Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Пластические перестройки синаптической передачи 10
1.1.1. Долговременная потенциация и депрессия 10
1.1.2. Тета-пластичность 23
1.1.3. "Скрытая" пластичность (мета-пластичность) 27
1.2. Механизмы генерации и функциональное значение фоновой ритмической активности тета- частотного диапазона 30
1.3. Структурная и функциональная организация тактильного анализатора крысы 37
1.3.1 Структура поля вибрисс и их иннервация 38
1.3.2 Структурно-функциональная организация стволового отдела тактильного анализатора крысы 39
1.3.3 Структурно-функциональная организация таламического отдела тактильного анализатора крысы 41
1.3.4 Корковый уровень тактильного анализатора крысы 43
1.4. Краткая характеристика соматосенсорных вызванных потенциалов 54
Глава 2. Материал и методы исследования 61
2.1. Объект исследования 61
2.2. Методика проведения исследований 62
2.2.1. Операционная подготовка животных к экспериментам 62
2.2.2. Методы регистрации биоэлектрической активности и стимуляции 64
2.3. Приборы и оборудование 68
2.4. Методы анализа экспериментальных данных 70
2.4.1. Методы анализа фоновой фокальной биоэлектрической активности 70
2.4.2. Методы анализа вызванной фокальной биоэлектрической активности 70
Глава 3. Результаты исследования 72
3.1. Пластические перестройки фокальной вызванной активности при стимуляции корково-корковых входов 73
3.1.1. Влияние тетанизации корково-корковых входов колонок соматической коры с частотой 200 Гц 73
3.1.2. Влияние стимуляции ассоциативных корково-корковых входов колонок соматической коры на разных фазах тета-ритма 76
3.2. Пластические перестройки фокальных ответов корковыхколонок при избирательной тетанизации их специфических таламо-кортикальных афферентов 83
3.2.1. Влияние тетанизации специфических таламо-кортикальных афферентов с частотой 200 Гц 83
3.2.2. Влияние тетанизации специфического входа корковых колонок на разных фазах тета-ритма 88
3.3. Влияние функционального состояния на эффекты посттетанической пластичности 95
Глава 4. Обсуждение результатов 106
Выводы 115
Список научных сокращений 117
Список литературы 118
- Долговременная потенциация и депрессия
- Корковый уровень тактильного анализатора крысы
- Методы регистрации биоэлектрической активности и стимуляции
- Влияние тетанизации корково-корковых входов колонок соматической коры с частотой 200 Гц
Введение к работе
Актуальность исследования. Пластичность структурно-функциональной организации нервной системы является основным свойством мозга, определяющим не только процессы его индивидуального развития, но и закономерности формирования разных функциональных состояний мозга, а так же механизмы обучения и памяти. Важнейшую роль в механизмах обучения и памяти играют различные виды постстимульиой пластичности фокальной и импульсной активности нейронов: фасилитация и привыкание, умовнорефлекторная пластичность, посттетаническая долговременная потенциация (ДП) и депрессия (ДД) фокальных ответов (ФО) (Анохин, 1964; Котляр, 1977; Шульгина, 1978; Гасанов, 1986; Кураев, 1982; Сторожук, 1986; Вартанян, Пирогов, 1988; Клещевников, 1998а; Voronm L.L., 1986; Hyman et al., 2003).
