Заболевания нервной системы: передача сигнала на клеточном уровне
Изучение процессов, происходящих в нервной системе (НС) человека и животных при патологии, всегда представляло чрезвычайно важную научную задачу. Ее решение позволило бы не только найти средства лечения миллионов людей, но также взглянуть с другой стороны на проблемы памяти, внимания, мышления и т.д.
Широко известным фактом является то, что при таких различных по симптоматике заболеваниях НС, как эпилепсия и болезнь Альцгеймера, происходит нарушение работы медиаторных систем мозга. Основные медиаторные системы мозга (холинегрическая и моноаминоергическая) принимают основное участие в формировании энграмм памяти. При эпилепсии и эпилептиформной активности возможно изменение натриевой, калиевой и кальциевой проводимости, серотонинергической системы и множества других; при болезни Альцгеймера (БА) исследователи указывают на нарушение ацетилхолинового, реже – серотонин – и дофаминергического токов.
Исследование механизмов, происходящих в организме на клеточном, нейронном уровне и их сопоставление с изменением когнитивных процессов, памяти - задача, которую активно пыталось решить научное сообщество, по меньшей мере, в течение последних 50 лет. Наиболее ярким и широко известным подходом, демонстрирующим эту позицию, является концепция Е.Н. Соколова «человек – нейрон – модель».
В русле данного подхода нами было проведено исследование одного из видов памяти на уровне нейрона – негативного научения (привыкания) – при наличии экспериментально вызванной эпилептиформной активности у нервных клеток виноградной улитки Helix lucorum. В условиях этой патологической активности проводилась стимуляция мантийного валика с различной частотой и регистрировался ответ ряда нейронов. Механизмом, нарушающим фоновую активность нейронов и ответ на стимул, являлось изменение кальциевого тока. Наличие/отсутствие привыкания оценивалось нами по количеству потенциалов действия (ПД) или амплитуде суммарного возбуждающего (тормозного) постсинаптического потенциала (сВПСП, сТПСП).Регистрация ответов нейронов производилась с помощью методики внутриклеточной микроэлектродной регистрации ответа, при которой конец электрода, наполненный соляным раствором, вводился в тело нейрона и фиксировалась разница потенциалов между наружной и внутренней стороной мембраны.
В использованных экспериментальных условиях (добавление хлорида кобальта или кадмия в конечной концентрации 10 мМ) 15 нейронов из 50 (30%) продемонстрировали наличие фоновой эпилептиформной активности. Указанные 15 нейронов обладали фоновой пейсмекерной активностью, что подтверждает тот факт, что кальциевый ток играет основную роль в формировании как пейсмекерной активности, так и эпилептиформной (в данной экспериментальной ситуации). Результаты экспериментов показывают наличие эффекта привыкания (то есть постепенного уменьшения ответа при повторяющейся стимуляции) как в клетках с фоновой эпилептиформной активностью, так и без таковой. Однако проявления эффекта различались. Вслучае эпилептиформной активности изменялся характер ответа, который был представлен в виде высокочастотных ПД, но уменьшение ответа в течение стимуляции оставалось. Интересным эффектом, демонстрирующим механизм работы кальциевых каналов, стала нерегулярность появления ответов в сериях с высокочастотной стимуляцией. В остальном отличий между экспериментальной и контрольной сериями не было – нейроны демонстрировали последовательное увеличение глубины привыкания от серий с меньшей частотой стимуляции к более высокочастотным сериям. Полученные данные не противоречат имеющимся в литературе по данному вопросу.
В последующих исследованиях предполагается изучение биохимических и нейрофизиологических особенностей другого заболевания нервной системы – болезни Альцгеймера (БА). При БА нередко наблюдается нарушение функций головного мозга, похожие на эпилептические припадки, и, как полагают зарубежные исследователи, это происходит из-за нарушения работы натриевых каналов, которые часто служат мишенью бета – секретазы (одного из основных ферментов, участвующих в развитии БА).
База знаний для экспертной системы электрофизиологической диагностики
В целом, экспертные системы представляют собой интеллектуальные программы, способные делать выводы на основании знаний в конкретной предметной области и обеспечивающие решение специфических задач на профессиональном уровне. В настоящее время появилась тенденция и необходимость к созданию экспертных систем для качественных и нестандартизированных методов исследования.
Экспертным системам традиционно предъявляются следующие требования:
Программа должна быть полезной для пользователя (психолога, врача), предоставляя ему рекомендации, не уступающие по качеству рекомендациям эксперта-человека;
Программа должна быть ориентирована на приобретение и модификацию знаний;
Программа должна уметь вести диалог, в ходе которого она могла бы объяснить полученный ею результат;
Программа должна являться инструментом, помогающим специалисту, а не заменяющим его.
