При изучении взаимоотношений зрительной коры (ЗК) со структурами мозга большое значение уделяется эфферентным кортикофугальным механизмам регуляции функции сетчатки. Любой сигнал, возникающий на уровне фоторецепторов, не доставит нужную информацию к ЗК, где она должна быть «опознана» и «прочитана», если этот сигнал не будет многократно скорректирован и переработан системой обратной связи. Чем сложнее система, тем существеннее ее значение [6].

Зрительный путь состоит не только из нейронов, передающих сигналы в центростремительном направлении от сетчатки к мозговым центрам, но на этих же уровнях существуют нейроны, по которым осуществляется их влияние на функцию сетчатки. А.С. Новохатский [6] считает, что этот путь, скорее всего, надо рассматривать не как центробежные волокна, а как проекционную систему. Прямые и обратные связи зрительного анализатора с сетчаткой он выделяет соответственно в особые ретиноэнцефальную и энцефалоретинальную системы. Считается, что основное количество волокон идет от наружного коленчатого тела - это геникулоретинальные, а также корково-ретинальные, ретикулоретинальные, гипоталамо-ретинальные и тегменто-ретинальные. Оканчиваются все они на уровне амакриновых и горизонтальных клеток.

Следует отметить, что имеющиеся к настоящему времени работы, посвященные изучению кортико-ретинальных взаимоотношений, проводились в условиях, когда изменялось функциональное состояние животного в результате воздействия различных фармакологических препаратов либо в условиях острого эксперимента. В то же время следует учитывать, что исходное функциональное состояние ЗК может решающим образом повлиять на проявление и характер кортико-ретинальных взаимоотношений.

Среди функциональных методов изучения корковых механизмов регуляции функции сетчатки наряду с электрической стимуляцией используются также методы стимуляторной и ингибиторной нейронографии с применением аппликации на кору растворов стрихнина и калия хлорида (KCl). Стрихнин, как известно, возбуждает центральную нервную систему (ЦНС), оказывая стимулирующее действие на органы чувств (обострение зрения, вкуса, слуха, тактильные чувства), возбуждает сосудодвигательный и дыхательный центры, тонизирует скелетную мускулатуру, процессы обмена и т.д. [5]. При локальной аппликации он вызывает появление так называемых стрихнинных спайков, которые являются потенциалами действия дендритов. Возбуждающее влияние стрихнина связано с увеличением проводимости мозга для ионов Са, что, по-видимому, обусловливается блокирующим действием стрихнина на тормозные интернейроны. Что касается KCl, то его использование сопровождается деполяризацией корковых нейронов, исчезновением спонтанной фоновой активности, угнетением электроэнцефалограммы. Длительный период восстановления корковых функций обусловлен, по-видимому, медленным затуханием синаптического торможения.

Задача настоящего исследования состояла в том, чтобы на бодрствующих животных выявить влияние ЗК на формирование раннего рецепторного потенциала, осцилляторные потенциалы сетчатки и электроретинограмму (ЭРГ), а также изменение ответов ЗК и их корреляцию с сетчаточными потенциалами в условиях изменения ее функционального состояния, вызванного локальной аппликацией стрихнина и KCl.

Исследования проводились в условиях хронического эксперимента на бодрствующих кроликах. Регистрировались ЭРГ, а также вызванные потенциалы (ВП) ЗК. Регистрация осуществлялась как в обычном режиме, так и в режиме формирования осцилляторных потенциалов - ОП (полоса пропускания частот усилителей была соответственно 1-1000 Гц и 333-2000 Гц).

В сетчатке также регистрировался ранний рецепторный потенциал (РРП). Для регистрации ЭРГ применялась контактная линза с вмонтированным в нее стальным электродом, снабженная щитками-векорасширителями. Для исключения возможного влияния изменения диаметра зрачка на ЭРГ и ответов ЗК зрачок приводился в состояние мидриазиса с помощью 1% раствора атропина. Для обезболивания в глаз предварительно закапывали 0,5% раствор дикаина. Линза заполнялась физиологическим раствором. Кролик помещался в специальный станок-гамак и находился в звуко- и светонепроницаемой экранированной камере.

