Изучение структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов

Логвинов, Александр Константинович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Изучение структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Изучение структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов"

На правах рукописи

ЛОГВИНОВ Александр Константинович

4844253

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ РИТМОГЕНЕЗА В КОЛОНКАХ КОРКОВЫХ НЕЙРОНОВ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2 1АГ,?2д11

2011

4844253

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте нейрокибернетики им. А.Б. Когана Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» (г. Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится «27» апреля 2011 г. в «11:00» часов на заседании диссертационного Совета Д 212.208.07 по биологическим наукам в ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» (344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1, актовый зал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

с/.

Автореферат разослан «-V » еАШимл 2011 года

Научный руководитель:

доктор биологических наук, ст.н.с. Сухов Александр Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Черноситов Александр Владимирович доктор биологических наук Жукова Галина Витальевна

Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н., ст.н.с.

Асланян Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изучение механизмов ритмогенеза мозга является актуальной задачей нейробиологии на протяжении длительного времени. Анализ особенностей пространственно-временной организации фокальной фоновой активности позволил обнаружить локальный автономный ритм в отдельных идентифицированных колонках соматической коры крысы в зоне проекции вибрисс (Сухов, 1993-2010), однако, механизмы этой ритмогенерации были неясны. В экспериментах с регистрацией фокальной ритмической активности (Бездудная, 2000; Сухов, Сердюк, Коняхина, 2007), а также при внутриклеточной регистрации активности нервных клеток (Timofeev et al., 2001) было показано, что при формировании веретенообразной активности в начальной фазе развития веретена импульсная активность нейронов отсутствует вследствие доминирования процессов гиперполяризации. Последнее исключает возможность участия химических синапсов в процессах синхронизации в начальной фазе развития веретен (Сухов с соавт., 2007, Кириченко, 2008). В связи с этим возникает вопрос относительно механизмов синхронизации гиперполяризационной осцилляторной активности, которая, по данным ряда авторов, генерируется пейсмекерными Н-каналами (McCormick, Pape, 1990; Pape, 1996; Santoro et al., 2000). Важную роль в синхронизации пейсмекерных потенциалов разных нейронов колонки могут играть электрические синапсы или щелевые контакты (gap junction), выявленные в локальных системах тормозных нейронов в разных отделах мозга млекопитающих, в том числе, в сенсомоторной коре (Deans et al., 2001; Galaneta, Hestrin, 2002; Fukuda, Kosaka, 2003, 2006; Connors, Long, 2004; Gibson et al., 2005), и которые, как полагают, необходимы для формирования химических синапсов (Lo Turco, Kriegstein, 1991, Peinado, et al., 1993, Kandier, Katz, 1995, Elias, et al, 2007, Todd et al, 2010).

Ранее было показано, что количество электрических синапсов в баррельной коре (четвертый слой) достаточно велико (Кириченко с соавт., 2008). Однако, сведения о количественном распределении этих контактов в верхних (супрагранулярных) и нижних (инфрагранулярных) слоях соматической коры в литературе отсутствовали. В то же время, сравнительный анализ количества синаптических контактов в различных слоях может способствовать установлению их возможной роли в процессах ритмогенерации.

В связи с этим, целью настоящей работы являлось электрофизиологическое исследование пространственно-временной организации фокальной веретенообразной активности в супрагранулярных и инфрагранулярных модулях колонок соматической

коры крыс и ультраструктурный количественный анализ синаптоархитектоники этих слоев.

В соответствии с целью исследования, были определены следующие задачи:

1) Изучить особенности пространственно-временной организации фокальной веретенообразной активности в верхних (супрагранулярных- I, II, III) и нижних (инфрагранулярных-V-VI) модулях отдельной корковой колонки.

2) Исследовать особенности процессов дистантной синхронизации фоновой фокальной веретенообразной активности, отводимой от разных колонок соматической коры на разных стадиях развития веретен.

3) Провести сравнительное количественное морфометрическое исследование электрических и химических синаптических контактов в I-III, V-VI слоях колонки соматической коры.

4) Провести ультраструктурное исследование особенностей взаимного пространственного расположения электрических и химических синапсов в соответствующих модулях колонок соматической коры.

5) Выполнить иммуногистохимическое исследование экспрессии антигенов к синаптофизину, миелину, нейрофиламентам и глиальному фибриллярному кислому белку (Synaptophysin, Mielin Basic Protein, Glial Fibrillar Protein, Neurofilament) с целью выявления особенностей пространственного распределения нейронов и их отростков, глиальных клеток, а также химических синапсов в колонках коры крыс.

Научная новизна работы.

1) Впервые установлена возможность возникновения локального ритмогенеза в супрагранулярных или в инфрагранулярных модулях одной и той же корковой колонки.

