Два следующих примера, связанных с нейроанатомией, электрофизиологией, нейрофармакологией и биохимией позволяют понять, как можно отличить активное, но не исключительное участие той или иной системы в реализации исполнительных механизмов бодрствования (Табл. 1).
Табл. 1. Участие норадренергических (НА: голубое пятно, locus coeruleus), дофаминергических (ДА: нигростриатная система), гистаминергических (Г), холинергических (АЦХ: средний мозг-мост) и серотонинергических систем (Сер: дорсальный шов, raphe dorsalis) ретикулярной формации среднего мозга (РФМ), а также орексиновых нейронов (ОРК), в процессе бодрствования.
1 — Повышение одиночной активности во время бодрствования.
2 — Увеличение высвобождения нейромедиатора во время бодрствования.
3 — Стимуляция системы возбудительными аминокислотами увеличивает бодрствование.
4 — Торможение синтеза нейромедиатора подавляет бодрствование (пресинаптический эффект).
5 — Введение антагонистов некоторых рецепторов может подавить кортикальное ЭЭГ-пробуждение и/или поведенческое бодрствование.
6 — Разрушение клеточных тел может подавить бодрствование на долгий срок.
7 — Разрушение клеточных тел может увеличить бодрствование.
Эта «таблица истинности» доказывает, с одной стороны, что никакая система в отдельности не отвечает всем условиям с 1 по 6 сразу, и, значит, эти системы взаимодействуют как сеть, а, с другой стороны, серотониновая система обладает двойственной природой, что объясняет ее гомеостатическую роль.
Знак + указывает, что условие выполняется, знак 0 — что условие не выполняется, знак? — что пока не было возможности проверить выполнение данного условия.
Норадренергическая система
Главная часть этой системы представляет собой скопление клеточных групп, расположенных в мосте, на уровне голубого (синего) пятна. Одиночная активность нейронов голубого пятна возрастает во время бодрствования и снижается во время сна, возбуждение его клеток (например, посредством возбудительных аминокислот) может увеличить бодрствование, блокада высвобождения норадреналина или норадренергических рецепторов снижает уровень внимания в бодром состоянии и, наконец, специфическое разрушение голубого пятна или норадренергических кортикопетальных путей селективными токсинами, например, 6-оксидофамином, вызывает временное подавление бодрствования. Другой подход использует нейрофармакологию. Хорошо известно, что D-амфетамин вызывает бодрствование с ажитацией
[13]. Однако торможение синтеза катехоламинов (дофамин, норадреналин) путем торможения синтеза тирозин-гидроксилазы с помощью альфа-метилпаратирозина полностью подавляет амфетаминовое бодрствование. Из чего следует, что амфетамины действуют пресинаптически (высвобождая катехоламины из концевых пластинок). Известно, что амфетамины особенно способствуют высвобождению дофамина в определенных дофаминергических системах. Такое действие амфетаминов на дофаминергические системы, по-видимому, ответственно за вторичные реакции при хроническом употреблении этих наркотических веществ: толерантность, которая заставляет увеличивать дозы, чтобы получить тот же самый бодрящий эффект, и зависимость, приводящую к формированию «потребности» и расстройству бодрствования при прекращении потребления амфетамина. Новые молекулы (например, модафинил) вызывают бодрствование без ажитации, даже если тормозится синтез катехоламинов. Модафинил не вызывает ни толерантности, ни зависимости. Считается, что модафинил воздействует постсинаптически на центральные альфа-адренергические рецепторы.
Возрождение заднего гипоталамуса как структуры, ответственной за бодрствование
В 1918 году фон Экономо показал, что разрушения в области заднего гипоталамуса ответственны за гиперсомнию, или ко́му летаргического энцефалита при «испанском гриппе», определив, таким образом, эту структуру, как систему бодрствования. В дальнейшем Наута, работая с разрушениями на крысе, выявил систему бодрствования в заднем гипоталамусе и систему сна — в переднем. Затем, однако, роль гипоталамуса была отодвинута на второй план ретикулярной теорией, и лишь недавно, в результате нижеперечисленных открытий, вновь стала важнейшей.
• Нейроны заднего гипоталамуса
I. Идентификация в заднем гипоталамусе нейронов, активных в бодрствовании.
Рис. 12. Схематическое изображение системы бодрствования и ее торможения
BF — базальная область переднего мозга. Норадреналин (NA — голубое пятно, locus coeruleus, LC). Ацетилхолин (АСН). Педункулопонтинное ядро (PPN). Латерально-дорсальная покрышка (Lateral dorsal tegmentum, LDT). Дофамин (DA). Серотонин (5-НТ). Дорсальный шов (DR). Гистамин (НА). Орексин (ОХ). Околожелудочковое ядро (PVN). Околоводопроводное серое вещество (PAG). Преоптическая область (РОА). Cortex — кора большого мозга. Thalamus — таламус.
Вся система бодрствования тормозится ГАМК-ергическими нейронами РОА. Стрелки показывают тормозные пути.
II. — Локальная инъекция мусцимола (агонист тормозных рецепторов ГАМК-A) в задний гипоталамус вызывает продолжительное длительное исчезновение бодрствования, которое замещается медленным сном (Рис. 13).
Рис. 13. Сагиттальный срез мозга кошки.
А: 1, разрушение клеточных тел латеральной преоптической области (которые являются гипногенной мишенью для мозгового серотонина) вызывает инсомнию, длящуюся несколько недель, представленную здесь на 32-часовой гипнограмме. В: инъекция мусцимола, агониста рецепторов ГАМК-А, на уровне заднего гипоталамуса (2) вызывает появление гиперсомнии медленного и парадоксального сна на протяжении 18 часов. Следовательно, преоптическая область не является центром сна. Она является только релейной областью для серотонина, запускающей механизмы, прямо или косвенно воздействующие на ГАМК-цептивные рецепторы, блокирующие систему бодрствования.
• Роль гистаминергических нейронов
I. На многочисленных группах пациентов было показано, что прием антигистаминов (антагонистов рецепторов Н1) при лечении аллергии вызывает сонливость.
