МОЗГ :

медиаторы потребностей

Лектор: д.б.н. Дубынин Вячеслав Альбертович, биологический ф-т МГУ

МФК МГУ, 09.12.2015,

лекц. 12

«МОЗГ и потребности

человека»

Основные части синапса:

* окончание отростка

нейрона

* синаптические

пузырьки (везикулы)

с медиатором

* пресинаптическая

мембрана

* синаптическая щель

* постсинаптическая

мембрана

Основные этапы передачи сигнала в синапсе:

1. ПД запускает движение везикул и выброс медиатора в щель

2. Медиатор воздействует на постсинаптические белки-рецепторы

3. Рецепторы вызывают возбуждение либо торможение следующей

клетки (возбуждение может вести к генерации ПД; торможение мешает

возникновению ПД, затрудняет либо блокирует проведение сигнала)

3 3

Высшие центры головного мозга

(кора б. п/ш., базальные

ганглии)

Запуск поведения, направленного на удовлетворение

потребности

Центр одной из

биологических

потребностей

Стимулы, усиливающие потребность

(«отрицательное подкрепление»)

Стимулы, ослабляющие потребность

(«положительноеподкрепление»)

Потребность удалось

удовлетворить

Потребность не удалось

удовлетворить

Отрицательные эмоции, в дальнейшем неудач-

ная поведенческая программа будет выби-раться с меньшей веро-

ятностью.

Положительн. эмоции, в дальнейшем удачная

поведенческая программа будет выби-раться с большей веро-

ятностью.

Работа центров потребностей определяет эмоции, выделение

соответствующих медиаторов и процессы обучения!

Рапространяясь по мозгу в форме нервных импульсов, сигналы центров потребностей (в случае успеха) используют в качестве медиаторов: дофамин, норадреналин, опиоидные пептиды и др. Все они (а также похожие на них вещества) вызывают мощные положительные эмоции.

В случае неудачи активируются нейроны, выделяющие эндозепины, PPI и другие медиаторы отрицательных эмоций (они пока что изучены гораздо хуже).

4 4

В любом случае выделя-ются положит. и отрицат. эмоции, вытекающие из

получения либо не получения положит. и

отрицат. подкрепляющих стимулов (либо измене-

ния вероятности их получения / не получения –

по П.В. Симонову).

5

Запоминание

удачных

программ,

рост их

«рейтинга»:

роль

N. accumbens

Половое, родительское, пищевое поведение: опиоидные пептиды

Активные движения, новизна, творчество:

дофамин

«Победа» в реально или потенциально опасной ситуации:

норадреналин

Комфорт,

покой,

безопасность:

АЦХ и др.

ДОФАМИН: VTA, S. nigra

Главную коллекторную роль в генерации положит. эмоций играет

дофамин (нейроны среднего мозга, синапсы в N. accumbens.).

Агонисты дофамина – мощные наркотики

(кокаин, амфетамины), антагонисты –

нейролептики.

Морфин, героин – агонисты опиоидных

пептидов; эфедрин – норадреналина;

никотин - ацетилхолина (АЦХ) и т.д.

6 6

Структуры ЦНС, входящие в состав систем биологических потребностей, эмоций, положительного и отрицательного подкрепления:

гипоталамус, миндалина прилежащее ядро (nucl. accumbens) голубое пятно, поясная изв. и др.

Прилежащее ядро прозрачной перегородки: относится к базальным ганглиям; занимает передне-вентральную область полосатого тела, то есть стриатума, в которое также входят хвостатое ядро (caudate) и скорлупа (putamen) (на нижнем рис. отмечены синим).

Прилежащее ядро

Миндалина

7 7

Прилежащее ядро прозрачной перегородки: относится к базальным ганглиям; занимает передне-вентральную область полосатого тела, то есть стриатума, в которое также входят хвостатое ядро (caudate) и скорлупа (putamen) (на нижнем рис. отмечены синим).

Прилежащее ядро

Миндалина

Прилежащее ядро рассматривается как основной путь для передачи положительных эмоциональных сигналов (информации о получении положительного подкрепления) через передние ядра таламуса к коре больших полушарий. Такие сигналы играют важнейшую роль в запоминании («укреплении») поведенческих программ, позволивших удовлетворить тут или иную потребность.

8 8

Прилежащее ядро рассматривается как основной путь для передачи положительных эмоциональных сигналов (информации о получении положительного подкрепления) через передние ядра таламуса к коре больших полушарий. Такие сигналы играют важнейшую роль в запоминании («укреплении») поведенческих программ, позволивших удовлетворить тут или иную потребность.

