Инструментальная условная оборонительная реакция у высших беспозвоночных и низших позвоночных презентация

условных рефлексов. Методологические особенности изучения условных реакций у высших беспозвоночных и низших позвоночных. Условный рефлекс и родственные ему явления. Фармакологический анализ механизмов приспособительного поведения.

раздражителей при изучении оборонительных рефлексов у полихет. Поведенческий репертуар нереисов. Изменение реакций на вибрацию после воздействия биологически значимых раздражителей. Бифункциональное значение положительной реакции. Сопоставление классического, инструментального и псевдоусловного оборонительных рефлексов.

исследование любой функции наиболее успешно осуществляется с учетом истории ее становления в эволюции (И.П.Павлов, Л.А.Орбели, А.Н.Северцов, Л.Г.Воронин).
На каком этапе филогенеза возник условный рефлекс?
И.П.Павлов: "Индивидуальное приспособление существует на всем протяжении животного мира. Это и есть условный рефлекс, условная реакция, осуществляющаяся на принципе одновременности". С этой точки зрения любая приобретенная реакция должна считаться условным рефлексом.
Более распространена противоположная точка зрения: возможность выработки условных рефлексов у простейших отрицается (Асратян, 1963; Воронин, 1969; Серавин, 1969; Тушмалова, 1986).

найдена адекватная методика?

На примере простейших:
Интерпретация их поведения - далеко не такая простая, как это может показаться на первый взгляд. Оно больше, чем поведение высших животных, зависит от физических и биохимических «мелочей», которые нужно учитывать.
Пример: инфузория в узком капилляре, дойдя до закрытого конца, поворачивается, затрачивая в первой попытке большое время. При повторных попытках это время уменьшается в 180 раз.
Инфузория обучилась (как собака в подобных условиях)?
Нет, убыстрение поворотов инфузории объяснили за счёт накопления в её протоплазме кислых веществ (вследствие работы и нахождения в небольшом объёме воды), которые разжижают протоплазму, облегчая повороты животного.

поведения - далеко не такая простая, как это может показаться на первый взгляд. Оно больше, чем поведение высших животных, зависит от физических и биохимических «мелочей», которые нужно учитывать.
Пример: инфузория в узком капилляре, дойдя до закрытого конца капилляра, поворачивается, затрачивая в первой попытке большое время. При повторных попытках это время уменьшается. В конце концов, и.м. убыстрение поворота в 180 раз.
Инфузория обучилась (как собака в подобных условиях)?
Нет, убыстрение поворотов инфузории объяснили за счёт накопления в её протоплазме кислых веществ (вследствие работы и нахождения в небольшом объёме воды), которые разжижают протоплазму, облегчая повороты животного.
Другой пример: выработка избегания освещённой половины камеры: заплывание - удар электрическим током. Со временем инфузория поворачивает от границы освещения, избегая удара током.
Реакции избегания на освещение? Нет, на границе темнота-свет:
Ток активирует стрекательные клетки (сигнал опасности)
Натыкаясь на них, инфузория поворачивает прочь

знаю, а с беспозвоночными – уверен, что дело именно в неадекватной методике
Филогенетически позднейший этап, относительно которого вопрос о возможности выработки УР в эволюции еще вызывает споры, составляют полихеты. Воронин и др. (1972): классический УР, Evans (1966): неассоциативный процесс.
Полихетами (нереисами) и займёмся

– не учтена специфика ИУОР.
Условный раздражитель - вибрация, безусловный раздражитель -электрический ток,
реакция - сокращение тела
Проблема: и УС, и БС вызывают сокращение тела, т.е., р-ция – и без выработки

естественной среде обитания полихет может произойти в результате приближения хищника (без выработки).
Следствие?
Невозможно оценить результат сочетания УС и БС как сформированный УР.
Попытка обойти эту трудность:
перед выработкой УР предварительно угашают реакцию на ВР.
Однако, это не снимает проблему - сокращение тела в ответ на ВР после выработки можно объяснить не только формированием УР, но и сенситизирующим эффектом электрического тока (Evans, 1966).

естественной среде обитания полихет может произойти в результате приближения хищника.
Следствие?
Невозможно оценить результат сочетания УС и БС как сформированный УР.
Попытка обойти эту трудность:
перед выработкой УР предварительно угашают реакцию на ВР.
Однако, это не снимает проблему - сокращение тела в ответ на ВР после выработки можно объяснить не только формированием УР, но и сенситизирующим эффектом электрического тока (Evans, 1966).

