Книга: Коснуться невидимого, услышать неслышимое

Активация и угнетение

Активация и угнетение

Для оценки активирующего действия раздражителя, в нашем случае фокусированного ультразвука, можно использовать ряд показателей: возникновение специфического ощущения, характерного для исследуемой сенсорной системы в условиях отсутствия рецепторного аппарата, появление электрического ответа проводниковых или центральных структур, связанных с данной системой, усиление под воздействием раздражителя электрических ответов проекционных зон и, наконец, возникновение или усиление реакций двигательной эффекторной системы. Активация может изучаться как при прямом действии раздражителя на центральные нервные структуры, так и при опосредованном действии, а именно в тех случаях, когда воздействие наносится на одни участки нервной системы, а эффекты активации регистрируются от других ее участков. Рассмотрим те доказательства активирующего воздействия фокусированного ультразвука, которые получены экспериментально.

В первую очередь речь пойдет о реакциях, вызванных действием фокусированного ультразвука на ушной лабиринт человека и животных, если их рецепторный аппарат разрушен и не функционирует. Разнообразные формы патологии слуха представляют собой печальные модели частичной или полной утраты сенсорной слуховой функции в результате различной локализации повреждения, вызванного патологическим процессом. Среди разных заболеваний можно выделить те, при которых тугоухость обусловлена повреждением рецепторного аппарата — волосковых клеток внутреннего уха. Подобные виды патологических поражений волосковых клеток встречаются, в частности, при некоторых формах тугоухости в результате применения ототоксических антибиотиков.

В процессе исследований, проведенных совместно с Ленинградским институтом болезней уха, горла, носа и речи МЗ РСФСР, направленных на выяснение диагностических возможностей применения фокусированного ультразвука, было отмечено, что в ряде случаев слуховые ощущения появляются не только у больных, которые страдают поражением звукопроводящего аппарата среднего уха, но и у больных с повреждением рецепторного аппарата внутреннего уха. Значит ли это, что фокусированный ультразвук вызывает к жизни немногочисленные сохранившиеся рецепторы, или же слуховое ощущение определяется прямой активацией волокон слухового нерва? Этот вопрос стал предметом нашего специального экспериментального изучения на животных.

Представлялось необходимым вначале ответить на вопрос: если рецепторы разрушены или выведены из нормального режима работы, можно ли зарегистрировать реакцию слуховых центров животного на воздействие ультразвука, сфокусированного на поврежденную рецепторную часть слуховой системы? Ведь даже при разрушении рецепторов, а тем более нарушении нормальных условий их функционирования значительная часть нервных окончаний, иннервирующих рецепторы, остается неповрежденной, а следовательно, может быть объектом прямой активации. В качестве экспериментального животного, была выбрана лягушка — по тем же причинам, о которых говорилось в главе 3.

Рис. 22. Строение левого слухового лабиринта травяной лягушки (схема).

А — вид снизу, Б — с латеральной стороны. Стрелки — направление вперед; площади, заполненные точками, — места рецепторных образований, ап — амфибиальная папилла, бп — базилярная папилла, бк — базилярный канал, кк — клиновидная кость, л — лагена, с — саккулюс. Папиллы, саккулюс и лагена — рецепторные образования лабиринта.

Модель рецепторной патологии создавалась путем механического нарушения целостности гидродинамической системы лабиринта. Пространственная разобщенность различных структурных образований лабиринта лягушки (рис. 22) при общности их гидродинамической системы давала достаточно надежную гарантию того, что фокусировка ультразвука на одно из этих рецепторных образований даст возможность подвергать действию раздражителя именно это образование в зоне тонких дендритных терминалей (волокон), подходящих к рецепторным клеткам. В то же время нарушение целостности гидродинамической системы лабиринта выводило из нормального режима работы все рецепторные клетки. Из методических соображений: локализации, возможности точно сфокусировать ультразвук, доступности гистологического и визуального контроля разрушений, вызванных механическим вмешательством, и данных об участии в анализе звуков нами был выбран саккулюс.

В соответствии с собственными и литературными данными саккулюс имеет непосредственное отношение к восприятию звука, вибраций. Максимальная чувствительность слуха животного, оцениваемая на основании электрической реакции слухового центра среднего мозга на звуковые стимулы разной частоты, ограничена так называемой частотно-пороговой кривой (рис. 23). Из этого ограниченного диапазона были выбраны две частоты — 200 и 1200 Гц, характерные для функции саккулюса, к которым слух оказывается наиболее чувствительным, и в дальнейшем использовались для контроля величины и формы электрической реакции слухового центра.