В качестве светового раздражителя применялась фотовспышка фотоимпульсного стимулятора специальной конструкции. Основу его составляла импульсная лампа ИФК-120. Энергия вспышки варьировала: 1,4 Дж для ЭРГ и ОП, а также ВП ЗК и 70 Дж для РРП. Длительность стимула - 150 мкс. Световая стимуляция обеспечивалась в режиме одиночных вспышек. Исследования проводились в условиях темновой адаптации. Локальное изменение функционального состояния ЗК производилось путем введения через канюлю растворов KCl и стрихнина. Первый препарат, оказывающий тормозное влияние на кору, вводился в виде 10% раствора в объеме 0,05 мл, второй, возбуждающий кору, вводился в виде 2% раствора в том же объеме. В качестве контроля в том же объеме вводился физиологический раствор. Опыты начинались через 15-30 мин после введения препаратов.

Предварительно были проведены контрольные опыты с введением в ЗК 0,05 мл физиологического раствора. ВП ЗК и сетчатки в этих условиях не претерпевали каких-либо изменений. Введение в том же объеме 2% раствора стрихнина на ЗК приводило к достаточно выраженным изменениям ее ответов. Прослеживалось их облегчение в равной мере как для позитивной, так и негативной фаз (рис. 1, I).

Особый интерес представляло формирование в ЗК в условиях ее стрихнизации высокоамплитудной вторичной негативной волны. Время ее формирования и развития находилось в пределах 1,5-2-2,5 ч, т.е. в тот период, когда количество дополнительных колебаний на первичном негативном компоненте уменьшалось и они полностью исчезали. По-видимому, формирование вторичной негативности связано с тем, что возбуждение ЗК приводило к возбуждению короткоаксонных промежуточных нейронов, которые находятся вокруг пирамидных нейронов. Допускается, что порог возбуждения промежуточных нейронов меньше, чем порог возбуждения пирамидных нейронов, и что связь с последними осуществляется посредством аксосоматических синапсов. Это позволяет предположить, что при определенном уровне возбуждения ЗК возбудимость промежуточных нейронов повышается и последние включаются в реакцию на световое раздражение, что и обусловливает формирование в ответе позднего негативного колебания.

Каково же влияние ЗК в условиях ее стрихнизации на периферический отдел зрительной системы - сетчатку? Важно было установить, какова роль этого влияния в формировании РРП, ОП и ЭРГ. Так, при исследовании РРП в условиях стрихнизации ЗК выявили некоторые особенности. По сравнению с контролем (110,0±6,0 мкВ, 100%) через 30 мин наблюдалось облегчение амплитуды РРП, которая составляла 122,5±5,7 мкВ (увеличивалась в среднем на 11,4%). Через 1,5 ч ее величина достигала максимального значения 157,5±7,2 мкВ (на 42,7%), а к 3 ч амплитуда его уменьшалась, однако была несколько выше исходной величины, т.е. 137,5±5,5 мкВ (на 34%) (см. рис. 1, III). Этот факт позволяет считать, что изменение амплитуды РРП является результатом влияния ЗК на процессы, участвующие в механизме его генерации.

Не меньший интерес представляют исследования ОП сетчатки в условиях стрихнизации коры (см. рис. 1, IV).

