See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/273486804 Управляющие системы мозга [The Brain Executive Systems] In Russian Article in Zhurnal vysshei nervnoi deiatelnosti imeni I P Pavlova · January 2015 CITATIONS READS 0 2,814 1 author: Regina I Machinskaya Russian Academy of Education 137 PUBLICATIONS 479 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Risk behavior and social cognition assessment battery standardization in adolescents View project Anticipatory Attention View project All content following this page was uploaded by Regina I Machinskaya on 31 March 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2015, том 65, № 1, с. PROOF 33–60 ОБЗОРЫ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ УДК 612.821.6 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА © 2015 г. Р. И. Мачинская Лаборатория нейрофизиологии когнитивной деятельности Института возрастной физиологии РАО, Москва, e-mail: regina_home@inbox.ru Поступила в редакцию 02.08.2014 г. Принята в печать 20.10.2014 г. На основе сопоставления данных нейроморфологических, нейрофизиологических, нейроко гнитивных и нейропсихологических исследований показано специфическое участие различ ных участков префронтальной коры – латеральных, медиальных, орбитальных и ростральных – в избирательной регуляции и организации целенаправленного поведения. Функциональная специализация префронтальных областей определяется их связями с постцентральными ассо циативными зонами, а также особенностями взаимодействия с глубинными структурами моз га, такими как медиодорзальное ядро таламуса, гиппокамп, миндалина и базальные ганглии. Отдельные зоны префронтальной коры и подкорковые структуры образуют функциональные объединения, которые обеспечивают различные аспекты управляющих функций мозга. Ключевые слова: управляющие функции мозга, префронтальная кора, лимбическая система, базальные ганглии, медиодорзальное ядро таламуса, фронто-таламическая система. The Brain Executive Systems R. I. Machinskaya Institute of Developmental Physiology, Russian Academy of Education, Moscow, e-mail: regina_home@inbox.ru The analysis of neuromorphological, neurophysiological, neurocognitive and neuropsychological data demonstrates the specific involvement of lateral, medial, orbital and rostral parts of prefrontal cortex in the selective regulation and organization of goaldirected behavior. Functional specialization of differ ent prefrontal areas depends on their cooperation with posterior associative cortices and subcortical brain structures such as the mediodorsal thalamic nucleus, hippocampus, amygdale and basal ganglia. Separate cortical and subcortical structures are included in functional networks which provide different aspects of the brain executive functions. Keywords: brain executive functions, prefrontal cortex, limbic system, basal ganglia, mediodorsal thalamic nucleus, fronto-thalamic system. DOI: 10.7868/S0044467715010086 В последние десятилетия в нейронауке и нейропсихологии накопилось много новых сведений о мозговом обеспечении избира тельной регуляции, программирования, пла нирования и контроля целенаправленного поведения – процессов, объединенных в ан глоязычной литературе термином executive functions [Miyake et al., 2000; Elliott, 2003; Dia mond, 2013; и др.]. В русскоязычной литера туре можно встретить использование двух ва 3 риантов перевода термина executive functions – “исполнительные функции” [Алексеев, Руп чев, 2010; Пушина, 2014] и “управляющие” функции” [Голдберг, 2003; Семенова, 2005; Ахутина, Меликян, 2012]. Термин “управля ющий мозг” (executive brain) получил широ кое распространение во многом благодаря одноименной книге Э. Голдберга, опублико ванной в 2001 г. [Голдберг, 2003, русское изда ние] и относился преимущественно к лоб 33 34 МАЧИНСКАЯ ным долям больших полушарий. Еще раньше термин “управляющий мозга” (executive of the brain) по отношению к лобной коре ис пользовал К. Прибрам [Pribram, 1973]. В 2009 г. была опубликована новая книга Э. Голдберга [Goldberg, 2009], в которой “новый управля ющий мозг” (new executive brain) включает не только фронтальные отделы больших полу шарий, но также подкорковые образования, в частности ядра лимбической системы и ба зальные ганглии, которые вместе с префрон тальной корой образуют “большой лоб” (big frontal lobe). Словосочетание “управляющие системы мозга”, вынесенное в заголовок этой статьи, отражает сложную многокомпонент ную организацию нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе регуляции и организации целенаправленного поведения. В настоящей статье рассматриваются совре менные представления о структурах мозга, образующих управляющие системы и их функциях. Роль лобных отделов коры больших полушарий в обеспечении управляющих функций Начало исследованиям роли коры лобных долей мозга в организации целенаправленно го поведения положили наблюдения за по следствиями их повреждения у человека и животных. Как отмечал А.Р. Лурия [1969], первые такие наблюдения, описанные в ра ботах врачей и физиологов, позволили обна ружить, что при поражении лобных структур поведение перестает быть целенаправлен ным, адаптивным, страдает оценка внешних впечатлений, координация чувствительных и двигательных элементов деятельности, син тез направленных на цель движений. На основе данных экспериментальных и клинических на блюдений, а также результатов собственных исследований эффектов повреждения лобных долей А.Р. Лурия в своих трудах [1969, 1970] провел анализ мозгового обеспечения функ ций произвольной регуляции целенаправ ленной деятельности. Позже А.Р. Лурия [1973, 1978] он объединил структуры мозга, “ответственные” за программирование дви жений и действий, регуляцию протекающих активных процессов и сличение эффекта действий с исходными намерениями, в осо бый (третий по классификации А.Р. Лурия) функциональный блок мозга и рассматривал лобные доли как основную составляющую этого блока. Два других блока были обозначе ны им как блок регуляции тонуса и бодрство вания (первый блок) и блок приема, перера ботки и хранения информации (второй блок). Как и остальные два блока, третий блок играет свою особую роль в обеспечении психической жизни и регуляции поведения и необходим для осуществления любого вида психической деятельности. Необходимо подчеркнуть, что, как и любые другие составляющие психической деятельно сти, регуляторные компоненты целенаправ ленного поведения реализуются сложными функциональными системами. “Специализа ция” отдельных корковых зон или подкорко вых образований не исключает, а, напротив, подразумевает их взаимодействие с другими “участниками” функциональной системы. Вне такого взаимодействия или при его нару шении, нормальное функционирование моз говых структур невозможно. Это особенность мозгового обеспечения психических процес сов, которую А.Р. Лурия определил как прин цип динамической локализации высших пси хических функций [Лурия, 1982], в равной ме ре относится и к управляющим функциям. Системный характер мозговой организации управляющих функций подтверждается мно гочисленными клиническими наблюдения ми, экспериментальными исследованиями на животных и данными неинвазивных исследо ваний работы мозга здоровых людей. Благодаря явной и давно обнаруженной в клинических исследованиях связи между со хранностью лобных долей полушарий и сложными формами регуляции целенаправ ленного поведения термины “управляющие функции” (УФ) и “лобные функции” часто используются как синонимы, особенно в трактовке результатов нейропсихологиче ской диагностики. Несмотря на то, что кон троль поведения ассоциируется с лобными отделами мозга даже в бытовом сознании, во прос о роли корковых отделов лобных долей в мозговом обеспечении УФ остается откры тым [Baddeley, Wilson, 1988; Miyake et al., 2000; Elliott, 2003; Alvarez, Emory, 2006; Leh et al., 2010]. Основная критика позиции однозначного соотнесения управляющих функций с функ циями лобной коры касается клинических данных. Еще А.Р. Лурия [1970] обращал вни мание на ограничения использования ре зультатов наблюдений за локальными пора жениями мозга для нейропсихологических выводов, указывая, что любой патологиче ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА ский процесс, сколь ограничен бы он ни был, изменяет мозговую ликворо и гемодинами ку, вызывая изменения нейронной активно сти за пределами области поражения и меняя нормальную работу далеко отстоящих друг от друга участков мозга. В нейропсихологиче ских и нейрокогнитивных исследованиях со общается, что пациенты с диффузными пора жениями мозга после черепномозговой травмы демонстрируют нарушения рабочей памяти и произвольного внимания [Serino et al., 2006; SánchezCarrión et al., 2007; Azouvi et al., 2009 (обзор)]. Известно также, что де фицит управляющих функций отмечается у пациентов с локализацией повреждений моз га вне лобной коры, преимущественно в тала мусе [Van der Werf et al., 2003; Tuchscherer a et al., 2010; Grossman et al., 2012; и др] и ба зальных ганглиях [Буклина и др., 1994; Brown et al., 1997; Elliott, 2003; Adam et al., 2011]. И наоборот, описаны случаи, когда пациенты с лобными повреждениями успешно выполня ли стандартные нейропсихологические тесты на сохранность управляющих функций [An drés, 2003; Dumontheil et al., 2008]. Дополни тельным фактором, осложняющими трактовку клинических данных, является многокомпо нентный состав управляющих функций и не возможность однозначной интерпретации стандартных нейропсихологических тестов. Проблема тестирования управляющих функ ций и трактовки результатов выполнения за даний пациентами с различной патологией мозга подробно обсуждается в ряде обзоров [Семенова, 2005; Alvarez, Emory, 2006; Stuss, 2007, Chan et al., 2008]. Не только клиниче ские наблюдения, но и данные эксперимен тальных исследований с использованием не инвазивных методов изучения мозга говорят о неправомерности однозначного отождеств ления управляющих функций с активностью лобных структур. В обзоре [Collette et al., 2006] представлен анализ данных фМРТ и ПЭТ исследований мозговой организации трех когнитивных операций, которые чаще всего анализируются в качестве основных со ставляющих управляющих функций [Miyake et al., 2000]. Это – сохранение и обновление значимой информации (updating), селекция значимых событий и торможение импуль сивных реакций (inhibition), переключения на другую когнитивную задачу (shifting). Пер вая из перечисленных операций сопровожда ется активацией не только лобных, но и те менных корковых зон (поля 40 и 7 по Бродма ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 35 ну). Эти же области коры активируются в тех случаях, когда требуется переключение на другую задачу независимо от модальности стимулов. Авторы обзора подчеркивают роль теменных зон в единой распределенной ней ронной сети, обеспечивающей УФ. В связи с проблемой морфофункциональ ной основы управляющих функций дискус сионными остаются два вопроса: (1) можно ли говорить о специализации отдельных участков лобной коры в реализации различ ных составляющих управляющих функций; (2) ограничивается ли мозговое обеспечение управляющих функций только лобной корой. На второй вопрос большинство современных исследователей отвечают отрицательно, под черкивая взаимодействие лобных корковых зон с различными глубинными структурами мозга и другими ассоциативными зонами ко ры при реализации отдельных компонентов управляющих функций и целенаправленного поведения в целом. Вместе с тем, изучение специфической роли отдельных звеньев моз говой организации управляющих функций, в том числе отдельных фронтальных корковых зон, не потеряло своей актуальности. Напро тив, неинвазивные методы регистрации моз гового метаболизма с помощью функцио нальных МРТ и ПЭТ технологий с высоким пространственным разрешением позволили преодолеть ограничения клинических на блюдений и исследовать мозговое обеспече ние организации и регуляции целенаправ ленного поведения у здоровых взрослых и де тей с типичным развитием. По образному выражению Э. Голдберга ко мандный пункт управляющих систем мозга располагается в префронтальной коре (ПФК), которая занимает у человека до трети всей поверхности больших полушарий [Fuster, 2001], и располагается кпереди от премотор ной коры и дополнительной моторной обла сти (рис. 1). Эта обширная поверхность лоб ной доли отличается от остальной лобной ко ры по своему клеточному составу: здесь больше, чем в других зонах развит IV внут ренний гранулярный слой, состоящий из не больших пирамидных нейронов, большого количества вставочных мелких нейронов звездчатой формы и тонких межнейронных волокон [Саркисов, Поляков, 1949; Поляков, 1973]. Развитый гранулярный слой является одним из критериев отнесения той или иной лобной зоны к префронтальной коре [Nauta, 1972; Rajkowska, GoldmanRakic, 1995; Fuster, том 65 №1 2015 3* 36 МАЧИНСКАЯ I 4 8 9 6 5 7 9 46 10 10 39 40 44 45 11 III 1, 2, 3 43 19 41 42 22 11 18 47 47 37 38 10 17 14 14 13 11 13 47 21 20 II 4 6 1, 2, 3 8 5 9 24 33 23 31 19 18 17 30 18 19 32 29 26 25 35 27 34 37 10 12 11 28 20 38 Рис. 1. Зоны префронтальной коры (ПФК) на схемах головного мозга. Цифрами обозначены номера корковых зон по номенклатуре К. Бродмана. Выделены топографически и функциональноразлич ные зоны ПФК: I – латеральная (поля 8, 9, 44–46, латеральная часть поля 47), II – медиальная (поля 24, 25, 32, часть поля 12), III – орбитальная (поля 11, 13, 14, орбитальная часть поля 47). Кора лобного полюса (поле 10) занимает ростральную часть лобной доли и представлена на всех трех схемах. Fig. 1. Prefrontal cortical areas (PFC): I – lateral (BA 8, 9, 44–46. 47 lateral), II – medial (BA 24, 25, 32, 12 medial), III – orbital (BA 11, 13, 14, 47 orbital), BA 10 – frontal pole cortex is shown in all three schemes.BA – Brodmann areas. 