Критерием оценки действия на саккулюс фокусированного ультразвука служила электрическая реакция того же центра. Ультразвук подавался в форме коротких, длительностью 1 мс, импульсов, а интенсивность его менялась в широких пределах — от порога возникновения реакции до 60 дБ над порогом. Путем сравнения реакций на звук и ультразвук при неповрежденном (интактном) лабиринте с реакциями, возникающими после его механического повреждения, устанавливались сходство и различие в действии этих двух типов раздражителей, а также возможность получения слуховых ответов на ультразвук при нарушении деятельности рецепторного аппарата.

Рис. 23. Частотно-пороговые кривые нейронов травяной лягушки из слуховых центров среднего мозга.

По оси абсцисс — частота звука, Гц, по оси ординат — интенсивность звука, дБ относительно уровня 2·10 Н/м². Римскими цифрами обозначены три группы нейронов. Арабские цифры соответствуют номерам представленных нейронов из всех обследованных.

Эксперименты на животных с неразрушенными, неповрежденными рецепторными образованиями позволили выявить особенности реакций слухового центра среднего мозга на звук и ультразвук и высказать предположения о месте действия фокусированного ультразвука. Оказалось, что характеристики центральных слуховых реакций идентичны только в диапазоне интенсивностей звука и ультразвука — до 18—30 дБ над порогом возникновения вызванных ответов структур среднего мозга. При увеличении интенсивности обоих стимулов отмечались изменения вызванных ответов на ультразвук. Последние имели значительно более крутой фронт начального электрического отклонения и более короткую длительность, чем при действии звуков той же надпороговой интенсивности. Изменялась, хотя и менее значительно, форма последующего, более медленного негативного колебания. При интенсивности сигналов порядка 35—40 дБ над порогом различия реакций становились очень заметными и приобретали свое окончательное выражение. Длительность ответа на ультразвуковой стимул еще более укорачивалась как по позитивному, так и по негативному электрическому колебанию, крутизна начального отклонения возрастала, а форма последующего негативного отклонения усложнялась. Оно становилось двойным, содержащим быстрое и следующее за ним более медленное колебания.

После достижения указанного уровня интенсивности ответ на ультразвук мало зависел от интенсивности раздражителя, хотя некоторое возрастание амплитуды при увеличении еще на 5—10 дБ могло быть зарегистрировано. После достижения уровня 40—50 дБ над порогом ответа на стимул фокусированного ультразвука дальнейшего увеличения реакции не отмечалось. Более того, при таких и больших величинах интенсивности ультразвука величина ответа на раздражитель начинала уменьшаться, причем иногда значительно — на 20—25%. В то же время реакции на звук в том же надпороговом диапазоне интенсивностей плавно увеличивались по величине, а форма ответа сохранялась до максимальных интенсивностей звука. Лишь в отдельных опытах при больших интенсивностях звука (более 60 дБ) реакция обнаруживала тенденцию к уменьшению.

Результаты опытов позволили предположить, что сходное действие звука и фокусированного ультразвука возможно лишь в ограниченном околопороговом диапазоне интенсивностей. Анализ физических факторов, действующих на ушной лабиринт при амплитудной модуляции ультразвука (а импульсы, вызывающие слуховое ощущение у человека и вызванную реакцию у животного, являются одной из форм амплитудной модуляции), показал, что при прохождении через среду существенную роль играет акустическое давление излучения (радиационное давление), переменная составляющая которого определяется частотой модуляции. Измерения величин демодулированного давления низкочастотных колебаний, определяемых огибающей (в нашем случае — импульса), показали их зависимость от интенсивности и звукового давления высокочастотных (мегагерцовых) колебаний. Результаты измерения в среде хорошо согласуются с теми зависимостями, которые характеризуют явление демодуляции амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний за счет давления излучения, а также с зависимостью слухового ощущения от глубины модуляции. Следовательно, механорецепторное преобразование при действии ультразвука по сути своей сходно с механорецепторным преобразованием звука, но минует систему звукопроведения наружного и среднего уха. В тоже время мы видим, что при выходе из околопороговой зоны интенсивностей картина центрального представления стимулов на периферии принципиально изменяется. Что-то новое прибавляется при уровне интенсивности порядка 15—20 дБ и начинает превалировать при 30—40 дБ над порогом центрального вызванного ответа.

