Роль ограничения подвижности собак и их изоляции при выработке условных рефлексов. Возможности использования телеметрии (С. Корсон, Э. Корсон, Б. Пасаманик, Дж. Ингленд) [1965 -

В течение последних нескольких лет мы много раз замечали влияние ограничения свободы животных на их физиологические функции. Нас интересовала роль центральной нервной системы в регуляции функций почек, а также в регуляции кровообращения вообще и почечного кровотока в частности; особый интерес представляло изучение влияния психологического стресса на функции почек и сердечно-сосудистой системы. Для этой цели мы решили наряду с другими способами использовать классические павловские методы выработки условных рефлексов. Эти методы позволяют исключить эмоциональную составляющую стресса и исследовать физиологические и поведенческие реакции на символы стресса.

Объектом такого исследования была выбрана функция почек, в частности потому, что нас интересовало взаимодействие мозг - почки. Но кроме того, мы были уверены, что подобная работа может явиться примером церебро-висцеральных исследований вообще. Функции почек особенно легко изучать благодаря существованию количественных методов, которые позволяют исследовать различные аспекты функции почек и почечной гемодинамики без применения наркоза и без значительного нарушения нормального состояния животного. Эти исследования приобретают особенно важное значение, если учесть, что почки представляют собой важные органы регуляции внутренней химической среды и поддержания циркуляторного гомеостаза.

Классические павловские опыты по выработке условных рефлексов мы проводили на беспородных собаках. Животных помещали на стенд, расположенный в звуконепроницаемой камере с кондиционированным воздухом и с зеркалом для наблюдения. В камере находились дистанционные механизмы, позволявшие наносить раздражение животному и записывать его реакции в отсутствие экспериментатора и без внесения дополнительных раздражающих факторов. За несколько недель до опыта собаке производили цистостомию и вводили полиэтиленовые трубки в изолированные участки мочевого пузыря. Эта операция дала возможность исключить из рассмотрения сложные рефлексы мочевого пузыря при изучении влияния различных факторов на функцию почек. На фиг. 1 изображена одна из оперированных собак через 15 месяцев после цистостомии.

Фиг. 1. Собака Одри (самка, вес 17 кг) через 15 месяцев после цистостомии

Ниже будут коротко изложены результаты, полученные нами в опытах по изучению условных почечных рефлексов, и указаны пути эффективного использования телеметрии в подобных экспериментах. Телеметрические методы позволили бы получить весьма ценную информацию и точно оценить влияние психологического стресса на физиологические функции.

Было проведено две серии опытов. Первая серия предназначалась для выработки условнорефлекторной диуретической реакции на введение воды, сопровождающееся раздражением слухового аппарата (звуки различного тона). Собакам, которых предварительно в течение некоторого времени содержали на безводном рационе, воду либо вводили в желудок или прямую кишку, либо просто давали пить. В другой серии опытов мы вырабатывали условнорефлекторные антидиуретические реакции у собак после водной нагрузки, сочетая звуковые раздражения с электрическим раздражением передних лап собаки.

Влияние изоляции

Опыт с первой собакой, у которой мы пытались выработать условнорефлекторные диуретические реакции, показал нам, что простая изоляция в камере условных рефлексов представляет для животного психологический стресс, особенно при малом периоде подготовки к эксперименту и интенсивных опытах. Изоляция собаки в камере условных рефлексов приводит к появлению парадоксального антидиуреза в ответ на звуковые тоны, сопровождавшие введение воды (фиг. 2). Проведение этого опыта на том же стенде, но вне камеры условных рефлексов, привело почти к полному исчезновению антидиуретической реакции.

Фиг. 2. Выработка парадоксального условного антидиуреза в качестве реакции на изоляцию в камере условных рефлексов (собака Одри, самка, вес 17 кг). I - изоляция в камере (n = 7), II - собака вне камеры (n = 7). Пища и вода удалялись за 16 час до эксперимента. По оси ординат отложено количество мочи в процентах от первого (контрольного) сбора. Следует обратить внимание на то, что изоляция собаки в камере условных рефлексов препятствовала выработке диуретической реакции на введение воды (обозначено вилкой на оси абсцисс). При проведении опыта вне камеры у животного вырабатывается нормальная диуретическая реакция

Следует отметить, что при более длительном периоде подготовки и менее интенсивном расписании опытов можно частично избежать этой парадоксальной антидиуретической реакции. Важно то, что сама изоляция животного в камере условных рефлексов может оказать глубокое физиологическое влияние и ее следует принимать во внимание при определении основных значений измеряемых физиологических переменных. Телеметрические методы могут помочь нам выполнить эти измерения до того, как на животное начнет воздействовать комплекс различных стимулов в камере условных рефлексов.

