Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы .13
1.1. Структурно-функциональная организация центрального ядра задних холмов 13
1.1.1. Анатомическое строение задних холмов 13
1.1.2. Связи центрального ядра задних холмов 14
1.1.3. Строение центрального ядра задних холмов 19
1.1.4. Тонотопическая организация центрального ядра 22
1.1.5. Организация частотных рецептивных полей нейронов центрального ядра 25
1.1.6. Временные характеристики активности нейронов центрального ядра 28
1.2. Структурно-функциональная организация слуховой коры 32
1.2.1. Подразделение слуховой коры на субдомены 32
1.2.2. Поля слуховой коры домовой мыши 35
1.2.3. Связи первичного и переднего слуховых полей .36
1.2.4. Афференты ультразвукового поля слуховой коры домовой мыши .39
1.2.5. Тонотопическая организация первичных полей слуховой коры .39
1.2.6. Организация частотных рецептивных полей нейронов первичной слуховой коры 40
1.2.7. Временные свойства активности нейронов первичной слуховой коры .42
Глава 2. Методы исследования 46
2.1. Объект исследования и подготовка животного к эксперименту 46
2.2. Экспериментальные установки и системы звукогенерации
2.2.1. Экспериментальная установка для регистрации активности нейронов центрального ядра задних холмов мыши 49
2.2.2. Экспериментальная установка для регистрации активности нейронов слуховой области коры мыши 51
2.3. Регистрация импульсной активности нейронов 55
2.3.1. Регистрация импульсной активности нейронов центрального ядра заднего холма мыши 55
2.3.2. Регистрация импульсной активности нейронов первичной слуховой коры мыши 56
2.4.Процедурапроведения экспериментовианализ данных 56
2.4.1. Выделение ответов нейронов центрального ядра и первичной слуховой коры мыши 56
2.4.2. Картирование частотных рецептивных полей нейронов центрального ядра 57
2.4.3. Определение локализации и границ первичных слуховых полей коры мыши 59
2.4.4. Картирование частотных рецептивных полей нейронов первичной слуховой коры 60
2.5.Анализответовнейроновистатистическая обработка данных 62
2.5.1. Анализ ответов нейронов центрального ядра заднего холма 62
2.5.2. Анализ ответов нейронов первичной слуховой коры 63
Глава 3. Временные характеристики активности нейронов центрального ядра заднего холма среднего мозга .65
3.1. Распределение нейронов по функциональным группам .65
3.2. Исследованиевременныхузоров разрядовцентральногоядра 68
3.2.1. Основные типы временных узоров разрядов нейронов 68
3.2.2. Исследование временных узоров разрядов нейронов центрального ядра заднего холма при действии стимулов характеристической частоты 70
3.2.3. Исследование динамики временных узоров разрядов во всем возбудительном рецептивном поле нейрона 75
3.3. Исследованиелатентных периодовответов нейронов центрального ядра 84
3.3.1. Динамика латентных периодов ответов в периферической части возбудительного рецептивного поля 85
3.3.2. Особенности латентных периодов ответов нейронов на тональные стимулы характеристической частоты уровнем выше 30 дБ над порогом 86
3.3.3. Исследование динамики латентных периодов ответов в центральной области частотного возбудительного рецептивного поля нейрона. 93
3.3.4. Особенности ответа, вызванного окончанием сигнала (off-ответа) у нейронов центрального ядра 100
Глава 4. Временные характеристики активности нейронов первичной слуховй коры 109
4.1. Основные свойства импульсной активности нейронов первичной слуховой коры и характеристики их частотных рецептивных полей...110
4.2. Особенности спонтанной активности нейронов первичной слуховой коры мыши 114
4.3. Особенности временных узоров разрядов (паттернов активности) нейронов первичной слуховой коры 115
4.4. Особенности латентных периодов ответов нейронов слуховой коры при действии стимулов характеристической частоты 116
4.5. Диапазон изменения латентных периодов ответов нейронов слуховой коры по рецептивному полю 119
4.6. Динамика латентных периодов ответов нейронов слуховой коры в зависимости от интенсивности сигнала 121
4.7. Динамика латентных периодов ответов нейронов слуховой коры во всем частотном возбудительном рецептивном поле 123
Глава 5. Обсуждение 140
5.1. Временные характеристики импульсной активности нейронов центрального ядра задних холмов 140
5.1.1. Временные узоры разрядов нейронов центрального ядра задних холмов 140
