12532 (647598)
Текст из файла
Влияние повышенного и сниженного уровня моноаминов на функциональную организацию колонок C1 коры мозга крысы
В.Н. Ласков
НИИ нейрокибернетики им. А.Б.Когана, РГУ, Россия
Повышение внутримозгового содержания нейромодулятора серотонина после электрической стимуляции ядер шва, а также снижение содержания биогенных моноаминов после внутрибрюшинного введения резерпина вызывали разнонаправленную пластификацию синаптических связей во входных, выходных и ассоциативных нейронных ансамблях бочонковой колонки С1 коры мозга крысы и модулировали уровень ее возбуждения за счет изменения количества фоновоактивных нейронов, а также частоты и структуры их импульсных разрядов. Показана зависимость характера сдвигов частоты, структуры импульсных разрядов, плотности кросскорреляционной взаимосвязи соседних нейронов от предыдущего уровня возбуждения колонки. Новизна работы состоит в модульном аспекте рассмотрения моноаминергических механизмов синаптической пластичности корковых нейронов в контексте действующего в пределах фокальной бочонковой колонки гипотетического авторитмичного сканирующего механизма формирования временной связи.
Механизмы регуляции уровня возбуждения корковых нейронов и модуляции эффективности их связей опосредованы наряду с холинергическими нейромедиаторными системами также и влияниями со стороны нейромодуляторных структур ствола мозга, синтезирующих моноамины: серотонин (СТ), норадреналин и дофамин /2,4,5,6,12,23/. СТ, который транспортируется к коре мозга из ядер шва, рассматривается в качестве нейромодулятора, обеспечивающего механизмы положительного подкрепления посредством стабильного повышения при обучении уровня возбуждения и кросскорреляционного взаимодействия корковых нейронов /4,16,18/. Методами электронной микроскопии показано, что терминали проецирующихся к неокортексу восходящих СТ-ергических пучков не образуют типичных синаптических контактов на мембране нейронов. Они в виде варикозных расширений на большом протяжении выстилают двойным слоем плотно заполненное перикарионами, дендритами и глией межнейронное пространство, и обеспечивают непосредственный контакт транспортируемого моноамина с синапсами специфических и неспецифических афферентов /14,15/. Возбуждение СТ-ядер вызывает быстрое насыщение пресинапсов, которые не имеют собственной постсинаптической комплиментарной части.
Синапсы такой химической природы и конструкции больше не встречаются ни среди корково-корковых, ни среди окончаний иных проекционных систем мозга. Это свидетельствует об их особой роли в обеспечении мозговых функций. Высказано предположение, что моноаминергические системы специфично и адресно модулируют эффективность синапсов первичных специфических, неспецифических и ассоциативных афферентов. Тем самым они обеспечивают необходимый уровень пластичности межнейронных взаимодействий при формировании временных связей и памятных следов /4,16,18/. Модулирующие влияния восходящей моноаминергической системы опосредованы через регуляцию уровня возбуждения корковых нейронов за счет активации вторичных посредников - циклических нуклеотидов /17/, что обеспечивает стабилизацию пластифицированных в ходе обучения межнейронных связей.
Плодотворной для развития идеи о модулировании синаптической эффективности со стороны моноаминергических структур оказались математическая и нейрофизиологическая модели Жадина М.Н. /4,5/, описывающие динамику активности корковых нейронов при длительном воздействии положительного и отрицательного подкрепления на нейроны коры мозга. В основу модели положена гипотеза /4,16,18/, согласно которой СТ- и норадреналинергическая системы являются конечными звеньями, соответственно, положительного и отрицательного подкрепления, вызывающего устойчивые изменения эффективности корково-корковых синапсов. В модели при длительном действии моноамина, обеспечивающего положительное подкрепление, любые превышающие средний уровень изменения уровня активности нейронов доводятся до своих крайних проявлений - предельно высокому и предельно низкому. Баланс возбуждения и торможения при такого рода положительном подкреплении характеризуется крайней неустойчивостью: под влиянием каждой достаточно мощной афферентной посылки в системе происходят быстрые переходы от одного уровня возбуждения на другой. В присутствии моноамина, обеспечивающего отрицательное подкрепление, все происходит с точностью до наоборот: и сильно, и слабо возбуждающиеся нейроны в соответствии с предложенной схемой переходят на устойчивый к разного рода афферентным посылкам промежуточный уровень возбуждения.
