет не столько непрерывность его функционирования, сколько упорное его восстановление в одной и той же зоне даже тогда, когда у больного эпизодически или периодически регистрируется почти нормальная ЭЭГ или медленноволновая активность. При тонких морфобиохимических исследованиях этой зоны после ее хирургического удаления в ней выявляются изменения (Ионтов, Дубикайтис, 1952), которые могут равно быть и причиной, и следствием эпилептогенеза. В очаге изменен аминокислотный баланс (Поздеев, Ильин, 1978). И в то же самое время опыт показывает, что признаки эпилептогенного очага при эффективном лечении могут исчезнуть из ЭЭГ. Кроме того, по мере роста больного эпилепсией ребенка может наблюдаться феномен передвижения зоны очагового эпилептогенеза. Таким образом, эпилептогенный очаг дает особые возможности наблюдения нейрофизиологических коррелятов долгосрочной памяти, наиболее трудно доступной, а нередко считающейся и недоступной для физиологических исследований.
С помощью электроэнцефалографии можно исследовать и процессы забывания. Как известно, при целом ряде заболеваний мозга наблюдаются местные, распространенные, более или менее постоянные и пароксизмально возникающие волны. Пароксизмальная активность может наблюдаться в диапазоне бета-, альфа-, тета– и дельта-волн или иметь смешанный характер, включая острые волны или сочетания острых и медленных волн. При эпилепсии этот феномен не всегда имеет место, но если он обнаруживается, то динамика его по мере утяжеления заболевания характеризуется замедлением составляющих пароксизмальной активности (в данном случае речь не идет о комплексах пик—волна и комплексных вспышках, определяемых термином «гибсоритмии»), увеличением их амплитуды и учащением пароксизмов. Местные эпилептиформные проявления и пароксизмальная активность длительное время рассматривались как биоэлектрически различные, но объединенные болезнью патологические признаки. Однако пароксизмальная активность наблюдается не только при патологических процессах, но и во сне у здоровых людей. Исследование Д. К. Камбаровой вызванных потенциалов при проявлении медленной активности (Бехтерева и др., 1978) обнаруживает их исчезновение или значительное изменение в зоне медленных волн, косвенно свидетельствующее о нарушении восприятия сигналов. Дополнительно к этому можно отметить, что при пароксизмальной медленной активности, не сопровождающейся видимой потерей сознания, обнаружилось изменение его уровня в виде нарушения восприятия раздражителей. Так, слежение за движущейся целью на экране у больных немедленно нарушается при развитии пароксизмов (данные лаборатории, цит. по: Бехтерева и др., 1978). В связи с этим высказано предположение, что пароксизмальная активность при болезнях мозга (в частности, при эпилепсии) представляет собой производное физиологического феномена, наблюдающегося во сне у здоровых лиц, значение которого заключается в угнетении взаимодействий различных мозговых структур, создании условий их временной автономии. При эпилепсии этот феномен, по-видимому, следует расценивать как исходно защитное явление, вернее, нейрофизиологическое отражение борьбы собственно защитных механизмов мозга с возникшей вредностью. При соотношении сил в пользу этой защиты создаются условия для угашения эпилептогенных очагов. Не исключено, что в большинстве случаев травм эпилепсия не возникает именно благодаря деэпилептизирующему противодействию пароксизмальной активности. Многие исследователи наблюдали при травме головного мозга появление на ЭЭГ эпилептиформных признаков, исчезающих с течением времени без развития судорожных проявлений.
Таким образом, в условиях болезни мозга оказывается возможным наблюдать не только биоэлектрические корреляты долгосрочной памяти, но и более полно – явления, связанные с забыванием. Конечно, эти дискуссионные пока трактовки могут быть приемлемыми, если не рассматривать важнейшее свойство живого мозга – способность к сохранению следов раздражителей – узко, только в форме психонервной памяти. Исследование ЭЭГ не только у здоровых, но и у различных больных в динамике заболеваний позволяет преодолевать ограниченность взглядов, неизбежно формирующихся у исследователя, использующего для изучения сложнейшего органа – мозга – один метод, да еще нередко в ограниченных рамках какой-то одной задачи. Здесь важно подчеркнуть, что действительное проникновение в механизмы мозга человека требует если не всегда широкого полиметодического подхода, то по крайней мере многопланового материала, полученного с помощью одного метода.