5.1.2. Латентные периоды ответов нейронов центрального ядра задних холмов 142
5.1.3. Специализация первично-подобных, тормозно-зависимых и V-образных нейронов на уровне слухового центра среднего мозга 145
5.2. Частотно-временные характеристики активности нейронов первичной слуховой коры 146
5.2.1. Основные свойства импульсной активности нейронов слуховой коры и характеристики их частотных рецептивных полей.. 146
5.2.2. Временные узоры разрядов нейронов первичной слуховой коры 148
5.2.3. Латентные периоды ответов нейронов первичной слуховой коры 149
Выводы 157
Список литературы
- Анатомическое строение задних холмов
- Экспериментальная установка для регистрации активности нейронов центрального ядра задних холмов мыши
- Основные типы временных узоров разрядов нейронов
- Динамика латентных периодов ответов нейронов слуховой коры в зависимости от интенсивности сигнала
Анатомическое строение задних холмов
Центральное ядро представляет собой образование яйцевидной формы с выростом в области дорсомедиального полюса (Willott, 1983). Границы центрального ядра были определены путем получения срезов заднего холма толщиной 40 – 60 мкм и их окраски по методу Ниссля. Кроме того, для определения границ центрального ядра использовались срезы, окрашенные протарголом (протеинатом серебра). Было показано, что вблизи от границ центрального ядра плотность клеточных элементов уменьшается, а пространство между ними занимают проводящие пути, ограничивая плотный нейропиль, характерный для центрального ядра. Наиболее примечательным свойством центрального ядра является его слоистая организация: нейроны, а также их дендриты и аксоны имеют тенденцию располагаться упорядоченно, образуя чередующиеся слои клеток и нейропиля (Willott, 1983).
На сегодняшний день среди различных видов млекопитающих наиболее изученным является клеточное строение центрального ядра задних холмов кошки (Rockel, Jones,1973; Morest, Oliver, 1984; Oliver, Morest,1984; Oliver et al, 1991, 1995). В ходе исследований, выполненных с использованием метода Гольджи для окраски нервной ткани, были выделены два основных типа нейронов центрального ядра заднего холма – веретеновидные (основные, дисковидные) клетки и звездчатые (мультиполярные) клетки (рис. 1.6).
Веретеновидные клетки (disc-shaped cells, basic cells) составляют более 70 % объема центрального ядра (почти три четверти нейронов), участвуя в формировании слоистой организации ядра. Дендритные деревья этих клеток, имеющие дисковидную форму, ориентированы вдоль своей продольной оси параллельно восходящим волокнам латеральной петли (Oliver et al., 1991; Malmierca et al., 1993, 1995). Веретеновидные клетки изучались у кошки (Oliver, 1984), мыши (Meininger et al., 1986), летучей мыши (Zook et al., 1985), крысы (Faye-Lund, 1985, Malmierca et al., 1993) и человека (Geniec, Morest, 1971). Было показано, что эти нейроны имеют сходное строение у различных видов высших млекопитающих – они структурно упорядочены, образуют слои нервных клеток, обладая при этом высокой плотностью и протяженностью дендритных контактов (Oliver et al., 1991; Malmierca et al., 1993, 1995). Диаметр дендритного дерева веретеновидного нейрона кошки составляет 50-120 мкм, а длина может достигать 1 мм. Эти размеры, как правило, являются видоспецифичными.
Вторым основным типом нейронов центрального ядра у кошки являются звездчатые клетки (stellate cells), составляющие около 25% популяции нейронов центрального ядра и имеющие, как правило, разветвленные дендритные деревья (радиальной и сферической формы) (Oliver, Shneiderman, 1991, Oliver, 2000). У крысы для обозначения звездчатых нейронов в международных публикациях
Основные типы нейронов центрального ядра заднего холма кошки. А – дисковидный нейрон. В – звездчатый нейрон (Oliver et al., 1991). принят термин «less-flat cells» (Oliver, 2000). Расположение звездчатых клеток в пределах центрального ядра упорядоченности не имеет – они располагаются отдельными группами, примыкающими к соседним слоям, получая входы от нескольких слоев. Их дендриты ориентированы перпендикулярно относительно дендритных деревьев дисковидных клеток (Wagner, 1994). Аксоны и аксональные коллатерали звездчатых клеток также участвуют в формировании слоистой структуры центрального ядра (Ehret, 1997).
