Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. 10
1.1. Структурно-функциональная организация коры головного мозга в эволюции млекопитающих 10
1.1.1. Структурно-функциональная организация новой и лимбической коры 11
1.1.2. Структурно-функциональная организация старой коры (гиппокамп) 17
1.2. Роль гиппокампа в регуляции высших нервных функцийу млекопитающих 23
1.3. Роль неирогормонов гипоталамуса в регуляции высшей нервной деятельности у млекопитающих 33
1.3.1. Тиролиберин 33
1.3.2. Вазопрессин 38
Глава 2. Методика исследований 46
2.1. Оборудование и материалы 47
2.2. Подготовительный этап обучения 49
2.3. Выработка следовых условных реакций 49
2.4. Долговременная память 49
2.5. Исследуемые параметры 49
2.6. Хирургические процедуры 50
2.7. Опыты со стимуляцией 51
2.8. Введение нейропептидов 51
2.9. Гистология 51
2.10. Статистический анализ 51
Глава 3. Результаты исследований
3.1. Особенности следовых условных рефлексов и долговременной памятиу ежей 52
3.1.1. Особенности СУР 52
3.1.2. Особенности долговременной памяти 56
3.2. Влияние высокочастотной электростимуляции полей СА1 и САЗ дорсального гиппокампа на СУР у ежей 58
3.2.1. Эффекты стимуляции поля СА1 58
3.2.2. Эффекты стимуляции поля САЗ 61
3.3. Влияние вазопрессина и тиролиберина на СУР и долговременную память у ежей 65
3.3.1. Эффекты вазопрессина 66
3.3.2. Эффекты тиролиберина 67
3.3.3. Влияние вазопрессина и тиролиберина на долговременную память у ежей. 70
3.4. Влияние высокочастотной электростимуляции полей СА1 и САЗ гиппокампа на СУР у ежей при предварительном введении вазопрессина и тиролиберина 72
3.4.1. Эффекты ВП на фоне стимуляции поля СА1 72
3.4.2. Эффекты ВП на фоне стимуляции поля САЗ 75
3.4.3. Эффекты ТРГна фоне стимуляции поля СА1 76
3.4.4. Эффекты ТРГ на фоне стимуляции поля САЗ 78
3.5. Особенности следовых условных рефлексов и долговременной памятиу кроликов 79
3.5.1. Особенности СУР. 79
3.5.2. Особенности долговременной памяти 82
3.6. Влияние высокочастотной электростимуляции полей СА1 и САЗ дорсального гиппокампа на СУР у кроликов 84
3.6.1. Эффекты стимуляции поля СА1 84
3. б. 2 . Эффекты стимуляции поля САЗ 83
3.7. Влияние вазопрессина и тиролиберина на СУР и долговременную память у кроликов 89
3.7.1. Эффекты вазопрессина 89
3.7.2. Эффекты тиролиберина 91
3.3.1. Влияние вазопрессина и тиролиберина на долговременную память 92
3.8. Влияние высокочастотной электростимуляции полей СА1 и САЗ гиппокампа на СУР у кроликов при предварительном введении вазопрессина и тиролиберина 94
3.8.1. Эффекты ВП на фоне стимуляции поля СА1 94
3.8.2. Эффекты ВП на фоне стимуляции поля САЗ 95
3.8.3. Эффекты ТРГна фоне стимуляции поля СА1 99
3.8.4. Эффекты ТРГна фоне стимуляции поля САЗ 100
3.9. Влияние стимуляции аркуатного ядра гипоталамуса на СУР у кроликов при предварительном введении вазопрессина и тиролиберина 101
3.9.1. Эффекты стимуляции гипоталамуса 101
3.9.2. Эффекты ВПна фоне стимуляции гипоталамуса 103
3.9.3. Эффекты ТРГ на фоне стимуляции гипоталамуса 105
Глава 4. Обсуждение результатов 107
Выводы 117
Список литературы 119
Список используемых сокращений 164
Таблицы и приложения 165
- Структурно-функциональная организация новой и лимбической коры
- Структурно-функциональная организация старой коры (гиппокамп)
- Особенности СУР
- . Эффекты стимуляции поля САЗ
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии и нейробиологии является изучение закономерностей регуляции и коррекции процессов памяти. Важная роль в регуляции мнемотропных функций отводится гиппокампальной системе (Виноградова, 1975; О'Мага et al., 2000; Nadel, Moscovitch, 2001; Eichenbaum, 2001, 2003; Mclntyre et al., 2002; Takehara et al. 2002; Davidson, Jarrard, 2004). Данные о функциях гиппокампа в процессах памяти на ранних этапах эволюции млекопитающих (насекомоядные) практически отсутствуют, между тем это интересно с той точки зрения, что насекомоядные имеют мало дифференцированную кору головного мозга и являются тем этапом, на котором впервые в филогенезе позвоночных происходит дифференциация гиппокампа на основные его поля СА1 - САЗ (West et. al., 1984; Schwerdtfeger, 1984).