Центр одной из

биологических

потребностей (например, пищевой)

Кора больших полушарий: запуск поведения, которое привело к удовлетворению

потребности (удалось поесть)

Стимулы, ослабляю- щие потребность

(«положит. подкрепле-ние»): рост концентра-

ции глюкозы в крови, вкусовые ощущения, растяжение желудка

Снижение уровня потребности активирует прилежащее ядро, и его подкрепляющие сигналы поступают в кору, повышая значимость «удачной» поведенческ. программы (обучение); на субъективном уровне испытываем

положительные эмоции.

«Тонус» прилежащего ядра определяется DA-влияниями

вентральной покрышки (VTA).

Активация вентральной покрышки также ведет к положит. эмоциям и

оказывает подкрепляющее действие.

Центры конкретных биологических потребностей могут оказывать собственное подкрепляющее действие на

нейронные цепи коры (параллельно с влиянием

прилежащего ядра).

ОБУЧЕНИЕ

Радость движения

Действие дофамина на

мозг «имитируют»

психо-моторные

стимуляторы (в т.ч.

амфетамины и кокаин)

10 10

Важнейшая группа препаратов, влияющая на работу

DA-синапсов: амфетамин и его производные.

Это мощные психомоторные стимуляторы, которые

действуют на нескольких уровнях.

Амфетамины:

активируют загрузку DA в везикулы (каждая везикула содержит теперь больше DA);

ослабляют обратный захват DA и даже обращают работу белков-насосов;

частично блокируют МАО (моноаминоксидазу).

При введении высоких доз действие амфетаминов начинает распространяться

на систему норадреналина.

11

В результате появляется бодрость, прилив сил,

снимается утомление, голод; часто – рост агрес-

сивности. Амфетамины пытались (и пытаются)

применять для похудания; они были допингами (в

т.ч. спортивными); сейчас это наркотики дискотек

(«быстрые чудаки») и группа лек. препаратов (используются при тяжелых депрессиях).

Привыкание и зависимость: через

20-30 приемов; не дают реальной

энергии, но заставляют мозг

расставаться с «неприкосновенными

запасами» DA; быстро развиваются

эндокринные нарушения, страдает

сердечно-сосудистая система.

Амфетамины:

активируют загрузку DA в везикулы (каждая везикула содержит теперь больше DA);

ослабляют обратный захват DA и даже обращают работу белков-насосов;

частично блокируют МАО (моноаминоксидазу).

При введении высоких доз действие амфетаминов начинает распространяться

на систему норадреналина.

12

Кокаин: блокирует обратный захват дофамина (работу белка-насоса) – т.е. мешает работать системе инактивации (обратный захват плюс МАО).

Кокаин: дает резкий, хотя и кратковременный (20-40 мин) всплеск положительных эмоций, ускорение мышления, мощный прилив энергии; рост чувства собственной значимости, «грандиозности». Быстрое формирование психологической и физиологической зависимости, изменение структуры личности в сторону агрессивности, эгоцентричности…

13

Кокаин – наркотик № 2 в мире (после героина) по привлекательности для «потребителей»,

распространенности и опасности.

Игровое поведение: тренировка двигательных навыков (мозжечок, базальные ганглии) + тренировка социального взаимодействия

14 14

15

Эдгар Дега

«Причесывающаяся

женщина» 1885

О груминге: защита от паразитов, «прочистка» органов чувств, межсигнальная реакция, способ коммуникации в стае (крысы и обезьяны). Удовольствие от массажа, «большой почесон» Балу и опиоиды

Эжен

Делакруа

«Свобода,

ведущая

народ» 1830

16

И еще один древний

«рефлекс свободы» (по

И.П. Павлову) – преодо-

ление ограничений в

свободе перемещений:

основа свободолюбия

человека.

Монстрации и

флешмобы…

Гипоталамус

Стрессогенные

сигналы

Центры симпатической НС головного и спинного мозга

Голубое пятно: NE (психическ. сопровож-

дение стресса)

Симпатич. нервы выделяют NE, кото-рый влияет на ор-

ганы: быстрая реакция

Мозговое вещество надпочечников

выделяет в кровь адреналин, который

влияет на органы аналогично NE:

длительн. (тоническая) реация на стресс.