Веретеновидные клетки могут подразделяться по размеру (могут быть крупными, средними или мелкими), звездчатые клетки – по сложности дендритного дерева (могут иметь простые или сложные дендритные деревья). Плотность дендритных шипиковых контактов, а также число (и типы) аксосомальных входящих синаптических контактов могут различаться у разных видов клеток (Oliver, 1984; Ribak, Roberts, 1986). Вопрос о функциональных различиях основных типов клеток центрального ядра остается до конца не изученным. Логично предположить, что морфологические различия веретеновидных и звездчатых клеток связаны с различными функциями этих нейронов.
Тонотопическая организация центрального ядра Строгая и упорядоченная тонотопия является важным свойством структур слуховой системы, проявляющимся как на низких (уровень улитки), так и на более высоких уровнях, в том числе и в центральном ядре задних холмов. Карты представительства частот в задних холмах исследовались электрофизиологически, а также с применением иммуноцитохимических методов (метод C-fos, использование 14С-дезоксиглюкозы), у различных видов млекопитающих (Merzenich, Reid, 1974; Fitzpatrick, 1975; Roth et al., 1978; Semple, Aitkin, 1979; Serviere et al., 1984; Webster et al., 1984; Stiebler, Ehret, 1985; Huang, Fex, 1986; Martin et al., 1988; Ehret, Fischer, 1991; Friauf, 1992; Ehret, Romand, 1994). В исследованиях, выполненных на кошке (Serviere et al., 1984), на приматах (Webster et al., 1984) и на мыши (Ehret, Fischer, 1991) с использованием всех вышеуказанных методов, было выявлено одно и то же местоположение представительства определенных частот в центральном ядре задних холмов. У кошки слои веретеновидных клеток формируют дискретные единицы, шириной приблизительно 200 мкм каждая (Schreiner, Langner, 1997), настроенные на близкие частоты. Эти частотные слои проходят через все центральное ядро до границы с дорсальной корой заднего холма. (Merzenich, Reid, 1974; Schreiner, Langner, 1997). Подробное электрофизиологическое картирование представительства частот в центральном ядре задних холмов мыши привело к созданию модели частотной организации центрального ядра, состоящей из изочастотных плоскостей (слоев), форма которых показана на рисунке 1.7 (Stiebler, Ehret, 1985)
Дорсальная кора и латеральное ядро задних холмов не включены в схему частотного представительства в задних холмах мыши, приведенную на рисунке 1.7, и, возможно, характеризуются собственной тонотопией, практически неизученной на сегодняшний день (Ehret, 1997). 4. По всей видимости, упорядоченная слоистая структура центрального ядра обеспечивает наблюдаемую в нем строгую тонотопию.
Трехмерная диаграмма изочастотных плоскостей в задних холмах мыши (Stiebler, Ehret, 1985). Подобный порядок расположения плоскостей типичен для большинства видов млекопитающих. Частоты, принадлежащие к каждой плоскости, зависят только от частотного диапазона слуха соответствующего животного.
Микроэлектродная регистрация активности групп нейронов и отдельных клеток в центральном ядре кошки показала, что характеристическая частота нейронов изменяется с шагом 175 ± 83 мкм, в дорсолатерально-вентромедиальном направлении (вглубь центрального ядра) (рис. 1.8). В пределах каждого слоя характеристические частоты нейронов возрастают в ростро-каудальном направлении с шагом приблизительно 0,25 октавы. Шаг между слоями по частоте составляет около 0,28 октавы (Schreiner, Langner, 1997). Наличие такого шага изменения частоты может определять максимальное число слоев, доступное для кодирования частот в центральном ядре.
Экспериментальная установка для регистрации активности нейронов центрального ядра задних холмов мыши
При регистрации активности нейронов слуховой коры в качестве регистрирующих электродов использовали изолированные лаком вольфрамовые микроэлектроды. Кончик каждого электрода электролитически затачивали в 10% растворе KNO2 до достижения диаметра 1 – 3 мкм, после чего изолировали ацетоновым лаком. Сопротивление кончика готового электрода составляло 3 - 8 мОм. Регистрирующий электрод закрепляли в держателе шагового электродвигателя (PM 10-1, Германия). Индифферентный электрод – платиновая проволока – располагался в мягких тканях головы животного. Регистрирующие электроды вводили ортогонально поверхности мозга в каудальную часть височной коры левого полушария (поле 41), соответствующую расположению слуховой коры мыши.
Нейрональные ответы усиливали в 10000 раз, отфильтровывали (0,3-10 кГц, усилитель DAM80) и выводили параллельно на четырехканальный осциллограф (Tektronix 5113), громкоговоритель и оконный дискриминатор (WPI, 120) для дальнейшей регистрации в форме стандартных импульсов и введения в XT-совместимый компьютер для «on-line» и «off-line» анализа.
