Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, УЧАСТИЕ НОРАДРЕНЕРГИЧЕСКОЙ И ДОФАМИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМ В ПРОЦЕССАХ ОБУЧЕНИЯ И ПАМЯТИ 10
1.1. Взаимоотношения метаболизма норадреналина и дофамина в головном мозге и процессов памяти... 11
1.2. Обучение и процессы памяти при угнетении активности норадренергической и дофамин-ергической систем 21
1.3. Антиамнезическое действие активации норадренергической и дофаминергической систем 37
- 1.4. Влияние пре- и постсинаптического изменения активности норадренергической и дофаминергической систем на выработку и воспроизведение условных реакций 43
ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 56
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
III.I. Воспроизведение электрографических коррелятов следа памяти при блокаде синтеза норадреналина или одновременной блокаде синтеза норадреналина и дофамина в период обучения 69
III.2. Воспроизведение условных реакций при активации норадренергической системы клофелином 76
III.З. Воспроизведение условных реакций при активации дофаминергической системы апоморфином 86
III.4. Восстановление воспроизведения следа памяти при активации норадренергической или дофамин-ергической систем в условиях экспериментальной амнезии 93
ГЛАВА ІV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 107
ВЫВОДЫ 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 129
- Взаимоотношения метаболизма норадреналина и дофамина в головном мозге и процессов памяти...
- МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Воспроизведение электрографических коррелятов следа памяти при блокаде синтеза норадреналина или одновременной блокаде синтеза норадреналина и дофамина в период обучения
- ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Введение к работе
Актуальность темы. Выяснение нейрохимических механизмов формирования и воспроизведения условных реакций имеет большое значение для понимания принципов регуляции обучения и памяти. Знание роли нейромедиаторных систем мозга в реализации условного навыка открывает возможность направленной коррекции процессов памяти и в том числе - устранения амнезических явлений.
Особый интерес в этом отношении представляют исследования норадренергической и дофаминергической систем головного мозга (Dismukes, Rake, 1972; Кругликов, 1975, 1982; Gould, Sternberg, 1978; Бородкин, Зайцев, 1982; Quartermain, Judge, 1983). В большинстве работ влияние экспериментально вызванных перестроек функционирования норадренергической и дофаминергической систем на память рассматриваются по поведенческим реакциям животных (Gorelick е.а., 1975; Громова, 1977, 1979; Martinez е.а., 1981; Bammer, 1982; Мак-Гоу И др., 1982). Лишь в последние годы совершенствование методики анализа топографии нейромедиаторов в мозге и их количественных соотношений позволило подойти к выявлению механизмов нейрохимических основ объединения структур мозга в функциональные системы, определяющие формирование и воспроизведение различных по сложности и характеру условных реакций. Так показано, что степень активации норадренергических и дофаминергических рецепторов в ходе обучения и при воспроизведении условной реакции неодинакова для целого ряда областей головного мозга (Kitsikis, Roberge, 1981; Kovacs є.а., 1981; Lane е.a., 1982). Вместе С тем накоплены и новые знания о морфо-функциональной дифферен- циации катехоламинергической системы в норме и при фармакологическом воздействии на организм (Melzacka е.а., 1978; Flood е.а., 1980; Langer, 1980; Seeman, 1981). Однако, все эти данные еще не вскрывают принципов интеграции отдельных нейронных констелляций и нейрохимических механизмов включения определенных морфо-функциональных систем для успешной реализации условных реакций.
Регионарная значимость нейромедиаторного аппарата мозга может адекватно оцениваться путем анализа условных электрических реакций (вызванных потенциалов) (Adam, 1967; Ильюченок и др., 1977), регистрируемых в большом наборе структур головного мозга при фармакологически вызванном изменении активности норадренергических или дофаминергических рецепторов. Такой подход позволяет изучить механизм взаимодействия структур мозга, участвующих в регуляции формирования и воспроизведения условных реакций при активации норадренергической и дофамин-ергической систем.
Цель и задачи исследования. Учитывая вышеизложенное, настоящая работа имела своей целью выявление роли лимбических структур, мезенцефалической ретикулярной формации и коры головного мозга в модуляции норадренергической и дофаминергиче-ской системами воспроизведения следа памяти.
Исходя из цели исследования были поставлены следующие задачи:
Изучить топографическую организацию проявления условных изменений вызванных потенциалов при фармакологической активации норадренергической или дофаминергической систем.
Исследовать характер воспроизведения условной электрической реакции в эмоциогенных структурах, гиппокампе, мезен- цефалической ретикулярной формации и коре мозга при амнезиях, полученных за счет блокады синтеза норадреналина введением диэтилдитиокарбомата или блокады синтеза дофамина и норадреналина введением альфа-метил-пара-тирозина.
