Способ управления поведением животного организма Советский патент 1982 года по МПК A61N1/36 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ ЖИВОТНОГО

1

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, а именно к экспериментальной нейрофизиологии, в частности к способам управления поведением животного организма посредством электрической стимуляции его мозга и других элементов нервной системы и может быть применено в экспериментальной нейрофизиологии, психофизиологии, нейрофармакалогии, нейро- и психохиругии, а также космической психофизиологии.

Известны способ управления поведением животного, а в некоторых клинических условиях и человека, путем электрической стимуляции соответствующих мозговых структур для получения поведенческого, биоэлектрического или иного эффекта. В ряде из них биопотенциалы используются для запуска электрической стимуляции нервных структур 1.

Однако при известных способах электрической стимуляции удается осуществить только относительно грубое управление состоянием животного организма, и его результаты значительно отличаются от естественных форм поведения, так как электриОРГАНИЗМА

ческие сигналы, возбуждающие или угнетающие деятельность соответствующих центров мозга, существенно отличаются от биопотенциалов. При этом известны побочные эффекты пороговой и надпороговой

электрической стимуляции, приводящие нередко к искажению и огрублению ответных реакций мозга. К этим побочным эффектам от применения электрораздражения можно в первую очередь отнести локальную гибель

10 нервной ткани в месте введения электрода; возникновение очага патологического перифокального раздражения ткани мозга с возбуждением избыточного количества нейронов как вблизи, так и на расстоянии.

Известен способ, заключающийся в том, что у биообъекта биопотенциалы, снимаемые с миндалевидных структур мозга, анализируются электронной вычислительной мащиной и при возникновении вспыщек, так называемых веретен, электронная вычислительная мащина (ЭВМ) включает электростимуляцию ретикулярной формации ствола мозга, которая подавляет эти вспыщки. В данном случае биопотенциалы используют

для активного участия в процессе управления деятельностью мозга 2.

Однако в данном способе используют только часть информации, заключенной в биопотенциалах, а именно информацию, связанную с возникновением веретен, управление ограничивают пределами мозга и того же животного, техническое обеспечение способа требует применения ЭВМ, управление деятельностью мозга происходит посредством надпорогового электрического раздражения, отличного от биопотенциалов мозга.

Цель изобретения - осуществление направленного вызова требуемой психофизиологической деятельности, ограничения побочных эффектов при электробиостимуляции и приближения воздействий к естественным физиологическим условиям, а также обеспечение возможности многократного и разновременного воздействия на нервные структуры реципиента и обеспечение возможности регуляции во время биостимуляции.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления поведением животного организма, заключающимся в .съеме биопотенциалов в период спонтанной или вызванной активной биологической деятельности с нервных структур, регулирующ Зс эти виды деятельности, например, гипоталамуса, усиливают и используют их для электрической стимуляции нервных структур, усиленные и зарегистрированные биопотенциалы донора ослабляют до величин, соответствующих первичным значениям, и вводят в нервные структуры реципиента, регулирующие зафиксированную деятельность, например, в гиппокамп.

Кроме того, усиленные биопотенциалы регистрируют на промежуточном носителе информации, например, магнитофоне, а также зарегистрированные биопотенциалы пролонгируются во времени посредством циклического повторения воздействия в диапазоне 20-, 45-90-минутных сверхмедленных колебаний биопотенциалов мозга.

Пример. Под наркозом животному-донору вживлялись нихромовые электроды в вентро-медикальный гипоталамус, гиппокамп, миндалевидный комплекс и новую кору. Через 2 дня после операции проводилось тестирование эмоциогенных зон гипоталамуса на отрицательные эмоциональные реакции (реакцию избегания, агрессии). В условиях свободного поведения в покое животного в экранированной камере осуществлялась запись на электроэнцефалографе исходной электрической активности со всех указанных выше структур. С выхода электроэнцефалографа проводилась регистрация электрической активности гипоталамуса на магнитограф. На фоне исходной электрической активности мозга крысе-донору наносилось болевое раздражение, что приводило к развитию отрицательной эмоциональной реакции избегания, сопровождающейся учащением пульса и дыхания, возникновением десинхронизации в новой коре и тета-р|1тмией в гиппокампе, гипоталамусе, миндалевидном комплексе. Вскоре при регистрации отмечалось формирование пароксизмов электрических колебаний и гиперсинхронной активности. При повторных болевых раздражениях отмечалось дифференцированные изменения электрических ритмов: в новой коре-десинхронизация или депрессия, в остальных структурах - гиперсинхронизация.