1997; Fatterpekar et al., 2002]. Другой анатоми ческий критерий, который был предложен В. Наута и широко используется в современных исследованиях префронтальной коры у жи вотных и человека, это мощные реципрок ные связи с медиодорзальным ядром таламу са (МД) [Nauta, 1971, 1972; Fuster, 2001; Pet rides et al., 2005, 2007, 2012; Barbas, 2000; Croxson et al., 2005]. Связи с МД чрезвычайно важны для осуществления управляющих вли яний префронтальной коры (роль этих свя зей подробно рассматривается ниже). Пре фронтальная кора также связана множеством проводящих путей с другими глубинными структурами мозга, включая лимбические, подкорковые и стволовые отделы, и ассоциа тивными зонами коры, как сенсорноспеци фическими, так и мультимодальными (таб лица). Такое строение префронтальной коры обеспечивает морфологическую основу ин теграции и обработки информации как о внешних объектах, так и о внутреннем состо янии организма, а также избирательную нис ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА 37 Структурные связи различных зон ПФК с постцентральными областями коры и глубинными структурами мозга Anatomical connections of PFC regions with postcentral cortices and deep brain structures Структуры мозга вне префронтальной коры Корковые зоны Зоны префронтальной коры Литературные источники Сенсорно<специфические зоны Зрительные теменные зоны: меди Дорзолатеральные (поля 8, 9 и 46), Nauta, 1971, Barbas, 2000, Petrides, Pan альная (поле 31) дорзальная (поле 7) медиальная (поле 32) dya, 2002; Croxson et al., 2005; Schmah mann et al., 2007; Yeterian et al., 2012 Petrides, Pandya, 2007; Yeterian et al., 2012; Burman et al., 2011; Romanski, 2012 Зрительные затылочные зоны: экс трастриарная кора (поля 18 и 19), зрительные зоны нижневисочной коры (поля 20, 21 и 37) Орбитальные (поля 11, 13, 14, 47/12), вентролатеральные (поля 45, 46v, 12v), кора лобного полюса (поле 10) Вторичные слуховые зоны (поля 22, 42) Медиальные (поля 25, 32), дорзо Barbas, 2000; Croxson et al., 2005; Yeteri an et al., 2012 латеральные (поле 9, поле 46d), орбитальные (поле 11, 13 и 14), кора лобного полюса (поле 10) Вторичные соматосенсорные зоны Медиальные (поле 32 и 12m), дор Carmichael, Price, 1995; Barbas, 2000; (поля 40, 43) золатераьные (поля 8, 9, поле 46d), Petrides, Pandya, 2007; Burman et al., орбитальная (поле 13), кора лоб 2011; Yeterian et al., 2012 ного полюса (поле 10) Ветролатеральные и орбитальные Romanski, 2012 (поля 11, 12, 13, 47) Вкусовая (поле 43) и обонятельная (поле 28) сенсорные зоны Орбитальные (поля 13 и 14) Barbas, 2000; Rolls, 2008 Мультимодальные ассоциативные зоны Нижнетеменная кора (поля 39 и 40) Дорзолатеральные (поля 9 и 46) вентральные (поля 44, 47) Schmahmann et al., 2007; Petrides, Pan dya, 2004; Ptek, 2011 Нижневисочная кора (поля 20, 21), Орбитальные (поля 11, 47/12, 13, Schmahmann et al., 2007; Bunce, медиальная поверхность височной 14), медиальные (поля 32, 24), кора Barbas, H., 2011; Burman et al., 2011; Yeterian et al., 2012; Romanski, 2012 лобного полюса (поле 10) доли (поля 26, 29, 30) Верхняя височная извилина, вклю Дорзолатеральные (поля 9, 46), чая поле 39 (часть височнотемен вентролатеральные (поля 45, 47), медиальные (поля 25, 32) нозатылочной области) Croxson et al., 2005; Takahashi, 2007; Petrides, Pandya, 2007; Schmahmann et al., 2007, Yeterian et al., 2012 Глубинные структуры Миндалина Афферентные связи (от структуры вне ПФК к зонам ПФК) Медиальные (поля 14, 24, 25 и 32), Barbas, 2000; Croxson et al., 2005; орбитальные (поля 11, 13, 14). Аф Ghashghaei et al., 2007; Ray, Zald, 2012 ферентные связи больше пред ставлены в зонах задней части ор битальной поверхности Эфферентные связи (от зон ПФК к структурам мозга вне ПФК) Медиальные (поля 24 и 25), орби Croxson et al., 2005; Ghashghaei et al., тальные (поля 12 и 13). Эфферент 2007; Ray, Zald, 2012 ные связи больше представлены в медиальной части орбитальной поверхности Кора лобного полюса (поле 10) ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 Petrides, Pandya, 2007 2015 38 МАЧИНСКАЯ Таблица. Окончание Table. (Contd.) Структуры мозга вне префронтальной коры Корковые зоны Зоны префронтальной коры Литературные источники Сенсорно<специфические зоны Гиппокамп Афферентные связи Эфферентные связи через каудаль ную часть цингулярной коры Базальные ганглии Афферентные связи Дорзолатеральная часть полосатого тела Вентромедиальная часть полосатого тела Полосатое тело Эфферентные связи Субталамическое ядро Хвостатое ядро Двусторонние связи Головка хвостатого ядра Задняя часть скорлупы Гипоталамус Эфферентные связи Ядра гипоталамуса, регулирующие вегетативные функции Таламус Медиодорзальное ядро Медиальные (поля 24, 32), дорзо Croxson et al., 2005; Parent et al., 2010; латреальные (поля 9, 46), орби Cavada et al., 2000 тальная (поля 11), кора лобного полюса (поле 10) Медиальные (поля 24, 32) Petrides, 2005 Дорзолатеральная, дорзомедиаль Croxson et al., 2005 ная и вентральная поверхности лобной доли Орбитальные (поля 11 и 13) Croxson et al., 2005; Leh et al., 2010 Лобный полюс (поле 10) Правая ветролатеральная (поле 44) Медиальная (поле 24) через меди альную часть дополнительной мо торной области (поле 6) Дорзолатеральные зоны связаны с дорзальными участками хвостато го ядра (ассоциативная петля), а орбитальные и вентральные – с венромедиальными и централь ными участками хвостатого ядра (лимбическая петля) Дорзолатеральная поверхность, кора лобного полюса (поле 10) и дополнительная моторная область (поле 6) Орбитальная и медиальная по верхности лобной доли Catani et al., 2012 Aron еt al., 2007; Nachev et al., 2007 Grahn et al., 2008; Leh et al., 2010 Lehéricy et al., 2004 Nauta, 1972 Задние отделы орбитальной по верхности (орбитальная часть по ля 47), дорзальная поверхность (поля 8, 9) Кора лобного полюса (поле 10), Öngür et al., 2003; Barbas, Zikopoulos, медиальная (поле 32) 2006; Ray, Zald, 2012 Все зоны ПФК, наибольшее коли Nauta, 1971; Rajkowska, GoldmanRak чество связей с полями 9 и 13 ic, 1995; Xiao et al., 2009; Behrens et al., 2003; Zhang et al., 2010 Структуры ствола мозга Вентральная область покрышки мо Кора лобного полюса (поле 10) и ста (афферентные связи – мезокор орбитальная поверхность тикальная дофаминергическая си стема) и эфферентные связи Дорзальные ядра шва Медиальная поверхность Kringelbach, Rolls, 2004; Rolls, 2008 Del CidPellitero, Garzon, 2011 Примечание. В скобках указана нумерация корковых зон по номенклатуре К. Бродмана. Notes. Numbers in brackets indicate Brodmann areas. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА ходящую модуляцию активности нейронных сетей, осуществляющих обработку информа ции и реализацию поведения. Важной особен ностью цитоархитектоники префронтальной коры является наличие многочисленных гори зонтальных локальных нейронных группиро вок [Семенова и др., 1990], которые являются морфологическим субстратом синтеза ин формации на клеточном уровне. Несмотря на многолетние и интенсивные исследования морфологии и функций пре фронтальной коры у исследователей нет еди ной точки зрения на то, какие именно корко вые поля по классификации Бродмана могут быть в нее включены. Так, O. Кройцфельд [Creutzfeldt, 1967] относит к префронталь ной коре поля 9–12, 44 и 46; Е.К. Милнер и Дж.Д. Коен [Miller, Cohen, 2001] включают еще поля 13, 14 и 45, но не включает поле 44. Дж. Фустер [Fuster, 2001] рассматривает пре фронтальную кору как более обширную зону, куда входят кроме латеральной и орбиталь ной поверхности лобной доли [поля 8–12 и 4], часть коры островка (поле 13) и передняя цингулярная кора (ПЦКполя 24 и 32). Со гласно точке зрения Дж. Фустера моторные речевые зоны 44 и 45 не могут быть отнесены к префронтальной коре. Э. Голдберг [2009], напротив, включает поля 44 и 45 в состав пре фронтальной коры, но не включает ПЦК (по ля 24 и 32). Во многом эти разночтения связа ны с анатомическими критериями иденти фикации префронтальной коры, на которые опираются авторы. Признание в качестве анатомического критерия связей с медиодор зальным ядром таламуса позволяет включить в состав префронтальной коры кроме грану лярных областей, расположенных на конвек ситальной поверхности полушарий, перед нюю цингулярную кору и пограничные с ней области (поля 24, 25 и 32), а также кору зад ней части орбитальной поверхности (поля 11, 13 и 14). Кроме того такое расширенное пред ставление о зональном составе префронталь ной коры позволяет преодолеть неопреде ленность, возникающую при сопоставлении данных экспериментальных исследований ее морфофункциональных свойств у обезьян и человека, поскольку в цитоархитектонике лобных зон коры существуют видовые разли чия [Petrides et al., 2005, 2012]. Отсутствие единого, принятого всеми исследователями перечня префронтальных зон не мешает широ кому использованию термина “префронталь ная кора” для описания коркового субстрата ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 39 управляющих функций. Именно такое, функ циональное определение префронтальных зон коры, дается, например, в работе [Malloy et al., 2006]. Общие анатомические и функциональные свойства префронтальных корковых зон не исключают их существенных морфологиче ских и функциональных различий. Морфо логические различия касаются как внутрен ней нейронной организации [Amunts, von Cramon, 2006; Ray, Zald, 2012], так и связей с другими зонами коры и глубинными структу рами мозга (таблица). Латеральная, орби тальная и медиальная части лобной коры су щественно различаются как по структуре свя зей с другими отделами мозга, так и по той роли, которую они играют в обеспечении УФ. К латеральной ПФК относят поля 8, 9, 46 (дорзолатеральная кора) и 44, 45, 47/12 (вен тролатеральная кора), к медиальной ПФК от носят поля 24, 25 и 32, к орбитальной ПФК – поля 11, 13, 14 и кору лобного полюса – поле 10 [Petrides, Pandya, 2004]. Функциональная гетерогенность пре фронтальной коры была обнаружена еще в конце 19 века во время наблюдений за ло кальными повреждениями отдельных участ ков лобной доли и была многократно под тверждена клиническими исследованиями, на основании которых сформировалось став шее уже классическим представление о трех лобных синдромах [Лурия, 1973; Fuster, 2001; Malloy, 2006)]. Особенности нарушения пове дения, личности и когнитивных процессов при поражении различных участков лобных долей подтверждены современными МРТ ис следованиями, в которых прижизненные анатомические данные о повреждениях коры и проводящих путей сопоставлялись с ре зультатами нейропсихологических обследо ваний [de OliveiraSouza et al., 2008; Zappala et al., 2012; Sundram et al., 2012]. Наиболее характерными симптомами по ражения дорзолатеральной поверхности лоб< ной доли (поля 8, 9 и 46) являются нарушения процессов организации умственных дей ствий и поведения во времени. Пациенты за трудняются при планировании своих дей ствий и при выполнении последовательности действий по инструкции, в особенности, ес ли требуется переключение с одного дей ствия или задания на другое. Их поведение становится стереотипным и инертным, а ре пертуар действий снижается [Milner, 1963, Лурия, 1969: Fuster, 2001; Malloy, 2006]. При том 65 №1 2015 40 МАЧИНСКАЯ дисфункции дорзолатеральных префрон тальных зон также страдает способность к кратковременному удержанию последова тельности событий и контролю над собствен ными ошибками [Malloy, 2006], что, по мне нию А. Бэдли и Б. Вилсона [Baddeley, Wilson, 1988], является результатом слабости цен трального управляющего механизма (central executive) рабочей памяти. Исследования эмоциональномотивационной сферы паци ентов с локальными повреждениями лате ральной поверхности префронтальной коры выявили их склонность к депрессивным со стояниям, повышенную тревожность, сни жение мотивации и апатию [Paradiso et al., 1999]. При поражениях латеральной поверх ности лобной доли левого полушария у прав шей отмечаются нарушения экспрессивной спонтанной речи в виде трудностей построе ния связных высказываний при относитель ной сохранности моторных и сенсорных ком понентов речи (динамическая афазия по классификации А.Р. Лурия), в основе кото рых лежит распад внутренних динамических схем [Лурия, 1969; Ахутина, 2002]. При поражениях орбитофронтальной по верхности коры на первый план выступают симптомы расторможенности (disinhibition) и выраженных нарушений личности [Dama sio et al., 1994; Fuster, 1997, 2001; Malloy, 2006], которые проявляются в необдуманных и им пульсивных действиях, часто не соответству ющих моральным и социальным нормам (асоциальное поведение). В МРТ исследова ниях пациентов с синдромом асоциального поведения [Sundram et al., 2012] были обнару жены микроструктурные изменения в прово дящих путях, соединяющих орбитофронталь ную кору с другими корковыми и глубинны ми структурами мозга. Повреждения самой орбитофронтальной коры (уменьшение пло щади серого вещества) отмечены у пациентов с психопатическими нарушениями личности [de OliveiraSouza et al., 2008], что подтвер ждает ее связь с социальными аспектами про извольной регуляции поведения. При трав мах мозга, которые часто сопровождаются поражением орбитофронтальной коры и ее связей с лимбическими структурами [Zappala et al., 2012] расторможенность поведения со четается с проявлениями агрессии, упрям ства, склонности к употреблению бранных слов. При этом человек может осознавать не адекватность своего поведения, но не спосо бен контролировать его. Импульсивность и иг норирование социальных норм сопровождают ся склонностью к экстремальным ситуациям, что часто приводит к конфликтам с законом. Эмоциональные нарушения проявляются в не сдержанности, повышенной эмоциональной лабильности и неадекватности эмоциональ ного реагирования. Результатом нарушения тормозного контроля могут быть персевера ции, эхореакции и повышенная зависи мость от внешних стимулов (stimulibound be havior). В когнитивной сфере наиболее ярким проявлением орбитофронтальных пораже ний является повышенная отвлекаемость на посторонние события, выраженная интерфе ренция нерелевантной информации, сниже ние способности к длительному удержанию и распределению внимания [Fuster, 2001; Zap pala et al., 2012]. Отмечаются также проблемы принятия решений и торможения нереле вантных действий [Rolls, Grabenhorst, 2008]. Поражения медиальной поверхности лоб< ной коры сопровождаются такими симптома ми как сниженные возможности инициации экспрессивной речи и движений (акинезии), пониженный интерес к окружающему, апа тия, невозможность концентрации и удержа ния внимания на выполнении когнитивных заданий [Fuster, 2001; Malloy, 2006; Zapala et al., 2012]. При массивных билатеральных поражениях медиальной поверхности разви вается синдром акинетического мутизма, ко гда больной не разговаривает и неподвижен при сохранном сознании [Malloy et al., 2006]. Особый тип нарушений управляющих функций был отмечен при поражении коры лобного полюса (поле 10). Эти нарушения ор ганизации целенаправленного поведения от личаются от перечисленных выше трех лоб ных синдромов. Их особенность состоит в том, что пациенты хорошо справляются со стандартными тестами на сохранность управ ляющих функций, интеллекта и памяти, од нако испытывают выраженные трудности в повседневной жизни. С помощью специаль но разработанных нейропсихологических те стов [Shallice, Burgess, 1991] было обнаруже но, что при поражениях коры лобного полю са страдают преимущественно процессы, связанные с выбором и кратковременным хранением в памяти собственных целей пове дения при интерференции нескольких целей. Это проявляется в виде трудностей запоми нания и удержания собственных намерений (памяти о намерениях, prospective memory), неспособности к одновременному выполне ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА нию нескольких действий с разными целями (multitasking performance), а также трудностей выбора оптимального решения из множества альтернативных [Burgess, 2000; Burgess et al., 2007; Dumontheil et al., 2008]. По данным [Burgess, 2000] специфические нарушения памяти по отношению к собственным намере ниям и трудности одновременного выполне ния нескольких действий по определенным правилам больше выражены у пациентов с ло кальными повреждениями ростральной ПФК левого полушария. Клинические наблюдения послужили мощным стимулом для экспериментальных исследований, направленных на анализ ак тивности различных префронтальных зон не посредственно во время осуществления когни тивных операций и оценку их роли в обеспече нии различных компонентов управляющих функций. Исследования активности отдельных ней ронов префронтальной коры у обезьян при выполнении ими различных когнитивных те стов позволили обнаружить специфическое участие нейронов дорзолатеральной префрон< тальной коры в мониторинге информации, удерживаемой в рабочей памяти (РП) [Fuster, 2001; Miller et al., 2002; IchiharaTakeda, Funahashi, 2007]. Показано, что паттерн ак тивности отдельных нейронов латеральной префронтальной коры (поля 8, 9, 46) обезьян в период удержания информации определя ется категориальными (но не физическими) свойствами релевантных стимулов [Miller et al., 2002]. Обнаружены также нейроны, ак тивность которых зависит от свойств преду преждающих стимулов, последовательности сенсорных событий, кодирующих тип ответ ной реакции, или даже правила, которому на до следовать для достижения цели [Fuster, 2001; Wallis et al., 2001; Miller et al., 2002]. Ней роны, избирательно реагирующие на стиму лы, определяющие правило выполнения ко гнитивных заданий, т.