Научная группа нейрофизиологии

Научная группа нейрофизиологии
Обновлено 04.06.2012 14:30
Группа была организована и возглавлялась академиком РАН И.М. Гельфандом с
1965 по -2009 г.г.
Управление ритмическими движениями у позвоночных и беспозвоночных животных
явилось основным направлением исследований группы. Работы опирались на гипотезу
Н.А. Бернштейна (1946, 1947), согласно которой для эффективного управления
движением необходимо уменьшать избыточное число степеней свободы двигательного
аппарата, и на идею И.М. Гельфанда и М.Л. Цетлина (1962) о многоуровневой системе
управления, где каждая подсистема решает свои собственные задачи, получая лишь
общие команды от вышестоящей.
В исследованиях участвовали следующие сотрудники НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ и Института проблемы передачи информации РАН: Ю.И. Аршавский,
Л.И. Анциферова, М.Б. Беркинблит, Н.Н. Будакова, Т.Г. Делягина, Г.Н. Орловский, Г.А.
Павлова, Ю.В. Панчин, Л.Б. Попова, Ф.В. Северин, А.Г. Фельдман, О.И. Фуксон, М.Л.
Шик, В.С. Якобсон.
Первые эксперименты (Шик, Северин, Орловский, 1966) проиллюстрировали
правильность гипотезы. Так, у кошки в головном мозге была обнаружена «локомоторная
область», электрическая стимуляция которой вызывала координированную ходьбу.
Плавное увеличение силы стимула сопровождалось увеличением частоты шагов, рысью
и галопом. Разработка препарата с управляемой локомоцией явилась началом новой эры
в исследованиях управления ритмическими движениями у животных. Для выявления
базовых принципов управления ритмическими движениями у кошки проводили
исследование работы нервной системы и периферического двигательного аппарата не
только во время локомоции, но и во время чесательного рефлекса, вызываемого
тактильно, раздражением соответствующей «командной области».
При исследовании обоих движений было показано, что супраспинальные структуры,
посылая тонические сигналы к подсистемам, нейронным генераторам, расположенным в
спинном мозге, запускают их ритмическую активность. Нейронные генераторы
обеспечивают строгую последовательность активации мышц конечности, совершающей
1/3
Научная группа нейрофизиологии
Обновлено 04.06.2012 14:30
стереотипные шаги или чесательные движения. Было показано также, что в управление
ходьбой и чесанием вовлечены структуры головного мозга, передающие ритмические
сигналы к спинному мозгу по нисходящим трактам [пирамидному (Sirota, Pavlova,
Beloozerova, 2006), вестибулярному, ретикуло- и рубро-спинальному). Эти сигналы
формируются благодаря импульсам, приходящим от спинного мозга в ядра и кору
мозжечка и афферентным сигналам, например, вестибулярным. Если полномочия
спинального генератора - определять чаще или реже, сильнее или слабее сокращаются
ритмически работающие мышцы конечности, то корректирующие сигналы от прочих,
периодически работающих и выше перечисленных структур, по-видимому, адаптируют
стереотипные шаги к текущим задачам, например, к ходьбе по неровному или
редактируют их до сложных балетных па. Нейронный генератор был локализован в поясничном сегменте спинного мозга кошки;
и нейроны, участвующие в генерации ритма, систематизированы по их спайковой
активности. Специальное исследование нейронных генераторов ритма было успешно
продолжено у клиона, крылоногого моллюска, у которого относительно небольшое
количество клеток в нервной системе значительно упрощало задачу. Показано, что
устойчивая работа нейронных генераторов плавания и жевания клиона обеспечивается
как свойствами нейронов, так и связями между ними.
После массовой иммиграция научных сотрудников в девяностых в группе остаются Г.А.
Павлова, Ю.В. Панчин, Л.Б. Попова и Д.А. Воронов.
Логическим продолжением работ по управлению ритмическими движениями у
животных явилось изучение локомоции брюхоногих моллюсков и ресничных червей,
ползающих благодаря перистальтическим мышечным сокращениям (волнам) и/или
активности ресничного эпителия. У кошки и клиона фиксированная длина конечности и
крыла определяется костным и, соответственно, гидростатическим скелетом, а
локомоторный аппарат представлен скелетной мускулатурой. У брюхоногих моллюсков
локомоторный аппарат представлен гладкой мускулатурой, и, как выяснилось (Павлова,
1990, 1994), длина локомоторного аппарата эпизодически меняется в широких пределах
и прямо связана со скоростью локомоции.
Показано, что в управлении локомоцией у брюхоногого моллюска участвуют четыре
нейротрансмиттера (Pavlova, 2001). Командный нейротрансмиттер серотонин запускает,
а его пока неизвестный антагонист останавливает локомоцию. Баланс двух других
антагонистических нейротрансмиттеров (дофамина и, по-видимому, педального
пептида), оперативно управляя тонусом (длиной) продольных мышц локомоторного
2/3
Научная группа нейрофизиологии
Обновлено 04.06.2012 14:30
аппарата, меняет длину перистальтических локомоторных волн (шагов), управляя
скоростью ползания моллюска. Предположение, согласно которому педальный пептид
является универсальным нейротрансмиттером, регулирующим мышечную активность у
моллюсков, подтвердилось (Pavlova, Willows, 2005). Иммуногистохимия показала, что
нейроны, содержащие педальный пептид, обильно иннервируют не только ногу, но и
щупальца, пищевод, сердце, кровеносные сосуды, слюнные железы, стенки
гермафродитного протока. Ранее нами уже было показано, что этот пептид облегчает
локомоцию и моторику пищевода.
Оказалось, что у моллюсков роль, аналогичную нейронному генератору ритма кошки и
клиона, могут выполнять мышцы (Павлова, 2006), а выделенная в особый тип
перемещения еще в 17 веке ресничная локомоция на 80 % может быть обеспечена
мышечными сокращениями (Pavlova, 2010).
Данные, полученные на брюхоногих моллюсках, подтверждают концепцию
Бернштейна, Гельфанда и Цетлина и могут иметь прикладное значение. Так как
морфология локомоторного аппарата у брюхоногих моллюсков и внутренних органов и
протоков у позвоночных, например, фаллопиевых труб, схожие, то уже сегодня можно
перечислить функциональные (нерганические) нарушения, провоцирующие внематочную
беременность. 3/3