Вищі функції нервової системи умовні рефлекси, навчання та споріднені явища

                                                                      

ВСТУП

У попередніх розділах описано соматичні й вісцеральні вхідні та вихідні сигнали з мозку. Серед інших питань розглянуто специфічні вхідні та вихідні сигнали, стани тривоги, неспання й сну, роль взаємозв’язку між лімбічною системою та гіпоталамусом у підтриманні гомеостазу й регулюванні інстинктивної й емоційної поведінки. Потрібно ще описати явища, які з огляду на відсутність точнішого терміна означили вищими функціями нервової системи, або вищою нервовою діяльністю. Сюди належать навчання, пам’ять, мислення, мова та інші розумові функції. Саме ці процеси розглянуто в цьому розділі.

                                                                                                                                                                  

МЕТОДИ

Розуміння функцій людського мозку стало можливим завдяки розробці, а сьогодні й широкому використанню ПЕТ, функційного ЯМР (фЯМР) тощо. Завдяки цим технологіям можна визначити активність різноманітних ділянок мозку як здорових людей, так і людей з багатьма хворобами. їх використовують для вивчення не лише простих реакцій, а й складних аспектів навчання, пам’яті та сприйняття (перцепції). Фізіологічна основа цих технологій описана в Розділі 32. Зразок їхнього використання для вивчення функцій кори головного мозку показано на рис.

16-1; інші приклади застосування в разі вивчення нормальної фізіології та патофізіології хвороби наведено в Розділах 7-15.

До інших технологій, що дають інформацію про діяльність кори головного мозку, належать подразнення кори головного мозку людей у стані свідомості, які виникають під час нейрохірургічного втручання. В окремих випадках вивчення провадять за допомогою імплантованих на деякий час електродів. Цінну інформацію також отримано завдяки спостереженню за піддослідними приматами. Щоправда, в цьому випадку важливо мати на увазі, по-перше, складність спілкування з такими тваринами, а, по-друге, і це головне, те, що розміри мозку макаки-резус становлять лише четвертину від розміру мозку шимпанзе — найближчого до людини примата. Відповідно, розміри мозку шимпанзе в чотири рази менші від розмірів мозку людини.

                                                                                                                                                                  

НАВЧАННЯ ТА ПАМ’ЯТЬ

Характерна ознака живих організмів, передусім людини, — здатність змінювати поведінку на підставі набутого досвіду. Це відбувається завдяки навчанню, що є процесом отримання інформації, та пам’яті, тобто зберігання та нагромадження інформації. Названі два тісно споріднені явища треба розглядати нерозривно одне від одного.

                                                                                                                                                                  

Форми пам’яті

З фізіологічного погляду пам’ять поділяють на свідому й підсвідому (табл. 16-1). Свідома пам’ять, яку також називають декларативною, чи пізнавальною, пов’язана зі станом свідомості чи, принаймні, неспання. За її зберігання відповідає морський коник та інші ділянки медіальних скроневих часток мозку. Цю форму пам’яті поділяють так: на події (епізодична пам’ять) та пам’ять на слова, правила, мову тощо (семантична пам’ять). Підсвідома пам’ять не стосується стану неспання, її також називають недеклара-тивною, чи зворотною, а зберігання її в більшості випадків не пов’язане з морським коником. До підсвідомої пам’яті належать уміння, навички, умовні рефлекси та ін. (див. табл. 16-1). Щоправда, свідома пам’ять, необхідна, скажімо, для їзди на велосипеді, стає підсвідомою, як тільки людина навчиться добре це робити.

Свідома та багато форм підсвідомої пам’яті пов’язані, по-перше, із короткочасною пам’яттю, що триває від кількох секунд до кількох годин, упродовж яких процеси в морському конику та інших ділянках закладають довгочасні зміни у силі синаптичних зв’язків; та, по-друге, із довготривалою пам’яттю, яка зберігає спогади роками, а інколи — усе життя. Спогади, які зберігає короткочасна пам’ять, піддаються руйнуванню внаслідок травм чи дії різноманітних ліків, натомість спогади довготривалої пам’яті стійкіші. Робоча пам’ять — це форма короткочасної пам’яті, яка зберігає інформацію доступною, як звичайно, протягом дуже коротких періодів часу, коли особа планує на її підставі якусь дію.

                                                                                                                                                                  

Підсвідома пам’ять

Як видно з табл. 16-1, підсвідома пам’ять охоплює вміння й навички, що одразу ж після набуття стають несвідомими та автоматичними, а також натаскування, тобто

Рис. 16-1. Отримане за допомогою ПЕТ сканування зображення лівої півкулі головного мозку. Показано зони найвищої нейронної активності, коли суб’єкт виконує різні дії. А-дивиться на слова; активна первинна зорова кора та частина зорово-асоціативної кори. В — слухає слова; активна зона на стику скроневої та тім’яної ділянок кори. С — вимовляє слова; активна зона Брока та прилегла лобова частка. D — думає про слова; активні великі зони, в тому числі значна частина лобової частки (на підставі ПЕТ сканування з Kandel ER, Schwartz JH, Jesseli TM: Essentials of Neural Science and Behavior. McGraw-Hill, 1995).

