Активирующая ретикулярная система

В середине ХХ столетия американский физиолог Хорас Мэгун (Magoun H.W.) создал концепцию, согласно которой ретикулярная формация способна периодически активировать и тормозить кору больших полушарий. Активность ретикулярной формации ритмически изменяется на протяжении суток, что определяет чередование бодрствования и сна (см. главу 13). При бодрствовании она стимулирует поисковую активность в целом, определяет качество переработки сенсорных сигналов и повышает способность концентрировать внимание на определённых объектах – все эти функции необходимы для формирования мотиваций. При повышении притока сенсорной информации активность ретикулярной формации возрастает, при сенсорной депривации она уменьшается.

Участвующие в возникновении мотиваций нейроны ретикулярной формации различаются по используемому нейромедиатору (дофамин, норадреналин, серотонин, ацетилхолин) и по выполняемой функции. Норадренэргические нейроны стимулируют экстренную мобилизацию функций и представляют систему борьбы или бегства. Позитивная активационная система направляет действия человека на удовлетворение потребности в чём-либо и на получение удовольствия, она образована дофаминэргическими нейронами. Негативная активационная система стимулирует реакции избегания, она предупреждает действия, которые могут повлечь неприятные последствия (боль, наказание). Эту систему представляют серотонинэргические нейроны ядер шва. Восходящие проекции холинэргических нейронов среднего мозга к коре поддерживают оптимальный уровень бодрствования, обеспечивают способность концентрировать внимание, перерабатывать поступающую информацию и образовывать следы памяти.

Представление о функциональной специализации нейронов ретикулярной формации пришло на смену прежнему утверждению о неспецифичности её влияния. Однако соображение, высказанное ещё Мэгуном, остаётся актуальным: «Как спицы поворачиваются все вместе при вращении колеса, хотя каждая из них последовательно выдерживает основной вес, так и направленные в различные стороны влияния неспецифического ретикулярного механизма тесно связаны при нормальном функционировании»[5]. Это утверждение в полной мере применимо к функциям дивергентных систем мозгового ствола. Они взаимодействуют с гипоталамусом и лимбическими структурами, в результате возникающие мотивации всегда субъективно переживаются как эмоции.

11.3.2.1. Дофаминэргическая система. Дофаминэргические нейроны чёрной субстанции и вентральной покрышки среднего мозга образуют ветвящиеся аксоны, которые направлены к полосатому телу (нигростриатный путь), к лимбической системе и прилегающему ядру, а от него – к лобной коре (мезолимбический или мезокортикальный путь). Области дофаминэргической иннервации участвуют в формировании трёх функционально расщеплённых кругов передаваемой информации: ассоциативного (когнитивные функции), лимбического (переживание эмоций) и моторного (организация целенаправленного поведения). Дофаминэргическая система объединяет разные структуры в единый функциональный комплекс переднего мозга, тем самым она интегрирует когнитивные, эмоциональные и моторные аспекты поведения.

При достижении желаемых целей выделение дофамина увеличивается, что создаёт переживание приятных ощущений, удовольствие. Поэтому дофаминэргическая система является инструментом «внутреннего самовознаграждения», она побуждает человека выбирать и осуществлять такие действия, которые способны доставить удовольствие. Высокий уровень дофамина у человека способствует гедонистической направленности поведения на поиск удовольствий и наслаждений – от вкусной еды до интересного времяпрепровождения, хотя чрезмерно высокая активность дофаминэргической системы нарушает поведение и рассматривается, по одной из гипотез, в качестве причины шизофрении. Низкая активность дофаминэргических нейронов приводит к снижению поведенческой активности, сужению круга интересов и безынициативности.

Индивидуальная активность дофаминэргической системы обусловлена врождёнными особенностями синтеза, расщепления и взаимодействия дофамина с рецепторами. Генетический полиморфизм проявляется у людей разнообразием изоформ ферментов, определяющих метаболизм дофамина, и рецепторов, с которыми он взаимодействует. Синтез дофамина обеспечивают ферменты тирозингидроксилаза и декарбоксилаза L-ароматических аминокислот[6]. Ферментативное расщепление использованного дофамина осуществляют катехол-О-метилтрансфераза (КОМТ) и моноаминооксидаза (МАО). Агонисты или антагонисты этих веществ используются в медицине для повышения или понижения уровня дофамина в синапсах.

Действие дофамина на разные области мозга не одинаково, оно зависит от представительства в них различающихся как два подтипа дофаминэргических рецепторов: 1) Д₁ и Д₅ и 2)Д₂, Д₃, и Д₄. Рецепторы первого подтипа имеются на постсинаптических мембранах, они связаны с G_s-белком и вторичными посредниками, способствующими деполяризации постсинаптической мембраны и повышению возбудимости соответствующих нейронов. Рецепторы второго подтипа связаны с G_i-белком и расположены на пресинаптических мембранах в качестве ауторецепторов, регулирующих синтез и высвобождение дофамина.