Важной основой для понимания процессов памяти является исследование взаимоотношений кардиореспираторных функций с функциями центральной нервной системы, единство взаимодействия которых обеспечивает эффективную умственную деятельность. Известно, что кардиореспираторные функции при умственной работе и нервно-эмоциональном напряжении могут значительно изменяться (Симонов, 1981; Судаков, 1984). Однако, в современной литературе практически отсутствуют систематизированные данные об особенностях вегетативных компонентов различных видов памяти в эволюционном ряду млекопитающих.
В настоящее время, существуют работы доказывающие, что центральная координация автономной активности локализована не только в гипоталамусе, амигдале, фронтальной коре (Sei, Morita, 1996), но и гиппокамп является частью нейрональных сетей, причастных к модуляции вегетативных функций (Ruit, Neafsey, 1988). Однако, данные о роли гиппокампа в регуляции вегетативных компонентов высших нервных функций на ежах единичны, выполнены на модели простых оборонительных условных реакций (УР), на частично обездвиженных животных (Рыжаков, 1987). Между тем, комплексное изучение двигательного и вегетативного компонентов памяти и роли гиппокампа в их регуляции, в условиях свободного поведения, на экологически адекватной модели - пищевом поведении - имеет принципиальное значение. Полагают, что следовые условные реакции (СУР) представляют собой модель гишюкамп-зависимого теста на память (Christian, Thompson, 2003; McEchron et al., 2003; Misane et al., 2005).
Среди регуляторов физиологических функций особое внимание уделяется нейропептидам (Клуша, 1984; Якимовский, 1996, 1998; Ашмарин и соавт., 1999). В настоящее время одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии является вопрос о регуляторнои и компенсаторной роли неиропептидов на процессы памяти. К числу положительных модуляторов памяти относят гипоталамические нейрогормоны: вазопрессин (ВП) (De Wied et al., 1984; Ашмарин, Титов, 1991; Alesio-Lautier et al., 2000; Dietrich et al., 2001; Mishima et al., 2003; Paban et al., 2003) и тиролиберин (ТРГ) (Molchan et al., 1992; Khan et al., 1994; Ogasawara et al., 1996; Чепурнов и соавт., 2002). В настоящее время ВП и ТРГ внедряют в клинику для лечения ряда неврологических заболеваний и амнезий. Клинические данные по их применению противоречивы. Экспериментальные исследования на животных выполнены в основном в тестах с отрицательным подкреплением и оценивающих лишь изменение одного компонента, преимущественно двигательного, или в условиях патологических состояний (De Wied, 1984; Dietrich et al., 2001; Mishima et al., 2003; Paban et al., 2003). Мало изученным остается влияние этих нейрогормонов на процессы ВНД при свободном передвижении животных и сопоставлении изменений сердечно-сосудистых и дыхательных реакций. Последние могут иметь весьма важное значение, поскольку установлено участие ТРГ (Михайлова и соавт., 2002, 2003; Инюшкин, 2004) и ВП (Кс et al., 2002; Cunningham et al., 2002) в центральной регуляции кардиореспираторных функций. Работы в таком аспекте на низших млекопитающих (насекомоядные, зайцеобразные) немногочислены (Кривченко и соавт., 2000; Жуковская, 2000). Ранее в опытах на обезьянах с мультипараметрической регистрацией моторных, ЭЭГ и вегетативных показателей было установлено, что на уровне приматов ВП и ТРГ принимают специфическое участие в регуляции филогенетически различных видов памяти и их различных компонентов (Соллертинская, Коринкина, 1999; Соллертинская, 2001, 2003). Однако особенности сравнительного формирования влияния ВП и ТРГ на вегетативные показатели памяти у низших млекопитающих изучены недостаточно.
Поскольку гиппокамп содержит значительное количество ВП (Hawthorn et al., 1984) и ТРГ (Low et al., 1989) и рецепторов к ним (Manaker et al., 1985; Alescio-Lautier et al., 2000), то полагают, что мнемотропные эффекты данных неиропептидов могут реализовываться через структуры гиппокампа. Работ в таком аспекте на насекомоядных в свободном поведении с регистрацией объективных показателей ВНД в доступной нам литературе не обнаружено.
Цель исследования.
Целью настоящей работы являлось сравнительно-физиологические исследование особенностей вегетативного обеспечения процессов памяти, роли гиппокампа (поля СА1 и САЗ) в их регуляции, а также влияние нейропептидов: вазопрессина и тиролиберина в опосредовании этих влияний на деятельность новой коры в восходящем ряду млекопитающих: насекомоядные, зайцеобразные.
Задачи исследования:
Исследовать на модели пищевого поведения у ежей и кроликов особенности дыхательного, сердечного и двигательного компонентов следовых условных рефлексов (СУР) и долговременной памяти.
Изучить роль вазопрессина и тиролиберина в регуляции вегетативных и моторных показателей СУР и долговременной памяти.
Изучить роль основных полей гиппокампа (СА1, САЗ) в регуляции вегетативных и моторных показателей СУР.