е. нейроны, кодирую щие “правила игры” были обнаружены и в дорзолатеральной ПФК коре человека [Mian et al., 2014]. По мнению Дж. Фустера [2001], основная функция нейронных сетей лате ральной префронтальной коры состоит в ор ганизации и интеграции последовательности восприятий и действий во времени для до стижения цели поведения (temporal integra tion). Искусственные локальные поврежде ния медиальной части дорзолатеральной ПФК и коры лобного полюса (поле 10) у ма ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 41 как, согласно данным представленным в ра ботах М. Петридеса [Petrides, 2000, 2005], приводят к трудностям удержания значимой информации в РП, причем с увеличением числа стимулов нарастают трудности выпол нения когнитивных заданий у животных с подобными повреждениями. Важно отме тить, что при локальном повреждении дорзо латеральной ПФК у обезьян страдает не спо собность к удержанию информации о пред шествующих стимулах как таковая (тесты на узнавание животные выполняли успешно), а способность к удержанию этой информации в контексте будущих действий с ней. М. Пет ридес также как и другие авторы [Fuster, 2000; Fuster, 2001; Millner et al., 2002; IchiharaTake da, Funahashi, 2007] предпочитает использо вать термины “мониторинг информации” (monitoring) и “манипулирование внутрен ними репрезентациями” (manipulation), про тивопоставляя их термину “поддержание внутренней репрезентации” (maintenance), когда речь идет о когнитивных операциях, специфически связанных с активностью ме диальной части дорзалатеральной ПФК. По данным [Buckley, Mansouri et al., 2009] при ло кальных повреждениях латеральной пре фронтальной коры (поля 9 и 46) у макак стра дает также способность к удержанию аб страктных правил, например, принципов классификации зрительных объектов при выполнении аналога Висконсинского Теста Сортировки Карточек (WCST). Нейроны орбитофронтальной поверхности активируются не в период удержания значи мой информации или последовательности действий, ведущих к достижению цели, а в ответ на положительное подкрепление пра вильных действий животных [IchiharaTake da, Funahashi, 2007]. Повреждение орбито фронтальной коры у макак также как и повре ждение дорзолатеральной ПФК существенно ухудшает выполнение аналогов WTSC. Одна ко при этом страдает не удержание уже най денного правила, а способность к быстрому переключению на новое правило: при смене принципа классификации изображений жи вотным требуется существенно большее число положительных подкреплений для выработки правильного решения [Buckley, Mansouri et al., 2009]. Эти наблюдения свидетельствует о роли орбитальных зон ПФК в регуляции целена правленного поведения в зависимости от по ложительных результатов предыдущих дей ствий. том 65 №1 2015 42 МАЧИНСКАЯ Медиальная поверхность префронтальной коры, в особенности та ее часть, которую за нимает ПЦК, чаще всего ассоциируется с от слеживанием субъектом своих ошибочных действий (error monitoring). Во многом рас пространение такой точки зрения связано с открытием в ПЦК макак нейронов, актив ность которых усиливалась при совершении животными ошибочных действий [Niki, Wa tanabe, 1979]. Вместе с тем, более поздние данные говорят о вовлечении нейронов ПЦК и других участков медиальной ПФК в обеспе чение широкого спектра процессов, связан ных с контролем целенаправленной деятель ности. Активность нейронов этой части лоб ной коры усиливается не только в ответ на ошибочное действие, но и при неожиданной отмене награды, а также при увеличении ве роятности конфликта между несколькими вариантами возможных действий, например, в ситуации неопределенности или необходи мости торможения непосредственных реак ций [Ridderinkhof et al., 2004]. Активация нейронов медиальной части ПФК во всех пе речисленных выше условиях может быть сиг налом для других зон префронтальной коры о необходимости усиления когнитивного кон троля. В работе [Amiez et al., 2005] сообщается об усилении активности нейронов ПЦК в от вет на внешний стимул, сигнализирующий о необходимости смены реакции для получе ния награды. Авторы этого исследования приходят к выводу, что связанная с ошибоч ными действиями(errorrelated) активность нейронов ПЦК сигнализирует о возможном отклонении от намеченной цели и удалении от соответствующей ей награды и, таким об разом, может определять дальнейший выбор реакции (response selection). С этим предпо ложением согласуются данные о нарушениях процесса выбора ответного действия у макак с поврежденной ПЦК в ситуациях неопреде ленности, когда выбор реакции зависит от способности использовать отрицательную обратную связь [Rushworth et al., 2004; Buck ley, Mansouri et al., 2009]. Основная масса данных об участии пре фронтальной коры в обеспечении различных компонентов управляющих функций у здо ровых взрослых людей получена в экспери ментальных исследованиях с применением ПЭТ и фМРТ технологий, обладающих высо ким пространственным разрешением. Необ ходимо отметить, что в подобных исследова ниях суждения о специфическом участии от дельных областей коры или подкорковых образований в реализации отдельных когни тивных операций выносятся на основании сопоставления уровня активации мозговых структур в разных экспериментальных усло виях. Та, область мозга, активность которой оказывается максимальной при реализации определенной когнитивной деятельности и при этом значимо отличается от активности той же области в других экспериментальных условиях, рассматривается как необходимое (но не единственное) звено в мозговой орга низации этого вида деятельности. Показано, что префронтальные зоны, рас положенные на латеральной (дорзальной и вентральной) и орбитальной поверхностях лобных долей, поразному участвуют в запе чатлении и удержании значимой информа ции, необходимой для организации целена правленного поведения [Frey, Petrides, 2000; Petrides, 2000, 2002; Amiez, Petrides, 2007]. За печатление новой информации активирует орбитофронтальную область (поле 11), сли чение новой и знакомой информации, а так же активное извлечение значимой информа ции – зоны вентролатеральной поверхности (поля 47 и 12). Активность дорзолатеральных областей (поля 9 и 46) возрастает при необхо димости удержания наряду с сенсорной ин формацией результатов своих предыдущих действий с ней (мониторинг событий и дей ствий). Специфическое участие дорзолате ральной префронтальной коры (поля 8, 9 и 46) в удержании и интеграции во времени по следовательности событий и собственных действий было показано во многих исследо ваниях мозгового обеспечения РП [Owen et al., 2000; Wager, Smith, 2003; D’Esposito, 2007]. Те же корковые зоны активируются бо лее других при выполнении теста “Лондон ская башня”, который требует от испытуемо го планирования последовательности своих действий для достижения конечного резуль тата [Unterrainer, Owen, 2006]. Метаанализ фМРТ исследований РП [Wager, Smith, 2003] показал, что в большинстве подобных иссле дований отмечаются связанные с когнитив ной задачей топографические особенности зон активности в ПФК: необходимость изби рательного удержания в РП определенных параметров стимула при одновременном игно рировании других в большей степени активи рует медиальную поверхность ПФК (поле 32); манипулирование информацией, удерживае мой в рабочей памяти – вентролатеральные ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА поля 46 и 47 правого полушария, а также об ласть лобного полюса 10 в обоих полушариях; активация дорзолатеральных префронталь ных зон (поля 8 и 9) усиливается при необхо димости многократного обновления инфор мации в ходе решения когнитивной задачи и удержания последовательности (временного порядка) событий. Таким образом, экспери ментальные исследования мозговой органи зации УФ у человека, также как исследования на приматах, свидетельствуют о ключевой роли дорзолатеральной ПФК в “манипули ровании” внутренними репрезентациями со бытий и объектов с целью организации по следовательности актов целенаправленного поведения. Нейровизуализационные и электрофизио логические исследования медиальной ПФК человека указывают на особую роль этой ча сти лобной доли в мониторинге соответствия действий субъекта целям поведения (perfor mance monitoring), что в терминах теории функциональных систем П.К. Анохина [1968] можно интерпретировать как мониторинг ве роятности получения “полезного результа та”. Согласно данным метаанализа, пред ставленным в обзоре [Ridderinkhof et al., 2004], медиальные зоны ПФК (поля 24, 32, медиальные части полей 6 и 8) активируются в ситуациях, когда действие испытуемого мо жет привести к неблагоприятному результату или невозможности достижения необходи мого результата (unfavorable outcomes). В экс периментальных условиях это могут быть си туации конфликта между привычным и тре буемым действием (preresponse conflict), необходимость принятия решения в ситуа ции неопределенности (decision uncertainty), совершение ошибочного действия (response errors) и получение отрицательной обратной связи (negative feedback). Те же зоны медиаль ной ПФК активируются при непосредствен ном влиянии подкрепления как отрицатель ного (болевое воздействие), так и положи тельного (получение награды). По мнению авторов обзора эти факты говорят о роли ме диальной ПФК в оценке субъективной (мо тивационной) значимости событий. В элек троэнцефалографических исследованиях на человеке в качестве показателя активности системы мониторинга результатов действий широко используется негативный компонент ССП, который регистрируется через 250– 300 мс в ответ на получение отрицательной обратной связи – связанная с отрицательной ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 43 обратной связью негативность (feedback er rorrelated negativity – FRN) [Cohen et al., 2007]. При совершении ошибочного дей ствия даже в отсутствии специальных сигна лов обратной связи в интервале между 50 и 150 мс после ответа также наблюдается нега тивное отклонение ССП, в таких случаях ис пользуется термин связанная с ошибкой не гативность (errorrelated negativity – ERN) [Holroyd, Coles, 2002; van Noordt, Segalowitz, 2012]. Еще один негативный компонент ССП, в котором отражаются процессы обна ружения конфликта действия (в данном слу чае привычного действия) с текущими целя ми субъекта, – это Nogo N2, возникающий че рез 200–250 мс после появления стимула, ответная реакция на который должна быть по давлена. В электрофизиологических [Belle baum, Daum, 2008; Segalowitz et al., 2010] и срав нительных нейровизуализационных и электро физиологических исследованиях [Mathalon et al., 2003] показано, что источником нега тивных компонентов ССП, связанных с рас согласованием между ожидаемым результа том и совершенным или будущим действием, является передняя цингулярная кора, состав ляющая часть медиальной ПФК. Данные о роли медиальной ПФК в генерации вызван ной электрической активности мозга нашли отражение в обобщающем термине – меди альные фронтальные негативности (medial frontal negativities – MFNs), куда относят ERN, FRN и Nogo N2. [van Noordt, Segalow itz, 2012]. По данным [Cohen et al., 2007] уве личение негативного компонента ССП при получении отрицательной обратной связи коррелирует с другим ЭЭГ показателем воз растанием доли тетаколебаний на ЭЭГ лоб ных отделов мозга. Последнее согласно дан ным [Tsujimoto et al., 2006] полученным на приматах, может быть обусловлено синхрон ной активностью нейронных сетей передней цингулярной коры и других зон медиальной ПФК. В наших исследованиях мозговой орга низации выработки стратегии принятия ре шения при выполнении испытуемыми когни тивной задачи на классификацию зрительных объектов в условиях неопределенности [Ко шельков, Мачинская, 2010] было обнаружено усиление степени функционального взаимо действия по тетаритму между полюсными, дорзо и вентролатеральными зонами ПФК, а также между этими зонами и каудальными отделами мозга при получении как отрица тельной, так и положительной обратной свя том 65 №1 2015 44 МАЧИНСКАЯ зи в процессе выработки стратегии решения задачи. Эти наблюдения с учетом данных о механизмах генерации фронтального тета ритма свидетельствуют о роли передней цин гулярной коры и ее связей с другими зонами ПФК в оценке результатов действий субъекта с точки зрения их соответствия целям поведе ния. Результаты исследований функциональ ной роли медиальной ПФК, представленные в обзоре [van Noordt, Segalowitz, 2012], указы вают на зависимость мозговых механизмов когнитивного контроля от индивидуально личностных и ситуационных особенностей процессов эмоциональномотивационной активации: активность медиальной ПФК и амплитуда MFNs возрастают при индуциро ванных негативных эмоциональных состоя ниях и у испытуемых с повышенной тревож ностью. Особый интерес в связи с проблемой моз гового обеспечения управляющих функций представляют исследования ростральной ПФК (кора лобного полюса, поле 10). Эта часть лобной коры у человека развита суще ственно больше, чем у других приматов: она содержит в три раза больше нейронов и зани мает вдвое большую площадь [Semendefer et al., 2001]. Нейроны поля 10 обладают мак симальной плотностью синаптических кон тактов по сравнению с другими корковыми зонами при минимальной плотности самих нервных клеток [Jacobs et al., 2001] и образу ют наиболее сложные горизонтальные ло кальные нейронные группировки [Семенова и соавт., 1990]. Анализ эфферентных связей лобного полюса с другими корковыми зона ми у