При выделении ответов нейронов центрального ядра заднего холма, и выполнении аналогичной процедуры для первичной слуховой коры поиск нейронов осуществляли аудиовизуально, отслеживая появление вызванного потенциала и импульсного ответа нейрона, синхронизованного с отметкой стимула, по экрану осциллографа и звуку из наушников.
Эксперимент начинали с определения возбуждающей характеристической частоты выделенного нейрона (ХЧВ), т. е. частоты, на которую нейрон отвечал при наименьшей интенсивности сигнала, и порога его ответа на тональный сигнал ХЧВ длительностью 100 мс, включая время нарастания и спада 5 мс. После выделения ответа нейрона на поисковый стимул проводили процедуру картирования возбудительного и тормозного частотных рецептивных полей. частотных рецептивных полей нейронов центрального ядра заднего холма
В ходе картирования осуществлялась on-line реконструкция областей возбуждающего ответа нейрона в координатах частота – интенсивность стимула при предъявлении одиночного тонального сигнала, а также областей возбуждения и торможения - при двухтоновой стимуляции (рис 2.6, а-г) (Егорова и др., 2002; Egorova et al., 2001). Тональные сигналы длительностью 50 мс, временем нарастания и спада 5 мс предъявляли с интервалом 300 мс. В двухтоновой парадигме один тон (тестирующий) соответствовал ХЧВ нейрона уровнем 10 дБ над порогом ответа, другой (кондиционирующий) начинался на 5 мс раньше и заканчивался одновременно с тестирующим. Кондиционирующий тон варьировал в широком диапазоне частот и интенсивностей, который распространялся как на область возбудительного ответа нейрона, так и на его тормозные зоны. Измерения производили во всем частотном диапазоне слуховой чувствительности мыши (3 -80 кГц) и при интенсивностях сигнала от пороговых до 80 дБ над порогом ответа нейрона (что соответствует -20 - 90 дБ УЗД).
При реконструкции частотных рецептивных полей нейронов осуществляли троекратное рандомизированное предъявление каждого сигнала, представляющего собой одну из возможных комбинаций 16 фиксированных частот и 16 интенсивностей. Иными словами, случайным образом предъявляли 256 различных тонов. Частотный диапазон картирования задавали в октавной шкале относительно ХЧВ нейрона. Как правило, он охватывал две октавы ниже и одну октаву выше ХЧВ нейрона. Шаг по частоте составлял 1/16 от заданного частотного диапазона в логарифмическом масштабе. Шаг по интенсивности составлял 5 - 7 дБ.
Ответы нейронов поступали в компьютер в форме стандартных импульсов. Количество спайков в ответе нейрона на каждое из трех предъявлений тонального стимула отображалось в виде столбика на карте рецептивного поля в точке, координаты которой соответствовали частоте и интенсивности этого стимула. Высота столбика была пропорциональна количеству спайков в ответе (рис.2.6, а, в). При компьютерной статистической оценке распределения областей возбуждения и торможения в рецептивном поле нейрона (программа Mapdir MAPX_AN2)
В верхней части рисунка - оформление дисплея в программе RESPMAP при тестировании области возбудительного ответа нейрона одиночными тонами (а) и в программе MAPX_AN2 при анализе частотных свойств его активности (б). На а – высота каждого из трех столбцов на диаграмме пропорциональна числу спайков в ответе нейрона на каждое предъявление стимула. На б - статистическая оценка распределения областей возбуждения в рецептивном поле нейрона, основанная на данных диаграммы (а). Линии соединяют области равного ответа. Внешняя линия (красная) соответствует областям, в которых вероятность средней величины ответа на 10% превышает среднюю спонтанную активность, вычисленную за 2880 мс.