Исследовать у ежей и кроликов роль вазопрессина и тиролиберина в опосредовании влияний гиппокампа на деятельность новой коры и вегетативные показатели СУР.
Положения, выносимые на защиту:
У ежей подкожное введение ВП и ТРГ осуществляет неспециализированное общеоблегчающее (для ВП) и общетормозное (для ТРГ) влияние на вегетативные компоненты СУР. У кроликов выявляется отчетливая тенденция во влиянии этих нейрогормонов на различные вегетативные показатели СУР: ТРГ - на дыхательные, ВП - на сердечные.
На уровне насекомоядных стимуляция полей СА1 и САЗ гиппокампа осуществляет однотипное общеоблегчающее неспециализированное влияние на вегетативные показатели СУР. Влияние поля СА1 более значительно. У кроликов стимуляция полей СА1 и САЗ гиппокампа оказывает дифференцированное тормозного типа влияние на различные компоненты СУР.
У ежей, в условиях отсутствия тормозных влияний гиппокампа на деятельность новой коры, предварительное введение ВП приводит к потенциированию активирующего
общеоблегчающего влияния на вегетативные показатели памяти. Эффекты предварительного введения ТРГ неотчетливы. У кроликов введение ТРГ усиливает тормозные влияния стимуляции гиппокампа на гомеостатические показатели СУР.
Научная новизна исследования.
Впервые в условиях свободного поведения с регистрацией вегетативных показателей ВНД получены сравнительно физиологические данные, свидетельствующие об особенностях вегетативных компонентов СУР у двух представителей млекопитающих: насекомоядных и зайцеобразных. Показано, что у ежей типичной формой вегетативных реакций СУР являются налично-следовые, и отсутствие определенного паттерна ответа. У кроликов возрастает уровень следовых реакций, которые составляют по дыхательному компоненту — 85 %, по сердечному - 65 %. Получены новые данные о том, что у ежей влияние ВП и ТРГ более выражено на фоновые показатели и носит дифференцированный характер. На вегетативные показатели СУР влияние ВП общеоблегчающее, неспециализированное, тонического типа; ТРГ - неспециализированного тормозного характера. Получены новые сравнительные данные о том, что у насекомоядных стимуляция полей СА1 и САЗ дорсального гиппокампа осуществляет однонаправленное растормаживающее влияние на вегетативные компоненты СУР. У кроликов поля СА1 и САЗ гиппокампа оказывают тормозное влияние дифференцировыанного характера на различные вегетативные показатели СУР. Влияние СА1 более выражено. Впервые получены новые данные о роли гиппокампальных структур в опосредовании влияний ВП и ТРГ на деятельность новой коры и показана разница в характере и типе этих влияний у двух представителей млекопитающих.
Научно-практическая значимость работы.
Полученные сравнительно-физиологические данные имеют, прежде всего, теоретическое значение. Они расширяют имеющиеся представления о путях формирования регулирующего влияния гиппокампа на интегративную деятельность мозга в восходящем ряду млекопитающих, а также дополняют имеющиеся данные о регуляции гиппокампом висцеральных функций у низших млекопитающих. Полученные данные о влиянии ТРГ и ВП на вегетативные функции расширяют представления о включении этих нейропептидов в регуляцию кардиореспираторных функций на низших уровнях эволюции млекопитающих. Особенности влияния этих нейропептидов на вегетативные компоненты
условно-рефлекторной памяти на фоне стимуляции гиппокампа дополняют представления о нейрохимических механизмах, лежащих в основе влияния гиппокампа на интегративную деятельность мозга.
Полученные данные представляют определенный интерес и для клинической медицины с точки зрения возможности более специфического применения нейрогормонов для купирования висцеральных нарушений при различных ишемических заболеваниях и нормализации мозгового кровообращения.
Апробация диссертационного материала.
Основные результаты работы были доложены и обсуждены:
на XVIII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001),
на международной конференции "Нейрофармакология" (Иваново, 2002),
на межлабораторном заседании лабораторий сравнительной физиологии дыхания и сравнительной физиологии мозжечка Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (2003),
на всероссийской конференции "Пластичность и структурно-функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга" (Москва, 2003),
на международном научном симпозиуме "Integrative Physiology and Behaviour" (Санкт-Петербург, 2004),
на XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004),
на международной школе-симпозиуме IBRO. Advanced School of Neuroscience "Receptors, channels, messengers" (Ялта, 2004),
на III конференции Украинского общества нейронаук с международным участием (Донецк, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ: 7 тезисов и 2 статьи
Структурно-функциональная организация новой и лимбической коры
Морфология коры полушарий большого мозга млекопитающих описана во множестве работ (Campell, 1905; Brodmann, 1909; Филимонов, 1949; Поляков, 1965; Zilles et al., 1980; Krubitzerb, 1995; De Felipe et al., 2002).