Экспертные системы в большинстве своем оформляются в совокупности так называемых продукционных правил «ЕСЛИ – ТО» (посылка – заключение, стимул – реакция). База знаний - это и есть набор различных продукционных правил, действующих в определенных ситуациях.
На сегодняшний день появилась необходимость разработки специализированных компьютерных программ, решающих сугубо психодиагностические задачи. Такие как: создание новых психодиагностических методик (или шкал) на основе применения технологии анализа данных и разработка компьютерных психодиагностических методик, в которых интерпретация результатов тестирования испытуемых строится на базе использования экспертных систем.
Среди широкого круга задач по работе с психодиагностической информацией отдельно можно выделить те, решение которых осуществляется исключительно на компьютере. Компьютерные психодиагностические методики становятся наиболее предпочитаемыми и распространенными инструментами психологов, проводящих исследование испытуемых в самых различных областях. Это способствует повышению эффективности работы самого психолога (специалиста), повышению четкости, тщательности и чистоты психологического исследования, повышению уровня стандартизации психодиагностического исследования.
В то же время существует необходимость создания экспертных систем для качественных и нестандартизированных методов исследования. Но это требует создания специализированной базы данных результатов экспериментальных исследований и как следствие — разработки соответствующей базы знаний и продукционных правил к ней. А это в свою очередь будет являться основой для формирования блока вывода итоговых данных исследования (заключения).
На материалах литературных источников нами разработана база знаний для ЭЭГ-диагностики органических и функциональных нарушений головного мозга. В записи ЭЭГ традиционно выделяют четыре основных ведущих ритма биоэлектрической активности головного мозга человека. Каждый из них обладает своими специфическими параметрами и характеристиками.
Структура базы знаний состоит из следующих пунктов:
Наименование ритма биоэлектрической активности (альфа, бета, тета, дельта);
Показатель ритма (частота, амплитуда, процентное содержание ритма, межполушарная асимметрия и т.д.);
Единицы измерения показателя (Гц, мкВ, %);
Диапазон значений показателя;
Область коры, в которой должны фиксироваться изменения значений показателей ритма (лобная, центральная, височная, теменная, затылочная);
Критерий номы/патологии (в зависимости от значения показателя);
Все имеющиеся характеристики ритмов были условно разделены на две категории в зависимости от информативности того или иного параметра и с точки зрения использования традиционных и устоявшихся в исследованиях определенных параметров для формирования и получения целостной картины исследования Таким образом, было выделено и на сегодняшний день в базу знаний входят: 21 основной и 8 дополнительных параметров по α-ритму, 10 основных и 3 дополнительных - по β-ритму, 8 параметров по θ- и δ-ритмам.
На основании имеющихся продукционных правил, заложенных в базе знаний, на основе исходных данных проводится анализ и сопоставление различных параметров, как внутри одного ритма, так и сочетание нескольких параметров различных ритмов между собой. В качестве примера. Если в записи ЭЭГ присутствует низкоамплитудный альфа-ритм, при этом наблюдается высокое содержание (доминирование) бета-ритма во всех отведениях, то можно говорить о вероятности наличия у человека нервно-психического напряжения, повышенной утомляемости, низкой устойчивости к стрессу и т.д.
Если в записи ЭЭГ присутствуют билатерально-синхронные, высокоамплитудные и появляющиеся с высокой периодичностью элементы патологической активности (острые волны) в центральных и теменно-затылочных отведениях, то можно говорить о вероятности наличия у пациента функциональных нарушений подкорковых структур головного мозга преимущественно нижнестволового отдела и т.д.
После такого анализа выносится электрофизиологическое заключение об актуальном состоянии центральной нервной системы человека, головного мозга и различных его областей в частности.
Заключение
Таким образом, в качестве психофизиологической предпосылки развития социального интеллекта в старшем дошкольном возрасте может выступать пластичность ЦНС при реализации зрительной и моторной функций, а также сформированность механизмов произвольного внимания. Знание того, как связаны между собой структурные, биохимические и психологические изменения при различного рода заболеваниях НС является полезным не только для клинических психологов. Смысл этих исследований не только в том, что по проявлениям на одном уровне можно с большой достоверностью предполагать степень изменений другого порядка, но также в возможности увидеть всю картину заболевания и функционирования живых существ, единство биологических и психологических проявлений в норме и патологии.