После механического разрушения сред внутреннего уха действие фокусированного на ушной лабиринт ультразвука вызывает электрический ответ в слуховых центрах среднего мозга. Ответ возникает при значительно больших — на 35—40 дБ — интенсивностях, чем при действии тех же ультразвуковых импульсов на лабиринт с нормальными рецепторами, но все-таки он возникает. И есть еще запас интенсивностей, при которых ответ возрастает, — в наших конкретных экспериментальных условиях он составлял около 20 дБ. Звук максимальной в экспериментах интенсивности — 110 дБ над уровнем стандартного звукового давления 0.00002 Па — ответной реакции не вызывает. Значит, ультразвук раздражает те структуры, на которые звук не действует.

Какие же это структуры? На их роль могли претендовать или неразрушенные рецепторные клетки, или тонкие немиэлинизированные дендритные терминали слухового нерва, расположенные в зоне разрушенных (и неразрушенных) рецепторов. Против участия неразрушенных рецепторных клеток свидетельствовали те опыты, в которых звук максимальной интенсивности ответа не вызывал. Кроме того, если бы в генерации центрального ответа на ультразвук играли роль рецепторы, которых во всех опытах после механического вмешательства могло остаться немного, то амплитуда вызванного ответа была бы существенно меньше, чем в условиях нормального раздражения — при интактном лабиринте. Да и форма ответа должна была быть сходной с формой ответа на звуковое или ультразвуковое воздействие при неразрушенном лабиринте — по крайней мере в околопороговом диапазоне интенсивностей.

В наших опытах амплитуда суммарного электрического ответа не оказалась существенно меньшей при разрушенном лабиринте, чем при отсутствии повреждения. А вот форма и крутизна переднего фронта электрического отклонения резко отличались от тех же показателей вызванного потенциала, возникавшего как на звук, так и на ультразвук интенсивностью до 40 дБ в условиях неповрежденного лабиринта. Главное отличие состояло в том, что длительность реакции была значительно меньше, а крутизна нарастания больше, чем при раздражении теми же стимулами неразрушенного лабиринта. Обращало на себя внимание и то, что даже небольшое увеличение интенсивности — всего на 7—10 дБ над порогом реакции — приводило к резкому возрастанию амплитуды ответа. И наконец, скрытый период реакции был очень небольшим — в 1.5—3 раза меньшим, чем при стимуляции с неразрушенным рецепторным аппаратом.

Складывалось впечатление, что когда лабиринт поврежден, то фокусированный ультразвук «бьет по нерву». Об этом свидетельствовали и малый скрытый период, и короткая длительность ответа, и большая крутизна переднего фронта отклонения, и достижение максимума амплитуды реакции при небольшом увеличении интенсивности раздражителя. Именно так ведет себя нерв, если на один его конец прикладывается раздражение, а от другого конца ведется регистрация электрического потенциала. Значит, все-таки активируются тонкие волокна? Но раньше исследователи показали, что ультразвук не вызывает распространяющегося возбуждения в нервах или одиночных нервных волокнах, а лишь меняет функциональное состояние или функциональные свойства этих волокон. В работах, о которых идет речь, облучению ультразвуком подвергались либо весь ствол крупного нерва (например, седалищного), либо выделенные пучки волокон. Не останавливаясь на деталях методик, следует подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, во всех случаях речь идет о миэлинизированных волокнах, во-вторых, обычно использовался ультразвук достаточно большой длительности, при которой возникали, например, тепловые эффекты, а не импульсные режимы, при которых тепловые эффекты сводятся к минимуму.

В тех случаях, когда больные с пораженным рецепторным аппаратом внутреннего уха при действии фокусированного ультразвука испытывали слуховые ощущения, порог этих ощущений оказался на 30—40 дБ выше, чем порог слуховых ощущений человека с нормальным слухом. Это величины того же порядка, что и повышение порога, полученное в опытах на животных после повреждения гидродинамической системы внутреннего уха.

Уместно также вспомнить о разнообразных кожных ощущениях, возникающих в участках кожи, обильно снабженных свободными нервными окончаниями (см. главу 3). Различия в порогах реакций рецепторов ушного лабиринта и тактильных ощущений человека составляют также величины порядка 35—40 дБ. Эти данные делают более вероятным предположение о том, что фокусированным ультразвуком активируются тонкие немиэлинизированные волокна.