3. Оценить участие эмоциогенных структур, гиппокампа, ме-зенцефалической ретикулярной формации и коры мозга в процессе восстановления следа памяти при активации норадренергической или дофаминергической системы в условиях экспериментальной амнезии.
Для решения поставленных задач проведена регистрация электрической активности следующих структур головного мозга: слуховая область коры, ретикулярная формация среднего мозга, преоптическая область, миндалевидный комплекс, зона инцерта, центральное серое вещество, дорзальный гиппокамп. Для изменения активности норадренергической и/или дофаминергической систем использованы следующие препараты: ингибитор тирозингид-роксилазы альфа-метил-пара-тирозин, ингибитор дофамин-бета--гидроксилазы диэтилдитиокарбомат, агонист норадренергических рецепторов клофелин и агонист дофаминергических рецепторов апоморфин.
Научная новизна полученных результатов.
Показана различная значимость лимбических структур, ретикулярной формации и коры головного мозга в норадренергических и дофаминергических механизмах воспроизведения следа памяти.
Обнаружено, что активация постсинаптических норадренергических рецепторов клофелином вызывает облегчение воспроизведения условных вызванных потенциалов в ретикулярной формации, гиппокампе и преоптической области, а активация постси- наптических дофаминергических рецепторов апоморфином способствует проявлению условных вызванных потенциалов в гиппокампе, центральном сером веществе и миндалевидном комплексе.
Выявлено, что амнезический эффект при угнетении синтеза норадреналина диэтилдитиокарбоматом проявляется нарушением воспроизведения следа памяти в гиппокампе и центральном сером веществе, а при угнетении синтеза норадреналина и дофамина введением альфа-метил-пара-тирозина - не только в этих структурах, но также и в слуховой области коры, миндалевидном комплексе, ретикулярной формации и зоне инцерта. Вместе с этим в обоих случаях наблюдается нарушение воспроизведения условного нейрографического ответа.
Установлен характер включения структур головного мозга в антиамнезическом воздействии активации норадренергической или дофаминергической систем: в ситуации экспериментальной амнезии активация постсинаптических норадренергических рецепторов клофелином приводит к появлению условных вызванных потенциалов в ретикулярной формации, гиппокампе и преоптической области, а активация постсинаптических дофаминергических рецепторов апоморфином или пресинаптических норадренергических рецепторов клофелином вызывает воспроизведение следа памяти в центральном сером веществе и миндалевидном комплексе.
Практическая ценность работы. Полученные данные о возможности облегчения воспроизведения следа памяти в различных структурах мозга при активации норадренергической или дофаминергической систем открывают новые пути фармакологической оптимизации в эксперименте процессов обучения и могут служить основой для направленной коррекции экспериментально вызванной амнезии.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
Участие структур лимбической системы, ретикулярной формации и коры мозга неоднозначно в норадренергических и дофаминергических механизмах воспроизведения условных реакций, что проявляется специфической топографией воспроизведения следа памяти при фармакологическом воздействии на активность норадренергической и дофаминергической систем.
Активация постсинаптических норадренергических рецепторов клофелином вызывает воспроизведение условных вызванных потенциалов в гиппокампе, ретикулярной формации и преоптичес-кой области, что сопровождается облегчением проявления условного нейрографического ответа. Активация постсинаптических дофаминергических рецепторов аломорфином приводит к появлению условных вызванных потенциалов в гиппокампе, миндалевидном комплексе и центральном сером веществе, а также облегчает воспроизведение условной кожно-гальванической реакции.
Антиамнезический эффект активации норадренергической или дофаминергической системы неоднозначно отражен в различных структурах головного мозга: активация постсинаптических норадренергических рецепторов клофелином приводит к воспроизведению следа памяти в гиппокампе, ретикулярной формации и преоптической области; активация пресинаптических норадренергических рецепторов клофелином, а также активация постсинаптических дофаминергических рецепторов аломорфином вызывает проявление следа памяти в миндалевидном комплексе и центральном сером веществе.
Апробация материалов диссертации. Основные положения диссертации представлены на: Всесоюзном совещании "Современные методические подходы к экспериментальному изучению фармаколо- гической коррекции нарушений памяти", Днепропетровск, 1983; УП Всесоюзной конференции по нейрокибернетике, Ростов-на-Дону, 1983; Всесоюзном симпозиуме "Нейрохимические механизмы регуляции памяти", Пущино, 1984.