В последние годы особую актуальность приобрели исследования механизмов посттетанической тета-пластичности, тесно связанной с наличием тета-ритма, как индикатора активного рабочего состояния мозга (Клещевников, 1998а; Holscher et al., 1997; Hyman et al., 2003). Однако, большинство работ по тета-пластичности выполнены на структурах гшшокампа (Клещевников A.M., 1998а, 19986; Huerta, Lisman, 1995; Holscher et al., 1997), а данные по посттетанической пластичности в новой коре, в частности в I соматосенсорной зоне крыс, очень немногочисленны и противоречивы. Так, некоторые авторы вообще отрицают возможность ДП первичных ответов (ПО) в соматической коре взрослых крыс, (Crair, Malenka, 1995; Isaac et all, 1997), объясняя возможность индукции ДП в первые дни постнатального развития наличием в этот период «молчащих» синапсов. Однако, другие получали ДП на срезах соматической коры при стимуляции подкоркового белого вещества или внутрикорковых путей (Lee, 1991; Aroniadou-Anderjaska, Keller, 1995), содержащих до 90% иеспецифических и ассоциативных волокон. Немногочисленные работы по изучению ДП на целом мозге в хроническом опыте также выполнены с использованием стимуляции или элементов IV слоя коры, или подкоркового белого вещества (Glazewskl et al., 1998; Ziakopoulos et al., 1999), т.е. при смешанной антидромной и ортодромной активации коры и совместной стимуляции не только специфических, но и неспецифических и ассоциативных афферентов, что затрудняет трактовку полученных результатов и не отвечает на вопрос о возможности ДП в специфических информационных таламо-кортикальных путях.
В связи с этим, целью данной работы стало исследование закономерностей и механизмов посттетанической тета-зависимой пластичности ФО идентифицированных колонок соматической коры взрослых крыс.
Были поставлены следующие задачи;
Исследовать возможность развития посттетанической пластичности в форме потенциации или депрессии ФО идентифицированных колонок соматической коры взрослых крыс.
Исследовать влияние высокочастотной тетанизации специфических таламо-кортикальных входов колонок соматической коры на последующую эффективность синаптической передачи афферентных сигналов в специфических таламо-кортикальных путях взрослых ненаркотизированных крыс.
Определить возможность возникновения ДП или ДД ФО корковых колонок после тетанизации их афферентных входов короткими пачками стимулов, подаваемых с частотой тета-ритма в управляемом on-line эксперименте.
Исследовать эффективность влияния пачечной тетанизации афферентных входов колонок на разных фазах коркового тета-ритма на характер посттетанических пластических изменений эффективности синаптической передачи.
5. Изучить роль неспецифических модулирующих систем, регулирующих функциональное состояние мозга, в развитии и поддержании эффектов посттетаническои синаптическоЙ пластичности ФО корковых колонок.
Научная новизна результатов исследования
Обнаружена возможность развития как посттетаническои депрессии, так и потенциации ФО идентифицированных колонок соматической коры взрослых ненаркотизированных крыс при активном состоянии неспецифических активирующих систем мозга, что отсутствовало в опытах других авторов, работавших ранее на срезах коры мозга и на наркотизированных препаратах.
Впервые установлено, что избирательная тетанизация специфических таламо-кортикальыых входов идентифицированных корковых колонок от соответствующих таламических баррелоидов способна вызвать посттетаиические пластические изменения ФО этих колонок как в форме депрессии, так и потенциации, что определяется силой тетанизации и функциональным состоянием колонки.
Впервые в опытах на идентифицированных колонках соматической коры взрослых ненаркотизированных крыс доказана возможность развития эффектов потенциации или депрессии ФО после пачечной тетанизации с частотой тета-ритма в управляемом on-line эксперименте.
Впервые показано наличие фазозависимых влияний пачечной тета-тетанизации на характер посттетаническои пластичности нейронов соматической коры взрослых ненаркотизированных крыс. Показано, что тетанизация на восходящей фазе тета-волны приводит преимущественно к развитию потенциации, тогда как на нисходящей положительной фазе тета-волны - посттетаническои депрессии ФО корковых колонок.
Впервые показано, что угнетение неспецифических ретикуло-корковых активирующих влияний при введении кетамина или нембутала приводит не только к подавлению тета-ритма и двигательной активности крысы, но и вызывает депотенциацию ранее полученной посттетанической потенциации ФО, что свидетельствует об участии неспецифических модулирующих влияний не только в развитии, но в поддержание эффекта посттетанической пластичности.