Новая кора млекопитающих имеет шестислойное строение. Слои отличаются друг от друга по ширине, густоте расположения клеточных элементов, их форме и величине. В связи с этим Brodmann (1909) разделил кору на цитоархитектонические поля. Установлено, что чем выше стоит животное в филогенетическом ряду млекопитающих, тем более четко дифференцированы кортикальные поля и модульные подразделения внутри них (Филимонов, 1949; Поляков, 1962; Kaas, 1993, 1995; Krubitzer, 1998). Если у низших млекопитающих основные зоны анализаторов (зрительная, слуховая, соматосенсорная) еще нечетко отграничены друг от друга, то на более высоких ступенях эволюции происходит разграничение ядерных зон всех основных анализаторов с выделением в них основных и вторичных сенсорных полей (Diamond, Hall, 1969; Radinsky, 1975; Kaas, 1993; Northcutt, Kaas, 1995; Krubitzer, 1998; Aboitiz et al., 2002; Montagnini, Treves, 2003). Усложнение механизмов коркового синтеза связано с прогрессивным развитием в эволюции млекопитающих ассоциативных образований, в которых имеет место широкая конвергенция и интеграция афферентных потоков различной модальности (Полякова, 1977; Богословская, Поляков, 1981). По мнению Поляковой (1977), у более низко организованных млекопитающих в связи с отсутствием или слабым обособлением ассоциативных областей полисенсорные элементы включены в проекционные отделы, где осуществляются основные функции не только анализа, но и синтеза. У более высокоорганизованных животных основная масса нейронов сосредотачивается в отчетливо очерченных анатомических областях, которые играют специальную роль в интегративной деятельности коры (Поляков, 1965; Зворыкин, 1993). Ассоциативные поля располагаются, в основном, в лобных и теменных областях коры. В эволюции млекопитающих происходит усложнение внутренней структуры новой коры, заключающееся в усовершенствование аппарата ассоциативных и проекционных связей (Herrik, 1933; Kappers et al., 1936), дифференцировки нейронной организации (Богословская, Поляков, 1981), связанной с появлением разнообразных форм нейронов, увеличением их общего числа и переходных форм между ними, четким распределением по слоям, с дальнейшим усовершенствованием механизма синаптической передачи импульсов в коре (Саркисов, Поляков, 1949; Ливанов, 1955; Поляков, 1964).
Таким образом, прогрессивное развитие новой коры у млекопитающих заключается в увеличении ее общей площади в пределах конечного мозга, в усложнении внутренней структуры, в развитии рецептивных и эфферентных связей, образовании вторичных сенсорных полей. Это приводит к усложнению когнитивных, сенсорных процессов и поведения в целом.
Отряд насекомоядных рассматривают как потомков общих предков, давших начало всем современным линиям млекопитающих (Jane, Schreeder, 1971; Батуев, 1973; Карамян, 1976; Butler, 1994; Northcutt, Kaas, 1995). Полагают, что план организации мозга насекомоядных является предшественником для дальнейшего его усовершенствования в восходящем ряду млекопитающих.
По данным Филимонова (1949) вся нижняя поверхность полушария ежей занята аллокортексом, т.е. древней и старой корой, занимающей 67,6 % всей поверхности полушария. Неокортекс ежа, по его данным, составляет 32,4 % поверхности всей коры. По данным Schober и Brauer (1975) этот процент ниже - 26,3 %. У ежей общий размер поверхности полей неокортекса одного полушария, включая лимбическую кору, составляет только 15 мм2. Неокортекс у них не покрывает верхние и нижние холмики среднего мозга (Krubitzer et al., 1997). Ринальная борозда (s. rinalis) слабо выражена (Курепина, 1981). Мозолистое тело отсутствует. Области конечного мозга, такие как пириформная кора и обонятельная луковица превышают в три раза поверхность неокортекса (Krubitzer et al., 1997). У ежей при общем кортикальном объеме 575 мм3, кора лобной доли составляет всего 24 мм3 (это 4 % от общей площади коры). Гранулярная префронтальная кора у ежей отсутствует (Brodmann, 1913).
Установлено, что млекопитающие с малым мозгом и малой поверхностью неокортекса имеют слабо дифференцированные кортикальные слои (Brodmann, 1909; Stephan, Andy, 1964; Ebner, 1969; Diamond, Hall, 1969; Kaas et al., 1970; Walsh, Ebner, 1970; Карамян, 1976; Батуев и соавт., 1980; Stephan et al., 1991). Клеточная дифференциация неокортекса у насекомоядных незначительна, IV слой четко не выделяется (Rehkamper, 1981; Garey et al., 1985; Rowe 1990; Glezer et al., 1993; Fitzpatrick and Henson, 1994; Krause and Saunders, 1994; Nieuwenhuys 1994; Harman et al, 1995). Kunzle и Rehkamper (1992) смогли у щетинистого ежа идентифицировать только комбинированный слой III/IV.
В отличие от сумчатых, мозг насекомоядных характеризуется пространственно разнесенными фокусами проекций слуховой, зрительной и соматической афферентации на латеральной поверхности коры, типичными для всех плацентарных млекопитающих, хотя еще имеет место перекрытие этих зон (Lende, Sadler, 1967; Ebner, 1969; Lende, 1969; Пирогов, Малюкова, 1976). В современной морфологической литературе наиболее изучен мозг щетинистого ежа (Krubitzer et al., 1997). Неокортекс у насекомоядных разделяется на ряд сенсорных и, возможно, моторных областей. Функциональная значимость этих областей изучена не достаточно. Полагают, что у щетинистого ежа существует три соматосенсорных поля (Krubitzer et al., 1997). Основное поле (SI) по локализации и соматотопической организации сходно с аналогичными полями у других млекопитающих (Kaas, 1983; Johnson, 1990), но у ежа слой гранулярных клеток слабо выражен (Rehkamper, 1981; Kunzl and Rehkamper, 1992). У всех представителей млекопитающих это поле получает проекции от вентрозадних ядер таламуса. Однако, для ежа эта особенность не установлена (Krubitzer et al., 1997). Второе соматосенсорное поле (S2) является добавочным представительством кожных рецепторов. Нейроны третьего поля (R), расположенные в коре ростральнее поля S1, реагируют на кожную и мышечную стимуляцию. Предполагают, что именно это поле является гомологом премоторных и/или префронтальных полей высших млекопитающих (Krubitzer et al., 1997). Masterton и Skeen (1972) и Reep (1984) обнаружили у ежей проекции из медио-дорсального таламического ядра во фронтальную зону, которую они рассматривают как гомолог префронтальной области высших млекопитающих. Достоверных данных о наличии моторного поля у ежей не существует.
Структурно-функциональная организация старой коры (гиппокамп)
В восходящем ряду млекопитающих гиппокампальная формация претерпевает значительные преобразования, что в первую очередь связано с быстрым развитием неокортекса. Гиппокамп низших млекопитающих несет в себе черты организации присущие с одной стороны рептилиям, ас другой - более высокоорганизованным млекопитающим. У наиболее примитивных млекопитающих - однопроходных и сумчатых, гиппокамп более дифференцирован, чем у рептилий (Gray, 1924; Hamel, 1966). Наиболее развитой его зоной является промежуточная часть, состоящая из субикулума, Аммонова рога и зубчатой фасции. Из проводящей системы гиппокампа можно выделить пре- и посткомиссуральный форникс и перфорантный путь (Hamel, 1966).
При сравнительно-морфологическом изучении гиппокампа низших плацентарных млекопитающих - насекомоядных West et al. (1984) установили, что система волокон в дорсальном паллиуме некоторых рептилий гистохимически сходна с таковой в гиппокампе европейского ежа. С другой стороны, гиппокамп насекомоядных в целом подчиняется общему плану строения архикортекса у более высокоорганизованных представителей (Voneida et al., 1969; Штарк, 1970; Gaarskjaer et al., 1982; West et al., 1984; Schwerdtfeger, 1984; Schwerdtfeger et al., 1985). Однако, в гиппокампе насекомоядных обнаружен спектр специфических особенностей.
Морфологии гиппокампа млекопитающих посвящено множество обзоров и статей (Cajal, 1955; Lorente de No, 1934; Филимонов, 1949; Айрапетьянец, Сотниченко, 1967; Гамбарян, Коваль, 1973; Виноградова, 1975; Isaacson, Pribram, 1975; Blackstad, 1976; Isaacson, 1976; Пигарева, 1978; Lopes da Silva, Arnolds, 1978; Ониани, 1980; Schwerdtfeger, 1984; Хамильтон, 1984; Коваль с соавт., 1986; Amaral, Witter, 1989; Witter et al., 2001).
Гиппокамп имеет строго упорядоченную структуру и состоит из параллельно расположенных в латеро-медиальном направлении структур - зубчатой фасции, Аммонова рога и субикулума (Amaral, Witter, 1989).
Зубчатая фасция состоит из молекулярного слоя с подслоями, гранулярного клеточного слоя и хилуса (Amaral, Witter, 1989). У насекомоядных она имеет общие черты с другими млекопитающими, особенно в плане протяженности и архитектуры его основных слоев (Stephan, Manolescu, 1980; Rosene, van Hoesen, 1987). Изменения зубчатой фасции обнаруживаются на уровне подслоев. Так, более высокая плотность цинка видна в глубоком молекулярном слое зубчатой фасции у щетинистого ежа, крысы и человека, но в поверхностном подслое у домашней свиньи (Haug, 1974; Cassell, Brown, 1984; Holm, Geneser, 1991). Хилус у низших млекопитающих является слабо дифференцированной структурой (Rami et al., 1987; Rosene, van Hoesen, 1987; Crutcher et al., 1988; Van Groen, Wyss, 1988; Kunzle, Radtke-Schuller, 2001).
Аммонов рог на основании особенностей строения слоя пирамидных клеток дифференцируется на поля СА1 - СА4 (Lorente de No, 1934), соответствующие полям hi — h4 по классификации Rose (1926), hi - h5 по классификации Филимонова (1949), или regio inferior и regio superior по классификации Cajal (1955). Некоторые авторы не отделяют поле СА4 и зубчатую фасцию друг от друга (Blackstad, 1976). Поле СА2 у ежей, также как и других видов млекопитающих, является сложным для идентификации его архитектуры (Kunzle, Radtke-Schuller, 2001). Полагают, что именно насекомоядные являются тем этапом, на котором впервые в филогенезе позвоночных происходит дифференциация гиппокампа на основные его поля СА1 - САЗ (West et. al., 1984; Schwerdtfeger, 1984). Поля CA1 и САЗ - состоят из молекулярного слоя с подслоями (lacunosum, radiatum, lucidum), пирамидного и восходящего (oriens) слоев, а также alveus - зоны миелинизированных аксонов гштпокампальных пирамид всех полей (Amaral, Witter, 1989). Слой lacunosum особенно четко выделяется в поле СА1-2, что связано с окончанием в этой зоне системы коллатералей Шафера от клеток полей САЗ-4. В последних выделяется слой lucidum, отсутствующий в поле СА1-2, здесь оканчиваются мшистые волокна от зубчатой фасции. Специфической особенностью гиппокампа европейского ежа является необычная зона мшистых волокон, которая в отличие от других млекопитающих простирается в поле СА1 (Gaarskjaer et al, 1982; Rami et al, 1987; Crutcher et al, 1988; Kunzle et al, 2001). Полагают, что обширность зоны распространения мшистых волокон у ежей является отражением малой степени дифференциации и специализации гиппокампа по сравнению с более высокоорганизованными млекопитающими.
Полагают, что организация пирамидного слоя гиппокампа ежа подобна таковой других млекопитающих (West et al., 1984). Обнаружено, что строение клеток и апикальных дендритов у щетинистого ежа отличается от таковых у грызунов (Schmolke, Kunzle, 1997). У крыс пирамидный слой гиппокампа шире, чем у ежей, и апикальные дендриты, берущие начало от глубоко расположенных пирамидных клеток, проходят в виде вертикальных стволов через более поверхностные части пирамидного слоя (Serfling, Schuster, 1983). У ежей пирамидные клетки располагаются только в два слоя, поэтому вертикальные стволы апикальных дендритов не имеют прохождения через какие-либо еще клеточные слои до разветвления в лакунозном слое (Schmolke, Kunzle, 1997).
Субикулум у насекомоядных четко локализован и состоит как и других млекопитающих из молекулярного и клеточного отдела, содержащего слой пирамидных и мультиформных клеток (Kunzle, Radtke-Schuller, 2001). В отличие от более высокоорганизованных млекопитающих у насекомоядных не обнаружен просубикулярный регион между субикулумом и полем СА1 (Kunzle, Radtke-Schuller, 2001).
Особенности СУР
Двигательные СУР впервые появлялись в среднем после 8,0 ± 1,2 сочетаний условного раздражителя с безусловным и закреплялись к концу 8-го опытного дня (после 92,0 ± 4,5 сочетаний) (рис. 3; В). На стадии упрочения наличные двигательные УР почти полностью трансформировались в следовые; критерий их осуществления достигал 70-80 %. По мере их упрочения происходило удлинение ЛП с 4,2 ± 1,3 с. до 8,3 ± 0,8 с.
Установлено, что дыхательный СУР появлялся раньше двигательного (на 4,2 ±1,8 сочетании условного раздражителя с безусловным), и его упрочение происходило быстрее (на 6-й опытный день -после 76,1 ± 4,3 сочетаний) (рис. 3; А). В отличие от двигательных УР наличная дыхательная реакция в процессе выработки СУР являлась достаточно стойкой: вегетативные СУР имели волнообразный характер и проявлялись как в наличную, так и в следовую фазы. На стадии упрочения критерий осуществления дыхательного СУР у ежей достигал 80 - 90 %. Однако, процент "чистых" дыхательных СУР (УР, которые проявлялись только в следовую фазу) не превышал 10 %. На стадии формирования СУР фоновые показатели ЧД несколько выше (59,1 ± 3,7 дых. дв./мин.), чем на стадии упрочения (42,2 ± 2,3 дых. дв./мин.). На начальных этапах выработки дыхательные УР были нестабильны и непостоянны по выраженности и знаку реакции. Дыхательный УР проявлялся как в виде учащения дыхания, с изменениями формы и амплитуды дыхательных волн, так и в виде урежения. По мере упрочения дыхательные УР относительно стабилизировались. Преобладающим типом дыхательной УР (в 70 % случаев) была реакция урежения ЧД как в наличную, так и следовую фазы. Учащение дыхания наиболее выражено перед моментом подкрепления. По своей выраженности дыхательный компонент у ежей варьировал в различные периоды образования СУР. Это зависело от стадии упрочености УР и от индивидуальных особенностей животного. По мере формирования и упрочения дыхательного УР у ежей наблюдался постепенный переход от наличного, налично-следового к следовому УР. Эта закономерность проявлялась как в течение одного опытного дня, так и всего процесса выработки СУР. По мере увеличения числа сочетаний выраженность дыхательного УР менялась. На стадии формирования СУР выраженность дыхательных УР в наличную фазу была более высокой и составляла в среднем по группе 32,3 ± 0,9 % к фону; в следовую фазу этот показатель ниже и составлял 8,7 ± 0,6 % (рис. 4; I). На стадии упрочения выраженность дыхательных УР в наличную фазу снижалась до 18,3 ± 1,2 %, а в следовую фазу, напротив, увеличивалась до 34,5 ± 1,8 %. По мере упрочения дыхательных УР происходило удлинение их ЛП. На начальных этапах формирования СУР ЛП дыхательной составляли в среднем 4,6 ±1,3 с, в дальнейшем они удлинялись до 11,7 ± 0,9 с. Одной из особенностей проявления дыхательного компонента являлся налично-следовой рефлекс, который начинался в конце наличной фазы (9,2 ± 0,3 с), а затем переходил в следовую фазу. Критерий его осуществления составлял 45 - 55 %.
Изменения ЧСС, в большинстве, случаев развивались параллельно изменению дыхания. По сравнению с дыхательным, упрочение сердечного компонента СУР происходило медленнее. Сердечные СУР появлялись в среднем после 5,3 ± 2,3 сочетаний, а их упрочение происходило после 93,4 ± 5,3 сочетаний (рис.3; Б). Критерий их осуществления на стадии упрочения не превышал 45 %. Критерий осуществления наличных сердечных УР выше и составлял 55 %. Т.е. "чистых" сердечных СУР у ежей выработать не удалось. По мере упрочения фоновая ЧСС уменьшалась с 287,9 ± 15,7 уд./мин. и на стадии упрочения составляла 252,4 ± 12,3 уд./мин. Сердечные УР также как и дыхательные носили волнообразный характер и проявлялись как в наличную, так и в следовую фазы. В отличие от дыхательного, наличные сердечные УР, даже на стадии упрочения, более выражены, чем следовые. Так, их выраженность в наличную фазу составляла 4,6 ± 1,3 %, а в следовую -3,6 ± 0,9 % (рис. 4; И). Характерной особенностью сердечного УР у ежей являлось отсутствие определенного паттерна условного ответа, т.е. паттерн флюктуировал и регистрировался то в форме урежения ЧСС, то учащения. По мере стабилизации сердечного СУР знак реакции приобретал тенденцию к некоторому урежению ЧСС. В процессе формирования СУР происходило удлинение ЛП сердечной УР от 4,6 ± 0,8 с на стадии формирования до 10,7 ± 1,7 с. на стадии упрочения.
Исследования коэффициентов корреляции показали, что у ежей ЧСС и ЧД имели довольно высокие усредненные значения в фоне и в наличную фазу (табл. 4). Это говорит о том, что в данные временные промежутки наблюдалась относительно высокая согласованность ритмов сердечной и дыхательной деятельности. В следовую фазу у ежей отмечались низкие и недостоверные корреляционные показатели ЧСС и ЧД, а к концу следовой фазы коэффициент корреляции снижался практически до нуля.
Анализ полученных данных показал, что у ежей имеются индивидуальные различия по скорости формирования, упрочения и выраженности СУР. У 5 особей СУР образовывались, но не были достаточно прочными. Моторные УР проявлялись как в наличную, так и в следовую фазу. Критерий осуществления достигал равных значений в обе фазы (70 - 80 %). На стадии упрочения ЛП в наличную фазу составляет 4,5 ± 0,6 с, а в следовую — 9,9 ± 2,4 с. В дальнейшем, после 200 - 240 сочетаний уровень наличных УР снижался и приближался к норме (18 %). У 2 ежей СУР в условиях наших опытов не вырабатывались. Критерий их осуществления не превышал 25 % даже после 140 - 160 сочетаний: положительные УР осуществлялись преимущественно в наличную фазу.
. Эффекты стимуляции поля САЗ
Изучение процессов долговременной памяти у кроликов показало, что при перерыве в работе 14 дней снижение положительных СУР было менее значительно, чем у ежей. Так, двигательные следовые УР снижались на 50 %, дыхательные на 15 %, сердечные на 35 % (рис. 17). Анализ данных показал, что динамика восстановления СУР у кроликов, в целом, аналогична таковой у ежей. В первую очередь наблюдалось восстановление дыхательных СУР, затем двигательных и сердечных. Однако скорость ФОН Динамика восстановления дыхательных (А), сердечных (Б) и двигательных (В) СУР у кроликов после перерьшов в работе. По оси ординат - критерий осуществления различных компонентов СУР, в процентах; по оси абсцисс — опытные дни. Стрелка — перерыв в работе 14 дней; звездочка - достоверность отличий от фона (р 0,05). восстановления у кроликов несколько выше, чем у ежей. Так, дыхательные реакции восстанавливались после 18-24 сочетаний, двигательные -после 30 - 38 сочетаний, сердечные - после 40-48 сочетаний.
В процессе восстановления СУР происходило изменение выраженности вегетативных УР по отношению к фоновым показателям. Для дыхательного рефлекса характерно то, что в первый день его выраженность в наличную фазу значительно возрастала на 14 % и составляла в среднем 22,3 ±1,9 %. В отличие от ежей у кроликов выраженность следовых дыхательных УР также увеличивалась, но только в начале следовой паузы (первые 15 с). В последующие дни наблюдалось постепенное снижение выраженности наличного рефлекса, и выравнивание выраженности следового. К концу дня происходило полное восстановление выраженности дыхательного рефлекса до исходного уровня (табл. 6).
Динамика изменений выраженности сердечных УР в целом аналогична, как и при дыхательном рефлексе. Выраженность сердечного УР как в следовую, так и в наличную фазы повышалась в первый день после перерьта. Это больше характерно для наличных УР (табл. 5). В последующие 2-3 дня наблюдалось восстановление выраженности сердечной УР. В процессе восстановления СУР у кроликов наблюдалась инверсия паттерна дыхательного ответа как в следовую, так и в наличную фазы. Однако в отличие от ежей восстановление происходило раньше - на второй день. В первый день после перерыва в работе преобладающим знаком реакции являлось учащение ЧД как в следовую, так и в наличную фазы. Восстановление наблюдалось на второй день эксперимента. Для сердечного компонента характерны аналогичные изменения.
Таким образом, установлено, что образование СУР у кроликов возможно при большем времени отсрочки - 25 с. В отличие от ежей у кроликов двигательные СУР образовывались быстрее и были более прочными. Дыхательный и сердечный компоненты СУР появлялись одновременно. Сердечные СУР у кроликов были выражены лучше, чем у ежей. В отличие от ежей, у кроликов перерыв в работе 14 дней приводил к лучшему сохранению СУР по всем компонентам.
Эффекты стимуляции поля СА1. Опыты по стимуляции поля СА1 гиппокампа проведены на 10 кроликах с упроченными СУР. Раздражение поля СА1 гиппокампа током интенсивностью 80-120 мкА вызывало у животных реакции аналогичные таковым у ежей: замирание, настораживание, фиксация взгляда. В отличие от ежей, у кроликов раздражение поля СА1 вызывало тормозные эффекты на двигательные УР. Они в наличную фазу подавлялись, критерии их осуществления в следовую фазу снижались до 41 % (рис. 19; В). ЛП не изменялись. У кроликов эффекты стимуляции поля СА1 гиппокампа на двигательные СУР длительные, до 1 - 2 дней.
Влияние электростимуляции полей СА1 и САЗ гиппокампа на фоновые показатели ЧД у кроликов. По оси абсцисс - время, прошедшее после стимуляции. Стрелка - момент стимуляции. Звездочка - достоверность отличий от фона (р 0,05). дыхания бьша изменена. Учащения дыхания сопровождалось чередованием дыхательных волн низкой и высокой амплитуды. В отличие от ежей, у кроликов раздражение поля СА1 сопровождалось более значительными (в течение 6 - 8-й мин.) изменениями фоновой ЧСС. Она урежалась в среднем до 242,3 уд./мин. (рис. 20). При стимуляции поля СА1 гиппокампа наиболее выраженные изменения имели место со стороны вегетативных компонентов СУР. Динамика их различалась от таковой у ежей. Так, изменения условно-рефлекторных показателей дыхания заключались в виде их затормаживания и снижении критерия осуществления в следовую фазу до 42 %, а в наличную - до 29 % (рис. 19; А). Выраженность дыхательных УР уменьшалась, особенно в следовую фазу (табл. 6). Изменения ЛП не наблюдалось. Основным паттерном ответа в следовую фазу были реакции урежения ЧД. В отличие от ежей, у кроликов влияние на сердечный компонент СУР более значительно и длительно. Динамика его изменений, в целом, аналогична таковой для дыхательных УР. Критерий осуществления УР в следовую фазу снижался в среднем до 38 %, а в наличную - до 25 % (рис. 19; Б). Преобладающим паттерном ответа сердечных УР (в 80 - 90 % случаев) в обе фазы являлось урежение ЧСС. Эффекты раздражения поля СА1 на вегетативные компоненты СУР были длительными и регистрировались в течение 12 мин. После стимуляции поля СА1 коэффициенты корреляции ЧСС и ЧД значительно Динамика изменения критерия осуществления дыхательного (А), сердечного (Б) и двигательного (В) компонентов СУР у кроликов на фоне стимуляции полей СА1 и САЗ гиппокампа. По оси ординат - критерий осуществления различных компонентов СУР, в процентах; по оси абсцисс - время, прошедшее после стимуляции, разделенное на два периода: 1-й период - первые 0,1-1,5 мин., 2-й преиод - от 2 до 8 мин. Стрелка -момент стимуляции. Звездочка - достоверность отличий от нормы (р 0,05). Влияние электростимуляции полей СА1 и САЗ гиппокампа на фоновые показатели ЧСС у кроликов. По абсцисс - время, прошедшее после стимуляции. Стрелка -момент стимуляции. Звездочка - достоверность отличий (р 0,05). увеличивались, и в обе фазы СУР выявлялась относительно постоянная их величина (табл. 7).