В соответствии с нейрофизиологическими данными поведение корковых нейронов в присутствии СТ и норадреналина согласуется с предложенной математической моделью /2,3,5,7/. В работе /12/ длительная аппликация СТ и норадреналина вызывала более сложные по характеру изменения структуры фоновой импульсной активности нейронов зрительной и сенсомоторной областей коры мозга у кроликов, чем простое возбуждение и торможение в ответ на аппликацию нейромедиаторов ацетилхолина и ГАМК. Были также продемонстрированы различные типы реакций корковых нейронов на один и тот же нейромодуляторный моноаминергический стимул: конечный результат при этом обнаружил зависимость, как и предсказано моделью, от исходного уровня возбуждения коркового нейрона. Тем самым подтверждены представления о том, что нейромодуляторы в отличие от нейромедиаторов, действие которых локально и кратковременно, не вызывают простого возбудительного или тормозного эффектов, а влияют на текущую деятельность нейрона, изменяя ее в течение длительного времени в том или ином направлении /1,20,21/.
Краткий обзор наиболее значимых работ, посвященных исследованию механизмов модулирования синаптической эффективности в реальных нейронных сетях и их моделях, свидетельствует о важной роли моноаминергических систем мозга в нейрохимическом обеспечении его ассоциативных функций. Вместе с тем многие аспекты роли и механизмов участия моноаминергических систем в условнорефлекторной деятельности, а также в процессах самоорганизации элементарных нейронных ансамблей /8/ остаются не ясными, либо требуют уточнения. В данной работе исследованы нейронные корреляты временной связи при пониженном после внутрибрюшинного введения резерпина и повышенном после электрической стимуляции ядер шва уровне возбуждения фокальной колонки представительства условного стимула (УС) в С1 коры мозга крыс.
Методика
Опыты выполнены на белых беспородных крысах обоего пола весом 120-200 г, оперированных под эфирным наркозом, обездвиженных тубокурарином (1,5 мг/кг в/м) и переведенных на искусственное дыхание. Трахеотомия не проводилась: воздух в легкие нагнетался через ноздри. Использована местная анестезия (0,5% р-р новокаина) операционного поля. Голова крысы фиксировалась с помощью игольчатых головодержателей. Череп трепанировался над постеромедиальной субзоной бочонков (ПМСБ) корковой области С1 по координатам: 2-3 мм каудальнее брегмы и 5-6 мм латеральнее сагиттального шва. Фоновую импульсную активность нейронов и фокальные ВП регистрировали одиночными стеклянными микроэлектродами (электролит - 2,5 М р-р NaCl) с сопротивлением не ниже 5 мОм, а в ряде случаев склеенными по три-пять вольфрамовыми в стеклянной изоляции микроэлектродами (0,5-1 мОм, расстояние между кончиками - 70-100 мкм), которые погружались в кору перпендикулярно ее поверхности с помощью наклонного манипулятора, оснащенного шаговым двигателем. Регистрацию осуществляли при полосе 2-2000 Гц на входных фильтрах электроэнцефалографа 4ЭЭГ-03. Импульсная активность после предварительного формирования на 4-канальном амплитудном анализаторе АА-4 записывалась на 14-канальный магнитограф EАМ-500 (ЧССР, г. Прага) и вводилась в персональный компьютер IBM-PC/AT-386 для текущей и последующей обработки.
В качестве адекватного стимула использовано сгибание центральной в РП вибриссы с удержанием ее в отклоненном положении в течение 0,1-1,0 с. Чтобы избежать неконтролируемых смещений, дальние от носа вибриссы, достигающие в длину 30-50 мм, билатерально укорачивались до 5-10 мм. Механический датчик представлял собой щуп, приклеенный на свободном конце пьезокерамической пластины, изготовленной в ОКБ "Пьезоприбор" РГУ, на которую подавалось напряжение от 60 до 1 В с выхода ЭСЛ-2, задающего амплитуду отклонения на конце щупа от 90 до 1,5 мкм. Метрологическая проверка показала линейную зависимость напряжения и амплитуды сгибания пьезокерамической пластины в используемом диапазоне, поэтому в опыте амплитуда отклонения щупа оценивалась по напряжению на выходе ЭСЛ-2.