Научно-практическая значимость работы
Получены новые данные о механизмах ДП, важные для понимания нейрофизиологических основ длительных пластических перестроек, лежащих в основе процессов памяти.
Выявленные особенности ДП в соматической коре могут способствовать более глубокому пониманию процессов, лежащих в основе обучения, использоваться при планировании экспериментов, целью которых является изучение механизмов модификации синаптической передачи, при разработке нейронных сетей с синаптической пластичностью.
Полученные результаты могут быть использованы при чтении спецкурсов по физиологии ЦНС и психофизиологии на кафедре физиологии человека и животных, кафедре биофизики РГУ.
Основные положения, выносимые на защиту
В соматической коре взрослых ненаркотизированных крыс возможно получение длительной посттетанической потенциации ФО колонок благодаря наличию неспецифических ретикуло-корковых активирующих растормаживающих влияний, которые отсутствуют при работе на срезах мозга и подавлены у наркотизированных животных, что и требует применения там дополнительно антагонистов ГАМК - бикукуллина или пикротоксина для получения потенциации.
В идентифицированных колонках соматической коры возможно получение как посттетанической депрессии, так и потенциации ФО после избирательной тетанизации специфических таламо-кортякальных входов от соответствующих баррелоидов. Депрессия ФО развивается после более интенсивной тетанизации, вызывающей помимо начального афферентного торможения развитие возвратного последовательного торможения в тетанизируемых колонках.
В соматической коре крысы выявлен эффект тета-зависимой пластичности в форме потенциации или депрессии ФО колонок после тетанизации их афферентных входов пачками стимулов в тета-ритме. Посттетаническая потенциация ответов наблюдается преимущественно после тетанизации на отрицательной, а депрессия - положительной фазе тета-волн. Фазозависимый эффект тета-тетанизации обусловлен циклическим колебанием возбудимости корковых колонок в тета-ритме.
Неспецифические активирующие системы мозга участвуют не только в развитии, но и в поддержании процесса посттетанической потенциации, поскольку при подавлении ретикуло-корковых активирующих влияний введением снотворных (кетамина или нембутала) наряду с угнетением тета-активности и произвольных движений крысы развивается депотенциация ФО.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на XVII съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998), на Всероссийской научно-технической конференции "Нейроинформатика-99" (Москва, 1999), на XII международной конференции по неирокибернетике (Ростов-на-Дону, 1999), на VIII Всероссийском семинаре «Нейроинформатика и ее приложения» (Красноярск, 2000), на конференции молодых ученых Северного Кавказа по физиологии (Ростов-на-Дону, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции "Нейроинформатика-2001" (Москва, 2001), на XIII международной конференции по неирокибернетике (Ростов-на-Дону, 2002), на заседании Ученого Совета НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана РГУ (Ростов-на-Дону, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ. Личный вклад автора в опубликованном материале 55 %, объем 2 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав (обзор литературы, методика, результаты исследования, обсуждение результатов), выводов и библиографического указателя, включающего 226 отечественных и зарубежных источников. Работа иллюстрирована 24 рисунками.
Долговременная потенциация и депрессия
Изучение нейрональных механизмов, лежащих в основе процессов памяти и обучения, является одним из основных направлений исследований в современной нейробиологии, поскольку оба эти процесса являются тем базисом, на котором основано мышление и другие высшие функции мозга (Анохин, 1964; Симонов, 1979).
Основы современной теории обучения были заложены в начале двадцатого века, когда русский физиолог Иван Петрович Павлов выяснил механизм условного рефлекса. Изучая пищевые реакции собак, Павлов обнаружил, что условные рефлексы (например, выделение слюны в ответ на предъявление пищи) можно вызвать не связанными с ними раздражителями, например звуковым сигналом, при условии, что данный сигнал регулярно повторяется перед кормлением. Открытие Павлова, названное классическим обусловливанием, оставило столь глубокий след в психологии, что выработка условного рефлекса стала едва ли не синонимом научения.
