Методы исследования нервной системы

Рассматривая все многообразие научных и клинических методов исследования, остановимся на некоторых из них, учитывая то, что ни один из них не является идеальным и имеет свои преимущества и недостатки. В течение ХХ в. ведущее место при исследовании мозга отводилось нейрофизиологическим методам. Классические методы нейрофизиологических исследований предполагают раздражение того или иного участка нервной системы или его удаление (экстирпацию). Но еще П. К. Анохин (1968) указывал на некоторое ограничение при интерпретации результатов, полученных этими методами. Он отмечал, что если мы при раздражении какого-либо участка, например коры больших полушарий, получаем тот или иной моторный эффект на периферии, то это никак не может быть истолковано в том смысле, что мы нашли двигательный центр, координирующий сложные моторные акты. Зона пирамидных клеток является для нервного импульса выходом на двигательные сегменты, т. е. до некоторой степени, выражаясь языком Ч. Шеррингтона, «чеком на предъявителя», хотя это выражение он употребляет в отношении спинного мозга. Поэтому возбуждение какой-либо группы клеток может быть проявлением только результатов сложного комплексирования нервных процессов, протекающих до них, но никак не показателем конструирования целого двигательного акта. Несомненно, непосредственная связь двигательной зоны с эффекторным двигательным аппаратом очень помогает, например, невропатологу точно диагностировать очаг разрушения, но все же это есть только разрушение конечного звена в сложной картине циркуляции нервного импульса и ничего больше. Именно поэтому диагностика органических нарушений центральной нервной системы носит ограниченный характер и лимитируется конечным двигательным звеном (движение конечностей, глазодвигательная функция, глотание и т. д.). Точно так же метод экстирпации дает не больше, чем метод раздражения. Если, предположим, экстирпация зрительной области у животного ведет к полной или частичной потере зрения, то это совершенно не значит, что мы исключили «зрительный центр». Bethe правильно замечает, что, несмотря на то, что при перерезке зрительного нерва устраняется целиком зрительная функция, никому в голову не придет утверждать, что в данном нерве помещается «зрительный центр», а между тем по отношению к зрительной области коры такое заключение делают большинство физиологов.

В ходе клинико-экспериментальных исследований в качестве прижизненной диагностики зоны и степени повреждения стали широко использовать методы рентгенологического, ультразвукового, мангнитно-резонансного исследования мозга (Холодов Ю.А., Шишло М. А., 1979). В частности, все шире в настоящее время используются методы томографии, которые позволяют увидеть прижизненное анатомическое строение головного мозга, а при дополнительных методиках — судить и о его кровоснабжении. Компьютерная и магнитно-резонансная томография (МРТ) мозга позволяет выяснить локальные участки повреждения и особенности его анатомической организации (Malmivuo J., Plonsey R., 1995). В частности, эту функцию выполняет метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Исследование основано на введении в мозговой кровоток позитрон-излучающего короткоживущего изотопа. Данные о распределении радиоактивности в мозге обрабатываются в виде трехмерной реконструкции мозга, и в зависимости от распределения кровотока можно судить об интенсивности обмена веществ и функциональной активности областей мозга. Методы, при всей информативности, тем не менее пока не добавили ничего принципиально нового к указанным выше методикам экстирпации или раздражения мозга.

В распоряжении физиологов имеются также различные электрофизиологические методы исследования, в первую очередь электроэнцефалография. Современные методы клинической и экспериментальной электроэнцефалографии сделали значительный шаг вперед благодаря применению компьютерного анализа. Принципиальное значение этого метода, вероятно, заключается в возможности выявления участков повреждений мозга (как и вышеуказанные методы), но при этом он позволяет выяснить и степень функциональной активности мозга, его медленноволновую активность, указывая на особенность модуляции нейронального ответа (Матюшкин Д.П., 1984). Для регистрации биоэлектрической активности отдельных нейронов и их отростков применяют специальные методики, связанные с введением металлических и стеклянных микроэлектродов. Характер регистрируемой биоэлектрической активности определяется диаметром кончика микроэлектрода, и применение наиболее тонких из них позволяет регистрировать мембранный потенциал отдельных клеток. Этот метод принципиально отличается от ЭЭГ тем, что позволяет выяснить возбуждение или торможение в отдельной клетке, а не степень активности в целой группе нейронов, уточнить специализацию той или иной нервной клетки, принципиальные особенности проведения возбуждения (Первис Р., 1983).