приматов [Petrides, Pandya, 2007)] вы явил три основные зоны мозга, куда могут ад ресоваться сигналы от поля 10: 1) ассоциа тивные области верхней височной извилины и область TPO; 2) цингулярная кора и старая лимбическая кора (поля 26, 29 и 30); 3) мин далина. По данным [Burman, Reser et al., 2011] эти зоны мозга также посылают свои аксоны к коре лобного полюса. Кроме того, кора лобного полюса, также как орбитальная ПФК получает афферентные сигналы от нижневисочных зрительных ассоциативных зон [Romanski, 2012]. Все эти анатомические особенности позволяют ростральной ПФК обеспечивать наиболее сложные компоненты организации и координации целенаправлен ного поведения. Выявление функциональ ной специализации этой части лобной коры у человека оказалось непростой задачей, по скольку она активируется практически при любых целенаправленных действиях [Burgess et al., 2007]. Тем не менее, ПЭТ и фМРТ ис следования свидетельствуют об особенностях ее участия в обеспечении произвольной орга низации поведения. Поле 10 активируется преимущественно в ситуациях, когда одно временно с ожиданием определенного собы тия и удержанием в памяти связанного с ним намерения испытуемому необходимо выпол нять какуюто другую деятельность с внеш ними объектами (удерживать “в голове” од но, делая чтото другое) [Dumontheil et al., 2008]. В работе [Burgess et al., 2007] на основе сопоставления данных исследований здоро вых испытуемых и последствий повреждений структур лобного полюса предлагается мо дель функционирования ростральной ПФК. Согласно этой модели, которая получила на звание “гипотеза ворот” (gateway hypothesis) основная функция коры лобного полюса со стоит в координации и переключении ресур сов внимания от информации, связанной с текущими внешними событиями, к инфор мации, связанной с внутренними событиями (мыслями, переживаниями или долгосроч ными целями субъекта). Таким образом, клинические и экспери ментальные нейрофизиологические данные о функциональной специализации префрон тальных зон коры больших полушарий поз воляют условно разделить их на четыре кла стера. В первый кластер входят зоны дорзолате ральной поверхности, активность которых связана преимущественно с избирательной регуляцией процессов обработки и удержа ния в рабочей памяти необходимой для осу ществления деятельности информации, в том числе информации, извлекаемой из долго временной памяти. Основная функция этой части ПФК состоит во временной организа ции последовательности когнитивных опера ций (планирование и выработка стратегии поведения). Последнее включает в себя такие операции как учет обратной связи и пере ключение на другую задачу. По данным, представленным в обзоре [Leh et al., 2010] дорзолатеральная ПФК левого полушария активируется преимущественно при смене стратегии деятельности (смены установки), а активность симметричных зон правого полу шария связана с отслеживанием результатов предыдущих действий. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА Второй кластер образован корковыми зо нами, находящимися на медиальной поверх ности лобной доли. Эти области ПФК активи руются преимущественно в новых или неопре деленных ситуациях, требующих отслеживания вероятности конфликта между стереотипным поведением и требованиями текущей деятель ности, т.е. “включения” управляющего кон троля (executive control). Предполагается, что ПЦК, расположенная на медиальной поверх ности лобной доли постоянно “оценивает” соответствие совершенного или планируемо го действия субъективным целям поведения и регулирует активность других зон ПФК, инициируя необходимые действия или по давляя ненужные. А.Р. Лурия [1973] полагал, что корковые зоны, расположенные на меди альной поверхности лобных долей выполня ют функции “аппарата акцептора действия, обеспечивающего контроль над протеканием сознательных процессов”. В работе [Nachev et al., 2007] высказывается предположение, что управляющие влияния медиальной ПФК при необходимости смены простых двига тельных планов (single motor plan) и торможе нии иррелевантных действий реализуются через эфферентные связи с медиальной ча стью дополнительной моторной области (по ле 6, presupplementary motor area), имеющим в свою очередь прямые эфферентные выходы на субталамическое ядро. Последнее оказы вает тормозные влияния на релейные ядра та ламуса, нейроны которого активируют пер вичную моторную кору. Участие медиальной части поля 6 в торможении иррелевантных действий подтверждается данными фМРТ исследования активности мозга при выпол нении Go/Nogo теста [Levy, Wagner, 2011]. Третий кластер составляют орбитофрон тальные зоны. Активность этих лобных обла стей ассоциируется с регуляцией эмоцио нальномотивационных (аффективных) ас пектов поведения, в том числе социального. Она тесно связана с субъективной оценкой происходящих событий, а также собственных и чужих действий с точки зрения их соответствия целям поведения и возможного положительно го подкрепления. Оптимальное осуществление контроля социального поведения в значитель ной степени опирается на мозговые механиз мы построения модели психического (theory of mind), т.е. понимания своего собственного психического состояния и адекватной оцен ки чувств и намерений других. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 45 И наконец, к четвертому кластеру, могут быть отнесены зоны лобного полюса. Основа нием для выделения этих отделов лобной доли в отдельную группу является их специфиче ское участие в обеспечении координации раз личных аспектов организации поведения при необходимости решения многокомпонентных задач (multitasking) и подчинения промежу точных целей конечному результату. Функциональная специализация различ ных областей лобной коры во многом опреде ляется их связями с глубинными структурами мозга. Один из ведущих исследователей лоб ной коры – Дж. Фустер подчеркивает в одной из своих обзорных статей [Fuster, 2001], что функциональная специализация различных областей префронтальной коры не может рассматриваться и быть понятой в отрыве от исследования их связей с подкорковыми структурами и другими корковыми зонами (таблица). Роль постцентральных отделов коры и глубинных структур мозга в обеспечении управляющих функций Среди корковых постцентральных обла стей наиболее существенный вклад в обеспе чение УФ вносят теменные зоны, располо женные вокруг внутритеменной борозды (sulcus intraparietalis). В работах M. Познера с соавторами [Posner, Petersen, 1990; Posner, Fan, 2008; Fan et al., 2009] эти зоны коры рас сматриваются как ключевые звенья мозговой системы, обеспечивающей переключение зрительного внимания (ориентировку). Из вестно, что фронтальные и теменные области коры совместно активируются в различных ситуациях, требующих участия механизмов избирательного внимания, что послужило основанием для появления в нейрокогнитив ной литературе термина “фронтопариеталь ная система внимания”[Corbetta, 1998; Ptak, 2011]. В состав фронтопариетальной систе мы входят несколько областей задней темен ной коры (поля 7, 39, 40), расположенные вблизи внутритеменной борозды и лобные премоторные (поле 6) и префронтальные (дорзо и вентролатеральные) зоны. Теменные и лобные зоны связанны между собой волокна ми, идущими в составе верхнего продольного пучка (superior longitudinal fasciculus – SLF), ко торый делится на три части: SLF I соединяет верхнюю теменную кору (поле 7) с дорзаль ной премоторной областью (поле 6) и дорзо том 65 №1 2015 46 МАЧИНСКАЯ латеральными префронтальными зонами (поля 8 и 9); SLF II соединяет нижнюю те менную кору (поля 39 и 40) и дорзолатераль ную префронтальную кору (поля 9 и 46); SLF III соединяет супрамаргинальную изви лину (поле 40) с вентролатеральной (поле 44) и дорзолатеральной префронтальной корой (поле 46) [Ptak, 2011]. В работе [Bressler et al., 2008] с помощью фМРТ показано, что в ситу ации направленного зрительнопростран ственного внимания период ожидания зри тельного сигнала сопровождается активаци ей лобной дорзолатеральной и теменной (в области внутритеменной борозды) коры, ко торая предшествует активации зрительной экстрастриарной коры, а BOLD сигнал в лоб ных областях опережает сигнал в теменной коре. При этом эффективность предстимуль ного внимания тем выше, чем выше уровень опережающей активации в правой теменной коре по сравнению с активацией в зритель ной коре обоих полушарий. Авторы этого ис следования приходят к выводу, что ПФК че рез связи с теменной корой осуществляет нисходящую (topdown) модуляцию активно сти корковых зон, обрабатывающих реле вантную зрительную информацию. Согласно данным исследования нейронной активно сти у обезьян [Buschman, Miller, 2007], пере ключение зрительного внимания как экзоген ного, обусловленного параметрами зритель ного стимула, так и эндогенного, связанного с активным поиском целевого сигнала, сопро вождается ростом когерентности нейронной активности дорзалатеральной префронтальной и нижнетеменной коры. По мнению Р. Птак [Ptаk, 2011] фронтопариетальная система внимания на основе интеграции информа ции о сенсорных событиях (feature map) и нисходящих влияний от дорзолатеральной ПФК, обусловленных целями поведения (be havioral goals) и его ожидаемыми результата ми (expectation), формирует карту приорите тов (priority map). Ориентируясь по этой кар те, мозг обрабатывает значимую для субъекта информацию. Такие карты приоритетов должны удовлетворять ряду условий: (1) ко дирование объектов в них должно быть муль тимодальным, (2) точка в пространстве или объект, имеющие наибольший приоритет должны автоматически попадать в фокус внимания, (3) кодирование приоритетных объектов не должно содержать конкретных способов реагирования на них (движений глаз, захватывания рукой или нажатия на кнопку), (4) координаты приоритетных объ ектов в пространстве должны оставаться ста бильными при движениях глаз и головы; ин формация, содержащаяся в кодах приорите тов должна оказывать влияние на обработку сенсорных карт и должна быть доступна для коррекции в зависимости от целей поведе ния. Согласно данным, представленным в ра боте [Ptаk, 2011], всем этим условиям удовле творяют нейронные сети, расположенные в передней, средней, вентральной и латераль ной частях внутритеменной борозды, а также в нижнетеменной коре (у человека – поля 39 и 40) и фронтальной зрительной зоне (поле 8). Согласно нейрокогнитивной модели, пред ложенной этим автором, дорзолатеральная ПФК “удерживает” цели поведения в рабо чей памяти и “предохраняет” их от отвлекаю щих стимулов, нижняя теменная кора “ини циирует” переключение внимания и поддер живает внимание к значимым стимулам, а избирательное внимание является результатом сложного взаимодействия между лобными и теменными зонами. В обзоре [Shomstein, 2012] приводятся данные нейровизуализационных и нейропсихологических исследований, кото рые свидетельствуют о функциональной спе циализации различных теменных зон: дор зальная теменная кора (область внутрите менной борозды) участвует в переключении внимания, обусловленном инструкцией (top down attention), а вентральная теменная кора (височнотеменное соединение) – в пере ключении внимания, обусловленном стиму лом (bottomup attention), в том числе его но визной. В обзоре приводятся сведения о взаи модействии этих двух аспектов внимания, высказывается предположение, что роль вен тральной теменной коры состоит в прерывании текущего внимания и создания возможности его переключения на другой объект, которое происходит при участии дорзальной темен ной корой. По мнению автора обзора, коор динация активности различных частей те менной коры обеспечивается корковыми зо нами нижней лобной извилины (вентральная часть ПФК, поля 47 и 12). Это предположе ние согласуется с данными об участии коры нижней лобной извилины в сличении новой и знакомой информации, а также в активном извлечении значимой информации из долго временной памяти [Petrides, 2005]. К наиболее важным с точки зрения реали зации УФ корковоподкорковым связям пре фронтальной коры относятся связи cо струк ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА турами лимбической системы (миндалиной, гиппокампом, гипоталамусом), c базальны ми ганглиями и медиодорзальным ядром та ламуса (таблица). Мощным источником афферентных влия ний от лимбической системы к ПФК и одно временно структурой – адресатом влияний ПФК является миндалина. Активность мин далины связывается с оценкой субъективной значимости событий [Damasio, 1994; Fuster, 2001] и эмоциональной памятью [LeDoux, 1994; Dolcos et al., 2012]. Миндалина – одна из важных составляющих функциональных мозговых систем, обеспечивающих обработ ку социальнозначимой информации и соци альное взаимодействие [Frith, Frith, 2001; Carr et al., 2003]. По данным [Dolcos et al., 2012] одновременная активация миндалины и коры медиальной части височной области при запечатлении информации увеличивает вероятность ее кратковременного и долго временного хранения. Это непосредственное влияние активности миндалины на процессы запоминания авторами рассматривается как восходящий процесс (bottomup mechanism). Кроме того, согласно результатам этого ис следования, активация миндалины, связан ная с эмоциональной значимостью стимулов может способствовать повышению эффек тивности кодирования и запечатления ин формации при когнитивной деятельности за счет вовлечения фронтопариетальной си стемы, которая участвует в процессах селек тивного направленного внимания и РП. В последнем случае влияние миндалины на активность фронтопариетальной системы может быть опосредовано орбитальными и медиальными зонами ПФК [Ray, Zald, 2012]. На эти зоны ПФК приходится наибольшее число реципрокных связей с миндалиной [Ghashghaei et al., 2007; Ray, Zald, 2012]. Аксо ны нейронов миндалины проецируются в разные слои орбитофронтальной коры и со ставляют морфологическую основу восходя щих мотивационных влияний, сигнализиру ющих о значимости события. Эфферентные волокна от этой лобной области оканчивают ся на слое тормозных нейронов миндалины, которые угнетают активность клеток цен трального ядра этой структуры, имеющего выходы на гипоталамус и ядра вегетативной нервной системы [Ghashghaei et al., 2007]. Од нако нейроны орбитофронтальной коры мо гут оказывать не только тормозное, но и ак тивирующее влияние на клетки миндалины, ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 47 которое распространяется по прямым путям к центральному ядру. Эфферентные связи от ПФК к миндалине рассматриваются как ве роятный субстрат нисходящего контроля эмоциональных состояний [Banks et al., 2007; Salzman, Fusi, 2010]. В пользу тормозного влияния орбитофронтальной (поле 11) и ме диальной префронтальной (поле 32) коры на активность миндалины свидетельствуют фМРТ исследования [Urry et al., 2006], в ко торых показано, что активация этих зон, свя занная с произвольным контролем эмоцио нального состояния сопровождается сниже нием активности миндалины. По данным [Banks