Исследованиями Павлова и его учеников были выяснены основные принципы формирования условного рефлекса, роль различных структур мозга в формировании условно-рефлекторных связей и механизмы их взаимодействия. Однако на уровне физиологии нервных клеток изучение механизмов формирования и угашения условных рефлексов началось гораздо позднее.
В конце девятнадцатого века испанский нейроанатом и нейрогистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль выдвинул теорию памяти, согласно которой информация сохраняется в мозгу в результате изменения структуры связей между нейронами. Однако понадобилось еще более полувека, чтобы это прозорливое и обогнавшее время предположение получило экспериментальное подтверждение. В конце 1940-ых и в начале 1950-ых годов в нейрофизиологических исследованиях был сделан большой шаг вперед. Применение внутриклеточных микроэлектродов и электронной микроскопии позволило изучать синаптическую активность отдельных нейронов и визуализировать тонкую структуру синапсов. В 1949 г. Дональд Хебб предложил модель долговременной памяти на основе увеличения эффективности синаптических связей. Правила, сформулированные Хеббом, стали широко применяться в моделировании искусственных нейронных сетей, однако подтверждение их справедливости нейрофизиологическими фактами было получено не так скоро.
В 1973 году в двух сообщениях была описана долговременная потенциация синаптической передачи в моносинаптическом соединении в ЦНС млекопитающих. Эти две работы, проведенные на гиппокампе анестезированных (Bliss, Lomo 1973) и на неанестезированных (Bliss, Gardner-Medwin 1973) кроликов, вызвали большой интерес, потому что в них впервые было продемонстрировано нейрофизиологическое изменение в мозгу млекопитающих, обладающее значительной длительностью.
Эксперименты Bliss и коллег показали, что после тетанического раздражения афферентных волокон, идущих в составе перфорантного пути к синапсам зубчатой фасции, наблюдается существенное увеличение эффективности синаптической передачи. Изменения в виде 50%-ого увеличения амплитуды постсинаптического ответа продолжались в течение, по крайней мере, десяти часов в анестезированном препарате и до 16 недель в не анестезированном препарате после серии тетанизирующих стимулов. Этот эффект и был назван долговременной потенциацией (ДП). ДП определяется как устойчивое, относительно длительное увеличение постсинаптического ответа на постоянный афферентный залп после краткого тетанического возбуждения тех же самых афферентов. Таким образом, ДП представляет собой увеличение синаптической эффективности в моносинаптических путях, в результате тетанизации афферентного волокна. Сейчас это явление известно как гомосинаптическая ДП.
Результаты первых исследований ДП вызвали большой интерес из-за возможности того, что это явление из-за своей длительности и легкой воспроизводимости могло бы лежать в основе нейрофизиологических механизмов научения и долговременной памяти. На современном этапе данная проблема остается актуальной и привлекает к себе внимание многих исследователей.
Большое число работ, посвященных вопросам индукции ДП в стуктурах гиппокампа (Эзрохи с соавт., 1990; Маркович с соавт., 1993; Абрамец, 1995 и др.), обусловлено тем, что она является наиболее удобной моделью синаптической пластичности и легко воспроизводится в опытах in vivo и in vitro. В конце прошлого века стали появляться обширные обзоры посвященные исследованиям гшшокампальной ДП (Eccles, I9S3; Voronni, 1983; Discenna, Teyler, 1987; Collingridge, 1985; Goh, Sastry, 1986; Andersen et al., 1987; Collingridge, Bliss, 1987; Gustafsson, Wigstrom, 1988; Voronin, 1989). Для исследований ДП используются обычные электрофизиологические методы. Чаще всего для демонстрации ДП микроэлектродом регистрируют внеклеточно суммарный ФО нейронов, вызванный стимуляцией соответствующего моносинаптического пути. Для количественной оценки ДП измеряется любая медленная начальная волна ФО, которая является отрицательной на уровне дендритов пирамидных клеток, или быстрый компонент ФО, который является отрицательным в пирамидном слое. Быстрый компонент называют «популяционным спайком» (ПС), поскольку он отражает синхронизированные импульсные разряды нейронов. Медленную волну ФО часто называют «популяционным возбудительным постсинаптическим потенциалом» (популяционный-ВПСП), поскольку она отражает главным образом синаптические ВПСП.