полегшення розпізнавання слів чи об’єктів за допомогою їхньої попередньої демонстрації. Як приклад можна навести ситуацію, за якої особі легше пригадати слово, якщо їй підказують кілька перших букв.

Інші форми підсвідомої пам’яті можна розділити на неасоціативні та асоціативні. У разі неасоціативного навчання організм вивчає окремий подразник, у разі асоціативного навчання відбувається вивчення взаємозв’язків між різними подразниками.

                                                                                                                                                                  

Набування навичок та сенсибілізація

Набування навичок — це проста форма навчання, за якої нейтральний подразник часто повторюють. За першим разом цей подразник є повним і зумовлює реакцію (орієнтувальний рефлекс, або реакцію “що це?”); зі збільшенням кількості повторювань він спричинює щораз слабшу біо-

Таблиця 16-1. Типи пам’яті

Свідома

Епізодична

Семантична

Підсвідома

Неасоціативна Набування навичок Сенсибілізація Асоціативна

Класичне вироблення умовного рефлексу Оперангне (інструментальне) вироблення умовного рефлексу Навички та звички Муштрування

електричну реакцію. Зрештою, суб’єкт звикає до подразника та ігнорує його. Сенсибілізація є в певному сенсі протилежною. Повторюваний подразник спричинює сильнішу реакцію, якщо його поєднують один чи кілька разів із неприємним або приємним подразником. Загальновідомо, що у людей від подразника виникає інтенсифікація рівня збудження. Наприклад, мама, сну якої не заважають різноманітні шуми, моментально прокидається від плачу своєї дитини.

Процес набування навичок є класичним прикладом неасоціативного навчання. Класичний приклад асоціативного навчання — умовний рефлекс.

                                                                                                                                                                  

Умовні рефлекси

Умовний (набутий) рефлекс є рефлекторною реакцією на подразник, який раніше спричиняв слабку реакцію, набуту шляхом повторюваного поєднання цього подразника з іншим, який подібну реакцію зумовлює, або ж не спричиняв жодної. У класичному експерименті вироблення умовного рефлексу Павлова вивчали слиновиділення, зумовлюване вкладанням у рот собаки шматка м’яса. Безпосередньо перед цим дзвонили у дзвоник, повторюючи це доти, доки у собаки не почалося слиновиділення на звук дзвоника, навіть якщо їй не давали м’яса. У цьому експерименті м’ясо, яке вкладали в рот собаки, відігравало роль безумовного подразника (БП), тобто подразника, що, як звичайно, спричинює конкретну природну реакцію. Умовним подразником (УП) був звук дзвоника. Після поєднання безумовного та умовного подразників необхідну кількість разів УП зумовив реакцію, яку первинно спричиняв лише БП. Для цього потрібно, щоб УП передував БП. Інший приклад показано на рис. 16-2. Це так зване класичне вироблення умовного рефлексу. Сьогодні можна зробити

ВИЩІ ФУНКЦІЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ / 249

так, щоб багато соматичних, вісцеральних та інших нев-ральних змін, які відбуваються, стали умовними рефлекторними реакціями. Вироблення цих реакцій часто називають біологічним зворотним зв’язком. Зміни, які в цьому випадку можуть виникати, охоплюють альтерацію частоти серцевих скорочень та кров’яного тиску. Вважають, що за допомогою зумовлених знижень кров’яного тиску можна лікувати гіпертензію. Щоправда, депресорні реакції, спричинені у такий спосіб, є незначними.

Якщо УП діє тривалий час без БП, то умовний рефлекс, зрештою, зникає. Цей процес називають загасанням, чи внутрішнім гальмуванням. Якщо ж на тварину відразу після УП вплине зовнішній подразник, то умовної реакції може не відбутися (зовнішнє гальмування). Однак якщо умовний рефлекс підсилювати час від часу поєднанням УП та БП, то він не зникне.

Як зазначено в Розділі 15, умовні рефлекси важко формувати, якщо БП не поєднаний з приємним чи неприємним впливами. Сильним БП є подразнення як системи винагороди мозку (приємне, чи позитивне підсилення), так і системи уникання, або больовий шок шкіри (неприємне, чи негативне, підсилення).