Дополнительные факты, свидетельствующие об активации фокусированным ультразвуком тонких волокон слухового нерва, были получены нами также в опытах на животных с применением специальных морфологических методов. В слуховой лабиринт лягушки вводился фермент пероксидаза, растительного происхождения. Это биологически активное вещество, которое транспортируется по нервным волокнам. В условиях активной работы нервных элементов транспорт усиливается. Схема наших экспериментов включала ряд возможностей.

Просмотрев различные варианты сочетаний, мы отметили, что наибольшее количество прокрашенных волокон и максимальная длина, на которую транспортировался фермент, регистрируются в тех опытах, в которых применялся фокусированный ультразвук при разрушенном лабиринте. В этом случае транспорт фермента достигал клеток ганглия VIII нерва. В контроле (без раздражения) прокрашивались волокна только в непосредственной близости к рецепторной зоне на расстоянии 100—150 мкм и количество прокрашенных волокон было наименьшим из всех возможных вариантов опытов.

Придя к выводу о том, что фокусированный ультразвук активирует волокна слухового нерва при определенной интенсивности раздражителя, мы столкнулись с двумя существенно важными вопросами. Во-первых: что происходит с рецепторами в диапазонах интенсивностей ультразвука, активирующих нерв; как рецепторные клетки реагируют на увеличение интенсивности фокусированного ультразвука? Это фактически вопрос безопасности воздействия раздражителя, особенно важный, когда рецепторы или часть их сохранена. Во-вторых: что происходит в центральных отделах слуховой системы при больших интенсивностях ультразвукового стимула; каково соотношение периферических и центральных процессов при оценке таких показателей, как суммарный ответ центрального отдела?

Для того чтобы ответить на вопрос о том, что происходит в рецепторах при увеличении интенсивности фокусированного ультразвука, рассмотрим две группы фактов, полученных разными методами — электронно-микроскопическим и гистохимическим. Было проведено специальное исследование, посвященное оценке электронно-микроскопических показателей функционального и деструктивного действия различных режимов облучения ультразвуком рецепторных клеток саккулюса лягушки. Показано, что пороговая интенсивность, вызывающая центральную электрическую реакцию в среднем мозге животного, более чем на порядок ниже, чем интенсивность ультразвука, приводящая к структурным изменениям в рецепторных клетках, причем структурные изменения носят функциональный характер — они обратимы. Деструктивные изменения уже явно патологического свойства наблюдаются лишь при интенсивности ультразвука почти на три порядка большей, чем его пороговые дозы. А это значит, что между пороговыми возбуждающими и пороговыми деструктивными интенсивностями фокусированного ультразвука есть интервал, в котором происходят лишь функциональные сдвиги в рецепторных клетках.

Обратим внимание на одну особенность. Речь идет о той интенсивности воздействия, которую можно считать безопасной по крайней мере при кратковременном действии фокусированного ультразвука, применяемого в импульсном режиме. Но каковы реальные функциональные изменения в рецепторных клетках при действии импульсов фокусированного ультразвука по сравнению со звуковым воздействием? Это тем более существенно, что речь идет о некоторой продолжительности воздействия. Материал, позволяющий провести сравнения, был получен благодаря применению метода оценки динамики накопления ядерной и цитоплазматической рибонуклеиновой кислоты в рецепторных клетках саккулюса лягушки. Были выбраны такие режимы воздействия звуком, которые известны как физиологические, не вызывающие патологических проявлений в центральных слуховых нейронах. Это импульсы звука частоты 1200 Гц длительностью 25 мс, максимальная интенсивность которых не превышает 90 дБ над порогом электрической реакции слухового центра среднего мозга. Длительность воздействия импульсов с частотой 25 в 1 с составляла от 0.5 до 1.5 ч. Воздействие таким раздражителем вызывает как в рецепторных, так и в центральных слуховых клетках изменения содержания рибонуклеиновых кислот, изменения, которые на основе различных критериев были определены как нормальные физиологические.

Нами были исследованы изменения содержания рибонуклеиновых кислот при использовании фокусированного ультразвука. Параметры ультразвуковых импульсов (длительностью 1 мс) подбирались таким образом, чтобы частота импульсов и продолжительность действия не превышали те же параметры, установленные для действия звука. Интенсивность серий ультразвуковых импульсов менялась в широких пределах — от околопороговой до величин порядка 80 дБ над порогом реакции, регистрируемой от слухового центра среднего мозга в ответ на раздражение рецепторов одиночным импульсом фокусированного ультразвука.