Выход из положения?
Анализ поведенческого репертуара нереисов с целью понимания природы раздражителей, реакций на них и выбора реакции.

— величина реакции (в % от общего числа реакций); по абсциссе — частота (имп/с). Сплошная линия — отрицательные реакции отдергивания головного и/или хвостового концов; пунктирная — положительные реакции (движение вперед головным концом или всем телом)

-

+

реакции, а не только сокращение, свойственное дополихетному уровню.
Эти реакции обладают различными частотно-амплитудными характеристиками.
На более низких частотах преобладают положительные реакции, а на более высоких — отрицательные
Замирание (прекращение ундуляции)

реакции (движение вперёд)
2. Проводить опыты в наиболее трудных условиях для достижения цели («против течения»).
Это 40 имп/с

+

на реакции, вызываемые вибрацией
Создать одинаковые условия для изучения независимых переменных (тока и пищи)
Это – 20 имп/с

имп/с (п=5)
«Против течения»:
а) если преобладают + р-ции, даём ток,
б) если отрицательные р-ции, даём пищу (препаровальная игла)
Результаты:

и пищи (Б). Светлые столбики — фон; заштрихованные — после действия безусловных раздражителей. Левые столбики в каждой паре — отрицательные реакции, правые — положительные, в % от числа предъявлений.

+

+

пища

-

ток

-

-

действия электрического тока возросло число отрицательных реакций, свойственных аверсивным ситуациям, и уменьшилось число положительных, рассматриваемых как пищедобывательные.
В целом произошла инверсия: отрицательных реакций стало больше, чем положительных.
После кормления наблюдалось обратное — число положительных реакций возросло, а отрицательных — уменьшилось.
Т. е., действие тока приводит к преобладанию отрицательных, а пищи — положительных реакций (черви воспринимают …).

а) положительной реакции
б) отрицательной реакции
псевдообусловливание
20 предъявлений
20 имп/с

(движение вперёд)
2. Проводить опыты в наиболее трудных условиях для достижения цели («против течения»).
Это 40 имп/с,

+

А использованы 20 имп/с
Компромисс (пилотное исследование) – риск не переделать врождённую отрицательную реакцию, наиболее выраженную на 40 имп/с
Выполняется только 1-е условие – одинаковые частоты для + и – р-ций

животного.
Параллельный эксперимент: 2 червя в одной кювете. У одного вырабатывали инструментальный условный рефлекс, у другого — псевдообусловливание. Уравнивались все условия, кроме отношения между реакцией и током.
Если “инструментальный” червь за 5 с действия вибрационного раздражителя не совершал реакцию избегания, то получал удар током; при этом ток в данном предъявлении получал и второй червь, если даже он и совершал данную реакцию;
если “инструментальный” нереис совершал реакцию, то не получал удар током; при этом второй червь тоже не получал ток, если даже и не реагировал должным образом.

образом нереис отдергивал головной конец в ответ на ток, немедленно давался повторный удар током — до тех пор, пока червь не совершал, после сокращения, положительной реакции (движение вперёд), что сопровождалось длительным периодом без удара током.
То есть, положительная реакция прекращала серию воздействий тока, что отвечает сути инструментальной реакции

- отрицательные реакции, правые — положительные.

-

+

Пк

результат сенситизации током
Интересное поведение. Нереисы:
двигались вперед, захватывали глоткой камушки, приближались к краю трубки и оставляли их у края, как бы закупоривая ее,
камушки до конца трубки перемещали головным концом.
Атака на агрессора

неподкрепляемой реакции:
при выработке избегания,
величины реакции при классическом оборонительном рефлексе и
псевдообусловливании.
Т. е., инструментальное избегание аверсивного раздражителя может быть достигнуто на основе как отрицательной, так и положительной реакций.
индивидуально приобретенные реакции – УР

электрического тока. Инструментальные условные оборонительные рефлексы на основе понижения уровня воды. Формирование реакции избегания у рыб с помощью выталкивания из воды. Выработка чередующейся реакции избегания. Пространственная переделка реакции избегания.