Целесообразно дальнейшее изучение значения различных видов медленноволновой активности в процессах торможения (дезинтеграции, угашения) следов памяти, а также всей динамики этих феноменов: от физиологического явления, возникающего во время сна, до биоэлектрических коррелятов грубых, болезненных перестроек мозга. При таком рассмотрении пароксизмальной активности, регистрируемой на ЭЭГ, она окажется интересной моделью для исследования наименее изученных физиологических аспектов памяти в широком понимании данного процесса. Изучение динамики этой активности важно и для познания закономерностей перехода физиологических явлений в патологические. Следует отметить, что указанный феномен интересен и в сравнительно-физиологическом аспекте. Дело в том, что разрыв между многими физиологическими моделями и физиологией здорового и больного мозга человека может быть преодолен с помощью сравнительно-физиологического рассмотрения не только собственно физиологической и морфологической филогенетической динамики, но и сравнительного рассмотрения физиологической и патофизиологической роли одних и тех же, в частности биоэлектрических, феноменов в филогенетическом ряду. Такой подход также весьма перспективен. Опорными данными могут служить результаты экспериментов на животных, свидетельствующие как будто не об ухудшении, а об улучшении запоминания при медленноволновой тега-активности (Wetzel et al., 1977).
Уже первые нейрофизиологические исследования больных с вживленными электродами принесли исключительно интересные и ценные материалы, которые позволили показать принципиальное сходство функционирования мозговых систем обеспечения эмоциональной и собственно мыслительной деятельности и выявить их различия. Неразделимая эмоционально-психическая сфера человека может и должна изучаться и с позиций аналитического подхода с нейрофизиологической препаровкой отдельных ее компонент, и – обязательно – с позиций интегративного подхода. Накоплен действительно уникальный материал по мозговой нейродинамике, прямо связанной с обеспечением эмоциональных реакций и состояний. Но, конечно, изучение нейрофизиологического обеспечения эмоций далеко не закончено. Оно, как и работа в области других упомянутых проблем, естественно, должно продолжаться. Было бы опасным и неправомерным считать, что о мозговом обеспечении эмоций получены полные данные. Однако имеющиеся результаты позволяют говорить о качественно новом уровне в изучении этой проблемы.
В теоретическом плане одной из важнейших является далеко не новая, хотя и не решенная до последнего времени, проблема характеристики функционального состояния мозга и зависимости реализации мозговых функций от этого состояния. Эта проблема получила особое звучание с накоплением данных о полифункциональности нейронов и нейронных популяций и о проявлении различных свойств этих образований в прямой зависимости от местного и общего функционального состояния мозга. Хорошо известно, как много сил было потрачено при относительно низком коэффициенте полезного действия на попытку использовать ЭЭГ с целью получения однозначной характеристики функционального состояния мозга. Применение инструментально-математических приемов извлечения информации, требующих в оптимальном варианте полной автоматизации исследований, и сейчас еще также не дает полноценного ответа на поставленный вопрос. Возможности надежного изучения мозаики и динамики функционального состояния мозга появились с применением строго определенных составляющих сверхмедленных физиологических процессов – относительно стабильной составляющей милливольтового диапазона и более слабых по интенсивности и соответственно более динамичных составляющих (Илюхина, 1977, 1982а, 1986).
Этот подход не только открыл новые возможности теоретического изучения проблемы, но и позволил на основе доступных методических приемов уже сейчас обеспечивать целый ряд запросов практики. Полиметодический подход к изучению мозга создал предпосылки не только к познанию физиологических закономерностей здорового и больного мозга. Он позволил накопить материал, во многом еще не полностью проанализированный и обобщенный, о соотношении и взаимозависимости различных физиологических процессов в головном мозгу, создал новые возможности для проникновения в физиологическую природу регистрируемых электрических и неэлектрических процессов. Как видно из приведенного, далеко не полного, перечня направлений физиологии мозга человека, их развитие должно и может служить разработке указанных выше важнейших вопросов теоретической физиологии мозга. Но не только теории.