ВНУТРЕН-

НИЕ

ОРГАНЫ

стресс

адре-

налин

ВНС

Адреналин и норадреналин

являются гормонами +

норадреналин (NE) функционирует как

медиатор ЦНС

20

Кора б. п/ш

Таламус

Мозжечок

Гипоталамус

Височная доля

Голубое пятно

NE в головном мозге: в передней верхней части

моста («голубое пятно»), на

дне ромбовидной ямки;

аксоны нейронов расхо-

дятся по всему головному и

спинному мозгу и влияют

на многие функции.

Голубое пятно (LC) в мозге крысы

Норадре-налин

образуется в резуль-тате цепи

химических реакций из пищевой амино-кислоты

тирозина.

21

Норадреналин в головном мозге:

в передней верхней части моста («голубое

пятно»), аксоны расходятся по всей ЦНС;

наиболее активны при стрессе.

Основные эффекты:

- общая активация мозга

- улучшение обучения (при умерен. стрессе)

- снижение болевой чувствительности

- положит. эмоции при стрессе (экстремальн.

спорт, «игромании» – казино, компьютю игры).

Кора б. п/ш

Таламус

Мозжечок

Гипоталамус

Височная доля

Голубое пятно

Природный NE-агонист:

эфедрин (токсин голо-

семенного кустарника

эфедры, лекарственный

препарат и наркотик).

Сальбутамол

Нафтизин, галазолин

Атенолол

Опиоидные пептиды.

23

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-… мет-энкефалин

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-… лей-энкефалин

Tyr-Pro-Phe-… эндоморфины и др.

Основные эффекты:

снижение болевой чувствительности

(анальгезия) за счет торможения передачи боли

в спинном мозге и головном мозге;

успокоение, эйфория за счет ослабления

активности тормозных нейронов, сдерживающих

центры положительных эмоций

в гипоталамусе и базальных

ганглиях.

Морфин, героин: максимально

мощные положительные эмоции

и наибольшая скорость

формирования зависимости.

Характерные признаки

опиоида:

- фенольное кольцо

(А-часть морфина)

- аминогруппа Tyr

(азот морфина; у

налоксона «закрыт»)

-ОН-группа Tyr

- гидрофобная область:

часть кольца Phe

(пунктир), алкиль-

ный радикал и т.п.

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met – мет-энкефалин

Источники

морфино-

подобных

алкалоидов:

маки, луно-

семянники,

молочайные

и др.

С-цепь

Опиоидный рецептор: вид сверху

Морфин

Луносемянниковые

(вместе с Маковыми)

входят в порядок

Лютикоцветные.

25

Формирование привыкания и зависимости проис-ходит спинном мозге и гипоталамусе.

При этом из-за гарантированной эйфории морфин очень привлекателен для наркоманов (полное отключение от проблем, болезней и т.п.; наркотик заменяет собой все реальные удовольствия).

Синдром отмены – боли во всём теле («ломка»), тяжелая депрессия, сильнейшее вегетативное (симпатическое) возбуждение.

Героин – модифицированный морфин, который в 10 раз легче проходит в мозг. Очень сильный эйфорический компонент; привыкание и зависимость за 2-3 раза (нельзя даже «пробовать»!).

В случае опиоидов формир-е зависимости сопровождается гибелью нейронов, и даже после лечения остается «депрессивн. фон». Психологич. зависимость сохраняется пожизненно…

26

Фирма «Bayer» изобрела не только аспирин, но и героин.

Сейчас героин из морфина получают непосредственно в «странах-производителях» (прежде всего, Афганистан).

Центральное серое вещество

среднего мозга и ядра шва:

- главные центры сна

- снижают фоновый уровень

болевой чувствительности

- блокируют слабые сигналы в

коре б. п/ш. (снижают «шум»)

- снижают активность центров

отрицат. эмоций (антидепрес-

сантное действие).

27

Серотонин (5-НТ) в ЦНС вызывает чаще тормозные эффекты; нередко конкурирует с влияниями NE.

Верхние холмики Мозговой водопровод

Центральное серое вещество

Черная субстанция

Красное ядро Ножки мозга

Гипоталамус

Ядра шва

К спинному мозгу

Мозжечок

Таламус

Базальные ганглии Кора б. п/ш

Височная доля

Кроме того, серотонин –

медиатор ЦНС; его вырабатывают нейроны ядер шва («ствол» мозга); их отростки-аксоны

расходятся по всей ЦНС, образуя

контакты (синапсы).

При депрессиях – нарушение равно-весия между центрами положит. и

отрицат. эмоций (гипоталамус, базальные

ганглии), прежде всего, из-за ослабления положит. эмоций («жизнь не радует»).