et al., 2007] когнитивный контроль от рицательных эмоций обеспечивается функ циональным взаимодействием нейронных сетей ПФК и миндалины. В эксперименталь ной ситуации, когда испытуемый получал инструкцию “переосмыслить” (reappraise) контекст негативных изображений чтобы “загасить” отрицательные эмоции, возраста ла корреляция фМРТ сигнала между левой миндалиной и орбитофронтальной, дорзола теральной, дорзомедиальной и медиальной зонами ПФК обоих полушарий. При этом степень функционального взаимодействия между орбитофронтальной корой обоих полу шарий и левой миндалиной в период “пере осмысления” положительно коррелировала с эффективностью когнитивного контроля. Нисходящие влияния орбитофронтальной и медиальной префронтальной коры обеспечи вают не только когнитивный контроль эмо ций, но и их телесное выражение. Контроль внешнего выражения эмоций и соматиче ских процессов, сопровождающих эмоцио нальные состояния, осуществляется через прямые (см. таблицу) и непрямые (через миндалину) связи ПФК с гипоталамусом. Контроль гипоталамуса со стороны орбито фронтальных зон с участием срединных структур миндалины может быть как активи рующим, так и тормозным, а прямой кон троль со стороны медиальной ПФК – только активирующим [Barbas, Zikopoulos, 2006]. Приведенные выше данные свидетель ствуют о том, что функциональная специали зация орбитофронтальных и вентромедиаль ных префронтальных корковых зон в реали зации управляющих функций и характерные для повреждения этих областей мозга нару шения личности и поведения в значительной степени обусловлены их реципрокным взаи модействием со структурами миндалины. том 65 №1 2015 48 МАЧИНСКАЯ Еще одна структура лимбической системы – гиппокамп также принимает участие в реали зации управляющих функций. В фМРТ ис следованиях показано, что гиппокамп наряду с префронтальной корой и другими корковы ми и глубинными структурами мозга являет ся частью функциональных нейронных объ единений, которые формируются в период удержания информации в РП [Gazzaley et al., 2004]. При возрастании нагрузки на РП воз растает степень активации гиппокампа [Riss man et al., 2008]. О роли гиппокампа в обеспе чении РП, в особенности, если речь идет о сочетании разных признаков объектов, сви детельствуют также клинические данные. Пациенты с повреждениями структур в глу бине медиальной части височной доли испы тывают трудности при выполнении когни тивных заданий, требующих одновременного удержания информации о зрительном объек те и его локализации в пространстве [Olson et al., 2006]. Показано [Zalesak, Heckers, 2009] усиление активности гиппокампа в когни тивных задачах, решение которых основано на транзитивных суждениях, т.е. определении отношений между двумя объектами на осно вании их отношений в других парах (напри мер, зная, что A > B, а B > C, мы делаем вывод, что A > C). В работе [Zalesak, Heckers, 2009] использовались простые зрительные паттер ны, из которых были составлены несколько последовательных пар, где одному из изобра жений приписывалось условное преимуще ство над другим, о чем сигнализировал до полнительный стимул. Испытуемый должен был запомнить отношения “превосходства” между стимулами в последовательных парах и затем использовать эту информацию для определения отношений в новых парах, со ставленных из тех же стимулов. Анализ фМРТ сигналов при решении этой когнитив ной задачи выявил активацию гиппокампа в обоих полушария мозга: усложнение задачи за счет исключения из новых пар “самых сла бых” и “самых сильных” объектов приводило к увеличению степени активации левого гип покампа, а уменьшение расстояния между объектами по искусственной шкале их пре восходства усиливало активность правого гиппокампа. На основе обзора современных данных, полученных на животных и человеке в работе [Zeithamova et al., 2012(a)] высказы вается предположение, что основной функ цией нейронных сетей гиппокампа является формирование подвижных репрезентаций отдельных событий и их связей для последу ющего использования в принятии решений и прогнозировании. Активация гиппокампа в задачах на транзитивное мышление рассмат ривается как частный случай участия этой структуры мозга в инференции информации (inferential reasoning). Термин “инференция” используется в этом исследовании для описа ния процессов извлечения и интеграции уже известной информации об отношениях меж ду предметами и явлениями в процессе уста новления их новых связей с другими предме тами и явлениями. Таким образом, гиппо камп не столько кодирует прошлый опыт, сколько создает условия для его “встраива ния” в новый опыт. Эту задачу гиппокамп “выполняет” в содружестве с ПФК и другими корковыми и подкорковыми структурами. Усложнение когнитивной задачи в экспери ментах по исследованию транзитивного мышления [Zalesak, Heckers, 2009] сопровож далось активацией не только гиппокампа, но и различных зон ПФК (поля 45, 47, кора ост ровка), а также правой теменной коры и пра вого дорзомедиального ядра таламуса. ФМРТисследование активности мозга при решении задач на определение новых отно шений между зрительными стимулами (объ ектами и сценами) на основе использования прошлого опыта (retrievalmediated learning) [Zeithamova et al., 2012б] позволило обнару жить, что процесс установления новых для испытуемого “связей” между стимулами со провождается ростом функционального вза имодействия между гиппокампом и вентро медиальной ПФК, куда авторы включали ро стральную часть вентральной и медиальной поверхности лобной доли и часть орбито фронтальной коры (поля 11, 12,47, и 32 по Бродману). Было обнаружено также усиление степени функционального взаимодействия между гиппокампом и другими корковыми зонами (лобным полюсом и верхней темен ной корой), однако только согласованные из менения активности гиппокампа и вентроме диальной ПФК коррелировали с успешно стью выполнения когнитивного задания. Анализ временных параметров активации лобной коры и гиппокампа и их сопоставле ние с показателями когнитивной деятельно сти позволили авторам исследования прийти к заключению, что гиппокамп осуществляет быстрое связывание отдельных элементов со бытий в интегрированные репрезентации, которые затем передаются в вентромедиаль ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА ную ПФК для хранения и будущего исполь зования. Передача сигналов к лобным корко вым зонам осуществляется по прямым про водящим путям, соединяющим гиппокамп с медиальной и орбитальной ПФК [Croxson et al., 2005; Parent et al., 2010; Cavada et al., 2000]. Таким образом, специфическое уча стие медиальной ПФК в обеспечении орга низации поведения в новых и неопределен ных ситуациях (см. выше) может определять ся ее взаимодействием с гиппокампом в процессе интеграции новой информации и прошлого опыта. Значительная часть исследований мозго вой организации УФ посвящена изучению активности базальных ганглиев и фронто стриопаллидарных систем, объединяющих базальные ганглии с лобной корой [Brown et al., 1997; Monchi et al., 2006a; Aron et al., 2007; Aron, 2008; Leh et al., 2010]. Согласно концепции M. Познера о трех нейронных си стемах внимания [Posner, Fan, 2008] базаль ные ганглии входят в мозговую систему управляющего контроля внимания (executive network), которая участвует в обеспечении планирования и принятия решения, преодо лении привычных действий в новых ситуаци ях, отслеживании и преодолении конфликта между релевантными и нерелевантными сти мулами или действиями. Нейровизуализаци онные исследования демонстрируют актива цию базальных ганглиев при реализации раз личных компонентов УФ, которые условно можно разделить на три вида: 1) торможение обработки нерелевантной информации и подавление нерелевантных действий [Aron et al., 2007; Hedden, Gabrieli, 2010] в том числе при отборе информации для удержания в РП [McNab, Klingberg, 2008]; 2) планирования новых действий, в том числе переключение на новую когнитивную задачу [Hedden, Gabrieli, 2010] и выработка стратегии решения задач, состоящих из не скольких последовательных действий [Brown et al. 1997; Monchi et al., 2006a; Hikosaka, Iso da, 2010]; 3) мотивационная регуляция когнитивной деятельности на основе получения положи тельного подкрепления [Tricomi et al., 2004; Delgado et al., 2005]. В ряде исследований отмечается функцио нальная специализация различных частей ба зальных ганглиев в реализации УФ. Так, в зада чах на селекцию значимых стимулов и подавле 4 ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 49 ние одиночных нерелевантных действий активируется субталамическое ядро правого полушария [Aron et al., 2007; Aron, 2008], а при отборе информации для хранения в РП – хвостатое ядро левого полушария [McNab, Klingberg, 2008]. Хвостатое ядро левого полу шария также активируется при планирова нии новых действий [Monchi et al., 2006a, b] и выработке стратегии решения когнитивной задачи при выполнении теста Лондонская башня [Grahn, 2008]. Активация хвостатого ядра обоих полушарий отмечается в задачах с варьированием вероятности положительного подкрепления в зависимости от собственных действий испытуемых [Tricomi et al., 2004]. Преимущественная активация хвостатого яд ра левого полушария наблюдается на началь ном периоде вероятностного научения (спо собом проб и ошибок), если успешные пробы сопровождаются положительным подкреп лением [Delgado et al., 2005]. Перечисленные выше составляющие когнитивной деятель ности страдают при локальных повреждени ях [Voytek, Knight, 2010] или дисфункции ба зальных ганглиев, в том числе при болезни Паркинсона [Grahn et al., 2008; Leh et al., 2010]. В последнем случае одной из основных причин когнитивных дефицитов является нарушение обмена дофамина [Monchi et al., 2006b]. Участие нейронных сетей базальных ган глиев в реализации высших форм когнитив ной деятельности обеспечивается связями с ПФК, таламусом и заднеассоциативными зо нами коры. На основании топографии связей различных частей базальных ганглиев с ко рой головного мозга выделяют три корково стриарные петли [Grahn et al., 2008; Leh et al., 2010; Juri et al., 2010]: лимбическую (limbic loop), ассоциативную или управляющую (as sociative or executive loop) и сенсомоторную (sensorimotor loop). Лимбическая петля вклю чает двусторонние связи с медиальной и ор битальной ПФК. Совместно с этими зонами ПФК структуры базальных ганглиев участву ют в контроле импульсивных действий (через связи с орбитальной ПФК) и в обеспечении эмоциональномотивационной регуляции целенаправленного поведения (через связи с медиальной ПФК). Основным корковым компонентом ассоциативной или управляю щей петли является дорзолатеральная ПФК. Кроме этого структуры ассоциативной петли получают афферентные входы от теменной ассоциативной коры, т.е. имеют возможность том 65 №1 2015 50 МАЧИНСКАЯ получать нисходящие влияния от фронтопа риетальной системы внимания. Ассоциатив ная петля вовлекается в реализацию таких компонентов УФ как избирательное внима ние, мониторинг информации в РП, плани рование и выработка стратегии когнитивной деятельности. Моторная петля обеспечивает контроль произвольных движений и зритель номоторных реакций благодаря связям структур базальных ганглиев с первичными моторными зонами и дополнительной мо торной областью. Анализ вклада отдельных зон ПФК и под корковых структур (миндалины, гиппокампа и базальных ганглиев) в обеспечение управ ляющих функций с учетом морфологии свя зей между ними позволил выделить функци онально различные корковоподкорковые управляющие системы мозга, схематически представленные на рис. 2. Еще одна не менее важная для обеспече ния УФ мозговая система объединяет все зо ны ПФК с таламусом. Наиболее многочис ленны двусторонние проводящие пути между префронтальной корой и медиодорзальным ядром таламуса. Как отмечалось выше, эти связи являются одним из основных морфоло гических критериев выделения ПФК среди других корковых зон лобной доли. Дорзола теральная ПФК приматов связана преимуще ственно с центральными отделами МД, а ор битальная и медиальная – с медиальными [Xiao, Zikopoulos et al., 2009]. Существование у человека фронтоталамических связей, об наруженных в конце прошлого века у прима тов, подтверждено современными неинвазив ными диффузионнотензорными магнитно резонансными (дтМРТ) методами [Behrens et al., 2003; Klein et al., 2010; Zhang et al., 2010]. Более того, согласно сопоставлению данных, полученных с помощью структурных и функ циональных МРТ исследований [Zhang et al., 2010], МД и ПФК не только объединены про водящими путями, но и демонстрируют согла сованную нейронную активность в состоянии спокойного бодрстования. Эти наблюдения яв ляются дополнительным аргументом в пользу морфофункционального единства дорзоме диальных структур таламуса и ПФК. Роль МД в обеспечении УФ подтверждается данными экспериментальных и клинических исследо ваний. Крысы с поврежденным МД не могут выполнять действия, связанные с необходи мостью выделения значимых признаков объ екта [Hunt et al., 1994] и отсроченной реакци ей выбора [Beracochea et al., 1989; Peinado Manzano, PozoGarcia, 1991]. Симптомы на рушения поведения у обезьян при поврежде нии МД сходны с теми, которые наблюдают ся при разрушении дорзолатеральной [Isser off et al., 1982] и орбитальной [Mitchell et al., 2007; Izquierdo, Murray, 2010] префронталь ной коры. Пациенты с локальными наруше ниями кровообращения в области МД или таламофронтального тракта демонстрируют нарушения управляющих функций, дезори ентацию и потерю критичности [Kalashnikova et al., 1999; Van der Werf et al., 2000; De Witte et al., 2011]. Несмотря на большое количество морфо логических исследований, подтвержающих связь ПФК и МД таламуса, в специальной литературе, посвященной мозговым меха низмам УФ упоминание термина “фронто таламическая система” практически не встречается. Таламус рассматривается пре имущественно как конечный передаточный пункт фронтостриарных сетей, откуда влия ния со стороны базальных ганглиев распро страняются в различные зоны лобной коры. Однако представления о важной роли фрон тоталамической системы в мозговых меха низмах произвольного избирательного вни мания – одного из важнейших компонентов УФ – появились в нейрофизиологии поведе ния еще в 70е–80е годы прошлого века [Ба туев, 1981; Дуринян, 1975; Костандов, 1983; Skinner, Lindsley, 1973; Skinner, Yingling, 1977]. Согласно концепции Э.