Взаимоотношения метаболизма норадреналина и дофамина в головном мозге и процессов памяти
Регионарная роль нейромедиаторных систем, в основном, оценивается с позиций дифференциации таких составляющих поведения как: I) эмоционально-мотивационная, 2) обеспечение необходимого паттерна поведения, 3) реализация определенных моторных актов, связанных с выполнением реакции. Подобный анализ обусловливает необходимость сопоставления метаболических сдвигов КА-в на разных этапах обучения и реализации условного навыка с учетом возможных стрессирующих воздействий, а также процессов внимания и инициации адекватного ответа.
Среди наиболее ранних работ, выполненных в этом направлении, следует отметить исследования реакции активного избегания и оперантного поведения с пищевым подкреплением (Hanson, 1965; Schoenfeld, Seiden, 1969). Результаты этих экспериментов показали, что снижение уровня КА-в в головном мозге под воздействием альфа-метил-пара-тирозина (АМТ) приводит к нарушению выполнения условной реакции, и этот эффект устраняется после восстановления содержания КА-в введением L-ДОРА. Одна ко, при количественной оценке данного явления не удалось зарегистрировать пропорциональных соотношений между степенью нарушения оперантного поведения с изменяющимися параметрами подкрепления и содержанием КА-в в мозге.
Сопоставление уровня НА и ДА в целом мозге и воспроизведения условной реакции пассивного избегания (УРПИ) показало отсутствие корреляции между этими показателями (Palfai, Walsh, 1980). Однако, при измерении концентрации НА на такой же модели условной реакции, но с введением ингибитора синтеза НА диэтилдитиокарбомата (ДЦЮ, получено, что ухудшение воспроизведения условного ответа соответствует степени снижения содержания НА (Gilman, Fischer, 1976; Solanto, Hamburg, 1979). Нарушение условных реакций пассивного и активного избегания отмечено при падении уровня и НА, и ДА (введение АМТ) или только НА (введение ДЦЮ, хотя однозначной зависимости между степенью истощения НА и нарушением исполнения реакции также не было найдено (Pulginiti е.а., 1976). В связи с этим авторами предполагается, что существенное значение для процессов памяти имеет дифференциация истощения КА-в по различным структурам мозга, причем основная роль отводится НА.
Действительно, сравнение гистохимическим и флюоресцентным методами отдельных областей головного мозга при тестировании реакции активного избегания после введения АМТ показало, что степень снижения флюоресценции НА-терминалей лимбических структур переднего мозга и коры коррелирует с ухудшением выполнения поведенческого ответа (puxe, Hanson, 1967) При этом нанесение электро-кожного раздражения (ЭКР) отдельно от условного стимула не влияло на концентрацию КА-в.
Материалы и методы исследования
Эксперименты проведены на 128 кошках весом 2-3,5 кг. В ходе операции сначала давался масочный эфирный наркоз, затем производилась интубация, и под интубационным наркозом продолжалось дальнейшее хирургическое вмешательство.
Животные ориентировались в стереотаксическом приборе, расположенном в экранированной, звукозаглушенной камере. После фиксации головы в стереотаксисе выполнялось скальпирование и высверливание отверстий для введения регистрирующих электродов. В местах их введения твердая мозговая оболочка предварительно прокалывалась иглой. Над медиальной эктосильвиевой извилиной производилась трепанация черепа и удаление в этом месте твердой мозговой оболочки.
Лучевой нерв препарировался в верхней трети предплечья и после освобождения от перинервия на участке 0,5-1,0 см помещался в специальный отводящий электрод и фиксировался изолирующей пастой, изготовленной на восковой основе.
На последнем этапе операции производилось выделение бедренной вены и канюлирование ее инъекционной иглой, которая через гибкую полиэтиленовую трубку соединялась со шприцем, содержащим диплацин.
После снятия эфирного наркоза животное обездвиживалось внутривенным введением диплацина и подключалось к аппарату искусственного дыхания. Все раневые поверхности и места фиксации в стереотаксическом приборе анестезировались 0,5%-раст-вором новокаина.
Эксперимент начинался не ранее чем через 2 часа после окончания операции. В течение всего опыта проводилось периодическое введение диплацина и обкалывание раневых поверхностей новокаином. Поверхность коры орошалась физиологическим раствором с температурой 38С. Животное обогревалось подаваемым в камеру теплым воздухом. Состояние животного контролировалось по электроэнцефалограмме, кожно-гальванической реакции и частоте сердечных сокращений.