Оперантне (інструментальне) вироблення умовного рефлексу — це така форма вироблення рефлексів, за якої тварину вчать виконувати певні завдання для того, щоб вона отримала винагороду чи уникла покарання. Як БП у цьому разі є приємна чи неприємна подія, а УП — світло чи інший сигнал, що спонукає тварину виконувати завдання. Зумовлені рухові реакції, що дають змогу тварині уникнути неприємної події, називають умовними рефлексами уникнення. Наприклад, тварину вчать, що, натискаючи на планку, вона зможе уникнути удару електричним стру-

Рис. 16-2. Умовний рефлексу кролика. Першою стрілкою позначено звук, який подають (УП), другою — ніжний струмінь повітря (БП), який спрямовують кроликові в око. Спочатку мигальна мембрана витягується, реагуючи тільки на струмінь повітря (вгорі). Після кількаразових повторювань двох подразників у парі мигальна мембрана починає скорочуватись, реагуючи на звук, що передує струменю повітря (внизу) (модифіковано з Alkon DL: Memory storage and neural systems. Sci Am [July] 1989;261:42).

mom по кінцівках. Іншим прикладом є умовний рефлекс відрази до їжі. У тварин виникає сильна відраза до певної категорії їжі, якщо під час приймання цієї їжі вводити їй ін’єкцію препарату, який спричинює нудоту чи хворобу. Подібні реакції відрази трапляються у людей. Ці умовні реакції дуже сильні, інколи їх можна вивчати у випадку одноразового поєднання УП та БП і, на відміну від інших умовних рефлексів, вони розвиватимуться тоді, коли УП та БП розділені в часі (годину чи й більше). Вироблення умовних рефлексів відрази до їжі має важливе значення для виживання, оскільки ці рефлекси допомагають уникати отрут. Отже, не дивно, що мозок, можливо, генетично запрограмований на те, щоб сприяти розвитку реакцій відрази до їжі.

                                                                                                                                                                  

Міжкіркове переміщення пам’яті

Якщо кіт чи мавпа виявляють умовні рефлекси на візуальний подразник, маючи одне око закрите, а після цього їх тестують, переносячи пов’язку на інше око, то тварина також відображає збереження умовної реакції. Це відбувається навіть у випадку перерізаного зорового перехрестя, коли візуальний сигнал із кожного ока йде винятково до іпсилатеральної ділянки кори. Якщо ж, окрім перерізаного зорового перехрестя, розділені передня та задня спайки, а також мозолисте тіло (“тварина з роздвоєним мозком”), то переміщення пам’яті не виникає. Експерименти з частковим розділенням мозолистого тіла свідчать про те, що переміщення пам’яті відбувається в передній ділянці мозолистого тіла. Подібні результати простежувалися в людей, вроджених без мозолистого тіла, або в тих, кому його хірургічно видалили з метою запобігти епілептичним нападам. Це доводить таке: невральне кодування, потрібне для того, щоб “запам’ятовувати одним оком те, що побачило інше”, було перенесене до протилежної ділянки кори через спайки. Є докази того, що подібне переміщення інформації відбувається через інші сенсорні шляхи.

                                                                                                                                                                  

Молекулярна основа пам’яті

Ключовим пунктом у пам’яті є альтерація сили відповідних синаптичних зв’язків. Майже у всіх найпростіших випадках така зміна зумовлює синтезування білка та активування генів. Це відбувається під час зміни короткочасної робочої пам’яті довготривалою. У тварин набуттю довготривалих завчених реакцій можна запобігти, якщо протягом п’яти хвилин після кожного навчального заняття піддавати їх анестезії, електрошоку, гіпотермії або ж дії препаратів, антитіл чи олігонуклеотидів, які блокують синтезування білків. Якщо ж такі заходи вживати через чотири години після навчальних занять, то вони жодного впливу на набуття реакцій уже не матимуть.

У людей подібним явищем є втрата пам’яті про події, що відбулися безпосередньо перед струсом головного мозку чи електрошокової терапії (ретроградна амнезія). Така амнезія простежується впродовж триваліших періодів часу, ніж у піддослідних тварин (інколи протягом багатьох днів), однак вона не впливає на віддаленіші в часі спогади.

Біохімічні процеси, що відбуваються під час набуття навичок та сенсибілізації у Aplysia та інших безхребетних, вивчені детально. Разом із процесами, що є в основі кількох

форм довготривалої потенціацїї (ДТП) та довготривалої депресії (ДТД), вони розглянуті у Розділі 4.

Набуття навичок зумовлене зниженням рівня Са2+ у сенсорних закінченнях, що опосередковують реагування на певний подразник. Відповідно, сенсибілізацію спричинює пролонгація потенціалу дії у цих закінченнях, що приводить до збільшення внутрішньоклітинного Са2+, який сприяє вивільненню нейротрансмітера в разі екзо-цитозу.

Класичне вироблення умовних рефлексів також зафіксовано в Aplysia та ссавців в ізольованому спинному мозку. У Aplysia БП діє пресинаптично на закінчення нейронів, активованих УП. Унаслідок цього в клітині з’являється вільний Са2+, що спричинює довготривалу зміну молекули аденілатциклази.

Отже, внаслідок активування цього ензиму умовним подразником утворюється більше цАМФ. Це, відповідно, закриває К+-канали та продовжує тривалість потенціалів дії за допомогою механізму, описаного у Розділі 4. Вирішальним моментом тут є взаємозв’язок з БП, що діє незадовго після УП.