Затем в камеру помещалось животное реципиент, подготовленное аналогичным способом. На электроэнцефалографе записывалась исходная электрическая активность тех же структур мозга, которая в целом не

отличалась по амплитудно-частотным характеристикам от исходной электрической активности у животного-донора. Затем зарегистрированные на магнитной ленте биопотенциалы гипоталамуса животного-донора воспроизводились и с помощью устройства, регулирующего уровень напряжения, уменьщались до величин амплитуд 200-250 мкВ и вводились в гипоталамус животного-реципиента. Вводимые биопотенциалы записывались для контроля на одном канале электроэнцефалографа. На других каналах записывались биопотенциалы новой коры, гиппокампа, миндалевидного комплекса животного-реципиента в период введения биопотенцилов. Такое введение привело к возникновению отрицательной эмоциональной реакции избегания у животного-реципиента, которая сопровождалась десинхронизацией электрической активности в новой коре, тета-ритмией в гиппокампе, взрывной активностью в миндалевидном комплексе, с последующим

развитием во всех исследуемых структурах мозга реципиента гиперсинхронной электрической активности. Также, как и у донора, наблюдались учащение импульса и дыхания.

Таким образом введение биопотенциалов животного донора, зарегистрированных в состоянии отрицательного эмоционального возбуждения, вызвало у животного-реципиента поведенческие и электрографические изменения, аналогичные отмеченным у донора.

Использование предлагаемого способа управления .поведением животного организма обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

в нервые структуры животного организма непосредственно вводится информация, содержащаяся в биопотенциалах нервных структур другого или того же самого животного организма;

используются сигналы на 3-4 порядка меньше тех, которые являются пороговыми или надпороговыми при обь(чной электрической стимуляции нервных структур.

таким образом, управление приближается к естественным физиологическим условиям;

за счет резкого снижения пороговых величин электрических сигналов устраняются побочные эффекты действия на мозг электрического тока, в том числе дополнительная травматизация нервной ткани;

в зависимости от характера деятельности мозга одного животного производится направленное изменение деятельности мозга животного;

в зависимости от характера исходных программ деятельности мозга донора осуществляется разнонаправленное изменение поведения реципиента пр,и стимуляции одних и тех же структур (элементов) мозга;

позволяет удлинить на необходимое время или повторять через необходимые, например ритмические, интервалы времени с помощью носителя информации, например магнитного регистратора, стимуляцию мозга реципиента;

с помощью носителя информации, например магнитного регистратора, обеспечивается хранение и многократное использование различных программ биоинформации;

техническая реализация способа достаточно проста и не требует применения электронной вычислительной мащины, тем самым создается значительная экономия средств;

хранение зарегистрированной у донора биологической информации на носителе информации также создает экономию животных-доноров, материалов для проведения операций, затраченного на проведение операций рабочего времени.

Формула изобретения

1. Способ управления поведением животного организма, заключающийся в том, что

снимают биопотенциалы в период спонтанной или вызванной активной биологической деятельности с нервых структур, регулирующих эти виды деятельности, например, гипоталамуса, усиливают и используют их для

электрической стимуляции нервных структур отличающийся тем, что, с целью осуществления направленного вызова требуемой психофизиологической деятельности, Ограничения побочных эффектов при электробиостимуляции и приближения воздействия к

0 естественным физиологическим условиям, усиленные и зарегистрированные биопотенциалы донора ослабляют до величин, соответствующих первичным значениям, и вводят в нервные структуры реципиента, регулирующие зафиксированную деятельность,

5 например, в гиппокамп.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности многократного и разновременного воздействия на нервные структуры реципиента, усиленные биопотенциалы регистрируют на промежуточном носителе информации, например, магнитофоне.

3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регуляции во время биостимуляции, зарегистрированные биопотенциалы пролонгируются во времени посредством циклического повторения воздействия в диапазоне 20Г 457 90-минутных сверхмедленных ритмических колебаний биопотенциалов мозга.

30

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3967616, кл. 128-1с, 1976.

2.Дельгадо X., .Мозг и сознание, Л1., «Мир, 1971, с. 93-94 (прототип).