В результате качественного и количественного (цитофотометрического) анализа содержания рибуноклеиновых кислот в рецепторных клетках саккулюса были установлены параметры ультразвукового воздействия, вызывающие различные изменения рецепторных клеток по рассматриваемому показателю. Это в первую очередь последовательность и направленность фаз, отражающих динамику изменения содержания рибуноклеиновых кислот в рецепторных клетках. Это также те качественные изменения, которые позволяют выделить особенности действия такого стимула, как фокусированный ультразвук, в отличие от звукового раздражения. Фазы изменений и их динамика схематически представлены на рис. 24. Соответствие этих фаз отмечается в диапазоне интенсивностей импульсов фокусированного ультразвука до 55—60 дБ. В дальнейшем наблюдаются деструктивные изменения в рецепторных клетках. Уровни интенсивности фокусированного ультразвука, приводящие к нарушениям структуры рецепторных клеток, того же порядка, как и при электронно-микроскопическом исследовании.

Рис. 24. Зависимость содержания нуклеиновых кислот, объема ядер и суммарных электрических ответов слуховых ядер среднего мозга травяной лягушки от интенсивности ультразвука.

По оси абсцисс верхний ряд цифр — интенсивность ультразвука, Вт/см², нижний ряд — то же, дБ над порогом суммарных электрических ответов (сэо), по оси ординат внутренний ряд цифр — величина показателей нуклеиновых кислот и объема ядер, за единицу принята величина до воздействия фокусированным ультразвуком, наружный ряд цифр — величина сэо за единицу принята максимальная амплитуда позитивного компонента. 1 — нуклеиновые кислоты, 2 — объем ядер, 3 — суммарные электрические ответы. Частота ультразвука — 2.34 МГц, длительность импульсов — 1 мс, частота следования импульсов — 25 в 1 с, время действия — 30 мин.

Необходимо также отметить, что в третьей фазе — фазе активного расхода рибонуклеиновых кислот — имеются особенности в структуре рецепторных клеток по сравнению с рецепторными клетками, находящимися в той же фазе при действии звука. Здесь отмечаются преимущественно явления скорее «сморщивания», чем «набухания», как при действии звука Эти явления непостоянны, в некоторых опытах они не отмечаются, а интенсивности, приводящие к их проявлению, находятся в конце «функционального» диапазона — близко к 60 дБ. Именно поэтому мы рассматриваем интенсивности ультразвука, близкие к 60 дБ, как пограничные между функциональным, безопасным действием и начальным деструктивным влиянием фокусированного ультразвука.

В связи с вопросом о функциональном и деструктивном действии на рецепторы импульсов фокусированного ультразвука рассмотрим показатели электрической активности слуховых центров среднего мозга — суммарный электрический ответ на звук и ультразвук при изменении интенсивности этих раздражителей.

Как уже отмечалось, ответы на звук и фокусированный ультразвук, регистрируемые от среднемозгового центра, идентичны или очень схожи только в близком к порогу диапазоне интенсивностей — порядка 15 дБ над порогом реакции. Затем наблюдаются отличия между ответом на звук и ультразвук, выраженность которых возрастает по мере увеличения интенсивности, приобретая наиболее яркое выражение после достижения величин 30—40 дБ над порогом реакции. В дальнейшем различия сохраняются, величина ответа на ультразвук стабилизируется, а при интенсивностях, превышающих 50—60 дБ над порогом реакции, на импульсы фокусированного ультразвука величина ответа начинает уменьшаться, в некоторых случаях весьма значительно. Это дает основания рассматривать диапазон интенсивностей, в котором происходит уменьшение ответа, как диапазон функционально угнетающих интенсивностей. Почему функционально, а не структурно? Ведь этот диапазон соответствует тому, который при оценке содержания рибонуклеиновых кислот в рецепторных клетках является уже структурно идентифицированным как вызывающий деструктивные изменения.