Корковый уровень тактильного анализатора крысы
Первичная соматосенсорыая кора располагается в теменной области и имеет соматотопическую организацию. При этом более богато иннервированные части тела имеют большее представительство. Область проекции вибрисс у крысы в несколько раз превышает по площади область проекции тела и лап. Центр этой области имеет координаты 2 мм каудально от брегмы и 5,5 мм латерально (Сухов, 1992).
Клетки IV слоя соматической коры в зоне проекции вибрисс расположены не равномерно, а в виде овальных скоплений, названных из-за своей формы бочонками (barrel) (Welker, Woolsey, 1974; Коган, Сухов, 1977, и др.). Было показано, что в соматической коре крыс и мышей бочонки, как и вибриссы на морде, расположены 5 рядами. Ряд бочонков, соответствующий ряду А вибрисс располагается каудально в поле бочонков, а ряд соответствующий ряду Е вибрисс -медиарострально. В первых двух рядах А и В обычно содержится 5 бочонков, а в рядах С, D, Е их количество возрастает от б до 9, соответственно увеличению количества вибрисс на морде крысы.
Вулси и Ван дер Луз показали, что группировки нейронов в форме бочонков являются частным случаем общего принципа колончатой организации мозга, обусловленным дискретной иннервацией вибрисс на периферии (Woolsey, 1978). Дополнительные исследования с использованием введения меченного изотопа глюкозы и стимуляцией отдельной вибриссы, а так же результаты опытов с изучением пространственного распределения различных ферментов (Durham, Woolsey, 1977; Wallace, 1983; Land, Simons, 1985a, 1985b) демонстрируют включение бочонков в соответствующие корковые колонки с преимущественно вертикальной организацией связей внутри колонок. Размеры бочонков составляют 100-300 мкм. Их размер находится в прямой зависимости от величины соответствующей вибриссы и количества отходящих от нее нервных волокон. Каждый бочонок является зоной проекции в кору отдельной вибриссы, а вместе они формируют поле бочонков. Количество и взаимное пространственное расположение бочонков полностью соответствует расположению вибрисс. Нейроны более густо расположены по краю бочонка, формируя его стенку, а их дендриты направлены в полость бочонка. Между соседними бочонками расположены узкие перегородки, септы. Внутрикорковые связи между колонками осуществляются за счет нейронов лежащих выше и ниже бочонка. Было установлено, что при введении микродоз пероксидазы хрена или примулина в определенный бочонок меченые путем ретроградного аксонного транспорта нейроны располагались в соседних колонках в радиусе до 500 мкм от места инъекции, главным образом - на уровне V слоя и частично во ІТ-Ш слоях. На уровне IV слоя меченых нейронов практически не выявлялось (Сухов, 1992). В ряде морфологических работ при использовании ретроградного и антер оградно го транспорта, а также мечения глюкозой были показаны более тесные внутрикорковые связи между колонками одного ряда, по сравнению с колонками из соседних рядов (Ito, 1981; Chmielovska et al., 1986; Bernardo et al„ 1990; Armstrong-James et al., 1991; Hoeflmg et al., 1995 и др.).
В ряде работ была продемонстрирована зависимость развития бочонков в коре от плотности периферической иннервации соответствующих вибрисс, свидетельствующая о существенной роли периферической афферентации в формировании бочонков. Было показано, что коагуляция отдельных фолликулов или рядков фолликулов вибрисс у новорожденных мышей нарушает образование соответствующих им бочонков и не затрагивает формирование в коре тех бочонков и рядов бочонков, фолликулы вибрисс которых не были коагулированы (Van der Loos, Woolsey, 1978; Weller, Johnson, 1975; Kellackey e.a., 1976). Такое повреждение эффективно только в течение первой недели постнатального развития животных. Повреждение фолликулов позже 6 дней с момента рождения не препятствует развитию соответствующих бочонков в коре (Weller, Johnson, 1975; Woolsey, Wann, 1976). Эти и многочисленные другие данные свидетельствуют о решающем значении специфической афферентации в формировании колонок в соматической коре.