Накопление фактов в области динамики длительно текущих патологических процессов позволило выдвинуть концепцию о роли устойчивого патологического состояния и реакций, его поддерживающих, в патогенезе длительно текущих заболеваний мозга, раскрывающую некоторые особенности его физиологии. На основе этой концепции предложены новые методы и приемы лечения заболеваний мозга, открылись научно обоснованные возможности использования не только резервов, но и защитных сил мозга.
Глава первая
Современные принципы и возможности изучения мозга человека
Но посредством чего же мы можем установить, что явление таково, каким является?
Секст Эмпирик
Если просмотреть научную литературу 1930–1950-х годов по нейрофизиологии человека, то окажется, что ответы почти на все вопросы пытались найти с помощью электроэнцефалографии. При этом с целью получения достаточно надежных данных исследовалась в основном та полоса частот ЭЭГ, которая позволяла регистрировать колебания в пределах дельта-, тета-, альфа– и бета-диапазонов. Большинство электроэнцефалографов, выпускаемых промышленностью, создавалось таким образом, чтобы минимально искажались именно эти частоты. Запись более низких и особенно более высоких частот в связи со слабостью сигнала на обычных электроэнцефалографах была очень несовершенной, и ее либо не производили, либо полученным данным не придавалось серьезного значения.
Лишь позднее в ряде лабораторий появляется стремление расширить диапазон исследуемых сигналов, используя для более низких частот электроэнцефалографы с большой постоянной времени или усилители, пригодные для регистрации более медленных физиологических процессов. Все шире, особенно в последние годы, начинают записывать наиболее слабый сигнал высокочастотной ЭЭГ. Вопросы методики и техники записи физиологических показателей мозга человека освещены в вышедшем в 1977 году в серии «Руководство по физиологии» томе «Методы клинической нейрофизиологии» (под ред. В. Б. Гречина), а также в многотомном руководстве, изданном Международной федерацией обществ электроэнцефалографии. Это позволяет избежать изложения методических деталей в настоящей книге. В то же самое время именно поэтому здесь возможно и целесообразно более подробно остановиться на принципиальных вопросах методического изучения мозга человека.
Нередко и не без оснований говорят, что новое – это иногда хорошо забытое старое. Действительно, в экспериментальных исследованиях электрической активности мозга в конце XIX века записывалась в основном медленно меняющаяся разность потенциалов (Caton, 1875; Данилевский, 1876). Эти работы и сейчас еще нередко цитируются.
В начале 1960-х годов появляется обобщение исследований Н. А. Аладжаловой (1962) сверхмедленных процессов мозга, вызвавшее уже значительно меньшее число возражений, чем ее первоначальные публикации. Сейчас исследование сверхмедленных физиологических процессов начинает быстро завоевывать все более прочное место в нейрофизиологии человека. Результаты работ В. А. Илюхиной (1977, 1982а, 1986) не только подтверждают неоднородность этих процессов, но и определяют место разных составляющих, разных типов этого сигнала в ряду физиологических показателей мозга.
Появляются работы, показывающие практическую ценность измерения импеданса (Laitinen, 1970; Гречин, 1972; Гречин, Боровикова, 1982) и предполагающие теоретическое значение различных его составляющих (Adey, 1977; Михальцев, 1978).
В Берденском неврологическом институте (Англия) уже в 1950-х годах наряду с электрическими показателями активности мозга регистрируется показатель напряжения кислорода в ткани мозга человека на основе полярографической методики (Cooper et al., 1969). Вызванные потенциалы регистрируются с различных областей поверхности и глубоких структур мозга и наряду с данными функциональной анатомии предоставляют подчас существенные сведения о местном и общем функциональном состоянии головного мозга. В 1960-х годах начинают регистрировать импульсную активность отдельных нейронов и нейронных популяций, причем в этой области сразу четко выделяются прикладной и теоретический аспекты (Ward, Thomas, 1955; Rayport, Waller, 1961, 1964, 1965; Ward, 1961; Waller, Rayport, 1963; Трохачев, 1965, 1966; Albe-Fessard, 1965; Бехтерева и др., 1967а; Раева, 1977).