А. Костандова [1983] избирательность обработки значимых для субъекта стимулов в коре головного мозга обеспечивается локальными модулирующи ми влияниями таламических нейронов, кото рые в свою очередь испытывают нисходящие влияния от ПФК. На основании исследова ния нейронной активности у животных Дж. Скиннер, Д. Линдсли и Ч. Инглинг пред ложили нейрофизиологическую модель из бирательного селективного внимания, в ко торой основная роль отводилась взаимодей ствию нейронов лобной коры и таламуса. Роль “проводника” избирательных влияний на кору, согласно данным этих авторов вы полняет ретикулярное ядро таламуса (РЯ), нейроны которого оказывают селективное тормозное воздействие на клетки специфи ческих ядер зрительного бугра, участвующие в передаче информации о нерелевантных признаках сигнала. Таким образом, нейроны РЯ осуществляют селекцию процессов обра ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 Базальные ганглии Ассоциативная петля Теменная ассоциативная кора, ТРО Гиппокамп ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 Премоторная кора (presuplimantary motor area) Базальные ганглии Лимбическая петля Миндалина Гиппокамп Базальные ганглии Лимбическая петля Миндалина Ствол мозга Покрышка моста Гипоталамус Цингулярная извилина Базальные ганглии Ассоциативная петля Координация различных аспектов организации поведения для решения многокомпонентных задач, требующих подчинения промежуточных целей конечному результату. Височная кора, ТРО Кора лобного полюса Все зоны ПФК Миндалина Произвольная регуляция эмоциональномотивационных (аффективных) аспектов поведения и социального взаимодействия. Обонятельная и вкусовая кора Орбито фронтальная ПФК Рис. 2. Структурнофункциональная организация управляющих систем мозга. Схемы составлены на основе представленных в настоящем обзоре данных. Fig. 2. Structuralfunctional organization of the brain executive systems. Schemes are based on the data analyzed in the present review. Управляющий контроль – оценка соответствия совершенного или планируемого действия целям поведения (ожидаемому результату). Инициация необходимых действий или подавление ненужных. Медиальная ПФК Дорзо латеральная ПФК (поле 9) Избирательная регуляция обработки и удержания в рабочей памяти значимой информации. Организация последовательности когнитивных операций, планирование и выработка стратегии поведения. Латеральная ПФК Медиальная и орбито фронтальная ПФК Нижневисочная (лицевая) кора УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА 51 4* 52 МАЧИНСКАЯ ботки значимой информации. В свою оче редь активность нейронов РЯ определяется селективными возбуждающими влияниями со стороны МД таламуса. ПФК через МД и его связи с РЯ организует топографический специфичный паттерн активности, обеспе чивающий избирательные изменение функ ционального состояния корковых зон. Со временные нейрохимические исследования нейрональных связей на приматах указывают на возможность интеграции сенсорноспе цифических восходящих влияний, а также информации от височных ассоциативных зон коры с нисходящими влияниями от ПФК не посредственно на нейронах РЯ таламуса [Zikopoulos, Barbas, 2006, 2007]. Нисходящие влияния могут передаваться на нейроны РЯ по коллатералям, отходящим от аксонов фронтоталамических нейронов, идущих от корковых полей 46, 9 и 13 к МД ядру [Ziko poulos, Barbas, 2006]. Обнаруженные в работе [Zikopoulos, Barbas, 2007] нейронные связи между ПФК, РЯ, МД и релейными ядрами таламуса рассматриваются авторами иссле дования как морфологическая основа уча стия РЯ таламуса в механизмах селективного внияния. Анализируя активность нейронов РЯ авторы приходят в выводу, что собствен ные нейроны этого ядра могут оказывать как тормозное, так и активирующее влияние на передачу сенсорного сигнала в кору. Актива ция нейронов РЯ в процессе селекции значи мого сигнала ранее была продемонстрирова на у крыс при выработке у них условного ре флекса на свет и звук [McAlonan et al., 2000], а также у обезьян в экспериментах с переклю чением зрительного внимания [McAlonan et al., 2006]. Эти исследования подтвердили предположение Ф. Крика [Crick, 1984], о том, что ретикулярный комплекс таламуса осу ществляет контроль за перемещением “про жектора внимания” по коре. Вероятно, участие ФТС в мозговых механизмах УФ не исчерпыва ется контролем “восходящих” процессов обра ботки информации при избирательном вни мании, но также распространяется и на моду ляцию активности ассоциативных корковых зон. Так в работе [Marzinzik et al., 2008] одно временно регистрировали ЭА ретикулярного ядра таламуса и лобной коры у пациентов во время нейрохирургического вмешательства. Было обнаружено, что выполнение Go/No – go теста сопровождается активацией талами ческих нейронов в период между предупре ждающим стимулом, сигнализирующим о типе ответа (Go vs. No go), и реакцией испы туемого, причем активность таламуса пред шествует характерному для этого теста изме нению вызванной ЭА мозга в лобной и те менной коре. Авторы исследования приходят к выводу, что таламус оказывает избиратель ное модулирующее влияние на ассоциатив ные корковые зоны при подготовке к ответу, но не связан непосредственно с самой мотор ной реакцией. Для понимания механизмов реализации управляющих влияний фронтоталамиче ской системы особый интерес представляют данные о возможности неспецифических ядер таламуса осуществлять избирательную модуляцию корковой активности через пря мые связи с корой, минуя сенсорные и релей ные афферентные пути. Еще Ч. Инглинг и Дж. Скинер [Yingling, Skinner, 1975], а также М. Веласко с соавторами [Velasco et al., 1975] обнаружили, что ритмические колебания ЭА коры (реакция вовлечения) при стимуляции медиальных структур таламуса обусловлены ритмическими изменениями мембранных потенциалов нейронов РЯ. С точки зрения анализа механизмов произвольного избира тельного внимания, интересно отметить, что реакция вовлечения оказалась невозможна при отсутствии связей со стороны префрон тальной коры. В теории Дж. Скиннера и Ч. Инглинга идея о неспецифическом (т.е. независимом от прямых афферентных вхо дов) пути избирательного влияния ФТС на активность корковых нейронов и связи этих влияний с ритмогенными механизмами не получила развития. Между тем, наличие двухсторонних реципрокных связей РЯ тала муса с различными областями коры позволи ло Р.А. Дуриняну [1975] высказать предполо жение о роли ритмических процессов, гене рируемых в локальных таламокорковых сетях в избирательной модуляции активно сти коры. Модулирующие эффекты, адресо ванные синхронно в разные структуры мозга, по мысли Р.А. Дуриняна, могут быть предна значены для того, чтобы облегчить конвер генцию различных восходящих влияний на соответствующие группы корковых нейронов. В более поздних электрофизиологических ис следованиях было показано, что источником ритмогенных влияний на кору являются ней ронные сети, соединяющие РЯ и интралами нарные ядра таламуса [Steriade, 2005]. Идея о роли ритмических изменений био потенциалов в обеспечении функционально ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА 53 Формирование избирательных функциональных объединений корковых нейронов Фронто таламическая система ПФК МД таламус Миндалина Ретикулярное ядро таламуса Интра ламинарный комплекс таламуса Избирательное торможение или активация сенсорных входов Избирательная ритмическая модуляция нейронов коры Рис. 3. Гипотетическая схема избирательных модулирующих влияний на нейронные сети коры со сто роны фронтоталамической системы. Fig. 3. Hypothetical model of the selective influences of the frontothalamic system on the cortical neuronal networks. го взаимодействия нейронных сетей, лежащих в основе реализации когнитивной деятельно сти, получила широкое распространение в со временной нейрофизиологии. Это связано с развитием концепции распределенных си стем мозга, в которой ритмическим процес сам отводится роль одного из основных меха низмов объединения нейронных популяций в единые функциональные ансамбли – ней рокогнитивные сети (neurocognitive networks) [Bressler, Tognoli, 2006]. Согласно представле ниям Р. Ллинаса с соавторами [Llinas et al., 1998, 2002; Llinas, Steriade, 2006] именно тала мические ритмогенные структуры обеспечи вают временное согласование специфиче ских и неспецифических входов на уровне коры. По мнению Р. Ллинаса ритмические осцилляции в таламокорковых возвратных нейронных сетях осуществляют взаимодей ствие между модулирующими влияниями и процессами обработки информации, созда вая тем самым “единое когнитивное состоя ние” (single cognitive state). Таким образом, управляющие влияния со стороны ФТС могут быть реализованы как че рез влияние нейронов РЯ на состояние сенсор носпецифических и релейных входов в кору, так и с помощью ритмогенных таламокорко вых механизмов, которые формируют дина ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ мичные функциональные объединения ней ронных сетей в соответствии с когнитивной за дачей. Неспецифические нейроны таламуса, избирательно модулирующие активность кор ковых зон, в свою очередь испытывают влия ния со стороны системы эмоциональномоти вационной регуляции. Морфологическим суб стратом мотивационных влияний могут быть связи РЯ с МД, имеющим входы от миндалины [Barbas et al., 2011], а также прямые связи РЯ с миндалиной [Zikopoulos, Barbas, 2012]. Представленные выше данные позволяют рассматривать ФТС как одну из важнейших управляющих систем мозга, функция кото рой состоит в избирательной настройке кор ковых нейронных сетей на обработку значи мой информации и реализацию целенаправ ленного поведения. Гипотетическая схема избирательной мо дуляции функционального состояния нейро нов коры со стороны ФТС представлена на рис. 3. В связи с развитием неинвазивных ме тодов анализа активности глубинных струк тур мозга у человека появились новые свиде тельства участия ФТС в обеспечении УФ. Так, в фМРТ исследовании [Soto et al., 2007] было показано, что ростральная ПФК (поле 10), МД и дорзолатеральная кора правого полу том 65 №1 2015 54 МАЧИНСКАЯ шария, т.е. структуры мозга, входящие в ФТС, совместно активируются в ситуации зрительного селективного внимания, если ему предшествует один из возможных преду преждающих стимулов – подсказок, соответ ствующий по определенному правилу целе вому стимулу. ФТС не активируется, если стимул подсказка не соответствует целевому стимулу или является нейтральным. Авторы исследования приходят к выводу, что ФТС вместе с фронтопариетальной системой зри тельного внимания участвует в избиратель ной модуляции корковых зон при обработке значимого сигнала, а ее активность связана с оценкой соответствия внешнего стимула за данной цели. Таким образом, анализ разнообразных клинических, нейрофизиологических и экс периментальных нейрокогнитивных иссле дований мозговой организации УФ свиде тельствует о существовании функционально специфичных и одновременно взаимосвя занных корковоподкорковых систем мозга, обеспечивающих различные аспекты органи зации целенаправленного поведения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Избирательная регуляция и организация це ленаправленной деятельности обеспечиваются на нейрофизиологическом уровне распреде ленными нейронными сетями, включающими различные зоны префронтальной коры и под корковые образования. Специфический вклад латеральных, медиальных, орбитальных и ро стральных областей префронтальной коры в реализацию различных компонентов управля ющих функций определяется их взаимодей ствием с глубинными структурами мозга, та кими как медиодорзальное ядро таламуса, гиппокамп, миндалина и базальные ганглии, а также связями с постцентральными ассоци ативными теменными и нижневисочными областями коры. Зоны латеральной и дорзолатеральной по верхности лобной доли связаны афферент ными и эфферентными путями с гиппокам пом, ассоциативной петлей стриапалидарной системы, теменной и нижневисочной корой, а также зонами медиальной и орбитальной поверхности лобной доли. Совместная ак тивность этих структур мозга обеспечивает избирательную регуляцию обработки и удер жания в рабочей памяти значимой информа ции, а также организацию когнитивных про цессов во времени – планирование и выра ботку стратегии поведения. Произвольная регуляция эмоционально мотивационных (аффективных) аспектов по ведения и социального взаимодействия связа на с преимущественным вовлечением орбито фронтальной коры, образующей двухсторон ние связи с миндалиной и лимбической пет лей стриапалидарной системы. Медиальная префронтальная кора во взаи модействии с дорзолатеральной префрон тальной корой и подкорковыми образовани ями (гиппокампом, миндалиной, лимбиче ской петлей стриапалидарной системы), а также частью премоторной коры (presuple mentary motor area) является высшим регуля торным центром управляющего контроля (executive control). Задача совместной работы этих мозговых структур состоит в оценке со вершенного или планируемого действия це лям поведения, инициации необходимых действий и подавлении ненужных. Зоны лобного полюса благодаря двухсто ронним связям со всеми другими зонами пре фронтальной коры и подкорковыми образо ваниями осуществляют координацию актив ности других управляющих систем мозга, обеспечивая выполнение многокомпонент ных задач, требующих подчинения промежу точных целей конечному результату деятель ности. Еще одна, не менее важная для обеспече ния целенаправленного поведения, мозговая система объединяет все зоны префронталь ной коры с медиодорзальным ядром таламу са, которое в свою очередь взаимодействует с миндалиной и неспецифическими таламиче скими ядрами. Одна из важных функций фронтоталамической системы состоит в из бирательной модуляции активности корко вых нейронных сетей и их подготовке к обра ботке значимой информации. Работа выполнена при поддержке гранта Российского Научного Фонда № 1418 03737. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Алексеев А.А., Рупчев Г.Е. Понятие об исполнитель ных функциях в психологических исследовани ях: перспективы и противоречия (Электронный ресурс]. Психологические исследования: элек тронный научный журнал. 2010. 4(12). URL: http://psystudy.ru/index.php/num/2010n412/348 alekseevrupchev12.html ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условно го рефлекса. М.: Издво “Медицина”, 1968. 548 с. Ахутина Т.В. Нейролингвистический анализ дина мической афазии. О механизмах построения высказывания. М.: Теревинф, 2002. 144 с. Ахутина Т.В., Меликян З.А. Нейропсихологическое тестирование: обзор современных тенденций. К 110летию со дня рождения А.Р. Лурия [Элек тронный ресурс]. Клиническая и специальная психология. 2012. (2). URL: http://psyjour nals.ru/psyclin/2012/n2/52599.shtml Батуев А.С. Высшие интегративные системы мозга. Л.: Наука, 1981. 253 с. Буклина С.Б., Сазонова О.Б., Филатов Ю.М., Элиава Ш.Ш. Клиниконейропсихологический син дром артериовенозной мальформации хвостато го ядра. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бур денко. 1994. 4: 12–17. Голдберг Э. Управляющий мозг: Лобные доли, ли дерство и цивилизация / Пер. с англ. Д. Бугако ва. М.: Смысл, 2003. 335 с. Дуринян Р.А. Корковый контроль неспецифических систем мозга. М.: Медицина, 1975. 203 с. Костандов Э.А. Функциональная асимметрия полу шарий мозга и неосознанное восприятие. М.: Наука, 1983. 171 с. Кошельков Д.А., Мачинская Р.И. Функциональное взаимодействие корковых зон в процессе выра ботки стратегии когнитивной деятельности. Анализ когерентности тетаритма ЭЭГ. Физио логия человека. 