При изучении организации таламо-кортикальных входов в соматическую кору из вентрального релейного ядра таламуса рядом авторов (Woolsey et al., Ї979; Harris, Woolsey, 1981; Подладчикова, Лапенко, 1982; Лапенко, 1983; Keller et al., 1985) было показано четкое совпадение локализации таламо-кортикальных афферентов в коре с расположением бочонков. Было показано, что дендриты большинства клеток (85%) IV слоя соматической коры в зоне проекции вибрисс не выходят за пределы одного бочонка, в пределах которого расположены нейроны, и лишь у 15% нервных клеток разветвления их дендритов распространяются за пределы бочонка. Для нейронов стенок был показан преимущественно асимметричный характер роста дендритов, направленный в полость соответствующего бочонка навстречу входящим сюда таламо-кортикальным афферентам.
Методы регистрации биоэлектрической активности и стимуляции
Первичная соматосенсорыая кора располагается в теменной области и имеет соматотопическую организацию. При этом более богато иннервированные части тела имеют большее представительство. Область проекции вибрисс у крысы в несколько раз превышает по площади область проекции тела и лап. Центр этой области имеет координаты 2 мм каудально от брегмы и 5,5 мм латерально (Сухов, 1992).
Клетки IV слоя соматической коры в зоне проекции вибрисс расположены не равномерно, а в виде овальных скоплений, названных из-за своей формы бочонками (barrel) (Welker, Woolsey, 1974; Коган, Сухов, 1977, и др.). Было показано, что в соматической коре крыс и мышей бочонки, как и вибриссы на морде, расположены 5 рядами. Ряд бочонков, соответствующий ряду А вибрисс располагается каудально в поле бочонков, а ряд соответствующий ряду Е вибрисс -медиарострально. В первых двух рядах А и В обычно содержится 5 бочонков, а в рядах С, D, Е их количество возрастает от б до 9, соответственно увеличению количества вибрисс на морде крысы.
Вулси и Ван дер Луз показали, что группировки нейронов в форме бочонков являются частным случаем общего принципа колончатой организации мозга, обусловленным дискретной иннервацией вибрисс на периферии (Woolsey, 1978). Дополнительные исследования с использованием введения меченного изотопа глюкозы и стимуляцией отдельной вибриссы, а так же результаты опытов с изучением пространственного распределения различных ферментов (Durham, Woolsey, 1977; Wallace, 1983; Land, Simons, 1985a, 1985b) демонстрируют включение бочонков в соответствующие корковые колонки с преимущественно вертикальной организацией связей внутри колонок. Размеры бочонков составляют 100-300 мкм. Их размер находится в прямой зависимости от величины соответствующей вибриссы и количества отходящих от нее нервных волокон. Каждый бочонок является зоной проекции в кору отдельной вибриссы, а вместе они формируют поле бочонков. Количество и взаимное пространственное расположение бочонков полностью соответствует расположению вибрисс. Нейроны более густо расположены по краю бочонка, формируя его стенку, а их дендриты направлены в полость бочонка. Между соседними бочонками расположены узкие перегородки, септы. Внутрикорковые связи между колонками осуществляются за счет нейронов лежащих выше и ниже бочонка. Было установлено, что при введении микродоз пероксидазы хрена или примулина в определенный бочонок меченые путем ретроградного аксонного транспорта нейроны располагались в соседних колонках в радиусе до 500 мкм от места инъекции, главным образом - на уровне V слоя и частично во ІТ-Ш слоях. На уровне IV слоя меченых нейронов практически не выявлялось (Сухов, 1992). В ряде морфологических работ при использовании ретроградного и антер оградно го транспорта, а также мечения глюкозой были показаны более тесные внутрикорковые связи между колонками одного ряда, по сравнению с колонками из соседних рядов (Ito, 1981; Chmielovska et al., 1986; Bernardo et al„ 1990; Armstrong-James et al., 1991; Hoeflmg et al., 1995 и др.).