И все же без преувеличения можно сказать, что электроэнцефалограмма и электросубкортикограмма регистрируются практически везде, где изучается нейрофизиология здорового и больного мозга человека. Все другие показатели, более или менее широко используемые в эксперименте, лишь постепенно входят в клиническую практику, причем даже в наиболее современно оборудованных клиниках регистрируется обычно не более двух-трех физиологических показателей активности мозга. Может быть, такая в основном монометодичность, особенно характерная для 1940–1950-х годов, и определила сравнительно небольшой объем сведений о механизмах мозга человека, полученный в те годы в уникальных условиях прямого контакта с живым мозгом человека у больных, лечение и диагностика которых осуществлялись с помощью вживленных электродов в 1950-е годы (Heath, Hodes, 1952; Sem-Jacobsen et al., 1953, 1956, 1961; Heath, 1954, 1963; Bickford et al., 1958).
С другой стороны, весьма вероятно, что именно методическая ограниченность подходов в этих условиях не позволила выйти в клинике за рамки поставленных a priori задач. Пожалуй, лишь прием длительных электрических стимуляций – слишком длительных, чтобы можно было рассчитывать в этом случае именно на эффект стимуляции мозга (хотя и в других случаях этот вопрос не всегда решается однозначно), – эпизодически использованный в работах Хиса (Heath, Hodes, 1952; Heath, 1954), явился предшественником новых, уже значительно более прочно вошедших в клинику методов лечения.
Изучение механизмов мозга человека осложнено и сравнительно небольшим числом исследований, проведенных у больных с вживленными электродами. Так, с 1950 по 1964 год Хис приводит данные о 54 больных. В клинике в отличие от эксперимента диапазон исследований с помощью вживленных электродов строго ограничен рамками диагностических и лечебных задач в каждом конкретном случае. Это определяет и характер, и количество получаемой информации.
Далее, если эксперимент позволяет проводить исследования на животных чистых линий или с достаточно сходными характеристиками, то сравнивать результаты, полученные при исследованиях, проведенных у больных с помощью вживленных электродов, достаточно сложно, а иногда и невозможно даже у лиц, страдающих одним и тем же заболеванием. Хорошо известны трудности, с которыми встречается каждый исследователь при попытке получить те или иные физиологические (биохимические и т. п.) характеристики и у здоровых людей. Как же сложно получить конкретные нейрофизиологические данные, если принять во внимание, что метод вживленных электродов применяется в диагностических и лечебных целях у наиболее тяжелого контингента больных с хроническими заболеваниями. Тяжесть заболевания, а отсюда состояние мозга и организма обследуемых больных определяются нередко очень большим числом составляющих, в том числе и не всегда поддающихся учету.
Стремление разработать новые приемы, пути и принципы диагностики и лечения болезней мозга и четкое понимание того, что ключом к решению этой проблемы является прежде всего теория физиологии, определили полиметодическую постановку исследований в самом начале нашей работы.
Эта полиметодичность была реализована в виде комплексного метода изучения мозга человека (Бехтерева и др., 1967а, 1967б), который мы сами долгое время рассматривали лишь как адекватную задачам компиляцию методик. Не отказываясь полностью от такого определения, сейчас мы уже вправе говорить, что этот комплексный метод завоевал право на самостоятельное значение и, в свою очередь, насчитывает уже ряд дочерних приемов, представляющих собой целенаправленное, ориентированное сужение или расширение метода, обогащение его возможностями биохимии, фармакологии и клиники.
В целях удобства и наглядности изложения комплексный метод изучения мозга первоначально представлялся нами в виде двух основных составляющих:
1) регистрации различных физиологических показателей жизнедеятельности мозга в динамике физиологических состояний обследуемого лица и при применении функциональных тестов;
2) регистрации различных показателей жизнедеятельности мозга и организма при диагностических и лечебных электрических воздействиях через вживленные электроды (Бехтерева, 1974).