электрический ток, подаваемый на электроды ( на дне, спинной плавник).
Безусловный рефлекс – энергичные нырятельные движения.
Регистрация: нить от спинного плавника к капсуле Морея (кимограф).
Методика не могла обеспечить выработку стабильных условных рефлексов.
Булл (Bull, 1928) усовершенствовал методику: оба электрода - на стенках аквариума.
УР - классический

обеих половинах у стенок были расположены по два электрода.
Спустя пять секунд после включения условного раздражителя на электроды подавался ток, действие которого продолжалось до тех пор, пока рыба не уплывала в противоположную половину аквариума.
Недостатки:
1.избавление, а не РИ.
2.Бурная двигательная реакция, не поддающаяся контролю со стороны экспериментатора (трудность для выработки локальной и четко ограниченной реакции)

обеспечивает выработку стабильных условных рефлексов.
Вывод (Карамян, 1953):
выработка оборонительных условных рефлексов у рыб невозможна (из-за несовершенства их нервной системы

экологически адекватное аверсивное воздействие для рыб.
Две методики, в которых используется этот принцип:
1. Обсушка рыб с помощью понижения уровня воды в аквариуме.
2. Обсушка с помощью выталкивания рыб из аквариума вращающейся лопастью.

установки: 1 — мотор; 2 — уровень воды; 3 — лопасть; 4 — дно аквариума. Б — вид лопасти сбоку (слева) и спереди (справа): 1 — коридор (один открыт, другой закрыт); 2 — туннель; 3 — рамка; 4 — перегородка.

А

Б

следствие угнетающего влияния предварительного обучения проходить через противоположный коридор (проактивное угнетение).
Проактивное угнетение не отмечается со стороны выработки чередующейся РИ. Наоборот предварительное формирование следа памяти о проходе через левый и правый коридоры способствует последующей выработке одиночной РИ.
Т.е., у этих рыб на 1-м этапе были выработаны 2 временные связи, хотя и не произошло их синтеза в систему, позволяющую осуществлять чередующуюся РИ.

одной реакции со стороны другой.
При пространственной переделке тормозится формирование вновь вырабатываемой РИ,
а при выработке чередования торможение делает невозможным синтез двух временных связей в единую систему.
ЦНС рыб не успевает перестраивать свои реакции в соответствии с изменяющимися условиями среды.
Ю.П.Фролов (1938), Л.Г.Воронин (1957): Инертность ВНД и слабое развитием у рыб подвижности нервных процессов.

к фармакологическому изучению ВНД. Влияние фармакологических веществ на реакцию избегания у рыб. Влияние фармакологических веществ на неассоциативное обучение. Влияние фармакологических веществ на поведение при экстремальных воздействиях.

крысах).
В то же время в отечественной физиологии и патофизиологии издавна используется исторический подход:
исследование любой функции наиболее успешно осуществляется с учетом истории ее становления в эволюции (Мечников, 1917; Орбели, 1922; Коштоянц, 1934; Воронин, 1957; Тушмалова, 1980).
История в Смоленске
Обоснование возможности…?

постоянстве внутренней среды и гомеостазисе:
Отклонение существенных для жизнедеятельности показателей (температуры тела, pH крови и т. д.) за определённые пределы - причина различных защитных реакций организма, направленных на устранение последствий возмущающего воздействия.
Это является древней универсальной закономерностью, лежащей в основе регуляции физиологических процессов у всех животных.
И не только у них. Принцип Ле Шателье:
возмущающее воздействие на физико-химическую систему приводит к возникновению процесса, уменьшающего последствия данного воздействия.
Все процессы управления в техн. системах основаны на использовании рассогласования и обратной связи.

жизненных показателей, выход за которые запускает защитные механизмы организма.
Следовательно, механизм нарушений ВНД и ее защиты сложился в эволюции.
Исследование этого механизма наиболее перспективно с помощью методов сравнительной физиологии и патофизиологии.
Это означает, что нарушение и психофармакологическую коррекцию ВНД следует изучать на животных различных уровней филогенеза.
Сравнительно-физиологический подход к изучению нарушения и психофармакологической коррекции ВНД в перспективе поставит вопрос о создании эволюционной психофармакологии как части эволюционной фарм.
Необходимость эволюционной фармакологии постулировал Н. П. Кравков (1930).

Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 годаНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, РязаньНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреляНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреля 1924 годаНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреля 1924 года, ЛенинградНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреля 1924 года, Ленинград) — русский фармаколог, основоположник советской фармакологииНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреля 1924 года, Ленинград) — русский фармаколог, основоположник советской фармакологии, член-корреспондент Российской академии наукНиколай Павлович Кравков (24 февраля (8 марта) 1865 года, Рязань, — 24 апреля 1924 года, Ленинград) — русский фармаколог, основоположник советской фармакологии, член-корреспондент Российской академии наук (1920), академик Военно-медицинской академии (1914).

ученики — академики С. В. Аничковученики — академики С. В. Аничков, В. В. Закусов
и др.

– эволюционная физиология
Фармакология - Фармакология ВНД (психофармакология) – сравнительная психофармакология – эволюционная психофармакология

и тараканов),
рыб,
грызунов

золотых рыбок (Bryant, Petty, Byrne, 1973).
Нейропептид АКТГ4-7Про-Гли-Про улучшает выработку условной реакции избегания у молоди атлантического лосося (Витвицкая, Бикбулатова, Никоноров, Кругликов, 1987).

условнорефлекторной модели.
Однако выбор моделей для сравнительных психофармакологических исследований не может ограничиться только УР.
Приспособительные реакции выражаются и в элементарных явлениях, таких как привыкание, нестойкая условная связь и др. (Воронин, 1977).

проходят через всю эволюцию вплоть до человека.
Л. А. Орбели (1961): процесс эволюции идет путем не уничтожения старых функциональных отношений, а заслонения их новыми.
Привыкание свойственно:
одноклеточным организмам (Тушмалова, 1968),
одному нейрону (Соколов, 1969),
поведению человека в целом (Сеченов, 1861).
Смысл привыкания состоит в приобретении способности не реагировать на биологически незначимые раздражители - негативное научение (Thorpe, 1964).
Привыкание – базовая модель для изучения влияния ноотропов на обучение и память грызунов

контроль ⬤ - пирацетам

Скорость Частота поворотов

Изменения скорости и относительной частоты поворотов наиболее удовлетворительно описываются уравнениями нелинейной регрессии вида Y=aXb. Различие между коэффициентами регрессии, отражающее различие в темпах снижения скорости рыб в контроле и опыте, статистически значимо (в контроле b = – 0.12 ± 0.02, в опыте b = – 0.27 ± 0.02, p < 0.001). Начиная с 3-го периода, скорости в опыте и контроле различались (p < 0.05). Различие между коэффициентами регрессии, отражающими темпы увеличения частоты поворотов в опыте и контроле, также значимо (в контроле b = 0.27 ± 0.07, в опыте­ b = 0.49 ± 0.10, p < 0.01).
По: Иноземцев, Непомнящих, Гремячих (2005)

Trichoptera)
Тропический пепельно-серый таракан Nauphoeta cinerea Oliv. (Blattoptera: Blaberidae: Oxyhaloinae)

опыта (мин), по оси ординат — число пройденных частей

свет

Время, мин

По: Иноземцев, Целкова, Бернуй, Жужиков, Тушмалова (1998)

света?
О чём это говорит?

номер предъявления раздражителя, по оси ординат – продолжительность оборонительной реакции (втягивания и замирания в домике), сек.
Под влиянием пирацетама привыкание происходило быстрее (F = 68,47 при Fcrit =5,12, р=0,00002).
По: Иноземцев, Непомнящих (2007)

замирания,
затем — беспорядочная двигательная активность.

Пирацетам
не влиял на первую фазу,
но уменьшал хаотическую двигательную активность во второй из них.

частиц,
увеличивает тщательность тестирования строительного материала.
Следствие:
ускорение восстановления домика.
Вывод: пирацетам положительно влияет на поведение ручейников в экстремальных условиях, связанных с разрушением домика.

ручейника — оптимизирует все показатели, характеризующие восстановление домика, необходимого для их жизнедеятельности, то есть влияет на осуществление сложно организованной инстинктивной деятельности.
Это расширяет возможности использования фармакологических веществ для сравнительно-физиологических исследований нарушения и коррекции высшей нервной деятельности.

номер предъявления раздражителя, по оси ординат – продолжительность оборонительной реакции (втягивания и замирания в домике), сек.
Под влиянием пирацетама привыкание происходило быстрее (F = 68,47 при Fcrit =5,12, р=0,00002).
По: Иноземцев, Непомнящих (2007)

опыта (мин), по оси ординат — число пройденных частей

свет

Время, мин

По: Иноземцев, Целкова, Бернуй, Жужиков, Тушмалова (1998)