Контролем попадания электродов в ПМСБ служили фокальные ВП, возникающие в ответ на легкое постукивание по контралатеральным вибриссам вручную, а затем с помощью тактильного датчика, запускаемого от ЭСЛ-2. Идентификация бочонковых колонок под каждым из микроэлектродов производилась следующим образом. Сравнивали наблюдаемые на мониторе фокальные ВП по их латентным периодам (ЛП), крутизне и амплитуде в ответ на последовательное сгибание вибрисс и устанавливали соответствие между корковым бочонком и центральной в РП вибриссой. Для уточнения идентификации центра РП производилась стимуляция ближайших к центру вибрисс со ступенчатым уменьшением амплитуды их отклонения. Серия стимулов определенной амплитуды предъявлялась ритмично с частотой 0,5 Гц. По 10-20 реализациям строились точечные или столбиковые перистимульные гистограммы (ПСГ) с бином 1-2 мс за период 100-500 мс. Сужение РП до одной вибриссы в случае ее центрального положения имело место при более низких амплитудах ее отклонения - пороговый тест /9/.
Определяли удельное количество фоновоактивных нейронов, по которому сравнивали исходный уровень возбуждения бочонковой колонки с уровнем, устанавливающимся после стимуляции ядер шва и в последействии резерпина. Нейроны с фоновой активностью исследованы в параллельных проходках, которые осуществлялись через всю толщину коры при межэлектродном расстоянии в склейке - 100 мкм. Треки располагались во фронтальных (AP - 2,0 и AP - 3,0) и сагиттальных (L - 5,0 и L - 6,0) плоскостях. На каждом из треков контролировали 60 точек с интервалом по глубине 30 мкм. Через 2-3 ч после введения резерпина (в/б 2,5 мг/кг), когда в соответствии с многочисленными литературными источниками наблюдается наиболее значительное снижение в мозге уровня СТ, и через 10 и 20 мин после электрической стимуляции ядер шва (частота 1 Гц, длительность серии стимулов 20 с, импульсы длительностью 0,1-1,0 мс, напряжение на выходе стимулятора 15 В) в тех же треках проводилась повторная регистрация фоновых импульсных разрядов. В ряде случаев была уверенность, что тот же нейрон наблюдали до и после введения препарата. В каждом опыте исследовалась также непосредственная динамика импульсной активности наиболее многочисленной группы нейронов, регистрируемых с помощью микроэлектродной склейки одновременно.
Координаты ядер шва определяли по атласу /19/. Стимулирующие электроды погружались с помощью микроманипулятора ММ-1 и под контролем бинокулярного микроскопа МБС-2 по координатам: АР - 6,6; L - 0,4; H - 4,5, с контролем погружения по индикатору глубины ГИ-100. Твердая мозговая оболочка предварительно удалялась. Стимулирующие монополярные полумикроэлектроды представляли собой вольфрамовые в стеклянной изоляции электролитически заточенные проволоки диаметром 50 мкм с сопротивлением 0,5 мОм. Верификацию треков стимулирующих электродов в ядрах шва осуществляли морфологически на парафиновых и замороженных с помощью сухого льда срезах. Выработка условного мигательного рефлекса (УР) осуществлялась по схеме классического обусловливания. Длительность УС и безусловного стимула (БС) равнялась 1 с, интервал между ними - 2 с, а сочетания УС и БС подавались с частотой 0,1 Гц. По каждому десятку стимулов строились ПСГ с квантом 2 мс за эпоху анализа 100 мс или 200 мс в фоне и 900 мс или 800 мс, соответственно, после предъявления УС. Реакции в ответ на обдувание роговицы при выработке мигательного УР, как правило, не регистрировались. Уровень выработки УР ограничивали предъявлением 50-60 подкреплений.
Частоту фоновой импульсации и характер взаимосвязи соседних корковых нейронов методом перекрестных интервальных гистограмм (ПИГ) исследовали до и в разные сроки после электрической стимуляции ядер шва. Частота импульсации нейронов измерялась с помощью частотомера Ч3-36 за 5-секундные интервалы времени.
Запуск стимуляции, амплитудная дискриминация, формирование и запись импульсной активности, а также оцифровка, построение и распечатка ПСГ, гистограмм межимпульсных интервалов (ГМИ) и ПИГ осуществлялись программными средствами. Статистическая обработка ПСГ состояла в вычислении с помощью программы "Statgraf" средней частоты импульсации, стандартной ошибки средней и достоверности различия средних по критерию Стьюдента: между фоновой и вызванной активностью - для установления эффективности каждого из стимулов; между реакциями по ходу выработки мигательного УР - для выявления условнорефлекторной пластичности. Пики на гистограммах считали значимыми, если они удовлетворяли критерию 2-сигма по отношению к среднему значению количества спайков в бине. Достоверность различий между выборочными распределениями оценивали по критерию Фишера.
Результаты исследования
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