В нижней части рисунка - оформление дисплея в программе RESPMAP при тестировании областей торможения и возбуждения в рецептивном поле нейрона комбинациями из двух тонов (в) и в программе MAPX_AN2 при анализе частотных свойств рецептивных полей (г). Незаштрихованные столбцы в нижней части диаграммы (в) демонстрируют ответ нейрона на тональный сигнал ХЧВ уровнем 10 дБ над порогом ответа, т.е. на тестирующий тон. г - статистическая оценка распределения областей торможения и возбуждения, основанная на данных диаграммы (в). Линии соединяют области равного торможения. Внешние линии (синие) соответствуют областям, в которых величина ответа на 10% меньше ответа на тональный сигнал ХЧВ уровнем 10 дБ над порогом ответа. Внутренние линии (черные) соответствуют областям ответа, на 20% меньшего, чем ответ на тестирующий тон. По оси абсцисс - частота, кГц; по оси ординат - УЗД, дБ аттенюации. отклонение вероятности средней величины ответа нейрона на три предъявления стимула на 10% по сравнению со средней спонтанной активностью (или с ответом на тестирующий тон в случае двухтонового торможения) служило критерием определения порога возбуждения (торможения) тонических единиц (рис. 6, б, г). Для нейронов с фазным разрядом критерием порога было возникновение одного импульса на три предъявления стимула.
Ввиду выраженности у мышей индивидуальных топографических различий в локализации полей слуховой коры для определения их границ у каждого животного производили картирование слуховой коры с шагом, в различных экспериментах составлявшим 200 – 500 мкм вдоль ростро-каудальной оси и 100 – 300 мкм вдоль дорсо-вентральной оси. Основным критерием при локализации первичного и переднего слуховых полей коры служило наличие тонотопической организации с градиентом частот по ростро-каудальной оси, показанное в работе Stiebler с соавт. (Stiebler et al., 1997). В первичном слуховом поле характеристические частоты нейронов убывали в ростро-каудальном направлении, в переднем слуховом поле порядок частот инвертировался, т.е. они возрастали в ростро-каудальном направлении (рис. 2.7). Ультразвуковое поле слуховой коры мыши, как правило, определялось по присутствию в нем нейронов с ХЧВ, превышающими 40 кГц, не представленных в первичном и переднем слуховых полях.
Локализация исследуемых нейронов в слуховой коре определялась по стереотаксическим координатам расположения кончика микроэлектрода, а также путем фиксации каждой точки введения электрода при помощи фотокамеры (SONY DSC-W520, разрешение 14,1 мПикс). На рисунке 2.7 приведена карта слуховой коры домовой мыши, полученная в процессе эксперимента и демонстрирующая взаиморасположение первичного и переднего слуховых полей. Рис. 2.7. Карта первичной слуховой коры мыши, полученная в эксперименте. На карте отмечены точки погружения электрода в мозг (черные кружки), предполагаемая граница между первичным (AI) и передним (AAF) слуховыми полями (волнистая линия). Цифрами обозначены ХЧВ зарегистрированных в соответствующих точках нейронов (кГц), б/о – точки, где не был зарегистрирован ответ на звук. Стрелками указаны направления, в которых возрастали ХЧВ нейронов, зарегистрированных в полях AI и AAF. Указаны направления ростро-каудальной и дорсо-вентральной осей (стрелками, в левом нижнем углу изображения), а также калибровка (200 мкм, в нижнем правом углу изображения).
Основные типы временных узоров разрядов нейронов
Спонтанная активность нейронов центрального ядра не имела упорядоченной временной структуры и представляла собой отдельные импульсы, генерируемые нейроном вне зависимости от предъявления звукового стимула. Основными временными свойствами импульсной активности центральных слуховых нейронов, характеризующими развитие и протекание реакции нейрона на звуковой стимул, являются временные узоры разрядов (паттерны активности) нейронов и латентные периоды их ответов на данный сигнал. а
Диаграммы распределения возбудительных и тормозных частотных входов в рецептивном поле двух V-образных нейронов (а,б), настроенных на разные участки частотного диапазона слуховой чувствительности мыши, демонстрирующие широкие области возбудительного ответа нейронов этой группы, симметрично ограниченные областями торможения с низко- и высокочастотной сторон. Обозначения – как на рис. 3.1.
Исследование временных узоров разрядов нейронов центрального ядра 3.2.1. Основные типы временных узоров разрядов нейронов
С помощью анализа полученных при регистрации клеточной активности перистимульных гистограмм и растровых диаграмм ответов нейронов была произведена оценка их временных узоров разрядов. В настоящей работе применялась классификация паттернов активности нейронов, ранее использованная при исследовании временных свойств ответов нейронов центрального ядра задних холмов мыши на стимулы ХЧВ (Егорова, 2008). В соответствии с данной классификацией были выделены следующие типы временных узоров разрядов нейронов, отвечающих импульсной активностью на звуковой стимул: 1. тонический, отличающийся равномерным распределением спайков в течение всего действия звукового сигнала (рис. 3.4,а); 2. фазно тонический, имеющий тонический ответ с выраженным начальным фазным компонентом в виде нескольких, быстро следующих один за другим спайков (рис.