В сетчатке на пике b-волны ЭРГ так же, как и в коре формировались дополнительные колебания с амплитудой 25,0±1,2 и 17,5±1,0 мкВ, которые являлись как бы зеркальным отражением корковых дополнительных колебаний. Количество их могло варьировать от 2 до 3. К 1,5 ч они полностью исчезали. В тот период, когда дополнительные колебания уже не регистрировались (1-1,5 ч), начинали формироваться облегченные ОП ЭРГ. Амплитуда ее первого ОП облегчалась и составляла 100,0±5,4 мкВ, т.е. увеличивалась в среднем на 90,5%, а второго - до 60,0±3,0 мкВ (на 94,3%). К 2 ч их амплитудные параметры несколько уменьшались, но оставались больше исходной величины. Так, амплитуда первого ОП составляла 67,5±3,3 мкВ (на 28,5%), второго - 37,5±1,5 мкВ (на 15,1%). К 3 ч их амплитудные параметры хотя и уменьшались, однако были выше контрольных величин, при этом составляли соответственно 60,0±3,2 мкВ (на 14,3%) и 37,2±2,2 мкВ (на 13,9%). Эффект облегчающего влияния ЗК на сетчатку при стрихнизации хорошо был выражен при регистрации ЭРГ. Ее суммарная амплитуда (волны а+b) в контроле составляла 200,0±7,2 мкВ (100%), а в условиях повышенной возбудимости коры она увеличивалась до 293,0±7,4 мкВ, т.е. в среднем на 46% (см. рис. 1, II).

Из полученных экспериментальных данных следует, что локальное изменение функционального состояния ЗК стрихнином приводит к аналогичным изменениям электрографических показателей в сетчатке (РРП, ОП и ЭРГ).

Следующий этап исследований был посвящен влиянию KCl (локальное введение) на ЗК. При этом важно было выявить эффект этого воздействия не только на кору, но и на сетчатку. Введение в ЗК 0,05 мл 10% раствора KCl вызывало значительное уменьшение амплитудных параметров ВП, которое прослеживалось на протяжении всего периода эксперимента. На рис. 2

Какие же изменения претерпевала сетчатка в условиях подавления активности ЗК? Нам важно было не только выявить, но и установить факт этого влияния на электрографические показатели - РРП, ОП и ЭРГ. Использование этих показателей функционального состояния периферического отдела зрительной системы даст нам возможность установить степень участия ЗК в обработке зрительной информации как на уровне фоторецепторов, так и на нейрональных элементах сетчатки.

Проведенные исследования позволили выявить некоторые особенности формирования РРП в условиях измененного функционального состояния ЗК KCl (см. рис. 2, III). Так, через 30 мин после его введения амплитуда РРП по сравнению с контролем (157,0±6,2 мкВ, 100%) уменьшалась до 85,7±4,3 мкВ (в среднем 54,5%). Через 1,5 ч она составляла 100,5±6,2 мкВ (в среднем 63,7%).

К 3 ч его амплитудные параметры оставались ниже контрольных величин, т.е. не превышали 114,3±6,7 мкВ (в среднем 72,8%).

Следовательно, влияние ЗК на формирование РРП в условиях как стрихнизации, так и калийного очага является неоспоримым фактом. Что же касается нейронального аппарата сетчатки, генерирующего ЭРГ и ОП, то в условиях калийного очага наблюдались их определенные изменения.

Если в контроле амплитуда первого ОП составляла 208,3±8,1 мкВ, а второго - 217,0±7,2мкВ (100%), то через 30 мин их амплитудные параметры резко уменьшались - соответственно до 75,9±3,9 мкВ (в среднем 36,4%) и 83,5±4 мкВ (в среднем 38,5%), а через 1,5 ч они увеличивались до 183,3±4,6 мкВ (в среднем 88%) и 117,7±3,8 мкВ (в среднем 54,2%). Несмотря на 3-часовое действие KCl восстановления ОП до контрольных величин не наблюдалось. При этом амплитуда первого ОП составляла 133,3±5,5 мкВ (в среднем 64%), второго - 167,0±5,0 мкВ (в среднем 77%) (см. рис. 2, IV). В то же время суммарная амплитуда ЭРГ по сравнению с исходной величиной (229,0±8,4 мкВ, 100%) уменьшалась до 185,7±6,5 мкВ и составляла в среднем 80,8% (см. рис. 2, II).

Таким образом, подавление функциональной активности ЗК KCl существенным образом отражалось на угнетении формирования РРП, ОП и ЭРГ, что свидетельствует об усилении ее тормозного влияния на сетчатку. Облегчение формирования ЭРГ в условиях возбуждения ЗК стрихнином свидетельствует об ослаблении ее тормозного влияния на корково-ретинальный вход.