У Aplysia простежуються морфологічні відповідники до навчання та пам’яті. Наприклад, 40% відповідних сенсорних закінчень у нормальному стані містять активні зони, тоді як у тварин із набутими навичками активні зони мають 10% сенсорних закінчень, а у сенсибілізованих -65%. Довготривала пам’ять приводить до активування генів, що зумовлюють збільшення кількості синаптичних контактів.

                                                                                                                                                                  

Кодування підсвідомої пам’яті у ссавців

Без сумніву, молекулярні процеси, подібні до тих, що відбуваються в Aplysia, є в основі деяких аспектів підсвідомої пам’яті у ссавців. Щоправда, тут задіяні процеси, які стосуються різноманітних частин ЦНС. Деякі дослідники стверджують, що в цьому бере участь також смугасте тіло.

Відомо, що процес навчання переривається внаслідок ушкодження базальних ядер. Окрім цього, є докази участі у процесі й мозочка. Наприклад, вестибулоочний рефлекс, (ністагм) що підтримує зорову фіксацію під час рухів головою (див. Розділ 9), можна пристосувати до нової позиції очей. Однак ця здатність буде втрачена у випадку уражень жмутка мозочка. Вироблення умовного рефлексу кліпання очима, коли для цього на око спрямовують струмінь повітря як УП (див. рис. 16-2), не можливе за умов ушкоджень проміжного ядра. У цьому разі імпульси, зумовлені БП, діють через нижню оливу та волокна, спрямовані вгору до кори головного мозку, щоб змінити реагування клітини Пуркіньє на тонус, який з’являється через ядра мосту головного мозку та мохоподібні волокна. Модифікація перенесеної мохоподібними волокнами деполяризації клітини Пуркіньє опосередкована спрямованими вгору волокнами і також відповідає за зміни у ВОР та вивчених м’язових рухах.

                                                                                                                                                                  

Кодування свідомої пам’яті

Кодування свідомих спогадів стосується робочої пам’яті у лобових частках та специфічного опрацювання у морському конику.

                                                                                                                                                                  

Робоча пам’ять

Як уже зазначено, робоча пам’ять утримує інформацію, що надходить, доступною протягом короткого періоду часу, доки особа вирішує, що з нею робити. Це така форма пам’яті, що дає нам змогу, скажімо, відшукавши у записній книжці номер телефону, пам’ятати його стільки часу, скільки потрібно, щоб підняти трубку і набрати його. Вона складається з так званої центральної виконавчої системи, що розташована у передлобовій ділянці кори головного мозку, та двох “систем повторювання” — вербальної системи для зберігання вербальних спогадів та паралельної візуоспатичної системи для зберігання візуальних і просторових характеристик об’єктів. Інформацію у ці системи повторювання спрямовує виконавча система.

                                                                                                                                                                  

Морський коник та медіальна скронева частка

Ділянки робочої пам’яті сполучені з морським коником та закрутками морського коника медіальної скроневої ділянки кори, що примикають (див. рис. 15-1 та 16-3). У людей двостороннє руйнування вентрального морського коника, або ж хвороба Альцгеймера, та подібні процеси, що руйнують СА1 -нейрони, призводять до значних дефектів короткочасної пам’яті. Такі ж наслідки спричинюють двосторонні ураження у мавп. Водночас подібні ушкодження в людей не впливають на робочу пам’ять та пам’ять про минуле. Окрім цього, як звичайно, неушкодженими є процеси підсвідомої пам’яті. В контексті свідомої пам’яті такі особи поводять себе адекватно доти, доки концентрують увагу на тому, що роблять. Однак як тільки їх від-волікти від заняття навіть на короткий час, то вся пам’ять про те, що вони нещодавно робили, буде втрачена. Отже, такі люди здатні засвоювати нові знання та зберігати спогади про події, що відбулися до ушкодження, проте не можуть формувати нові довготривалі спогади.

Морський коник тісно пов’язаний із закруткою морського коника у медіальній лобовій частці кори (див. рис. 12-3). Сьогодні процеси пам’яті вивчають не лише за допо-

Дорсолатеральна передлобова ^

/ Закрутка

Морський коник морського коника

Рис. 16-3. Зони, задіяні у кодуванні свідомих спогадів (модифіковано з Russ MD: Memories are made of this. Science 1998; 281:1151).

ВИЩІ ФУНКЦІЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ / 251

могою фЯМР, а й вимірюванням збуджених потенціалів (тобто потенціалів пов’язаних із подією (ППП)) у хворих на епілепсію з імплантованими електродами. Коли ці особи згадують слова, то підвищена активність простежується у їхній лівій лобовій частці та у лівій закрутці морського коника, натомість, коли вони згадують образи чи сцени, то активність фіксують у правій лобовій частці та закрутках морського коника з обох боків.