Дегенерация дофаминэргических нейронов при болезни Паркинсона проявляется моторными, когнитивными и эмоциональными расстройствами. Нарушения моторной деятельности состоят в дефиците необходимых движений и мышечной скованности, когнитивные нарушения проявляются в уменьшении речевой активности, ослаблении внимания, пространственного восприятия и памяти, а эмоциональные нарушения могут включать увеличение тревожности, депрессию, апатию и обеднение эмоциональной сферы в целом. Нехватка дофамина в определённых областях мозга ведет к утрате инициативы, а более серьезный дефицит — к полной невозможности совершить активное действие в результате разобщения когнитивных и мотивационно-аффективных механизмов.

11.3.2.2. Серотонинэргическая система. Тела нейронов сосредоточены в ядрах шва продолговатого мозга, а их дивергентные проекции распределены в стволе, таламусе, гипоталамусе, гиппокампе, миндалинах, перегородке, полосатом теле и коре больших полушарий. Активность нейронов циклически изменяется в течение суток, её повышение тормозит действие холинэргических нейронов на кору, чем способствует переходу от бодрствования ко сну (см. главу 13). Менее выраженные флуктуации активности серотонинэргических нейронов во время бодрствования создают периодические изменения настроения и способности концентрировать внимание. Серотонин стимулирует образование бета-эндорфина в гипоталамусе, а нисходящая проекция серотонинэргических нейронов в спинной мозг служит для торможения передачи сигналов от болевых рецепторов и является частью антиноцицептивной системы, понижающей порог болевого восприятия.

В отличие от дофаминэргических нейронов, активность которых мотивирует поведение на поиск контактов с объектами внешнего мира, серотонинэргические нейроны способствуют возникновению реакций избегания потенциально опасных или неприятных объектов. Серотонин оказывает преимущественно тормозно-модулирующее действие на синаптическую передачу в разных областях мозга, чем контролирует уровень беспокойства и агрессии. При низкой активности серотонинэргических нейронов у человека повышается уровень тревожности и развивается депрессия (у самоубийц регистрируется низкий уровень метаболитов серотонина в цереброспинальной жидкости). Если же низкий уровень активности серотонинэргических нейронов сочетается с повышением уровня катехоламинов, то на фоне депрессии ослабляется контроль импульсивного поведения и возникает немотивированная агрессивность, сопровождающаяся социально опасными действиями. Уровень серотонина понижается при укорочении светового дня зимой, результатом является сезонная депрессия, проявляющаяся повышением тревожности и сниженным контролем импульсивного поведения. Сходные проявления иногда возникают во время предменструального синдрома у женшин, при котором уровень серотонина снижается вследствие изменений гормонального фона. Низкий уровень серотонина способствует развитию алкоголизма: поначалу алкоголь повышает его, но при длительном потреблении – снижает. Индивидуальные особенности серотонинэргической системы у человека обусловлены генетически (Справка 11.3).

Серотонин синтезируется с помощью фермента триптофангидроксилазы из получаемого с пищей триптофана, в синапсах он взаимодействует со специфическими рецепторами. Существует 16 типов рецепторов к серотонину, среди них имеются ионотропные и метаботропные, которые различаются типом G-белка и системой вторичных посредников. Вызываемые серотонином эффекты пропорциональны его концентрации в синаптической щели, что, в свою очередь, зависит от трёх процессов: 1) скорости синтеза серотонина, определяемого триптофангидроксилазой; 2) активного обратного транспорта серотонина в выделившую его клетку; 3) расщепления использованного медиатора с помощью моноаминооксидазы. Серотонин тормозит агрессивное поведение, действуя на постсинаптические метаботропные рецепторы типа 1А и 1В. Рецепторы этих типов у человека имеются в таламусе, лимбических структурах, полосатом теле и коре. Присоединение к ним серотонина активирует систему вторичных посредников циклического АМФ, управляющих ионными каналами калия, что приводит к гиперполяризации и уменьшению возбудимости нейронов. Активация других разновидностей серотонинэргических рецепторов (например, в гиппокампе) ведёт к возбуждению постсинаптических структур, что способствует регистрации новой информации или извлечению следов памяти.

Коррекция угнетённого психического состояния с помощью антидепрессантов (трициклические соединения, ингибиторы моноаминооксидазы, соли лития) основана на том, что они повышают уровень серотонина в синаптической щели путём блокады его обратного захвата, угнетения активности моноаминооксидазы или повышением чувствительности серотониновых рецепторов. Серотониновые рецепторы чувствительны к диэтиламиду лизергиновой кислоты (ЛСД) и ему подобным психотомиметикам, действие которых проявляется вегетативными реакциями и изменениями восприятия пространства, схемы своего тела и времени. Применение психотомиметиков приводит к возникновению галлюцинаций и внезапных изменений в эмоциональной сфере.