2010. 36(6): 55–60. Лурия А.Р. Высшие корковые функции человека. М.: Издво МГУ, 1969. 504 с. Лурия А.Р. Мозг человека и психические процессы. Т. 2. М.: Педагогика, 1970. 496 с. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: Издво МГУ, 1973. 374 с. Лурия А.Р. Функциональная организация мозга. Естественнонаучные основы психологии / Под ред. Смирнова А.А., Лурия А.Р., Небылицына В.Д. М.: Педагогика, 1978. С. 120–189. Лурия А.Р. Этапы пройденного пути: Научная авто биография. М.: Издво МГУ, 1982. 184 с. Поляков Г.И. Основы систематики нейронов новой коры большого мозга человека. М.: Медицина, 1973. 307 с. Пушина Н.П. Развитие исполнительных функций в дошкольном возрасте [Электронный ресурс]. Современная зарубежная психология. 2014. (1): 26–42. URL: http://psyjournals.ru/jmfp/2014/n1/ 69041.shtml Саркисов С.А., Поляков Г.И. Нейроны и межнейро нальные связи коры большого мозга. Цитоархи тектоника коры большого мозга человека. М.: Медгиз, 1949. С. 102–120. Семенова Л.К., Васильева В.А., Цехмистренко Т.А. Структурные преобразования коры большого мозга человека в постнатальном онтогенезе. Структурнофункциональная организация раз ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 55 вивающегося мозга / Под ред. Адрианова O.C., Фарбер Д.А. Л.: Наука, 1990. С. 8–45. Семенова О.А. Проблемы исследования функций программирования, регуляции и контроля пси хической деятельности человека. Обзор литера туры. Физиология человека. 2005. 31(6): 106– 115. Adam J.J., van Houdt H., Scholtissen B., Visser-Vandewalle V., Winogrodzka A., Duits A. Executive control in parkinson’s disease: Effects of dopaminergic med ication and deep brain stimulation on anticue key press performance. Neurosci. Lett. 2011. 500(2): 113–117. Alvarez J.A., Emory E. Executive function and the frontal lobes: A metaanalytic review. Neuropsychol. Rev. 2006. 16(1): 17–42. Amiez C., Joseph J. P., Procyk E. Anterior cingulate er rorrelated activity is modulated by predicted re ward. Eur. J. Neurosci .2005. 21(12): 3447–3452. Amiez C., Petrides M. Selective involvement of the mid dorsolateral prefrontal cortex in the coding of the se rial order of visual stimuli in working memory. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. 104(34): 13786–13791. Amunts K., von Cramon D.Y. The anatomical segregation of the frontal cortex: What does it mean for function? Cortex. 2006. 42(4): 525–528. Andrés P. Frontal cortex as the central executive of work ing memory: Time to revise our view. Cortex. 2003. 39(4–5): 871–895. Aron A.R. Progress in executivefunction research: From tasks to functions to regions to networks. Current Directions in Psychological Science. 2008. 17(2): 124–129. Aron A.R., Durston S., Eagle D.M., Logan G.D., Stinear C.M., Stuphorn V. Converging evidence for a frontobasal ganglia network for inhibitory control of action and cognition. J. Neurosci. 2007. 27(44): 11860–11864. Azouvi P., Vallat-Azouvi C., Belmont A. Cognitive deficits after traumatic coma. Prog. Brain Res. 2009. 177: 89–110. Baddeley A., Wilson B. Frontal amnesia and the dysexec utive syndrome. Brain Cogn. 1988. 7(2): 212–230. Banks S.J., Eddy K.T., Angstadt M., Nathan P.J., Phan K.L. Amygdalafrontal connectivity during emotion reg ulation. Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 2007. 2(4): 303–312. Barbas H. Connections underlying the synthesis of cog nition, memory, and emotion in primate prefrontal cortices. Brain Research. Bulletin. 2000. 52(5): 319 330. Barbas H., Zikopoulos B. Sequential and parallel circuits for emotional processing in primate orbitofrontal cortex. The orbitofrontal cortex / Eds Zald D.H., Rauch S. Oxford: University Press, 2006. Р. 57–91. Behrens T.E., Johansen-Berg H., Woolrich M.W., Smith S.M., Wheeler-Kingshott C.A., Boulby P.A., Barker G.J., Sillery E.L., Sheehan K., Ciccarelli O., Thompson A.J., Brady J.M., Matthews P.M. Noninvasive mapping of connections between human thalamus and cortex том 65 №1 2015 56 МАЧИНСКАЯ using diffusion imaging. Nat. Neurosci. 2003. 6(7): 750–757. Bellebaum C., Daum I. Learningrelated changes in re ward expectancy are reflected in the feedbackrelat ed negativity. Eur. J. Neurosci. 2008. 27(7): 1823– 1835. Beracochea D.J., Jaffard R., Jarrard L.E. Effects of ante rior or dorsomedial thalamic ibotenic lesions on learning and memory in rats. Behav. Neural. Biol. 1989. 51(3): 364–376. Bressler S.L., Tang W., Sylvester C.M., Shulman G.L., Corbetta M. Topdown control of human visual cor tex by frontal and parietal cortex in anticipatory visu al spatial attention. J. Neurosci. 2008. 28(40): 10056–10061. Bressler S.L., Tognoli E. Operational principles of neu rocognitive networks. Int. J. Psychophysiol. 2006. 60(2): 139–148. Brown L.L., Schneider J.S., Lidsky T.I. Sensory and cog nitive functions of the basal ganglia. Curr. Opin. Neurobiol. 1997. 7(2): 157–163. Buckley M.J., Mansouri F.A., Hoda H., Mahboubi M., Browning P.G., Kwok S.C., Phillips A., Tanaka K. Dissociable components of ruleguided behavior de pend on distinct medial and prefrontal regions. Sci ence. 2009. 325(5936): 52–58. Bunce J.G., Barbas H. Prefrontal pathways target excita tory and inhibitory systems in memoryrelated me dial temporal cortices. Neuroimage. 2011. 55(4): 1461–1474. Burgess P.W. Strategy application disorder: The role of the frontal lobes in human multitasking. Psychol. Res. 2000. 63(3–4): 279–288. Burgess P.W., Gilbert S.J., Dumontheil I. Function and localization within rostral prefrontal cortex (area 10). Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2007. 362(1481): 887–899. Burman K.J., Reser D.H., Yu H.-H., Rosa M.G.P. Corti cal input to the frontal pole of the marmoset monkey. Cereb. Cortex. 2011. 21(8): 1712–1737. Buschman T.J., Miller E.K. Topdown versus bottomup control of attention in the prefrontal and posterior parietal cortices. Science. 2007. 315(5820): 1860– 1862. Carmichael S.T., Price J.L. Sensory and premotor con nections of the orbital and medial prefrontal cortex of macaque monkeys. J. Comp. Neurol. 1995. 363(4): 642–664. Carr L., Iacoboni M., Dubeau M.C., Mazziotta J.C., Lenzi G.L. Neural mechanisms of empathy in hu mans: A relay from neural systems for imitation to limbic areas. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. 100(9): 5497–5502. Cavada C., Company T., Tejedor J., Cruz-Rizzolo R.J., Reinoso-Suarez F. The anatomical connections of the macaque monkey orbitofrontal cortex. A Review. Cereb. Cortex. 2000. 10(3): 220–242. Chan R.C., Shum D., Toulopoulou T., Chen E.Y. Assess ment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Arch. Clin. Neu ropsychol . 2008. 23(2): 201–216. Cohen M.X., Elger C.E., Ranganath C. Reward expecta tion modulates feedbackrelated negativity and eeg spectra. Neuroimage. 2007. 35(2): 968–978. Collette F., Hogge M., Salmon E., Van der Linden M. Ex ploration of the neural substrates of executive func tioning by functional neuroimaging. Neuroscience. 2006. 139(1): 209–221. Corbetta M. Frontoparietal cortical networks for direct ing attention and the eye to visual locations: Identi cal, independent, or overlapping neural systems? Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. 95(3): 831–838. Creutzfeldt O.D., Wieser H.G. Physiology of the frontal cortex. Presurgical evaluation of epileptics / Eds Wieser H., Elger C. Berlin Heidelberg: Springer, 1987. P. 23–27. Crick F. Function of the thalamic reticular complex: The searchlight hypothesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984. 81(14): 4586–4590. Croxson P.L., Johansen-Berg H., Behrens T.E., Robson M.D., Pinsk M.A., Gross C.G., Richter W., Richter M.C., Kastner S., Rushworth M.F. Quantitative in vestigation of connections of the prefrontal cortex in the human and macaque using probabilistic diffusion tractography. J. Neurosci. 2005. 25(39): 8854–8866. Damasio A. Descartes’ error: Emotion, reason, and the human brain. Penguin Books. 1994: 312 p. de Oliveira-Souza R., Hare R.D., Bramati I.E., Garrido G.J., Azevedo Ignacio F., Tovar-Moll F., Moll J. Psychop athy as a disorder of the moral brain: Frontotem porolimbic grey matter reductions demonstrated by voxelbased morphometry. Neuroimage. 2008. 40(3): 1202–1213. De Witte L., Brouns R., Kavadias D., Engelborghs S., De Deyn P.P., Marien P. Cognitive, affective and behav ioral disturbances following vascular thalamic le sions. A Review. Cortex. 2011. 47(3): 273–319. Del Cid-Pellitero, E. Medial prefrontal cortex receives in put from dorsal raphe nucleus neurons targeted by hypocretin1/orexinAcontaining axons / Ed. Del CidPellitero, Garzon M. Neuroscience. 2011. 172: 30–43. Delgado M.R., Miller M.M., Inati S., Phelps E.A. An fmri study of rewardrelated probability learning. Neu roimage. 2005. 24(3): 862–873. D’Esposito M. From cognitive to neural models of work ing memory. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci 2007. 362(1481): 761–772. Diamond A. Executive functions. Annu Rev. Psychol. 2013. 64: 135–168. Dolcos F., Denkova E., Dolcos S. Neural correlates of emotional memories: A review of evidence from brain imaging studies. Psychologia. 2012. 55(1): 80– 111. Dumontheil I., Burgess P.W., Blakemore S.J. Develop ment of rostral prefrontal cortex and cognitive and behavioural disorders. Dev. Med. Child Neurol. 2008. 50(3): 168–181. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА Elliott R. Executive functions and their disorders. Br. Med. Bull. 2003. 65: 49–59. Fan J., Gu X., Guise K.G., Liu X., Fossella J., Wang H., Posner M.I. Testing the behavioral interaction and integration of attentional networks. Brain Cogn. 2009. 70(2): 209–220. Fatterpekar G.M., Naidich T.P., Delman B.N., Aguinaldo J.G., Gultekin S.H., Sherwood C.C., Hof P.R., Drayer B.P., Fayad Z.A. Cytoarchitecture of the hu man cerebral cortex: Mr microscopy of excised spec imens at 9.4 tesla. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2002. 23(8): 1313–1321. Frey S., Petrides M. Orbitofrontal cortex: A key prefron tal region for encoding information. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. 97(15): 8723–8727. Frith U., Frith C. The biological basis of social interac tion. Current Directions in Psychological Science. 2001. 10(5): 151–155. Fuster J.M. The prefrontal cortex–an update: Time is of the essence. Neuron. 2001. 30(2): 319–333. Fuster J.M. The prefrontal cortex: anatomy, physiology, and neuropsychology of the frontal lobe, 3rd edition. Philadelphia: LippincottRaven, 1997. 232 p. Gazzaley A., Rissman J., D’esposito M. Functional con nectivity during working memory maintenance. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 2004. 4(4): 580–599. Ghashghaei H.T., Hilgetag C.C., Barbas H. Sequence of information processing for emotions based on the anatomic dialogue between prefrontal cortex and amygdala. Neuroimage. 2007. 34(3): 905–923. Goldberg E. The New Executive Brain: Frontal Lobes in a Complex World, N.Y.: Oxford University Press, 2009. 334 p. Grahn J.A., Parkinson J.A., Owen A.M. The cognitive functions of the caudate nucleus. Prog. Neurobiol. 2008. 86(3): 141–155. Grossman E.J., Ge Y., Jensen J.H., Babb J.S., Miles L., Reaume J., Silver J.M., Grossman R.I., Inglese M. Thalamus and cognitive impairment in mild trau matic brain injury: A diffusional kurtosis imaging study. J. Neurotrauma. 2012. 29(13): 2318–2327. Hedden T., Gabrieli J.D. Shared and selective neural cor relates of inhibition, facilitation, and shifting pro cesses during executive control. Neuroimage. 2010. 51(1): 421–431. Hikosaka O., Isoda M. Switching from automatic to con trolled behavior: Corticobasal ganglia mechanisms. Trends. Cogn. Sci. 2010. 14(4): 154–161. Holroyd C.B., Coles M.G. The neural basis of human error processing: Reinforcement learning, dopamine, and the errorrelated negativity. Psychol. Rev. 2002. 109(4): 679–709. Hunt P.R., Neave N., Shaw C., Aggleton J.P. The effects of lesions to the fornix and dorsomedial thalamus on concurrent discrimination learning by rats. Behav. Brain. Res. 1994. 62(2): 195–205. Ichihara-Takeda S., Funahashi S. Activity of primate or bitofrontal and dorsolateral prefrontal neurons: Ef ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 57 fect of reward schedule on taskrelated activity. J. Cogn. Neurosci. 2008. 20(4): 563–579. Isseroff A., Rosvold H.E., Galkin T.W., Goldman-Rakic P.S. Spatial memory impairments following damage to the mediodorsal nucleus of the thalamus in rhesus monkeys. Brain Res. 1982. 232(1): 97–113. Izquierdo A., Murray E.A. Functional interaction of me dial mediodorsal thalamic nucleus but not nucleus accumbens with amygdala and orbital prefrontal cortex is essential for adaptive response selection af ter reinforcer devaluation. J. Neurosci. 2010. 30(2): 661–669. Jacobs B., Schall M., Prather M., Kapler E., Driscoll L., Baca S., Jacobs J., Ford K., Wainwright M., Treml M. Regional dendritic and spine variation in human ce rebral cortex: A quantitative golgi study. Cereb. Cor tex. 2001. 11(6): 558–571. Kalashnikova L.A., Gulevskaya T.S., Kashina E.M. Dis orders of higher mental function due to single infarc tions in the thalamus and in the area of the thalamo frontal tracts. Neurosci. Behav. Physiol. 1999. 29(4): 397–403. Klein J.C., Rushworth M.F., Behrens T.E., Mackay C.E., de Crespigny A.J., D’Arceuil H., Johansen-Berg H. Topography of connections between human prefron tal cortex and mediodorsal thalamus studied with diffusion tractography. Neuroimage. 2010. 51(2): 555–564. Kringelbach M.L., Rolls E.T. The functional neuroanat omy of the human orbitofrontal cortex: Evidence from neuroimaging and neuropsychology. Prog. Neurobiol. 2004. 72(5): 341–372. LeDoux J.E. Emotion, memory and the brain. Sci. Am. 1994. 270(6): 50–57. Leh S.E., Petrides M., Strafella A.P. The neural circuitry of executive functions in healthy subjects and parkin son’s disease. Neuropsychopharmacology. 2010. 35(1): 70–85. Lehéricy S., Ducros M., Van De Moortele P.-F., Francois C., Thivard L., Poupon C., Swindale N., Ugurbil K., Kim D.-S. Diffusion tensor fiber tracking shows distinct corti costriatal circuits in humans. Ann. Neurol. 2004. 55(4): 522–529. Levy B.J., Wagner A.D. Cognitive control and right ven trolateral prefrontal cortex: Reflexive reorienting, motor inhibition, and action updating. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2011. 1224: 40–62. Llinas R.R., Leznik E., Urbano F.J. Temporal binding via cortical coincidence detection of specific and non specific thalamocortical inputs: A voltagedepen dent dyeimaging study in mouse brain slices. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. 99(1): 449–454. Llinas R.R., Steriade M. Bursting of thalamic neurons and states of vigilance. J. Neurophysiol. 2006. 95(6): 3297–3308. Llinas R., Ribary U., Contreras D., Pedroarena C. The neuronal basis for consciousness. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1998. 353(1377): 1841– 1849. том 65 №1 2015 58 МАЧИНСКАЯ Malloy P.F., Cohen R.A., Jenkins M.A., Paul R.H. Fron tal lobe function and dysfunction. Clinical neurop sychology: A pocket handbook for assessment. Sec ond edition / Eds Snyder P. J., Nussbaum P.D., Rob ins D.L. Washington, DC: American Psychological Association, 2006. P. 607–624. Marzinzik F., Wahl M., Schneider G.H., Kupsch A., Curio G., Klostermann F. The human thalamus is crucially in volved in executive control operations. J. Cogn. Neurosci. 2008. 20(10): 1903–1914. Mathalon D.H., Whitfield S.L., Ford J.M. Anatomy of an error: Erp and fmri. Biol. Psychol. 2003. 64(1–2): 119–141. McAlonan K., Brown V.J., Bowman E.M. Thalamic retic ular nucleus activation reflects attentional gating during classical conditioning. J. Neurosci. 2000. 20(23): 8897–8901. McAlonan K., Cavanaugh J., Wurtz R.H. Attentional modulation of thalamic reticular neurons. J. Neuro sci. 2006. 26(16): 4444–4450. McNab F., Klingberg T. Prefrontal cortex and basal gan glia control access to working memory. Nat. Neuro sci. 2008. 11(1): 103–107. Mian M.K., Sheth S.A., Patel S.R., Spiliopoulos K., Eskandar E.N., Williams Z.M. Encoding of rules by neurons in the human dorsolateral prefrontal cortex. Cereb. Cortex. 2014. 24(3): 807–816. Miller E.K., Cohen J.D. An integrative theory of prefron tal cortex function. Annu Rev. Neurosci. 2001. 241: 67–202. Miller E.K., Freedman D.J., Wallis J.D. The prefrontal cortex: Categories, concepts and cognition. Philos. Trans. R Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2002. 357(1424): 1123–1136. Milner B. Effects of different brain lesions on card sort ing: The role of the frontal lobes. Archives of Neurol ogy. 1963. 9(1): 90–100. Mitchell A.S., Browning P.G., Baxter M.G. Neurotoxic le sions of the medial mediodorsal nucleus of the thal amus disrupt reinforcer devaluation effects in rhesus monkeys. J. Neurosci. 2007. 27(42): 11289–11295. Miyake A., Friedman N.P., Emerson M.J., Witzki A.H., Howerter A., Wager T.D. The unity and diversity of executive functions and their contributions to com plex “frontal lobe” tasks: A latent variable analysis. Cogn. Psychol. 2000. 41(1): 49–100. Monchi O., Ko J.H., Strafella A.P. Striatal dopamine re lease during performance of executive functions: A ((11)c] raclopride pet study. Neuroimage. 2006b. 33(3): 907–912. Monchi O., Petrides M., Strafella A.P., Worsley K.J., Doyon J. Functional role of the basal ganglia in the plan ning and execution of actions. Ann. Neurol. 2006a. 59(2): 257–264. Nachev P., Wydell H., O’Neill K., Husain M., Kennard C. The role of the presupplementary motor area in the control of action. Neuroimage. 2007. 36 (Suppl 2): T155–163. Nauta W.J. Neural associations of the frontal cortex. Ac ta Neurobiol. Exp. (Wars). 1972. 32(2): 125–140. Nauta W.J. The problem of the frontal lobe: A reinter pretation. J. Psychiatr. Res. 1971. 8(3): 167–187. Niki H., Watanabe M. Prefrontal and cingulate unit ac tivity during timing behavior in the monkey. Brain Res. 1979. 171(2): 213–224. Olson I.R., Page K., Moore K.S., Chatterjee A., Verfaellie M. Working memory for conjunctions relies on the me dial temporal lobe. J. Neurosci. 2006. 26(17): 4596– 4601. Ongur D., Ferry A.T., Price J.L. Architectonic subdivi sion of the human orbital and medial prefrontal cor tex. J. Comp. Neurol. 2003. 460(3): 425–449. Owen A.M. The role of the lateral frontal cortex in mne monic processing: The contribution of functional neuroimaging. Exp. Brain Res. 2000. 133(1): 33–43. Paradiso S., Chemerinski E., Yazici K.M., Tartaro A., Robinson R.G. Frontal lobe syndrome reassessed: Comparison of patients with lateral or medial frontal brain damage. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1999. 67(5): 664–667. Parent M.A., Wang L., Su J., Netoff T., Yuan L.L. Iden tification of the hippocampal input to medial pre frontal cortex in vitro. Cereb. Cortex. 2010. 20(2): 393–403. Peinado-Manzano M.A., Pozo-Garcia R. The role of dif ferent nuclei of the thalamus in processing episodic information. Behav. Brain Res. 1991. 45(1): 17–27. Petrides M., Pandya D.N. Association pathways of the prefrontal cortex and functional observations. Prin ciples of Frontal Lobe Function / Eds Stuss D.T., Knight R.T. N.Y.: Oxford University Press, 2002. Р. 31–50. Petrides M. Dissociable roles of middorsolateral pre frontal and anterior inferotemporal cortex in visual working memory. J. Neurosci. 2000. 20(19): 7496– 7503. Petrides M. Lateral prefrontal cortex: Architectonic and functional organization. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2005. 360(1456): 781–795. Petrides M. The midventrolateral prefrontal cortex and active mnemonic retrieval. Neurobiol. Learn. Mem. 2002. 78(3): 528–538. Petrides M., Pandya D.N. The frontal cortex. The human nervous system / Eds Paxinos G., Mai U. Amster dam, Acad. Press, 2004. Р. 950–972. Petrides M., Pandya D.N. Efferent association pathways from the rostral prefrontal cortex in the macaque monkey. J. Neurosci. 2007. 27(43): 11573–11586. Petrides M., Tomaiuolo F., Yeterian E.H., Pandya D.N. The prefrontal cortex: Comparative architectonic organization in the human and the macaque monkey brains. Cortex. 2012. 48(1): 46–57. Posner M.I., Fan J. Attention as an organ system. Topics in integrative neuroscience: From cells to cognition / Ed. Pomerantz J.R. Cambridge: Cambridge Univer sity Press, 2008. Р. 31–62. Posner M.I., Petersen S.E. The attention system of the human brain. Annu. Rev. Neurosci. 1990. 13: 25–42. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ том 65 №1 2015 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА Pribram K.H. The primate frontal cortex – executive of the brain. Psychophysiology of the frontal lobes. N.Y., London: Academic Press, 1973. 314 p. Ptak R. The frontoparietal attention network of the hu man brain: Action, saliency, and a priority map of the environment. The Neuroscientist. 2011. 18(5): 502– 515. Rajkowska G., Goldman-Rakic P.S. Cytoarchitectonic definition of prefrontal areas in the normal human cortex: I. Remapping of areas 9 and 46 using quanti tative criteria. Cereb. Cortex. 1995. 5(4): 307–322. Ray R.D., Zald D.H. Anatomical insights into the inter action of emotion and cognition in the prefrontal cortex. Neurosci. Biobehav. Rev. 2012. 36(1): 479– 501. Ridderinkhof K.R., Ullsperger M., Crone E.A., Nieuwenhuis S. The role of the medial frontal cortex in cogni tive control. Science. 2004. 306(5695): 443–447. Rissman J., Gazzaley A., D’Esposito M. Dynamic adjust ments in prefrontal, hippocampal, and inferior tem poral interactions with increasing visual working memory load. Cereb. Cortex. 2008. 18(7): 1618– 1629. Rolls E.T., Grabenhorst F. The orbitofrontal cortex and beyond: From affect to decisionmaking. Prog. Neu robiol. 2008. 86(3): 216–244. Romanski L.M. Convergence of auditory, visual, and so matosensory information in ventral prefrontal cortex the neural bases of multisensory processes / Eds Murray M.M., Wallace M.T. Boca Raton FL: Llc. 2012. Chapter 33. Available from: http://www.nc bi.nlm.nih.gov/books/NBK92838/ Rushworth M.F., Walton M.E., Kennerley S.W., Bannerman D.M. Action sets and decisions in the medial frontal cortex. Trends. Cogn. Sci. 2004. 8(9): 410– 417. Salzman C.D., Fusi S. Emotion, cognition, and mental state representation in amygdala and prefrontal cor tex. Annu. Rev. Neurosci. 2010. 33: 173–202. Sanchez-Carrion R., Gomez P.V., Junque C., FernandezEspejo D., Falcon C., Bargallo N., Roig-Rovira T., Ensenat-Cantallops A., Bernabeu M. Frontal hypoac tivation on functional magnetic resonance imaging in working memory after severe diffuse traumatic brain injury. J. Neurotrauma. 2008. 25(5): 479–494. Schmahmann J.D., Pandya D.N., Wang R., Dai G., D’Arceuil H.E., de Crespigny A.J., Wedeen V.J. Associa tion fibre pathways of the brain: Parallel observations from diffusion spectrum imaging and autoradiogra phy. Brain. 2007. 130(Pt 3): 630–653. Segalowitz S.J., Santesso D.L., Murphy T.I., Homan D., Chantziantoniou D.K., Khan S. Retest reliability of medial frontal negativities during performance mon itoring. Psychophysiology. 2010. 47(2): 260–270. Semendeferi K., Armstrong E., Schleicher A., Zilles K., Van Hoesen G.W. Prefrontal cortex in humans and apes: A comparative study of area 10. Am. J. Phys. Anthropol. 2001. 114(3): 224–241. Serino A., Ciaramelli E., Di Santantonio A., Malagu S., Servadei F., Ladavas E. Central executive system ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 59 impairment in traumatic brain injury. Brain Inj. 2006. 20(1): 23–32. Shallice T., Burgess P.W. Deficits in strategy application following frontal lobe damage in man. Brain. 1991. 114(Рt 2): 727–741. Shomstein S. Cognitive functions of the posterior parietal cortex: Topdown and bottomup attentional con trol. Frontiers in Integrative Neuroscience. 2012. 6. DOI: 10.3389/fnint.2012.00038. Skinner J.E., Yingling Ch.D. Central gating methanisms that regulated ERP and bihavior. A neural model of attention. Attention, voluntary contraction and ERP. V. 1. / Eds Anonymous. Basel: Kargel, 1977. Р. 30–52. Skinner J.E., Lindsley D. The nonspecific mediothalam icfrontocortical system: its influence on electrocor tical activity and behavior. The Physiology of the Frontal Lobe / Eds Pribram K.H., Luria A.R. N.Y., London: Acad. Press, 1973. Р. 185–236. Soto D., Humphreys G.W., Rotshtein P. Dissociating the neural mechanisms of memorybased guidance of visual selection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. 104(43): 17186–17191. Steriade M. Cellular substrates of brain rhythms. Elec troencephalography : Basic principles, clinical appli cations, and related fields. 5th Edition / Eds Nieder meyer E., Lopes da Silva F. Philadelphia, Baltimor: Williams & Wilkins, 2005. P. 31–84. Stuss D.T. New approaches to prefrontal lobe testing. The human frontal lobes: Functions and disorders / Eds Miller B., Cummings J. N.Y: Guilford Press, 2007. Р. 292–305. Sundram F., Deeley Q., Sarkar S., Daly E., Latham R., Craig M., Raczek M., Fahy T., Picchioni M., Barker G.J., Murphy D.G. White matter microstructural abnor malities in the frontal lobe of adults with antisocial personality disorder. Cortex. 2012. 48(2): 216–229. Tricomi E.M., Delgado M.R., Fiez J.A. Modulation of caudate activity by action contingency. Neuron. 2004. 41(2): 281–292. Tsujimoto T., Shimazu H., Isomura Y. Direct recording of theta oscillations in primate prefrontal and anterior cingulate cortices. J. Neurophysiol. 2006. 95(5): 2987–3000. Tuchscherer V., Seidenberg M., Pulsipher D., Lancaster M., Guidotti L., Hermann B. Extrahippocampal integrity in temporal lobe epilepsy and cognition: Thalamus and executive functioning. Epilepsy Behav. 2010. 17(4): 478–482. Unterrainer J.M., Owen A.M. Planning and problem solv ing: From neuropsychology to functional neuroim aging. J. Physiol. Paris. 2006. 99(4–6): 308–317. Urry H.L., van Reekum C.M., Johnstone T., Kalin N.H., Thurow M.E., Schaefer H.S., Jackson C.A., Frye C.J., Greischar L.L., Alexander A.L., Davidson R.J. Amygdala and ventromedial prefrontal cortex are in versely coupled during regulation of negative affect and predict the diurnal pattern of cortisol secretion among older adults. J. Neurosci. 2006. 26(16): 4415–4425. том 65 №1 2015 60 МАЧИНСКАЯ Van der Werf Y.D., Scheltens P., Lindeboom J., Witter M.P., Uylings H.B.M., Jolles J. Deficits of memory, execu tive functioning and attention following infarction in the thalamus; a study of 22 cases with localized le sions. Neuropsychologia. 2003. 41(10): 1330–1344. Van der Werf Y.D., Witter M.P., Uylings H.B., Jolles J. Neuropsychology of infarctions in the thalamus: A review. Neuropsychologia. 2000. 38(5): 613–627. van Noordt S.J., Segalowitz S.J. Performance monitoring and the medial prefrontal cortex: A review of indi vidual differences and context effects as a window on selfregulation. Front. Hum. Neurosci. 2012. 6: 197. DOI: 10.3389/fnhum.2012.00197. Velasco M., Skinner J.E., Asaro K.D., Lindsley D.B. Thalamocortical systems regulating spindle bursts and recruiting responses. II. Effect of thalamic le sions. Acta Neurol. Latinoam. 1975. 21(1–4): 31– 39. Voytek B., Knight R.T. Prefrontal cortex and basal ganglia contributions to visual working memory. Proceed ings of the National Academy of Sciences. 2010. 107(42): 18167–18172. Wager T.D., Smith E.E. Neuroimaging studies of working memory: A metaanalysis. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 2003. 3(4): 255–274. Wallis J.D., Anderson K.C., Miller E.K. Single neurons in prefrontal cortex encode abstract rules. Nature. 2001. 411(6840): 953–956. Xiao D., Zikopoulos B., Barbas H. Laminar and modular organization of prefrontal projections to multiple thalamic nuclei. Neuroscience. 2009. 161(4): 1067– 1081. Yeterian E.H., Pandya D.N., Tomaiuolo F., Petrides M. The cortical connectivity of the prefrontal cortex in the monkey brain. Cortex. 2012. 48(1): 58–81. Yingling C.D., Skinner J.E. Regulation of unit activity in nucleus reticularis thalami by the mesencephalic re ticular formation and the frontal granular cortex. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1975. 39(6): 635–642. Zalesak M., Heckers S. The role of the hippocampus in transitive inference. Psychiatry Res. 2009. 172(1): 24–30. Zappala G., Thiebaut de Schotten M., Eslinger P.J. Trau matic brain injury and the frontal lobes: What can we gain with diffusion tensor imaging? Cortex. 2012. 48(2): 156–165. Zeithamova D., Dominick A.L., Preston A.R. Hippocam pal and ventral medial prefrontal activation during retrievalmediated learning supports novel infer ence. Neuron. 2012 (б). 75(1): 168–179. Zeithamova D., Schlichting M.L., Preston A.R. The hip pocampus and inferential reasoning: Building mem ories to navigate future decisions. Front. Hum. Neu rosci. 2012a. 6: 70. DOI: 10.3389/fnhum.2012. 00070. Zhang D., Snyder A.Z., Shimony J.S., Fox M.D., Raichle M.E. Noninvasive functional and structural connectivity mapping of the human thalamocortical system. Cereb. Cortex. 2010. 20(5): 1187–1194. Zikopoulos B., Barbas H. Circuits formultisensory inte gration and attentional modulation through the pre frontal cortex and the thalamic reticular nucleus in primates. Reviews in the neurosciences. 2007. 18(6): 417–438. Zikopoulos B., Barbas H. Pathways for emotions and at tention converge on the thalamic reticular nucleus in primates. J. Neurosci. 2012. 32(15): 5338–5350. Zikopoulos B., Barbas H. Prefrontal projections to the thalamic reticular nucleus form a unique circuit for attentional mechanisms. J. Neurosci. 2006. 26(28): 7348–7361. ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ View publication stats том 65 №1 2015