Чтобы объяснить процессы, протекающие на уровне сетчатки, и их отношение к обработке любой поступающей информации, вкратце приведем данные об участии некоторых нейромедиаторов (нейротрансмиттеров) в этих процессах. Известно, что нервные клетки при возбуждении (деполяризации) выделяют из аксональных окончаний в синаптическую щель химическое вещество - нейромедиатор. В результате его взаимодействия с белком-рецептором постсинаптической мембраны происходит возбуждение постсинаптического нейрона [12]. Хорошо известно, что основным возбуждающим нейротрансмиттером в ЦНС млекопитающих является глутамат. Он вовлечен в большое число нейрональных и глиальных процессов и является предшественником ГАМК [8, 11].

В то же время общеизвестен и тот факт, что в сетчатке глутамат считается сдерживающим нейромедиатором, проявляющимся в гиперполяризации постсинаптической клетки. Нейрофармакология синапсов сетчатки свидетельствует о том, что синаптические окончания как палочек, так и колбочек заполнены пузырьками, содержащими глутамат.

Что касается ГАМК, то она участвует в процессах передачи сигнала с горизонтальных клеток на фоторецепторы. Следовательно, изменение РРП в условиях измененного функционального состояния ЗК стрихнином и KCl связано с участием единственного нейромедиатора - ГАМК. Снижение или повышение возбудимости коры приводит соответственно к угнетению или облегчению формирования РРП, генерируемого наружными сегментами фоторецепторов. Такой эффект связан с усилением либо ослаблением тормозного влияния ГАМК в синапсе фоторецепторов.

Согласно данным литературы [9, 13], фоторецептор в сетчатке позвоночных с помощью глутамата передает сигналы на горизонтальные клетки, а также колбочковые и палочковые биполяры. Что касается ганглиозных клеток сетчатки, то они тоже глутаматергические [4, 15]. Таким образом, передача сигнала от рецепторов к мозгу осуществляется в основном по прямому эфферентному пути с помощью глутамата. Однако надо учитывать и тот факт, что горизонтальные и биполярные клетки выпускают и свои медиаторы, которые могут модулироваться под влиянием нейротрансмиттеров, в данном случае глутамата. Эта модуляция выражается в его двояком действии на дендриты биполяров двух типов - гиперполяризующие и деполяризующие.

На основании анализа полученных экспериментальных данных постараемся объяснить, как отражается изменение функционального состояния ЗК на формировании компонентов ЭРГ и ОП сетчатки. Известно, что в формировании ОП принимают участие как биполярные клетки сетчатки, генерирующие первый ОП, так и амакриновые элементы, участвующие в генерации последующих ОП [7]. Также хорошо известно, что на амакриновых клетках оканчиваются центрифугальные волокна [1-3, 10, 17-19] и любые изменения в структурах мозга, имеющие связь с сетчаткой, обязательно приведут ее к тем или иным функциональным изменениям. Установлено, что амакриновые клетки, морфологически связанные с биполярами, получают от них сигналы, которые после соответствующей обработки обратно передают свои тормозные сигналы на те же биполяры, образуя, таким образом, на них реципрокные синапсы, в которых осуществляется их синаптическое взаимодействие. Важную роль в этом процессе играет ГАМК, содержание которой в амакриновых клетках достигает 80%. С участием ГАМК либо ослабляется, либо усиливается тормозное влияние амакриновых клеток на биполяры. Остальные нейромедиаторы - ацетилхолинергические, дофаминергические, серотонинергические, глицинергические и пептиды - функционируют в сетчатке при обязательном участии ГАМК [14, 16, 20]. Итак, в условиях измененного функционального состояния ЗК под воздействием KCl наблюдалось абсолютное угнетение второго и третьего ОП. Этот факт свидетельствует об усилении тормозного влияния ГАМК, приводящего к функциональной блокаде амакриновых клеток. Эффект облегчения ВП на световые стимулы в коре в состоянии ее возбуждения стрихнином сказывался на ослаблении тормозного влияния ГАМК на амакриновые клетки сетчатки. Последние, как показали опыты, весьма активно участвуют в формировании несколько облегченных ОП.