У процесах пам’яті задіяні також зв’язки морського коника з проміжним мозком. У деяких алкоголіків із ушкодженням мозку погіршується пам’ять на недавні події. Таку втрату пам’яті пов’язують із наявністю патологічних змін у сосочкових тілах, що мають розгалужені еферентні з’єднання, які йдуть через склепіння до морського коника, і проекційні нервові волокна, які через сосочково-таламіч-ний шлях проходять до переднього таламуса. Зазначимо, що ушкодження таламуса у мавп також спричинюють втрату пам’яті на недавні події. З таламуса волокна, що відповідають за пам’ять, відходять до передлобової ділянки кори, потім — до основи переднього мозку, звідки йдуть дифундивні холінерґічні проекційні нервові волокна до всієї нової кори, мигдалеподібного тіла та морського коника з базального ядра Мейнерта. У випадку хвороби Альц-геймера простежуються серйозні втрати цих волокон (див. нижче).

Мигдалеподібне тіло тісно пов’язане з морським коником і задіяне у кодуванні емоційних спогадів. Як зазначено у Розділі 15, унаслідок ушкодження мигдалеподібних тіл тварини стають менш лякливими. Здорові люди запам’ятовують події, пов’язані з переживанням сильних емоцій, набагато ліпше, ніж події без емоційного навантаження. Натомість у пацієнтів із двосторонніми ушкодженнями мигдалеподібного тіла такої різниці нема.

Конфабуляція є цікавим, однак слабко вивченим станом, що інколи трапляється в осіб з ушкодженнями вент-ромедіальних ділянок лобових часток. Такі люди погано складають тести на пам’ять, однак невимушено описують події, яких ніколи не було. Такий стан ще називають “чесною брехнею”.

                                                                                                                                                                  

Довготривала пам’ять

На відміну від процесу кодування короткочасної пам’яті, що відбувається у морському конику, довготривалі спогади зберігаються у різноманітних частинах нової кори. Очевидно, різні елементи спогадів — візуальні, нюхові, слухові тощо — містяться у відповідних ділянках кори, що пов’язані з такими функціями. Ці елементи поєднуються внаслідок довготривалих змін сили передавання на відповідних си-наптичних з’єднаннях таким способом, що всі компоненти образу переходять до свідомості, коли особа відтворює спогад у пам’яті.

Як тільки довготривалі спогади закладено, їх можна відтворити за допомогою значної кількості різноманітних асоціацій. Наприклад, спогад про яскраву сцену можна відновити не лише у випадку подібної сцени, а й за допомогою звуків чи запаху, пов’язаного зі сценою чи словами “сцена”, “яскравий” та ін. Отже, до кожного кумульованого спогаду повинні бути численні шляхи. Крім того, багато спогадів мають емоційний компонент. Говорячи простіше, спогади можуть бути приємними чи неприємними.

                                                                                                                                                                  

Відоме та невідоме

Цікаво, що подразнення деяких ділянок скроневих часток у людей зумовлює зміни у сприйнятті навколишнього середовища. Наприклад, від дії подразника суб’єкт може почуватися незвично у відомому місці або ж відчувати: те, що стається, вже було в минулому. Виникнення такого почуття у відповідних ситуаціях, можливо, допомагає нормальній особі пристосуватися до середовища довкілля. У невідомому оточенні особа перебуває в стані тривоги й настороженості, тоді як у відомому її пильність послаблена. Неадекватне відчуття знайомості під час нових подій чи в новому оточенні клінічно відоме як явище deja vu (у перекладі із фр. — вже побачене). Це явище трапляється від часу до часу у здорових людей, однак може виникати як аура (особливе відчуття безпосередньо перед нападом) у пацієнтів з епілепсією у випадку ураження скроневої частки.

                                                                                                                                                                  

Висновок

Отже, кодування свідомої пам’яті все ще потребує детального вивчення. Відповідно до різних поглядів інформація про відчуття тимчасово нагромаджується у різноманітних частинах передлобової ділянки кори як робоча пам’ять. Інформація в робочій пам’яті переходить до медіальної скроневої частки і, особливо, до закрутки морського коника, а звідти — до морського коника, де відбувається її опрацювання у досі нез’ясований спосіб. У цей період, як описано вище, активність є вразливою. Сигнал із морського коника переходить через підставку в напрямі нюхової кори і якимось чином зв’язує та посилює кругообіг у багатьох різних ділянках нової кори, формуючи з часом стійкі спогади, які можна відновити за допомогою багатьох різних асоціацій.