О наличии в электрофизиологических опытах лишь функциональных эффектов, хотя и явно угнетающих, свидетельствует тот факт, что возвращение к малым интенсивностям ультразвука дает возможность зарегистрировать электрические реакции, идентичные тем, что и в начале раздражения, т. е. угнетение не оставляет необратимых следов. Вероятно, это обусловлено тем, что электрические ответы мы регистрируем, применяя одиночные импульсы фокусированного ультразвука, а накопление их составляет не более 10—12 при одной и той же интенсивности. Другими словами, электрофизиологическое проявление угнетающего действия фокусированного ультразвука предшествует структурным изменениям, для проявления которых необходимо значительно большее время воздействия. Достаточно вспомнить, что минимальное время, при котором в условиях действия на лабиринт серий импульсов с частотой 25 в 1 с регистрировались структурные изменения в рецепторных клетках, составляло не менее получаса. А это значит, что электрофизиологическая оценка функционального состояния рецепторов является весьма чувствительным показателем.

Результаты исследований позволили выявить диапазоны интенсивностей импульсного фокусированного ультразвука, вызывающие возбуждение рецепторов, активацию тонких немиэлизированных волокон и угнетение активности рецепторных и проводниковых структур слуховой системы. Величины интенсивности, осредненные по площади фокальной области и измеренные радиометрическим способом при частоте излучения 2.34 мГц, составляют: менее 1 Вт/см² для возбуждения рецепторов слухового лабиринта животных и человека, 80—120 Вт/см² для возбуждения нервных окончаний слухового нерва в условиях повреждения гидродинамической системы лабиринта или разрушения рецепторных клеток, около 400 Вт/см² для обратимого угнетения активности рецепторных клеток и более 600 Вт/см² для начальных деструктивных изменений в рецепторах.

Получив эти данные, мы поставили вопрос о том, можно ли в этих диапазонах вызвать усиление или угнетение активности центральных, а не рецепторных или проводниковых структур нервной системы. Была сделана попытка оценить влияние фокусированного ультразвука на сенсорные и двигательные образования мозга. Если иметь в виду влияние на сенсорные образования мозга, то наиболее приемлемой для оценки представляется электрическая реакция, регистрируемая либо от проекционной для данной сенсорной системы зоны, либо от периферического отдела сенсорной системы на адекватный раздражитель в условиях воздействия на те зоны мозга, которые осуществляют периферические влияния по типу обратной связи.

Известны работы, выполненные в Институте мозга АМН СССР, свидетельствующие о том, что облучение фокусированным ультразвуком латерального коленчатого тела головного мозга кошки (участка проекционной системы глаза, через который происходит передача зрительной информации в кору головного мозга) вызывает обратимое подавление электрических ответов зрительной коры на световое раздражение глаза. Восстановление зрительных функций животного, оцениваемое на основе электрических ответов корковой зоны, происходит лишь через десятки минут после окончания облучения. Разрушений в мозге не отмечалось. Следует подчеркнуть, что в этих работах эффектов активации не описывалось. Режимы воздействия, правда, отличались от использованных в наших экспериментах. Трудно сказать, в какой мере полученные данные определялись использованными режимами, а в какой мере отсутствие активации является характерным свойством тех зон зрительной системы, которые были подвергнуты действию фокусированного ультразвука.

В наших опытах воздействию ультразвуком подвергся слуховой центр среднего мозга лягушки, представляющий собой уровень 2—4-го синаптического переключения восходящей слуховой афферентации. Этот же центр имеет обратную связь со слуховыми рецепторами, посылая нисходящие к лабиринту волокна. Воздействуя фокусированным ультразвуком на это образование, мы надеялись получить изменения в периферической части слуховой системы, которые можно определить на основании оценки реакции рецепторов на звуковое раздражение до, в процессе и после облучения центральной части слуховой системы. Кроме того, мы хорошо знаем реакции этого центра на звуковое раздражение: ведь именно реакции на звук и ультразвук, сфокусированный на структуры ушного лабиринта, служили способом оценки возбуждения рецепторов, проводниковых систем, а также первым индикатором угнетающего действия ультразвука. Поэтому в ряде опытов мы регистрировали реакцию не только от периферической части слуховой системы — лабиринта, но и электрические ответы на звук до, в процессе и после воздействия ультразвука, сфокусированного прямо в подэлектродную область, т. е. в зону тех структур центра, от которых проводилось отведение электрических реакций на звуковое раздражение. Использовался весь диапазон интенсивностей фокусированного ультразвука — от величин менее 1 Вт/см² до 600 Вт/см².