На фиг. 3 приведены результаты экспериментов с собакой по выработке условных антидиуретических реакций, проводившихся в течение года. До начала опытов у этой собаки были выработаны различные условные двигательные реакции на два разных тона разговорной интенсивности (40 дб). Тон частотой 512 гц всегда сопровождался раздражением правой передней лапы в течение 1 сек электрическим током частотой 60 гц. Мы назвали этот тон тоном А. Тон частотой 256 гц (мы назвали его тоном В) никогда не сопровождался электрическим ударом.

Фиг. 3. Выработка и стабилизация условнорефлекторной антидиуретической реакции (собака Шеп, самец, вес 20 кг). Группы опытов расположены по оси абсцисс в хронологическом порядке. I - осмотическое давление в миллиосмолях на 1 л, II - диурез (мл/мин). Момент начала опыта обозначен стрелкой на оси абсцисс. В этот момент в желудок собаки вливают в нейтральной комнате 500 мл воды. При помещении собаки в камеру диурез во всех опытах был значительно ниже, а осмотическое давление значительно выше, чем в контрольной комнате. Это позволяет предположить, что в данной условнорефлекторной реакции принимает участие антидиуретический гормон

Методы проведения экспериментов

Опыты проводились следующим образом [3-7]: за 15 мин до начала каждого опыта в желудок собаки (через зонд) вливали 500 мл воды, нагретой до 37°. Это происходило всегда в нейтральной комнате. После того как собака помещалась на павловский стенд, находившийся либо в контрольной комнате, которая никогда не ассоциировалась у нее с звуковыми или электрическими раздражителями, либо в камере условных рефлексов, у нее собирали мочу. До начала опытов собака проходила тренировку, в течение которой она привыкала к введению желудочного зонда. Об этом свидетельствовали повторяющиеся кривые диуреза после введения воды и сбора мочи в контрольной комнате.

Эксперименты проводились каждый день в одно и то же время. Последовательность опытов по дням была следующей: 1) контрольная комната; 2) камера условных рефлексов; тоны А и электрическое раздражение; 3) камера: тоны А; 4) камера: тоны В, никогда не сопровождавшиеся электрическим раздражением; 5) камера без каких-либо раздражителей. Порядок этой последовательности изменялся каждую неделю. Тоны А (с электрическим раздражением или без него) и тоны В действовали всегда во время третьего 20-минутного периода сбора мочи, следующего за двумя первыми 20-минутными периодами сбора мочи в контрольной комнате. За 3-м периодом следовали еще 2-3 периода длительностью 20-30 мин.

Фиг. 3 показывает, что сама камера условных рефлексов приобретает свойство условного раздражителя. При помещении животного в камеру у него появляется антидиуретическая реакция независимо от прочих условий опыта. Я хочу обратить ваше внимание на то, что в первые 40 мин пребывания в камере условных рефлексов собака не подвергалась действию звуковых и электрических раздражителей, и, казалось бы, диурез в этом периоде (мочу собирали за это время дважды) не должен отличаться от контрольного. Тем не менее (см. фиг. 3) при помещении собаки в камеру условных рефлексов диурез изменяется. Например, диурез в период 1-го сбора в контрольной комнате составлял 1 мл/мин. В тот же период, но в камере условных рефлексов величина уменьшилась вдвое, причем дальнейшее уменьшение наблюдалось и в следующем опыте. Во время 2-го периода сбора мочи в контрольной комнате диурез составлял 2 мл/мин, а в камере - 0,3 мл/мин. Осмотическое давление, измеренное криоскопом Фиске, составляло в первый период сбора мочи в контрольной комнате 750 м-осмоль/л, а в тот же период, но в камере условных рефлексов, увеличивалось до 1000 м-осмоль/л. Во время 2-го периода сбора мочи это давление составляло соответственно 250 и 1400 м-осмоль/л, несмотря на водную нагрузку. Во всех опытах сама камера условных рефлексов становилась условным раздражителем, и это явление никогда не угасало. Более того, при повторных экспериментах антидиуретическая реакция на камеру становилась более заметной.