                                                                                                                                                                  

Хвороба Апьцгеймера і стареча деменція

Для хвороби Альцгеймера характерною є втрата короткочасної пам’яті, що прогресує, після якої настає загальна втрата коґнітивної (від англ. congenitive — пізнавальний) функції та смерть у людей середнього віку. Подібний дегра-даційний процес в осіб старшого віку називають старечою деменцією типу Альцгеймера, однак часто також хворобою Альцгеймера. Здебільшого ця хвороба спорадична, та трапляються й сімейні типи захворювання. Вони становлять 50-60% від усіх випадків старечої деменції. Пацієнти з хворобою Альцгеймера потребують цілодобового догляду. Оскільки 10-15% населення віком понад 65 років та майже 50% населення віком понад 85 років притаманний певний рівень деменції, то такий стан є не лише серйозною медичною проблемою, а й економічною, особливо з огляду на те, що кількість старших людей серед населення розвинутих країн збільшується.

Ранніми змінами у випадку хвороби Альцгеймера є атрофія морського коника та нюхової кори. Ці зміни можна фіксувати за допомогою ЯМР упродовж двох років, перш ніж буде визначено точний діагноз. У цьому разі відбувається втрата холінергічних та інших нейронів у корі головного мозку і гостра втрата холінергічних нейронів у базальному ядрі Мейнерта й подібних ядрах, що містять тіла клітин цих нейронів, які проектують до морського коника, мигдалеподібного тіла та нової кори (див. Розділ 15). Не

значних тимчасових поліпшень стану у випадку хвороби Альцгеймера інколи можна досягти за допомогою препаратів, що інгібують ацетилхолінестеразу і, відповідно, послаблюють втрату ацетилхоліну Щоправда, таке лікування не впливає на дегенеративні процеси, що є в основі цієї хвороби.

Причина нейронної дегенерації у випадку хвороби Альцгеймера досі не з’ясована. Цитопатологічними ознаками хвороби є внутрішньоклітинні нейрофібрилярні клубочки, які складаються частково з гіперфосфорильо-ваних форм білка тау, що в нормальному стані зв’язується з мікротрубочками (див. Розділ 1), та позаклітинних старечих бляшок, що мають серцевину з Р-амілоїда (АР), оточеного нервовими волокнами та реактивними гліаль-ними клітинами. Бета-амілоїди — це пентиди Ар4() та Ар42, утворені з амілоїдного прекурсорного білка (АПБ). Зокрема, АР42 формує нерозчинні агрегати внаслідок гідролізу АПБ. У цьому разі ключовим ензимом є у-секретаза. У близько 50% ранніх випадків хвороби Альцгеймера виникають мутації генів, що відповідають за два білки, які містяться в мембранах органел клітин: пресенілін 1, кодований геном на хромосомі 14, та майже ідентичний до нього пресенілін 2, кодований геном на хромосомі 1. Обидва пресеніліни пов’язані з активністю у-секретази. Мутації гена на хромосомі 21, кодованого АМБ, також призводять до ранніх випадків хвороби Альцгеймера. Цікаво, що пацієнти із синдромом Дауна мають додаткову хромосому 21 (трисомія 21), і відомо, що у них деменція типу Альцгеймера розвивається в ранньому віці. Якщо А(342 акумульований позаклітинно, то він може бути токсичним для нервових клітин. Є думки, що саме це й може спричиняти хворобу Альцгеймера.

Сьогодні відомо, що естроген сповільнює прогресування хвороби Альцгеймера. Крім того, є взаємозв’язок між ізоформами аполіпопротеїну Е (АПО Е; див. Розділ 17) та віком виникнення хвороби. Ген, що відповідає за цей білок, міститься на хромосомі 19 і утворює три головні ізоформи, відмінні між собою одними чи двома амінокислотами. В осіб, гомозиготних для ізоформи АПО-4, хвороба Альцгеймера розвивається раніше, ніж у тих, хто гомозиготний для ізоформ АПО-2 та АПО-3 чи гетерозиготний для будь-якої з них. Однак для того, щоб з’ясувати роль А(3, естрогену та ізоформи АПО Е в патогенезі цієї хвороби, треба виконати значну кількість додаткових досліджень.

Цікаво, що вибіркова дегенерація в процесі старіння може відбуватися в трьох різних типах клітин у ЦНС, спричинюючи три різні хвороби, що прогресують, призводять до деформації, а в кінцевому підсумку — до смерті. Як уже зазначено, дегенерація холінергічних нейронів в основі переднього мозку пов’язана з хворобою Альцгеймера, дегенерація дофамінергічних нейронів у чорній речовині — з хворобою Паркінсона (див. Розділ 12), а дегенерація холінергічних рухових нейронів у стовбурі мозку та спинному мозку — з однією з форм бокового аміотрофічного склерозу (БАС). БАС часто називають хворобою Лу Ґеріга, оскільки цей відомий американський бейсболіст помер від неї. Усі три хвороби переважно спорадичні, однак бувають і родинні форми. У 5% випадків БАС є родинним, у 40% із цих п’яти фіксують мутацію гена, відповідального за Си/ Zn супероксиддисмутазу (СОД-1) на хромосомі 21. Дефек

тивний СОД-1 ген може допускати нагромадження вільних радикалів, які руйнують нейрони. Дегенеративні хвороби нервової системи, зумовлені посиленими тринуклеотид-ними повторюваннями, розглянуто у Розділі 12.