Образцы перистимульных гистограмм ответов нейронов, демонстрирующие основные типы временных узоров их разрядов: а – тонический, б – фазно-тонический, в – паузный, г – позднелатентный, д – пачечный, е – фазный. Ширина бина – 2 мс. Жирная горизонтальная линия под каждой гистограммой – отметка стимула. По оси абсцисс – длительность, мс; по оси ординат – скорость разряда нейрона, спайк/сек. Кроме того, как отдельная форма ответа слухового нейрона может рассматриваться ответ на окончание предъявления стимула - т.н. «off-ответ» (рис. 3.4., а - д).
В ответах практически всех исследованных нейронов можно было выделить начальный фазный компонент и следующий за ним тонический компонент, либо один из них. На рисунке 3.5 представлен нейрон с фазно-тоническим ответом на звуковой стимул, содержащим фазный и тонический компоненты.
Исследование временных узоров разрядов нейронов центрального ядра заднего холма при действии стимулов характеристической частоты
Фундаментальной характеристикой всех слуховых нейронов является возбуждающая характеристическая частота нейрона (ХЧВ), т.е. та частота сигнала, при которой для данного нейрона характерен минимальный порог ответа. Поэтому рассмотрение временных характеристик активности одиночных нейронов центрального ядра заднего холма было начато с анализа их особенностей при действии стимула ХЧВ.
Разряды нейронов каждой из трех основных групп демонстрировали все типы временных узоров (рис. 3.4, 3.6, 3.7). Частота встречаемости паттернов ответов нейронов на тональный сигнал ХЧВ уровнем 30-40 дБ над порогом различалась для каждой из трех групп с высокой степенью достоверности (2-тест, р 0.001). Первично-подобные нейроны отличались выраженным тоническим компонентом ответа, т.е. демонстрировали тонический, фазно-тонический, паузный или позднелатентный типы временного узора разряда. Менее пятой части исследованных первично-подобных нейронов (18.0%, 9 единиц) отвечали на сигнал ХЧВ уровнем 30-35 дБ над порогом ответа фазным разрядом (рис. 3.6, а).
Тормозно-зависимым нейронам также были свойственны тонические характеристики активности. Такие нейроны отличались паузным и позднелатентным, в меньшей степени – тоническим и фазно-тоническим паттернами активности (24 единицы, рис. 3.6, б). Более 20% тормозно-зависимых нейронов (10 единиц, около 23% от общего числа нейронов этой группы) отвечали на сигнал ХЧВ уровнем 30-35 дБ над порогом фазным или пачечным разрядом. Из 10 тормозно-зависимых нейронов с закрытым возбудительным рецептивным полем, описанных выше, 9 единиц проявляли фазные характеристики активности, один нейрон был позднелатентным (рис. 3.6, б).
Доля тормозно-зависимых нейронов с позднелатентным типом паттерна активности составляла более 18% от общего числа нейронов этой группы (18.2%, 8 нейронов), в то время как доля таких нейронов среди единиц с частотными рецептивными полями «первично-подобного» типа была существенно ниже (8.0%, 4 нейрона).
V-образные нейроны отличались преимущественно фазным либо пачечным типом временного узора разряда (32 нейрона – 78.0% от общего числа исследованных V-образных нейронов, рис.3.6, в). Остальные нейроны с V-образными частотными рецептивными полями демонстрировали паузный (4 нейрона), позднелатентный (3 нейрона), тонический (1 нейрон) и фазно-тонический (1 нейрон) паттерны активности (рис. 3.6, в).
Анализ динамики паттернов ответов нейронов в зависимости от интенсивности сигнала ХЧВ показал, что более половины исследованных нейронов сохраняли один и тот же тип временного узора разряда при изменении уровня звука (74 нейрона, т.е. 54.8% от всех исследованных нейронов, рис. 3.7). Постоянным паттерном активности при действии стимула ХЧВ отличались 21 первично-подобный; 22 тормозно-зависимых и 31 V-образный нейрон, что составляло 42.0%, 50.0% и 75.6% от всех нейронов каждой группы соответственно. а % 50 30 10 Тонический Фазно- Паузный Поздне- Пачечный Фазный тонический латентный
Остальные нейроны (45.2 %, 61 нейрон) характеризовались изменением паттерна активности с ростом уровня тона ХЧВ. Как правило, такие нейроны утрачивали выраженный тонический компонент ответа. Иными словами, при возрастании уровня сигнала от 40 до 60-80 дБ над порогом ответа нейрона происходило уменьшение числа единиц с тоническим и фазно-тоническим типами временного узора разряда и увеличение доли фазных, позднелатентных и паузных нейронов. Уменьшение доли единиц с выраженным тоническим компонентом в ответе чаще всего было сопряжено со сменой фазно-тонического разряда паузным (14 нейронов), пачечного и паузного – фазным (17 нейронов), а также с переходом паузного типа паттерна активности в позднелатентный (14 нейронов). Остальные отмеченные у таких нейронов способы смены паттернов активности при возрастании уровня тона ХЧВ были уникальны. Всего было отмечено 25 способов изменения паттерна активности с ростом интенсивности стимула, 23 из них приводили к тому, что исследуемый нейрон отвечал на стимул ХЧВ уровнем 70-80 дБ над порогом ответа позднелатентным, фазным или паузным разрядом.
Таким образом, полученные результаты указывают на большую стабильность фазных и пачечных паттернов ответов V-образных нейронов на сигнал ХЧВ по сравнению с нейронами двух других групп, в ответах которых преобладают типы временных узоров разрядов с выраженным тоническим компонентом. Эти паттерны активности (тонический, фазно-тонический, паузный, позднелатентный) являются более пластичными, чем фазный и пачечный типы ответов V-образных нейронов, проявляясь и исчезая в активности нейрона с изменением уровня стимула ХЧВ. В то же время, тормозно-зависимые нейроны с закрытыми возбудительными рецептивными полями по особенностям паттернов ответов на сигнал ХЧВ сходны с V-образными нейронами.
Динамика латентных периодов ответов нейронов слуховой коры в зависимости от интенсивности сигнала
Приведенные на рисунке 4.9 диаграммы распределения числа нейронов, подразделенных на категории на основании величины изменения их латентностей относительно латентного периода ответа нейрона на сигнал ХЧВ, демонстрируют, что наибольший разброс значений латентностей у нейронов всех первичных полей характерен для позднелатентного ответа, развивающегося с латентным периодом, превышающим измеренный при предъявлении тонов ХЧВ на 50 – 70 мс. В поле AI разница между минимальным латентным периодом ответа во всем рецептивном поле нейрона и латентностью, измеренной при действии стимула ХЧВ, составляла 3 – 60 мс (в среднем - 24.2 ± 12.2 мс), в поле AAF – от 2 до 61 мс (в среднем – 18.8 ± 11.1 мс), в поле UF диапазон этой величины также составлял 2 – 61 мс (в среднем – 15.8 ± 14.4 мс). Значения разности максимального латентного периода во всей области возбудительного ответа нейрона и его латентности при действии стимула ХЧВ также изменялись в широких пределах в каждом из полей. В поле AI эта величина составляла у разных нейронов 14 – 82 мс (в среднем – 54.1 ± 15.4 мс), в поле AAF – от 6 до 79 мс (в среднем – 58 ± 16 мс), в поле UF ее значения у разных нейронов занимали диапазон 14 – 77 мс (в среднем, 52.7 ± 21.2 мс).
Таким образом, оценка величины изменения латентных периодов ответов в возбудительных рецептивных полях нейронов относительно латентности, измеренной при предъявлении сигнала ХЧВ, выявила как большой разброс этого параметра у разных нейронов, так и высокие средние значения изменения латентностей в каждом из первичных полей, что указывает на высокую вариабельность латентных периодов ответов корковых слуховых нейронов в их частотных возбудительных рецептивных полях.
После того, как была выполнена количественная оценка латентных периодов ответов нейронов, вызванных сигналами ХЧВ, а также величины изменения латентностей во всей области возбудительного ответа нейрона, была предпринята попытка охарактеризовать изменение латентных периодов ответов нейронов первичной слуховой коры в зависимости от интенсивности предъявляемых стимулов. Для этого производилось усреднение латентных периодов ответов, измеренных при всех частотах сигнала, возбуждающих нейрон, и одинаковых интенсивностях. Иными словами, для каждого уровня сигнала было получено усредненное по всем частотам значение латентного периода ответа (см. рис. 4.8).
В каждом из первичных слуховых полей регрессионный анализ выявил достоверную взаимосвязь усредненных таким образом латентных периодов ответов от уровня сигнала, выражавшуюся в уменьшении латентных периодов ответов нейронов с ростом уровня сигнала от порогового до 70 дБ над порогом ответа (рис. 4.10), причем полученные для трех полей зависимости были очень близки (рис. 4.10, а – в).
Распределение латентных периодов ответов нейронов первичной слуховой коры в зависимости от интенсивности сигнала. а – первичное слуховое поле, б – переднее слуховое поле, в – ультразвуковое поле, г – суммарное распределение по всем полям коры. Линии на каждой диаграмме соответствуют приведенным на них уравнениям регрессии.
В полях AI и AAF степень достоверности этой зависимости была высока (p 0.01) (рис. 4.10 а, б), в поле UF достоверность взаимосвязи усредненных латентных периодов ответов и интенсивности стимула была невысокой (p 0.05) (рис. 4.10, в).
Степень уменьшения латентных периодов ответов с возрастанием уровня сигнала также практически не отличалась у нейронов разных полей. У нейронов поля AI средняя величина уменьшения латентности составляла 17 ± 4.2 мс, в поле AAF латентные периоды ответов, в среднем, уменьшались на 15 ± 3.7 мс, среднее уменьшение латентностей нейронов поля UF с ростом уровня стимула составляло 16 ± 4 мс. На рис. 4.11 приведены усредненные зависимости латентностей нейронов от интенсивности стимула, полученные для полей AI, AAF и UF fcjj l
Усредненная зависимость латентных периодов ответов нейронов первичной слуховой коры от интенсивности сигнала. Пунктирная линия и треугольные маркеры – первичное слуховое поле AI, сплошная линия и квадратные маркеры – переднее слуховое поле AAF, точечная линия и ромбовидные маркеры – ультразвуковое поле UF. На графиках указаны стандартные отклонения средних значений латентностей нейронов. По оси абсцисс – уровень звукового давления, дБ над порогом ответа, по оси ординат – латентный период ответа, мс.
Динамика латентных периодов ответов нейронов слуховой коры во всем частотном возбудительном рецептивном поле
Анализ величин латентных периодов ответов нейронов слуховой коры на стимулы, охватывающие всю область возбудительного ответа нейрона, выявил их крайне высокую вариабельность с изменением параметров сигнала. У всех исследованных нейронов латентные периоды ответов изменялись более, чем на 2 мс, в зависимости от характеристик стимула. Лишь 5 нейронов (около 3.5%) демонстрировали изменения латентностей по возбудительному рецептивному полю (рис. 4.12), не превышающие 6 мс. Из этих нейронов четыре были локализованы в поле AAF; активность еще одного нейрона была зарегистрирована в поле AI. Единственный нейрон поля AI, латентный период ответа которого изменялся не более, чем на 6 мс при изменении параметров сигнала, имел частотное возбудительное рецептивное поле V-образного типа – схема распределения латентностей в области возбудительного ответа этого нейрона приведена на фрагменте «а» рисунка 4.12. Три из четырех нейронов поля AAF, демонстрировавших изменение латентностей в возбудительном рецептивном поле, не превышающее 6 мс, также были V-образными. Для одного из них цифровая диаграмма распределения латентных периодов по рецептивному полю представлена на рисунке 4.12, б. Четвертый нейрон был отнесен к группе мультипиковых, на фрагменте «в» рисунка 4.12 представлено распределение латентных периодов ответов в его возбудительном рецептивном поле.
Таким образом, увеличением или уменьшением латентного периода ответа в возбудительном рецептивном поле с изменением характеристик сигнала отличалось подавляющее большинство исследованных нейронов – 98.7% единиц в поле AI, 92.0% – в поле AAF, и все нейроны поля UF.
Почти у 40% нейронов (39.6%, 56 единиц) возбудительное рецептивное поле можно было подразделить на центральную и периферическую части на основе величин латентных периодов ответов на сигналы, попадающие в эти области (рис. 4.13). В центральной части возбудительного рецептивного поля латентные периоды ответов у таких нейронов, в основном, не превышали 40 мс, а диапазон их изменения в зависимости от характеристик сигнала был не более 15 – 20 мс. На периферии области возбудительного ответа наблюдалась полоса ответов с латентными периодами, превышающими 40 мс, в пределах которой диапазон изменения латентностей составлял 20 – 70 мс (рис. 4.13). Среди нейронов с подобным типом изменения латентных периодов ответов в возбудительном рецептивном поле почти 45% (44.6%, 25 единиц) составляли V-образные нейроны поля AI, один из которых представлен на фрагменте «а» рисунка 4.13. Еще 7