От саккулюса, как наиболее доступной части слухового лабиринта, отводились микрофонные потенциалы, которые, согласно широко принятой точке зрения, являются показателем реакции рецепторных клеток на звук. Было обнаружено, что при направлении ультразвука на структуры среднего мозга никаких изменений микрофонных потенциалов саккулюса не отмечается вплоть до интенсивностей порядка 240 Вт/см². В этом же диапазоне интенсивностей не меняются электрические реакции слухового центра среднего мозга на звуковое раздражение, в условиях их регистрации непосредственно вблизи фокальной области. При увеличении интенсивности нами были зарегистрированы только эффекты угнетения как по показателям микрофонных потенциалов, амплитуда которых уменьшалась почти на 50%, так и по показателям суммарных электрических ответов среднего мозга на звук, амплитуда которых также резко падала по сравнению с контролем — в условиях отсутствия ультразвукового облучения. Структурных изменений в мозге при действии импульсного ультразвука, по крайней мере до интенсивностей 480 Вт/см², обнаружено не было.

Значит ли это, что при действии на центральные мозговые структуры ультразвук вызывает лишь угнетение, подобное тому, которое обнаружено на зрительной системе? Или примененные режимы действия не вызывают активации? Или активация осуществляется только в зоне тонких немиэлизированных волокон, которые сосредоточены в зонах дендритных окончаний, не распространяющихся на большие расстояния? Для ответа на эти вопросы требуются дальнейшие исследования, причем на модельных объектах, более простых для анализа.

Известно, что в центральных нервных структурах беспозвоночных, например моллюсков, миэлиновых оболочек нет, а миэлиноподобных оболочек значительно меньше, чем в центральной нервной системе позвоночных животных. Именно поэтому моллюски были выбраны нами для выяснения действия фокусированного ультразвука на клетки центральной нервной системы. Фокусированным ультразвуком облучали клетки подглоточного ганглия виноградной улитки. Его параметры — частота 2.34 мГц, длительность импульса 1 мс — были те же, что и в опытах на позвоночных животных, а интенсивность в центре фокальной области достигала 900 Вт/см². И при действии таких сильных стимулов активность клеток была зарегистрирована! Значит активация возможна, но только для определенных структур и в условиях больших интенсивностей. Сравнение интенсивностей, вызывающих активацию статоциста того же животного — органа, построенного по типичному механорецепторному типу, показало их резкие различия. Если активация статоциста обнаруживалась при интенсивностях в интервале 80—240 Вт/см² в центре фокальной области, то для активации клеток подглоточного ганглия нужны были величины интенсивностей почти на порядок больше.

Дальнейшие исследования, по-видимому, могут быть направлены по нескольким путям: поиск центральных структур, не имеющих выраженных миелиновых оболочек (например, вегетативной нервной системы), выявление действующих факторов раздражителя на мембраны клеток и окружающие структуры (возможность опосредованного преобразования механической энергии), а также воздействие более короткими стимулами — менее 1 мс с большими интенсивностями. Несомненно, необходимо также детально изучить изменения активности центральной нервной системы при использовании малых интенсивностей (менее 1 Вт/см²) ультразвука, поскольку именно малые дозы могут быть адекватны клеточным эффектам, измеряемым очень малыми величинами электрических потенциалов.

Одной из возможностей оценки эффектов воздействия фокусированного ультразвука на мозговые центры является выявление двигательных эффектов, обусловленных деятельностью определенных двигательных ядер головного мозга. Мы пошли по пути воздействия фокусированным ультразвуком на ядра глазодвигательного нерва, иннервирующего мускулатуру глазных яблок, а также на ядра устья покрышки и центральное серое вещество среднего мозга, представляющие собой центр координации моторной активности звукопродуцирующего аппарата животных, а именно возникновения и временной организации голосовых реакций.

Оказалось, что одиночные импульсы ультразвука, сфокусированные в ядра глазодвигательного нерва, вызывают движения глазного яблока на стороне облучения. Интенсивность, вызывающая эти движения, составляла величины 320—380 Вт/см². Однако диапазон интенсивностей, вызывающих реакцию с отсутствием эффекта последействия в виде паралича глазных мышц, очень ограничен. Уже при интенсивностях 380—420 Вт/см² отмечаются изменения в конфигурации глазного яблока. Каждое последующее раздражение увеличивало асимметрию глаз, а импульсы фокусированного ультразвука переставали вызывать движение. Гистологических изменений в ткани мозга не отмечалось при интенсивностях до 380 Вт/см^г, а при 420 Вт/см² в ядре глазодвигательного нерва отмечались начальные очаговые морфологические изменения. Такой малый диапазон интенсивностей, вызывающий ответную двигательную реакцию, а также «кумулятивный» эффект при пограничных интенсивностях дали, скорее, материал к размышлениям об оценке повреждающего действия фокусированного ультразвука, нежели способствовали исследованию его активирующего действия.