Принцип сомато-висцеральной дихотомии

Проведенные эксперименты иллюстрируют принцип, который я хотел бы, за неимением лучшего термина, назвать принципом сомато-висцеральной дихотомии. Этим термином я обозначаю различие между условными защитными двигательными реакциями и условнорефлекторными висцеральными реакциями в отношении развития дифференцировки и длительности стадии генерализации. Когда нейтральные сигналы (например, звуковые) сопровождаются безусловными раздражителями - электрическим раздражением передней лапы, у собаки вырабатываются условные рефлексы не только на тот условный раздражитель, который подкрепляется безусловным, ной на родственные ему. Это так называемая генерализация. При дальнейшем проведении экспериментов собака начинает различать (дифференцировать) звуковые тоны и реагирует только на тот тон, который подкрепляется раздражением передней лапы. При выработке висцеральных условнорефлекторных реакций эта точная дифференцировка не появляется. Вся камера условных рефлексов становится условным раздражителем. Это особенно заметно во время двух предварительных 20-минутных периодов сбора мочи, во время которых никогда не применялись ни звуковые стимулы, ни раздражение электричеством. Тем не менее, когда собаку помещали в камеру условных рефлексов, у нее появлялась в этот 40-минутный период "предварительная" антидиуретическая условная реакция, которую никак не могли устранить^*.

^* (Возможно, что принцип сомато-висцеральной дихотомии имеет ту же самую нейрофизиологическую основу, что и принцип шизокинеза, описанный впервые Гантом и Петерсом [9].)

Предварительные наблюдения, проведенные в наших лабораториях, и изучение литературы подтверждают предположение о том, что эта стойкая генерализация характерна для многих других висцеральных реакций. Возможно, что она представляет собой сопутствующий, а быть может, даже неотъемлемый компонент нейроэндокринных и эмоциональных проявлений условных рефлексов, причем в особенности тех из них, которые связаны с болевыми раздражениями. В связи с этим я хотел бы привлечь ваше внимание к работам П. К. Анохина [1, 2], в которых описываются изящные эксперименты, проведенные в институте физиологии им. Сеченова в Москве. Применяя методы, аналогичные нашим, Анохин вырабатывал условные двигательные защитные реакции у кроликов. Одновременно записывались ЭЭГ из различных участков коры головного мозга. У кроликов наблюдалась корковая десинхронизация уже при помещении их в камеру условных рефлексов и еще до применения каких бы то ни было раздражителей. Эту десинхронизацию автор объясняет как результат влияния рострального отдела ретикулярной формации на кору головного мозга.

В наших опытах условными раздражителями для антидиуретической реакции служили камера условных рефлексов, экспериментатор, применение электродов и даже применение электродной пасты. Как показывает фиг. 4, при прочих равных условиях, включая применение электродов, условнорефлекторная антидиуретическая реакция была гораздо менее выраженной и значение осмотического давления мочи заметно снижалось в том случае, когда электродная паста не использовалась. Электроды, применявшиеся для раздражения лапы собаки, прикреплялись в начале каждого опыта, при помещении собаки на павловский стенд. Очевидно, что применение электродной пасты играло важную роль в комплексе раздражителей, вызывавших условнорефлекторную антидиуретическую реакцию.

Фиг. 4. Применение электродной пасты как условный антидиуретический раздражитель (собака Шеп, самец, вес 20 кг). В момент времени t = 0 (стрелка на оси абсцисс) собаке вводили в желудок 500 мл воды. I - диурез (мл/мин), II - осмотическое давление в миллиосмолях на 1 л, измеренное криоскопом Фиске. Следует отметить, что при прочих равных условиях применение электродной пасты приводило к более выраженной антидиуретической реакции (заштрихованные столбики), проявлявшейся как и изменении диуреза, так и в увеличении осмотического давления. Светлые столбики - опыты без электродной пасты

Итак, при выработке условнорефлекторных висцеральных реакций условными раздражителями служат: камера условных рефлексов, помещение собаки на павловский стенд, прикрепление приборов, сам экспериментатор и даже процесс подведения собаки к камере условных рефлексов. Более того, контрольные периоды, которые предназначались для определения основных значений физиологических переменных до применения раздражителей, сами превращаются в условные "предварительные" раздражители. Использование телеметрического оборудования [8] позволит записывать основные значения физиологических переменных непосредственно в виварии, причем собака не будет видеть оборудования, применяемого в опытах по выработке условных рефлексов. Телеизмерение поможет более точно оценить влияние различных процедур, связанных с опытом, и позволит записать физиологические изменения и изменения в поведении собаки при возвращении ее после опыта в виварий. Этот метод даст возможность получить более надежные данные о суточном изменении физиологических переменных и о влиянии на эти переменные различных процедур (особенно тех, которые вызывают неврозы).

Обсуждение доклада

Дженсен. Д-р Корсон собрал очень интересные факты о том, что почти все элементы обстановки опыта становятся условными раздражителями и вызывают реакцию. Мы сталкивались с подобными трудностями в наших опытах с обезьянами и объясняли их тем, что обезьяны - довольно умные животные; но, возможно, что это и не так.

Я думаю, что даже применение телеметрии не дает возможности исключить ваши затруднения. Мы, например, помещали животных в звуконепроницаемые комнаты и уходили из них. Но животные знали, что мы ушли из комнаты и чувствовали, что мы что-то делаем с ними. Случалось так, что я зажигал спичку и они замечали это через окно. Проблема исключения раздражителей - очень трудная проблема.

Корсон. Я согласен с мнением д-ра Дженсена о том, что устранение дополнительных раздражителей при выработке условных рефлексов представляет собой более трудную задачу, чем обычно думают. Мы пытались решить эту задачу следующими способами:

1. Мы помещали звуконепроницаемую камеру условных рефлексов в большую комнату, уменьшающую силу звука. Во время опыта в этой комнате не было никого, кроме экспериментатора, и более того, на это время было запрещено всякое движение в том помещении, где проводился опыт. Однажды мы попытались одновременно проводить опыты с другой собакой в комнате, где находилась камера условных рефлексов. Вскоре мы обнаружили, что каждая из собак знает о присутствии другой, и были вынуждены отказаться от подобных опытов.

2. Мы затемняли комнату, где находилась камера условных рефлексов. Единственным источником света служила небольшая лампа, расположенная на столе, прикрепленном к камере. Внутри камеры освещение было, конечно, достаточным, так что собака не могла видеть экспериментатора.

3. Мы вводили постоянный шумовой фон. Конечно, следует предусмотреть, чтобы этот шум по своей интенсивности и качеству не являлся сам по себе сильным раздражителем для животного. Не так давно я посетил одну лабораторию, где в качестве шумового "фона" использовался рев радиоприемника. Такой шум не только служит раздражителем, но создает нервную обстановку как для животного, так и для экспериментатора.

Литература

1. Анохин П. К., Significance of the reticular formation for conditioned reflex, Acta Physiologica Polonica, 9, 2, 131-141 (1958).

2. Анохин П. К., Внутреннее торможение как проблема физиологии, Медгиз, 1958.

3. Corson S. A., Corson Е. Il., Dykman R. A., Peters J. Е., Reese W. G., Seager L. D., Pseudo-extinction of conditioned antidiuretic responses, Fed. Proc., 20, Part 1 (1961).

4. Corson S. A., Corson E. O'Leary, Dykman R. A., Peters J. E., Reese W. B., Seager L. D., Differential effects of meprobamate on conditions renal and motor defence responses, Biochemical Pharmacology, 8, 174-175 (1961).

5. Corson S. A., Corson Е. O'Leary, Dykman R. А., Peters J. E., Reese W. G., Seager L. D., The influence of psychologic stress on water and electrolyte excretion, Psychosom. Med., 23, 445-446 (1961).

6. Corson S. А., Corson E. O'Leary, The influence of adrenergic blockade on conditioned and unconditioned renal responses, Fed. Proc., 21, 368 (1962).

7. Corson S. A., Corson E. O'Leary, The nature of conditioned antidiuretic and electrolyte retention responses, Activ. Nerv. Super. (1962).

8. England S. J. M., Pasamanick B., Radiotelemetry of physiological responses in the laboratory animal, Science, 133, 3446, 106-107 (1961).