Воспроизведение электрографических коррелятов следа памяти при блокаде синтеза норадреналина или одновременной блокаде синтеза норадреналина и дофамина в период обучения
Воспроизведение электрофизиологических реакций при угнетении синтеза НА. Для блокады синтеза НА нами использовался ингибитор дофамин-бета-гидроксилазы диэтилдитиокарбомат (ДЦК). Процедура обучения и тестирования условной реакции для этой группы животных (29 кошек) происходила через 2-4 часа после введения ДЦК, когда под воздействием этого препарата наблюдается максимальное снижение уровня НА в головном мозге.
В качестве электрографических коррелятов следа памяти в коре и различных подкорковых структурах мозга использовался условный вызванный потенциал (УВД). За УВП мы принимали колебание электрической активности мозга, приуроченное к моменту действия пропущенного безусловного стимула с отклонением Ї50 мс, и амплитудой, более чем 25 мкв превышающей фоновый уровень; за условный нейрографический ответ (УНО) лучевого нерва - появление в этом же временном интервале колебания, в 1,5 раза и более превышающего скользящее среднее значение фоновой электрической активности нерва. За условную кожно-галь-ваническую реакцию (КГР) принималось отклонение электрической активности, наблюдаемое при пропуске безусловного стимула,с амплитудой, более чем на 500 мкВ превышающей фоновый уровень.
Соответственно числу выполненных экспериментов вычислялся процент воспроизведения УВП для каждой из использованныхструктур головного мозга, УНО и условных КГР. Для выделения эффекта ДЦК производилось сравнение результатов тестирования в группе животных с введением препарата и в контрольной группе (34 животных), где проходила та же процедура обучения и тестирования, но без фармакологического вмешательства.
Проведенный таким образом анализ воспроизведения условных изменений в электрофизиологических реакциях организма показал, что при действии ДЦК нарушается воспроизведение УВП, а также моторного компонента условной реакции - УНО, вместе с тем в проявлении вегетативного компонента - условной КГР достоверных изменений не обнаружено.
Обсуждение результатов
Функциональная и нейрохимическая гетерогенность структур головного мозга в процессах памяти была установлена многочисленными работами как биохимического, так и электрофизиологического плана (см. главу I). Причем последние касаются, в основном, анализа активности нейронов при организации энграммы, тогда как нейромедиаторные основы вызванной активности нейронных совокупностей в различных отделах головного мозга практически не исследованы.
Известно, что поздние компоненты вызванных потенциалов (ВП) несут информацию о процессах приема и обработки сигналов, поступающих в ЦНС (Борукаев, 1973; Иваницкий, 1973, 1976), и в том числе - закодированный особым образом след памяти, который может быть зарегистрирован в форме эндогенной электрической активности некоторой нейронной сети, охватывающей многие области головного мозга (Джон, 1977; Годухин, Петухов, 1979). Вариабельность конфигурации ВП-в, обусловленная множественностью отраженных в ней процессов, затрудняет интерпретацию отдельных элементов ВП. Для этих целей применяется специальный математический аппарат, который дает возможность из некоторой совокупности параметров выделить наиболее значимые в данной ситуации (Бехтерева, 1974; Крауз, 1975; Годухин и др., 1978). Однако, анализ только одного из компонентов ВП по изначально принятым критериям длительности и амплитуды позволяет сузить круг исследуемых явлений. Так, использование "условного вызванного потенциала" (УВП) - колебания электрической активности мозга, возникающего в момент пропущенного в тестировании подкрепления, может служить адекватным методом оценки формирования и воспроизведения следа памяти по структурам мозга с учетом фармакологически вызванных изменений функционирования нейромедиаторных систем (Adam, 1967; Ильюче-нок и др., 1977).
При своем становлении условный рефлекс проходит через ряд промежуточных стадий, в ходе которых складывается та межцентральная интеграция нейронных популяций мозга, которая обеспечивает адекватный поведенческий ответ. Регистрация электрических знаков условной реакции и анализ ВП-в из различных областей головного мозга представляют возможность для оценки функциональных взаимосвязей выбранных структур при реализации эффекторного ответа, а также рассмотреть вклад динамики активности медиаторных систем в течение всего процесса замыкания условной связи. Так, фармакологически вызванные сдвиги в функционировании НА- и ДА-систем на "переходной" стадии обучения, когда воспроизведение формирующейся условной реакции еще не стабилизировано, позволяет выделить роль этих медиаторов в регуляции процессов обучения. С этой целью мы определяли эффект изменения активности НА- и ДА-систем тестированием условной реакции после 120 сочетаний условного и безусловного стимулов, тогда как стабильное воспроизведение УВД наблюдается только после 200-300 сочетаний стимулов (Корсаков, 1975).