При поисках способа оценки действия фокусированного ультразвука на центры мозга, управляющие врожденными формами координированной двигательной активности, мы обратились к голосовой реакции, обозначаемой в специальной литературе «сигналами освобождения». Эти биоакустические сигналы, представляющие собой ритмичное кваканье самца лягушки, вызываются прикосновением к боковым стенкам его туловища. Они представляют собой ритмические серии щелчков, повторяющиеся с определенными интервалами между этими сериями. Структура серии всегда постоянна для каждого животного, а интервал между ними зависит от разных факторов, например от температуры окружающей среды, частоты прикосновения к боковым стенкам туловища. Эти реакции, вернее их осциллографическое выражение, свидетельствуют о постоянстве временной и спектральной картины у разных особей. Специальные исследования показали, что подобная форма специфической вокализации лягушек управляется деятельностью центров, расположенных в среднем мозге, в области центрального серого вещества. Электрическое раздражение этой зоны вызывает голосовую реакцию, причем ее «узор» такой же, как и в случаях нормальной звукогенерации в естественных условиях. Разрушение этой зоны приводит к противоположному явлению — полной немоте. Мы исходили из предположения, что действие фокусированного ультразвука на такую структуру должно сопровождаться изменением осциллографической картины звуков, генерируемых животным. Направление изменений в зависимости от параметров ультразвука позволит выявить активирующие и (или) угнетающие проявления воздействия фокусированного ультразвука.

При действии на центральное серое вещество одиночных импульсов фокусированного ультразвука в диапазоне интенсивностей до 280 Вт/см² никаких изменений в ответной голосовой реакции лягушки не наблюдалось. Действие импульсов интенсивностью от 280 до 480 Вт/см² вызывало незначительное сокращение интервалов между отдельными звуками, которое отмечалось только в течение непродолжительного времени после окончания облучения импульсами ультразвука — не более 10 мин. Если использовались серии ультразвуковых импульсов частотой до 20 Гц, то в диапазоне интенсивностей более 320 Вт/см² отмечалось урежение частоты голосовых реакций при общей продолжительности облучения до 10 с. Временной узор голосовых реакций нарушался, когда частота ультразвуковых импульсов составляла 80—100 Гц. Изменения временной структуры ответа были тем более выраженными и продолжительными, чем длиннее было облучение. На приводимом нами рис. 25 показаны изменения структуры голосовой реакции — «сигнала освобождения» при облучении импульсным ультразвуком. Через некоторое время голосовая реакция восстанавливается, а в ткани мозга, в зоне ультразвукового облучения, никаких деструктивных проявлений не обнаруживается.

Рис. 25. «Сигнал освобождения» травяной лягушки после действия на центральное серое вещество мозга фокусированным ультразвуком.

Частота ультразвука 2.34 МГц, импульсы длительностью 1 мс с частотой их следования 300 в 1 с, длительность воздействия — 22 с. Интенсивность ультразвука, осредненная по площади фокальной области, — 470 Вт/см². 1 — «сигнал» до воздействия, 2 — через час, 3 — через два часа, 4 — через три часа, 5 — через пять часов после действия ультразвука.

Таким образом, на основе полученного материала можно сделать заключение, что действие импульсного фокусированного ультразвука на мозг животного выражается преимущественно в явлениях функционального угнетения или временного выключения деятельности облученных областей мозга. Структурных изменений, по крайней мере в использованных нами диапазонах интенсивности, в облученных мозговых структурах не обнаруживается.

Значительно в меньшей степени обнадеживают результаты, полученные при выяснении активирующего действия ультразвука на центры мозга. Эти эффекты наблюдаются в очень узком диапазоне близких к разрушающим ткани мозга интенсивностей. Можно сказать, что активация характерна для рецепторно-нервных структур и тонких немиэлизированных проводниковых структур мозга. Несомненно, дальнейшее изучение обратимых изменений функции нервной ткани необходимо для решения вопросов о механизме действия фокусированного ультразвука и перспективе его использования для направленного воздействия на управляющие структуры мозга.