В последние годы для изучения реакций отдельных нейронов у млекопитающих, взаимодействий между отдельными тканевыми составляющими мозга все шире применяют прижизненные срезы головного мозга. Изучают ткани мозга зародышей, новорожденных, а иногда и зрелых животных. Широко применяют культуры одной или нескольких популяций клеток нервной ткани. Переживающие ткани и клеточные культуры мозга выращивают на специальных средах, изменяя соотношение тех или иных веществ, используя разнообразные тканевые гормоны. Их исследование позволяет изучить механизмы активности отдельных нервных клеток и их отростков, значение их глиального и сосудистого окружения.

Еще одно направление исследования головного мозга — это психологические методы. У животных они рассматриваются в пределах физиологической психологии. У человека они дополняются нейропсихологическими и клиническими психиатрическими и неврологическими методами. В частности, нейропсихологическая диагностика сочетает приемы психологического обследования с физиологическим исследованием у людей с поврежденным мозгом (Лурия А.Р., 1973).

Морфологические исследования нервной системы сопряжены с рядом трудностей. В силу плотной упаковки нейронов и их отростков с нейроглией и сосудами, сложнейших их взаимопереплетений, исследования всех составляющих нейронной ткани не позволяют понять, как эти структуры взимоотносятся друг к другу. Морфолог фактически разрывает эти связи, в последующем хоть как-то пытаясь сопоставить эти структуры между собой.

Электронная микроскопия также имеет весьма существенные ограничения. Тонкие срезы (25−50 нм) при очень незначительной площади исследования фактически сильно осложняют трактовку изменений нервной системы, учитывая крайне сложный характер реакций нейронов и их окружения даже в пределах одного нервного центра. Фактически неразгаданным в таких исследованиях остается вопрос, какие нейроны связывает тот или иной синапс, как соотносятся в пространстве отростки астроцитов и нейронов и т. д.

Отличные возможности для исследования структурной организации мозга были получены с открытием метода К. Гольджи. Используя оригинальные методы и их модификации, авторы описали подробную структурную организацию нервных центров. Данные этих классических нейроморфологических исследований были существенно дополнены несколькими новыми специфическими методиками. Так, использование обратного аксонального транспорта с применением таких маркеров, как пероксидаза хрена, люциферовый желтый и некоторых других, позволило точно установить связи нервных центров и установить более тонкую организацию нейронов. Типичным примером может служить и радиоавтография. Используя радиоактивную метку, прижизненно наблюдают ее перемещение в структуре нейрона. Метка может быть связана с разнообразными веществами (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды, олигопептиды и т. д.).

С конца ХХ в. широкое применение специфических методов выявления нейронов с помощью моноклональных антител позволило выяснить строго определенные группы нейронов по образуемому ими медиатору. Эти способы предоставляют исследователю существенные преимущества в определении динамики реакций отдельных популяций нейронов, но не позволяют судить о текущих краткосрочных ответах, так как фиксируют лишь состояние нервной ткани в момент гибели клетки. Сама эта гибель сопровождается значимыми изменениями в тканевой организации, нередко предоставляя лишь общее представление о прижизненной организации мозга.

В последние десятилетия все шире применяются те или иные методы биохимических и молекулярных биологических исследований (Potter N.T., 2003). Обнаруженный массив данных создает впечатление, что с помощью методов и открытий в этих науках можно объяснить все в функционировании нервной системы. Однако, несмотря на множество полученных разнообразных факторов, не представляется возможным сформулировать с точки зрения лишь молекулярнобиохимических процессов системные механизмы не только высшей нервной деятельности человека, но даже и системные механизмы зрительного, слухового анализа, памяти и т. д.

Методы математического и компьютерного моделирования нейронных систем и системных механизмов анализа информации все шире применяются для моделирования межнейронных коммуникаций и внедряются в практике современных аналоговых и цифровых технологий (Benke T.A. et al., 2001; Le Novere et al., 2006). Эти же методы позволяют рассмотреть и некоторые другие стороны функции мозга, в частности, при исследовании механизмов гемодинамики. нейрофизиологический исследование мозг Одним из положительных последствий применения многочисленных методов явилось понимание того, что в исследованиях ни один из методов не может объяснить всей системы возможных ответов мозга. Это привело к отказу от использования только какого-то одного метода исследований или направления научного знания. Только интеграция данных самых разнообразных исследований, рассматривающая мозг от уровня целостной системы до данных молекулярно-биохимических и биофизических исследований, возможно, разрешит хотя бы с определенной степенью приближения проблему понимания его функции.