Такое деление было и остается правомерным, но, может быть, сейчас, когда путевка в жизнь этому методу уже давно подписана, целесообразно выделить принципиальную сущность метода, которая заключается в регистрации и анализе наиболее оптимального для каждого данного исследования комплекса показателей, характеризующих спонтанные и заданные изменения физиологического состояния больного в ответ на сигналы, поступающие через сенсорные входы, и в том числе при эмоционально-психических реакциях, фармакологических пробах, электрических точечных модулирующих и разрушающих воздействиях на мозг (табл. 1).
Таблица 1
Схема комплексного метода изучения мозга и возможных его дополнений
Понятно, что в связи с задачами научных исследований анализировалась динамика отдельных показателей или, наоборот, проводилось углубленное изучение связи различных физиологических процессов. Однако уже само выделение результатов, полученных при использовании какой-либо составляющей комплексного метода, было производным возможности выбора оптимального показателя для решения определенной проблемы. При этом, как правило, дальнейшей оптимизации исследований служило наилучшим образом обеспечиваемое тем же комплексным методом сочетание результатов анализа избирательно двух, трех и более физиологических показателей. Примером служит научное направление, созданное сотрудником нашего отдела В. М. Смирновым, – стереотаксическая неврология (Смирнов, 1976). Взяв за основу данные регистрации различных показателей жизнедеятельности мозга и организма при точечных электрических воздействиях через вживленные электроды, он использует результаты регистрации медленной электрической и неэлектрической активности мозга, а также периферического показателя – КГР – вне электростимуляций.
Углубление в проблему органически определило необходимость использования данных о динамике активности нейронных популяций. По ходу дальнейшего изложения материалов предполагается рассмотреть результаты использования многих методов, применяемых в изучении физиологии здорового и больного мозга, но уже под другим углом зрения. В данной главе, где рассматриваются не методики, а принципиальные возможности изучения физиологии здорового и больного мозга человека с их помощью, будут рассмотрены прежде всего те традиционные или нетрадиционные приемы, возможности которых в последние годы существенно расширились.
Каковы же сейчас возможности и границы основных составляющих комплексного метода в изучении механизмов мозга здорового и больного человека?
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) является информативным показателем местных и общих патологических и в известных рамках физиологических перестроек функционального состояния мозга. Основные положения, определившие ее клиническую ценность, были открыты в 30-х годах, а в последующем дополнены и развиты. Со времени открытия медленных волн в области опухоли (Walter, 1936) электроэнцефалография широко используется для выявления местного поражения мозга, что нашло отражение в обширной литературе. Конкурирующим с ней методом диагностики при очаговых органических поражениях мозга становится вычислительная томография в различных вариантах (Ghazy et al., 1978). Однако ценность ЭЭГ не исчерпывается выявлением области поражения, поэтому этот метод остается на вооружении в клинике поражений ЦНС (опухолей, травм и сосудистых заболеваний мозга), а при эпилепсии продолжает быть ведущим. Более того, применение адекватного математического и технического аппарата извлечения полезной информации из данных ЭЭГ определяет и некоторые принципиально новые возможности управления состоянием больного мозга.
Более 30 лет назад мы провели исследование по выявлению прогностических критериев у больных с опухолями мозга путем сопоставления энцефалограмм, записанных до и после операции (Бехтерева, Орлова, 1957). Обнаружилось на первый взгляд неожиданное явление – непосредственный послеоперационный исход был наилучшим у тех больных, у которых в области расположения опухоли регистрировались выраженные медленные волны. В результате анализа полученных данных мы пришли к выводу о защитной роли медленных волн в зоне опухоли и дали практические рекомендации по фармакологической подготовке к операции больных с наиболее сохранной дооперационной ЭЭГ. Такого рода целенаправленный анализ был предпринят нами впервые, но справедливость требует отметить, что идею возможной защитной роли очаговых медленных волн высказал в 1953 году Грей Уолтер (Walter, 1953). Этому аспекту вопроса и далее уделяется сравнительно немного внимания, по крайней мере до тех пор, пока не начинается интенсивное нейрофизиологическое изучение проблемы памяти и не выдвигается представление о распределенности матрицы хранения памяти (Бехтерева, 1977), открывшее новые перспективы использования данных ЭЭГ больного мозга.