В ряде работ была продемонстрирована зависимость развития бочонков в коре от плотности периферической иннервации соответствующих вибрисс, свидетельствующая о существенной роли периферической афферентации в формировании бочонков. Было показано, что коагуляция отдельных фолликулов или рядков фолликулов вибрисс у новорожденных мышей нарушает образование соответствующих им бочонков и не затрагивает формирование в коре тех бочонков и рядов бочонков, фолликулы вибрисс которых не были коагулированы (Van der Loos, Woolsey, 1978; Weller, Johnson, 1975; Kellackey e.a., 1976). Такое повреждение эффективно только в течение первой недели постнатального развития животных. Повреждение фолликулов позже 6 дней с момента рождения не препятствует развитию соответствующих бочонков в коре (Weller, Johnson, 1975; Woolsey, Wann, 1976). Эти и многочисленные другие данные свидетельствуют о решающем значении специфической афферентации в формировании колонок в соматической коре.
При изучении организации таламо-кортикальных входов в соматическую кору из вентрального релейного ядра таламуса рядом авторов (Woolsey et al., Ї979; Harris, Woolsey, 1981; Подладчикова, Лапенко, 1982; Лапенко, 1983; Keller et al., 1985) было показано четкое совпадение локализации таламо-кортикальных афферентов в коре с расположением бочонков. Было показано, что дендриты большинства клеток (85%) IV слоя соматической коры в зоне проекции вибрисс не выходят за пределы одного бочонка, в пределах которого расположены нейроны, и лишь у 15% нервных клеток разветвления их дендритов распространяются за пределы бочонка. Для нейронов стенок был показан преимущественно асимметричный характер роста дендритов, направленный в полость соответствующего бочонка навстречу входящим сюда таламо-кортикальным афферентам.
Влияние тетанизации корково-корковых входов колонок соматической коры с частотой 200 Гц
Влияние стимуляции ассоциативных входов с частотой 200 Гц. На момент начала выполнения данной работы не было данных о возможности возникновения ДП в соматической коре взрослых ненаркотизированных крыс, а некоторые авторы отрицали возможность развития ДП в соматической коре взрослых крыс (Crair, Malenka, 1995; Isaac et all, 1997). Поэтому, в первой серии экспериментов стимуляцию проводили по схеме, которая позволяет вызывать ДП в ггашокампе как in vitro так и in vivo (Voronin, 1989). Для этого стимулировали область ассоциативной перигранулярной зоны коры, имеющую по литературным данным тесные двусторонние связи с зоной проекции вибрисс тремя сериями импульсов длительностью серии по 1 с и частотой импульсов в серии 200 Гц, интервал между сериями составлял 20 с. Результаты одного из таких опытов представлены на Рис. 3.1 и 3.2. На рисунке 3.1 представлена динамика изменения амплитуд ПО за время всего опыта. На этом рисунке показаны амплитуды ПО, усредненных по 30 реализациям, и стандартное отклонение. За 100% принята амплитуда ПО контрольной серии. В этом опыте в первой контрольной серии в ответ на тестирующую одиночную стимуляцию ассоциативной коры, находящейся на расстоянии 1 мм каудальнее от поля бочонков, были получены ВП бочонков Е2 и ЕЗ с хорошо выраженным ПО, следующим за ним медленным отрицательным потенциалом и вторичными разрядами (Рис. 3.1.1, 3.2.7). После этого были проведены две серии тетанизирующих воздействий, результатом которых стала длительная (десятки минут) депрессия ВП в обоих бочонках (Рис. 3.1.2, 3.2.2). Умеренная, порядка 20%, депрессия наблюдалась уже после первой тетанизации. Более выраженная, порядка 40-50% депрессия развилась после второй тетанизации, при этом наблюдалось уменьшение амплитуды как ПО, что может быть обусловлено изменением свойств пресинаптических бутонов таламо-кортикальных афферентов, так и вторичных разрядов, которые определяются свойствами внутрикорковых связей нейронов колонки. Третья тетанизация, проведенная через 20 минут, не привела к значительным изменениям амплитуды ПО (Рис. ЗЛ.З, 3.2.3), тогда как последующая, четвертая тетанизация - вызвала усиление ДД в бочонке ЕЗ и частичное восстановление ответов в бочонке Е2 (Рис. 3.1.4, 3.2.4). то есть наблюдалось разнонаправленное изменение амплитуды ПО после последней четвертой тетанизации. Этот факт наглядно демонстрирует возможность развития в разных колонках соматической коры разнонаправленных эффектов синаптической пластичности, как усиления депрессии, так и восстановления амплитуды ВП после высокочастотной тетанизации корково-корковых входов, даже в соседних бочонках.