Подавление или возбуждение ЗК приводит соответственно либо к выраженному угнетению, либо облегчению b-волны ЭРГ и первого ОП сетчатки, в генерации которых принимают участие биполяры. В первом случае этот эффект является результатом усиления тормозного влияния глутамата на биполяры, тем самым соответственно усиливая или ослабляя их активность. Во втором - ослабление тормозного влияния глутамата на биполяры способствует выраженному облегчению как b-волны, так и первого ОП.

Таким образом, функциональное взаимодействие нейронов внутреннего ядерного слоя сетчатки обеспечивается определенными морфофункциональными связями, что позволяет ей нормально функционировать. Этот факт подтверждается нашими предыдущими работами, в которых исследовались роль ЦНС в механизме функционирования сетчатки (нембутал, аминазин), а также влияние на сетчатку импульсной электрической стимуляции ЗК, наружного коленчатого тела, а также супрахиазматического и супраоптического ядер переднего отдела гипоталамуса. Все это дает возможность с уверенностью утверждать, что сетчатка находится под постоянным контролем ЦНС вплоть до наружных сегментов фоторецепторов, генерирующих РРП. Однако любой сигнал на уровне фоторецепторов не доставит нужную информацию в ЗК, если этот сигнал, в данном случае - биопотенциал, не будет многократно переработан и скорректирован системой обратной связи. По этому поводу приведем весьма убедительные рассуждения офтальмолога-клинициста А.С. Новохатского [6]. В условиях потери зрительной функции, связанной с гибелью афферентной системы зрительного нерва, разрушается и энцефалоретинальная система. Так, перерезка зрительного нерва ведет к полной дистрофии ретиноэнцефальной системы, а также к гибели энцефалоретинальных нейронов, что является весьма объективным препятствием к созданию искусственного глаза. Как считает автор, создание искусственного зрения реально только для роботов. Такая система, вероятно, сможет распознавать окружающий мир, его формы, цвет, движения и т.д. Однако самый совершенный робот может выполнять только функцию «поводыря» слепого человека. Следовательно, создание искусственного глаза может быть вопросом времени.

Но нельзя исключить и тот факт, что в процессе обработки зрительных сигналов в сетчатке в условиях изменения функционального состояния ЗК вовлекаются и другие зрительные структуры мозга, осуществляющие центрифугальный контроль функции периферического отдела зрительного анализатора. Из этого следует, что влияние ЗК на сетчатку может осуществляться не только по прямым корково-рентинальным путям, но и опосредованно - через другие специфические зрительные структуры, не исключено также участие в этом процессе и ретикулярной формации. Об этом свидетельствует наличие неспецифических афферентных волокон, оканчивающихся в поверхностных слоях коры посредством аксо-дендритических синапсов, которые действуют на эти нейроны только как модуляторы их активности. Также следует признать, что неспецифические пути могут конвергировать и на вставочные нейроны, контактирующие с дендритами специфических зрительных нейронов, т.е. влияние ретикулярной формации на зрительные нейроны будет опосредоваться через промежуточные тормозные либо возбуждающие корковые нейроны.

Факт существования влияния специфических и неспецифических структур мозга на процессы, протекающие на уровне сетчатки, как нам кажется, свидетельствует о том, что их участие необходимо для осуществления сложных интегративных процессов, лежащих в основе ее нормального функционирования. Любое изменение возбудимости ЗК не только модулирует специфическую активность этой структуры, но и формирует свой очаг возбуждения, который может отразиться на ответной деятельности сетчатки, вызванной поступлением зрительных сигналов.

1. Установлено регулирующее влияние на сетчатку ЗК в условиях измененного ее функционального состояния (аппликация стрихнина и KCl).

2. Корковый контроль сетчатки осуществляется вплоть до ее дистальных отделов. Показателем является РРП, генерируемый наружными сегментами фоторецепторов.