                                                                                                                                                                  

ФУНКЦІЇ НОВОЇ КОРИ

За пам’ять та навчання відповідають багато частин мозку, однак центри, що контролюють деякі інші функції вищої нервової діяльності, зокрема, механізми, пов’язані з мовою, переважно зосереджені у новій корі. Мовлення й інші розумові функції особливо добре виражені у людей, оскільки саме в них покривний шар нової кори розвинутий найліпше.

                                                                                                                                                                  

Анатомічні особливості

Лише у трьох сучасних видів розміри мозку більші, ніж у людини (бурий дельфін, слон та кит), однак за співвідношенням маси мозку до маси тіла людина впевнено посідає перше місце. З порівняльного погляду найхарактернішою ознакою людського мозку є надзвичайний ріст трьох головних асоціативних ділянок; передньої, що міститься перед премоторною ділянкою; тім’яно-скронево-потиличної, що є між соматосенсорною та зоровою ділянками кори і проходить у задню ділянку скроневої частки; скроневої, що розташована від нижчої ділянки скроневої частки до лімбічної системи (рис. 16-4). Пропорції між різними частинами мозку людини й мавпи подібні, та оскільки людський мозок більший, то більшим є і загальний розмір ділянок асоціації. Ділянки асоціації — це елементи шестишаро-вого покриття нової кори. Такий шар із сірої речовини покриває бокові поверхні півкуль головного мозку від концентричних алокіркових та юксталокіркових кілець навколо воріт (див. Розділ 15).

Нейронні зв’язки в межах нової кори утворюють складну мережу (див. рис. 11-2). Низхідні аксони з великих клітин у пірамідальному клітинному шарі випускають кола-тералі, що зворотно зв’язуються через асоціативні нейрони

Слухова кора вищого порядку

Рис. 16-4. Вигляд збоку кори головного мозку людини. Показано сенсорні, рухові та асоціативні зони.

ВИЩІ ФУНКЦІЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ / 253

з дендритами клітин, із яких вони походять, закладаючи основу складного регуляторного механізму зворотного зв’язку Зворотні колатералі також зв’язуються із сусідніми клітинами. Великі складні дендрити глибоких клітин приймають специфічні та неспецифічні таламічні аферентні, ретикулярні аференті та асоціативні волокна з інших ділянок кори. Специфічні таламічні аферентні волокна мають закінчення у четвертому шарі кори. Пластичність кіркових зв’язків та їхню здатність пристосовуватися описано в Розділі 7.

                                                                                                                                                                  

Комплементарна спеціалізація півкуль порівняно з “домінуванням головного мозку”

Однією групою функцій, за яку тою чи іншою мірою відповідає нова кора, є мова, тобто розуміння сказаного та писаного слова, а також висловлення ідей за допомогою мовлення чи писання. Остаточно з’ясовано, що функції людської мови залежать більше від одної півкулі головного мозку, ніж від іншої. Ця півкуля відповідає за категоризацію та символізацію, і її часто називають “домінуючою півкулею”. Звичайно ж, інша півкуля не є менш розвиненою; вона провідна у сфері просторово-часових відносин. Саме у цій півкулі відбувається, наприклад, ідентифікування об’єктів за їхньою формою чи розпізнавання мелодій; вона також відіграє первинну роль у розпізнаванні облич. Відповідно, концепцію “домінування головного мозку” та домінуючої і недомінуючої півкулі було замінено концепцією комплементарної спеціалізації півкуль. Одна півкуля спеціалізується на послідовно-аналітичних процесах (категорична півкуля), інша — на візуоспатичних (репрезентативна півкуля). За функції мови відповідає категорична півкуля. Спеціалізація півкуль є й у мавп, отже, вона розпочалася до еволюції мови.

Ушкодження категоричної півкулі зумовлюють мовні розлади, які не виникають навіть після важких ушкоджень репрезентативної. Наслідком ушкодження репрезентативної півкулі є астереогноз (нездатність визначати форми об’єкта на дотик зі збереженою тактильною та м’язовою чутливістю) та інші агнозії. Агнозія — це загальний термін, яким означають нездатність розпізнавати об’єкти за допомогою певного чуття. Такі дефекти є наслідком уражень переважно тім’яної частки. Ушкодження в репрезентативній півкулі нижньої тім’яної частки, а також у задній ділянці тім’яної частки, що міститься близько до потиличної, зумовлює односторонню неуважність та недбальство. Особи з такими ураженнями не мають явних первинних візуальних, слухових чи соматосенсорних дефектів, однак вони ігнорують подразники з контралатеральної частини тіла чи з простору навколо цих частин. Це призводить до того, що особа не піклується про половину свого тіла. У разі крайніх проявів особа може голити половину лиця, одягати половину тіла або читати половину кожної сторінки. Така нездатність скласти картинку видимого простору, з одного боку, зумовлена зміщенням зорової уваги в сторону ушкодження мозку; її можна полегшити, якщо не повністю виправити, за допомогою окулярів із призмами.