Антидепрессанты – препараты, активирующие 5-НТ, NE и DA синапсы. В больших дозах – психостимулирующее

действие, привыкание, зависимость.

5-НТ сдерживает отрицательные эмоции (прозак), а NE и DA поднимают уровень

положительных эмоций.

28

29

Ацетилхолин в головном

мозге: продолговатый мозг,

мост, базальные ганглии, кора

б. п/ш; короткие аксоны, регу-

лирующие (нормализующие)

деят-ть близлежащ. нейронов.

Никотин также оказывает

нормализующее («рекреаци-

онное») влияние, что и служит

причиной курения.

мотонейроны

головного мозга

мотонейроны

спинного мозга

вегетативная

нервная система

Кора б. п/ш Курение, в ряду многих опасных последствий, снижает активность Ацх-нейронов головного мозга, приводя к развитию привыкания и зависимости зависимости от никотина. При отмене – абсти-нентный синдром в форме скачков эмоций, депрессии, агрессии, усталости (поскольку нормализую. действие эндогенного Ацх ослаб-лено, нарушено).

Каннабиноиды и каннабиноидные (СВ) рецепторы.

СВ рецепторы широко распространены в ЦНС; медиатор, действу-

ющий на них – анандамид. Оказывает общее успокаивающее и

антидепрессантое действие. Оно отчасти похоже на эффекты 5-НТ,

но выделение анандамида идет из постсинаптической клетки.

Анандамид в синапсах работает

в направлении, противоположном «стандартному», и

воздействует на пресинаптич. окон-

чание (тормозит выброс медиа-торов, в первую очередь, ГАМК: ограничение ак-

тивности синапса).

Растительные каннабиноиды

Эндогенные каннабиноиды

Пресинапти-

ческое

окончание

Постсинапти-

ческий

нейрон

Арахидонилглицерол = АГ

Анандамид = АА

АА или АГ

Тетра-гидро-каннабинол

Медиа-

тор

Рецептор

Алкоголь: СН3-СН2-ОН

Этиловый спирт легко преодолевает мембраны,

клеток, растворяется в липидах и воде.

Эндогенный алкоголь: 0.005-0.01% в крови.

«Типичная» картина развития эффектов экзогенного (внешнего) алкоголя:

• малая доза: усиление выброса дофамина, возможно снятие усталости,

«растормаживание», эмоциональная лабильность (на психическом

уровне проявляется очень индивидуально);

• средняя доза: депрессантное действие (активация ГАМК-системы,

торможение глутаматных синапсов), уменьшение кол-ва объектов в

фокусе внимания, снижение интеллекта и адекватности самооценки;

• большая доза: ухудшение работы всех медиаторных систем;

двигательные, сенсорные и вегетативные нарушения; отравление

продуктами распада алкоголя; постепенное засыпание.

ЕЩЕ: депрессантное действие агонистов ГАМК.

32

Электрич. раздражение любой из этих зон вызывает положит. эмоции, что подтверждают опыты Дж. Олдса

(метод самостимуляции).

Голубое пятно

Вентральная покрышка

Ядра гипоталамуса

Прилежа-щее ядро

Линия, вдоль которой распо-ложены основные центры

положит. подкрепления

Подкрепляющее действие оказывают DA, NE, Ацх, энкефалины (отсюда –

разнообразие наркотич. препаратов). 5-НТ в мозге позвоночных работает как фактор,

сдерживающий избыточные эмоции.

33 33

Стимуляция задней части лоб-ной доли правого либо левого полушария подкреплялась стимуляцией прилежащего ядра, если крыса сворачивала налево либо направо. Скоро у крысы была выра-ботана четкая ассоциация, позволяющая управлять движением животного.

К Р Ы С А – С У П Е Р А Г Е Н Т

34 34

Все это лежит в основе «положительного обучения», приводящего к

формированию новых каналов для передачи информации.

Однако мозг умеет также активно избавляться от неэффективных

программ («отрицательное обучение»).

Оно запускается центрами отрицательного подкрепления, которые

включаются, если поведение не достигло успеха.

На субъективном уровне при этом возникают отрицательные эмоции,

на уровне информационных каналов – ослабление эффективности

синапсов либо подключение к каналам тормозных нейронов.

Стимуляция центров отрицательного

подкрепления в задней части гипо-

таламуса останавливает всякую

текущую деятельность («фрустрация»).

На фото: Хосе Делгадо и бык.

Лектор: д.б.н., профессор кафедры

физиологии человека и животных

Дубынин Вячеслав Альбертович