Таким образом, уже первая серия наших экспериментов убедительно показала возможность развития посттетанических пластических изменений в соматической коре взрослых крыс, что ранее ставилось под сомнение. При этом, однако, депрессия ВП после высокочастотной тетанизации входов развивается чаще, чем потенциация (Таблица 3.1).
В последние годы всё больше внимания привлекает феномен тета-пластичности, который был выявлен в ряде работ на гиппокампе (Клещевников, 1998). Однако, на соматической коре крыс этот феномен был исследован очень мало, причем в основном на срезах мозга где естетственный тета-ритм фактически отсутствует. Поэтому, в следующей серии экспериментов для ответа на вопрос о возможности получения эффектов тета-пластичности в S1 проводили пачечную тетанизацию ассоциативных входов соматосенсорной коры с учетом частоты и фазы доминирующего тета-ритма. Тетанизировали корково-корковые входы из удаленных от исследуемого бочонков соматической коры или из ассоциативной коры, имеющей тесные связи с соматической корой, расположенной на 1 мм каудальнее поля бочонков. В этих опытах после 17 случаев пачечной тетанизации на отрицательной фазе тета-ритма в большинстве случаев наблюдалось увеличение амплитуды ФО как на первый, так и на второй тестирующие стимулы, поданные с интервалом 50 мс (10 случаев КП, 2 случая ДП и 5 случаев КД), а 22 пробы с тетанизацией на положительной фазе тета-волн приводили к последующей депрессии или депотенциации ПО на тестирующую стимуляцию (18 случаев КД и 4 случая ДД). Проведение повторных тетанизирующих воздействий ранее, чем через 30 минут после предыдущей тетанизации, приводило к депрессии амплитуды ВП на первый и второй стимулы в паре в ответ на тетанизацию как на положительной, так и на отрицательной фазе тета-ритма (Рис. 3.5.4).
Так, в одном из опытов проводили пачечную тетанизацию на разных фазах тета-ритма корково-корковых входов от ассоциативной коры, расположенной на 1 мм каудальнее поля бочонков и имеющей тесные связи с соматической и окружающей ее перигранулярной корой. В этом опыте первая тетанизация на отрицательной фазе тета-ритма привела к росту амплитуды ПО как в ассоциативной (Рис. 3.3), так и в перигранулярной (Рис. 3.4) и соматической (Рис. 3.5) коре, по сравнению с контрольной серией. Амплитуда ФО в ассоциативной и перигранулярной коре выросла в два раза, а в зоне бочонков увеличение амплитуды было несколько меньше. После этого в течение 30 минут амплитуда ФО снижалась на 15-50%, причем в зоне боченков, наиболее удаленной от точки тетанизации, это снижение происходило быстрее, чем в ассоциативной и перигранулярной коре.