Зазначимо, що спеціалізація кожної з півкуль зумовлена також іншими частинами кори. Пацієнти з ушкодженнями категоричної півкулі часто стурбовані своїм станом і пере

бувають у депресії, натомість пацієнти з ушкодженнями репрезентативної півкулі часто безтурботні, а інколи є в стані ейфорії. Крім того, пацієнти з ушкодженнями репрезентативної півкулі мають проблеми з розпізнаванням емоцій інших людей.

Спеціалізація півкуль пов’язана з переважним використанням однієї руки. Це явище визначене генетично. У 96% правшів, що становить 91% людства, домінує ліва, або категорична, півкуля, у решти 4% — права. Приблизно у 15% лівшів права півкуля є категоричною, а ще у 15% чіткої латералізації не зафіксовано, у решти 70% лівшів категорична ліва півкуля. Цікаво, що нездатність до навчання, наприклад, дислексія, тобто обмежена здатність навчитися читати, у лівшів трапляється в 12 разів частіше, ніж у правшів. Це можна пояснити тим, що деякі суттєві порушення у лівій півкулі призводять до зміни переважного користування однією з рук на ранній стадії розвитку. Щоправда, просторові здібності лівшів на порядок вищі від середнього рівня. Непропорційно велика частина художників, музикантів та математиків — лівші. З поки що нез’ясованих причин тривалість життя лівшів є коротшою, ніж правшів.

Між двома півкулями є анатомічні відмінності, і це може впливати на відмінності у функціях. Як зазначено у Розділі 9, скронева площина, ділянка верхньої скроневої закрутки, що відповідає за пов’язані з мовою слухові процеси, з лівого боку стабільно більша, ніж із правого. Таке ж співвідношення притаманне шимпанзе, хоча, як відомо, мова є рисою, майже винятково властивою людині. Завдяки візу-алізації з’ясовано, що інші ділянки поверхні лівої скроневої частки більші у правшів, права лобова частка, як звичайно, більше потовщена, ніж ліва, а ліва потилична частка ширша і простягається через серединну лінію. Частини поверхні лівої скроневої частки є стабільно більшими у правшів. Зафіксовано також хімічні відмінності між двома частинами мозку. Наприклад, у шляху між чорною речовиною та смугастим тілом концентрація дофаміну вища з лівого боку у правшів і з правого — у лівшів. Фізіологічне значення цих відмінностей поки що невідоме.

У пацієнтів, хворих на шизофренію, за допомогою ЯМР виявлено знижений рівень сірої речовини з лівого боку, у передній ділянці морського коника, мигдалеподібного тіла та закрутці морського коника, а також у задній верхній скроневій закрутці. Ступінь зменшення її рівня у лівій верхній скроневій закрутці зумовлює відповідні зміни у розладах мислення в разі шизофренії. Для цього захворювання характерними є розлади дофамінергічних систем (див. Розділ 15) та кровоплину головного мозку (див. Розділ 32).

                                                                                                                                                                  

Фізіологічні основи мови

Мова — одна з фундаментальних основ людського інтелекту та ключовий елемент культури. Головні ділянки мозку, що відповідають за мову, розташовані вздовж та біля Сильвієвої борозни (бічної борозни головного мозку) категоричної півкулі. Ділянка в задній частині верхньої скроневої закрутки, яку називають зоною Верніке (рис. 16-5), відповідає за сприймання слухової та візуальної інформації. Вона має проекції через дугоподібний пучок до зони Брока (зона 44) у лобовій частці відразу перед нижнім кінцем рухової кори. В зоні Брока відбувається деталізування та впорядкування інформації, отриманої із зони

Рис. 16-5. Розташування деяких зон у категоричній півкулі, що відповідають за функції мови.

Верніке, і далі вона переходить через зону артикуляції мовлення на острівці до рухової кори, ініціюючи відповідні рухи губ, язика та гортані й витворюючи мову. Імовірна послідовність процесів, що відбуваються, коли особа називає побачений об’єкт, зображена на рис. 16-6. У кутовій закрутці, що за зоною Верніке, відбувається опрацювання інформації від прочитаних слів таким способом, що їх можна перевести в слухові форми слів у зоні Верніке.

За допомогою фЯМР з’ясовано, що в осіб, які вивчають іншу мову в дорослому віці, відповідальна за це ділянка

Ліва Права

півкуля півкуля

Рис. 16-6. Шлях, який проходять імпульси, коли особа називає візуальний об’єкт. Проекція на горизонтальний зріз людського мозку.

зони Брока розміщена біля зони, відповідальної за рідну мову, однак відокремлена від неї. Натомість у дітей за вивчення двох мов у ранньому віці відповідає одна зона. Відомо також, що діти опановують іноземну мову набагато легше, ніж дорослі.

                                                                                                                                                                  

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини