The striatum, as a strategic center of the forebrain, has numerous afferent and efferent connections with the cortex and subcortex and participates in the formation of adaptive response programs. Activation of motor and exploratory behavior is achieved through the involvement of the dopaminergic neurotransmitter system, the main source of which is the substantia nigra. However, despite numerous experimental and clinical studies of the substantia nigra, its physiological significance is mainly reduced to the clinical manifestations of parkinsonian syndrome (hypokinesia, tremor, rigidity, postural reflex disorders). A systematic study of its role in higher cognitive processes reflecting intellectual activity has not been found by us in the available literature (although intellectual disorders are noted in Parkinson's disease), which became the aim of this study.
The study of cognitive activity was conducted in adult cats under free behavior conditions using an original method of neuropsychophysiological analysis, employing a battery of tests for generalization and abstraction (Mukhin, 1990–2001).
The behavioral model we selected for studying the functional significance of the substantia nigra allowed us to analyze not only the simple form of the conditioned reflex but also to study the cognitive abilities of animals in relatively broad forms of generalization, the formation of a large number of new temporary connections, as a manifestation of the brain's holistic integrative activity with the formation of preverbal concepts.
Encapsulation of the substantia nigra (by surgical or neurochemical MPTP method) leads to significant impairments in simple and complex forms of cognitive function. Moreover, as cognitive tasks become more complex, the difficulties in solving them increase, and the compensation time lengthens. For conditioned reflexes, this period is 1–2 weeks; the function of generalization and abstraction does not recover within 2.5 months.
The possibility of adapting impaired cognitive functions following damage to the substantia nigra indicates that it is not a key structure, but its structural and functional connections are necessarily involved in the integrative mechanisms of higher nervous activity.
Indeed, one of the main neurotransmitter systems serving as a link in strio-pallidal relationships, particularly nigro-striatal ones, is dopaminergic transmission. Only through stimulation of the monoaminergic system in operated cats is complete recovery of all forms of the cognitive processes we studied possible. Other neurotransmitter systems were largely insensitive.
It is known that dopamine deficiency in the substantia nigra leads to Parkinson's disease, while its excess leads to schizophrenia. In the first case, psychomotor activity is affected; in the second, the cognitive sphere is affected. Apparently, transient disorders of complex forms of analytical-synthetic activity following damage to the substantia nigra reflect its indirect involvement through the mechanisms of thalamo–strio–frontal interaction, the structures of which are critically involved in the formation and course of cognitive processes (Mukhin, 1990).
Стриатум как стратегический центр переднего мозга имеет многочисленные афферентные и эфферентные связи с корой и подкоркой, участвует в формировании программы приспособительного ответа. Активация моторного и исследовательского поведения осуществляется через вовлечение нейромедиаторной дофаминергической системы, основным источником которой является черная субстанция. Однако несмотря на многочисленные экспериментальные и клинические исследования черной субстанции, ее физиологическое значение сводится в основном к клиническим проявлениям паркинсонического синдрома (гипокинезия, тремор, ригидность, нарушения постуральных рефлексов). Систематического изучения ее роли в высших когнитивных процессах, отражающих интеллектуальную деятельность, нами в доступной литературе не обнаружено (хотя при болезни Паркинсона отмечают расстройства интеллекта), что и явилось целью данного исследования.
Изучение когнитивной деятельности проводили на взрослых кошках, в свободном поведении, по оригинальной методике нейропсихофизиологического анализа, с применением батареи тестов на обобщение и абстрагирование (Мухин, 1990–2001).
Избранная нами поведенческая модель для исследования функциональной значимости черной субстанции позволила проанализировать не только простую форму условного рефлекса, но и изучить когнитивные способности животных к достаточно широким формам обобщения, формированию большого количества новых временных связей, в виде проявления целостной интегративной деятельности мозга с образованием довербальных понятий.
Инкапсуляция черной субстанции (хирургическим или нейрохимическим способом МПТП) приводит к достоверным нарушениям простых и сложных форм в познавательной сфере. Причем с усложнением когнитивных задач увеличиваются трудности в их решении, возрастают и сроки компенсации. Для условных рефлексов они составляют 1–2 недели, функция обобщения и абстрагирования не восстанавливается в течение 2.5 месяцев.
Возможность адаптирования нарушенных когнитивных функций при повреждении черной субстанции свидетельствует о том, что она не является ключевой, но ее структурно-функциональные связи необходимо участвуют в интегративных механизмах ВНД.
Действительно, одной из основных нейротрансмиттерных систем, служащей связующим звеном в стрио-паллидарных отношениях, в частности нигро-стриатных, является дофаминергическая трансмиссия. Только при стимуляции моноаминергической системы у оперированных кошек возможно полное восстановление всех форм исследуемых нами когнитивных процессов. Другие медиаторные системы были малочувствительны.
Известно, что недостаток дофамина в черной субстанции приводит к болезни Паркинсона, а ее избыток – к шизофрении. В первом случае страдает психомоторная активность, во втором случае – когнитивная сфера. По-видимому, преходящие расстройства сложных форм аналитико-синтетической деятельности при поражении черной субстанции отражают непрямое ее участие через механизмы таламо–стрио–фронтального взаимодействия, структуры которого критически вовлечены в формирование и протекание познавательных процессов (Мухин, 1990).
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 01-04-49286).