Одним из путей изучения памяти являются поиски ее местных физиологических коррелятов – воспроизведения и краткосрочного хранения сигнала, долгосрочного хранения, считывания из долгосрочной памяти и того, что могло бы быть соотнесено с процессами забывания. И хотя в данной книге исследованию памяти посвящена специальная глава, мы считаем целесообразным рассмотреть некоторые аспекты проблемы именно здесь, в связи с оценкой методических возможностей электроэнцефалографии. Наименее доступны нейрофизиологические корреляты хранения информации в долгосрочной памяти, и до сих пор были описаны лишь нейрофизиологические феномены, соотносимые с забыванием. Этот вопрос, как вполне понятно, имеет существенное теоретическое значение. Он становится все более и более важным для клиники в связи с новыми возможностями лечения заболеваний мозга. Действительно, можно ли, если мозг сформировал и «запомнил» матрицу памяти, поддерживающую устойчивое патологическое состояние (Бехтерева, Бондарчук, 1968), попытаться наиболее физиологичным способом «стереть» ее или ее компоненты тогда, когда это устойчивое состояние в связи с проводимым лечением уже не будет компонентом адаптации больного организма к среде?
Многолетние исследования физиологических процессов головного мозга человека дают основания для известного оптимизма в оценке перспектив проблемы. И в этом плане болезнь, как нередко (но не всегда!) случается, дает не меньше, а больше для понимания механизмов мозга, в данном случае – механизмов памяти. Так, стойкие эпилептогенные очаги, по-видимому, могут рассматриваться как местное проявление патологической долгосрочной памяти (Бехтерева и др., 1978). Проявляясь в ЭЭГ эпилептиформной активностью, они отражают местную реакцию эпилептизированного мозга на его структурное поражение. Множественные очаги свидетельствуют об очень значительной общей эпилептизации мозга. Длительные наблюдения больных эпилепсией показывают, что эпилептиформная активность удерживается строго в одной и той же зоне на протяжении дня (или часов), реже – нескольких дней и лишь иногда – в течение нескольких недель и более. Говорить о стойкости эпилептогенного очага позволяет не столько непрерывность его функционирования, сколько упорное его восстановление в одной и той же зоне даже тогда, когда у больного эпизодически или периодически регистрируется почти нормальная ЭЭГ или медленноволновая активность. При тонких морфобиохимических исследованиях этой зоны после ее хирургического удаления в ней выявляются изменения (Ионтов, Дубикайтис, 1952), которые могут равно быть и причиной, и следствием эпилептогенеза. В очаге изменен аминокислотный баланс (Поздеев, Ильин, 1978). И в то же самое время опыт показывает, что признаки эпилептогенного очага при эффективном лечении могут исчезнуть из ЭЭГ. Кроме того, по мере роста больного эпилепсией ребенка может наблюдаться феномен передвижения зоны очагового эпилептогенеза. Таким образом, эпилептогенный очаг дает особые возможности наблюдения нейрофизиологических коррелятов долгосрочной памяти, наиболее трудно доступной, а нередко считающейся и недоступной для физиологических исследований.