11.3.2.3. Норадренэргические нейроны. Норадреналин всесторонне изучен в качестве медиатора симпатического отдела вегетативной нервной системы, но в данном разделе рассматриваются центральные норадренэргические нейроны. Они образуют 7 небольших парных ядер в стволе мозга, из которых самым крупным является голубое пятно (locus coeruleus), содержащее около 50% всех норадренэргических нейронов и продуцирующее 70% норадреналина. Аксоны норадренэргических нейронов образуют широко ветвящиеся восходящие и нисходящие коллатерали, которые оканчиваются в стволе и спинном мозгу, мозжечке, таламусе, гипоталамусе, миндалинах, гиппокампе. Восходящие проекции достигают разных областей коры, аксоны нейронов голубого пятна участвуют в образовании медиального пучка переднего мозга вместе с дофаминэргическими нейронами.

Действие норадреналина может быть возбуждающим или тормозным, что определяется типом адренорецепторов, преобладающих в той или иной структуре мозга. Присоединение медиатора к альфа-1-адренорецепторам, имеющимся в коре и гиппокампе, ведёт к активации мембранных каналов для ионов кальция и возбуждению клеток. Связь норадреналина с альфа-2-адренорецепторами уменьшает выделение ацетилхолина, серотонина и норадреналина в окончаниях соответствующих нейронов; через эти рецепторы норадреналин подавляет также активность парасимпатических нейронов ствола. Действие норадреналина на бета-1-рецепторы нейронов полосатого тела повышает их возбудимость. Разнонаправленный характер влияний норадреналина на разные типы рецепторов и отсутствие полных сведений об их распределении пока не позволяют дать однозначную оценку функций центральных норадренэргических нейронов.

Их активация способствует пробуждению человека от сна, а во время бодрствования – привлечению внимания к сенсорным стимулам. Для осуществления реакций борьбы и бегства также необходима повышенная активность норадренэргических нейронов, которая направлена на мобилизацию организма к высоко активным действиям и на подавление болевой чувствительности. При сильном болевом воздействии норадренэргическая активация возбуждает эмоционально негативные зоны гипоталамуса и способствует повышенному образованию опиатных пептидов. Нейроны голубого пятна быстро активируются при стрессовых воздействиях, но скоро их модулирующее действие направляется не на стимуляцию, а на уменьшение активности иннервируемых областей мозга, что способствует адаптации к действующему раздражителю.

Лекарственные препараты, снижающие уровень норадреналина (например, применяемые для борьбы с высоким артериальным давлением), обладают седативным, то есть успокаивающим действием, Напротив, препараты, повышающие уровень норадреналина, могут вызвать эмоциональный подъём и эйфорию на фоне предшествующей депрессии. Депрессия, обусловленная недостатком норадреналина и дофамина, проявляется физической и духовной слабостью, низкой способностью к концентрации внимания и ослабленной памятью, неспособностью получать удовольствие от привычной деятельности и даже от награды.

Чрезмерная активность норадренэргических нейронов, особенно расположенных рострально от голубого пятна, является важным механизмом развития панического синдрома. Это крайне выраженное состояние тревоги, непреодолимого ужаса, возникающего одновременно с повышением частоты сокращений сердца, одышкой и полуобморочным состоянием, которое имеет наследственную основу и встречается у 1-2 процентов населения. Ведущим патогенетическим звеном этого синдрома является гиперреактивность норадренэргических путей и бета-адренорецепторов.

11.3.2.4. Холинэргическая система. Ацетилхолин используется как медиатор в нервно-мышечных и вегетативных синапсах, а также в локальных интернейронах полосатого тела. Дивергентные проекции образуют холинэргические нейроны рострального отдела ствола, которые оказывают медленное модулирующее действие на таламус и кору через метаботропные М-холинорецепторы. При активации холинэргических нейронов ствола у спящих происходит пробуждение и десинхронизация волн электроэнцефалограммы. Активность этих нейронов при бодрствовании обеспечивает эффективность переработки сенсорной информации, способствует привлечению внимания к определённым стимулам, образованию следов памяти, повышает производительность ассоциативной деятельности.

При разрушении холинэргических нейронов в процессе болезни Альцгеймера возникает слабоумие (деменция), проявляющееся нарушениями суждений, интеллекта, памяти, речи. Существует семейство генов, получивших название пресенилины (от лат. prae – перед; senilis – старческий). Среди них обнаружены по крайней мере четыре гена, мутации которых являются факторами генетической предрасположенности к возникновению болезни Альцгеймера.