С помощью электроэнцефалографии можно исследовать и процессы забывания. Как известно, при целом ряде заболеваний мозга наблюдаются местные, распространенные, более или менее постоянные и пароксизмально возникающие волны. Пароксизмальная активность может наблюдаться в диапазоне бета-, альфа-, тета– и дельта-волн или иметь смешанный характер, включая острые волны или сочетания острых и медленных волн. При эпилепсии этот феномен не всегда имеет место, но если он обнаруживается, то динамика его по мере утяжеления заболевания характеризуется замедлением составляющих пароксизмальной активности (в данном случае речь не идет о комплексах пик—волна и комплексных вспышках, определяемых термином «гибсоритмии»), увеличением их амплитуды и учащением пароксизмов. Местные эпилептиформные проявления и пароксизмальная активность длительное время рассматривались как биоэлектрически различные, но объединенные болезнью патологические признаки. Однако пароксизмальная активность наблюдается не только при патологических процессах, но и во сне у здоровых людей. Исследование Д. К. Камбаровой вызванных потенциалов при проявлении медленной активности (Бехтерева и др., 1978) обнаруживает их исчезновение или значительное изменение в зоне медленных волн, косвенно свидетельствующее о нарушении восприятия сигналов. Дополнительно к этому можно отметить, что при пароксизмальной медленной активности, не сопровождающейся видимой потерей сознания, обнаружилось изменение его уровня в виде нарушения восприятия раздражителей. Так, слежение за движущейся целью на экране у больных немедленно нарушается при развитии пароксизмов (данные лаборатории, цит. по: Бехтерева и др., 1978). В связи с этим высказано предположение, что пароксизмальная активность при болезнях мозга (в частности, при эпилепсии) представляет собой производное физиологического феномена, наблюдающегося во сне у здоровых лиц, значение которого заключается в угнетении взаимодействий различных мозговых структур, создании условий их временной автономии. При эпилепсии этот феномен, по-видимому, следует расценивать как исходно защитное явление, вернее, нейрофизиологическое отражение борьбы собственно защитных механизмов мозга с возникшей вредностью. При соотношении сил в пользу этой защиты создаются условия для угашения эпилептогенных очагов. Не исключено, что в большинстве случаев травм эпилепсия не возникает именно благодаря деэпилептизирующему противодействию пароксизмальной активности. Многие исследователи наблюдали при травме головного мозга появление на ЭЭГ эпилептиформных признаков, исчезающих с течением времени без развития судорожных проявлений.
Таким образом, в условиях болезни мозга оказывается возможным наблюдать не только биоэлектрические корреляты долгосрочной памяти, но и более полно – явления, связанные с забыванием. Конечно, эти дискуссионные пока трактовки могут быть приемлемыми, если не рассматривать важнейшее свойство живого мозга – способность к сохранению следов раздражителей – узко, только в форме психонервной памяти. Исследование ЭЭГ не только у здоровых, но и у различных больных в динамике заболеваний позволяет преодолевать ограниченность взглядов, неизбежно формирующихся у исследователя, использующего для изучения сложнейшего органа – мозга – один метод, да еще нередко в ограниченных рамках какой-то одной задачи. Здесь важно подчеркнуть, что действительное проникновение в механизмы мозга человека требует если не всегда широкого полиметодического подхода, то по крайней мере многопланового материала, полученного с помощью одного метода.
Целесообразно дальнейшее изучение значения различных видов медленноволновой активности в процессах торможения (дезинтеграции, угашения) следов памяти, а также всей динамики этих феноменов: от физиологического явления, возникающего во время сна, до биоэлектрических коррелятов грубых, болезненных перестроек мозга. При таком рассмотрении пароксизмальной активности, регистрируемой на ЭЭГ, она окажется интересной моделью для исследования наименее изученных физиологических аспектов памяти в широком понимании данного процесса. Изучение динамики этой активности важно и для познания закономерностей перехода физиологических явлений в патологические. Следует отметить, что указанный феномен интересен и в сравнительно-физиологическом аспекте. Дело в том, что разрыв между многими физиологическими моделями и физиологией здорового и больного мозга человека может быть преодолен с помощью сравнительно-физиологического рассмотрения не только собственно физиологической и морфологической филогенетической динамики, но и сравнительного рассмотрения физиологической и патофизиологической роли одних и тех же, в частности биоэлектрических, феноменов в филогенетическом ряду. Такой подход также весьма перспективен. Опорными данными могут служить результаты экспериментов на животных, свидетельствующие как будто не об ухудшении, а об улучшении запоминания при медленноволновой тега-активности (Wetzel et al., 1977).