2) Впервые проведена количественная оценка частоты встречаемости электрических и химических синаптических контактов в супрагранулярных (I, II, III) и инфрагранулярных (V,VI) модулях колонки соматической коры крыс. Показано, что доля электрических синапсов выше в верхних слоях коры.

3) Впервые проведено иммуногистохимическое исследование структуры корковых колонок с использованием антител к миелину, нейрофиламентам, глиальному фибриллярному кислому белку, синаптофизину, которое позволило описать особенности расположения нейронов, их отростков и глии, миелинизированных аксонов, а также химических синаптических контактов.

Научно-практическая значимость работы.

Представленные в диссертации результаты комплексного нейрофизиологического и нейроморфологического исследования структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов указывают на ведущую роль электрических дендродендритических синапсов в формировании функциональных элементарных ансамблей однотипных тормозных нейронов - fast-spiking - parvalbumin-immunorcactivc, low-treshold spiking, late-spiking. Вероятно, электрические синапсы обеспечивают электротоническую синхронизацию пейсмекерных осцилляций нейронов одного ансамбля, что формирует локальную эндогенную осцилляторную активность нейронного ансамбля в целом. Ритмическая веретенообразная активность обусловлена, таким образом, не чередованием ионотропных вызванных потенциалов и возвратных тормозных потенциалов, а является следствием скоординированного чередования эндогенных пейсмекерных волн калиевой гиперполяризации с последующими волнами Са2+- и Na+-деполяризации, синхронизированных за счет дендродендритических электрических синапсов. Об этом свидетельствует результат анализа послойного распределения электрических синапсов, в частности, наибольшая частота их встречаемости в верхних слоях коры.

Полученные фундаментальные результаты могут быть использованы при изучении механизмов ритмогенеза в других лабораториях, при разработке математических моделей осцилляторной активности, при написании учебных пособий для биологов. Результаты работы включены в коллективную монографию «Холинергические и потенциал-зависимые механизмы локального ритмогенеза в нейронных колонках соматической коры крысы», планируемую к изданию в 2011 году, в спецкурс «Эволюция ритмогенеза».

Материалы исследования могут быть использованы при чтении лекций и проведении практических занятий для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физиологии и морфологии, разработанные методы комплексного морфофункционалыюго исследования - при изучении механизмов взаимоотношения нейронов, синхронизации ритмов внутри корковых колонок и их структурной организации, для изучения ультраструктуры электрических и химических синаптических контактов, и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Формирование локальной веретенообразной активности в корковых колонках может быть обусловлено развитием эндогенной пейсмекерной гиперполяризации в ансамблях однотипных тормозных нейронов, объединенных дендродендритическими электрическими синапсами, с последующей

деполяризацией, обусловленной активацией потенциал-зависимых Са2+ и Na+ каналов.

2) Электрические дендродендритические синапсы играют важную роль в электротоническом объединении однотипных тормозных нейронов в различные элементарные ансамбли в супрагранулярных и инфрагранулярных модулях колонки и обеспечивают разные формы нормальной ритмической активности и регуляцию функционального состояния мозга.

3) Дистантная синхронизация осцилляторной активности разных колонок и разных модулей одной колонки за счет аксональных связей и химических синапсов зависит от функционального состояния и частотно-фазовой сонастройки ритмогенеза в разных колонках.

4) Количество электрических синапсов в различных слоях колонок соматической коры достаточно для осуществления электротонической синхронизации на начальной нарастающей фазе веретена.

5) Иммуногистохимическое исследование экспрессии глиального фибриллярного кислого белка на фронтальных срезах коры позволяет идентифицировать границы корковых колонок, которые не выявляются при светооптическом исследовании как неокрашенных, так и окрашенных гематоксилином и эозином препаратах и при иммуногистохимическом исследовании с использованием антител к миелину, нейрофиламентам и синаптофизину.

Апробация диссертационной работы. Материалы диссертации были представлены на II Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2008), международной конференции «Современные методы микроскопии в биологии и медицине» (г. Санкт -Петербург, Россия, 2009), III Международной научно-практической конференции «Проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2009), XV Международной конференции по нейрокибернетике (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2009), 5-й Российской (с международным участием) школе-конференции «Сон - окно в мир бодрствования» и междисциплинарном семинаре «Нейробиологические основы цикла сон-бодрствование» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2009), 15 Мировом Конгрессе Психофизиологов (Будапешт, Болгария, 2010), пятом международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для Медицины и психологии» (г. Судак, Крым, Украина, 2010), конференции молодых исследователей «Фундаментальная наука и клиническая медицина» (г. Санкт- Петербург, 2010), заседании ученого совета НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них три статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и две статьи в зарубежных журналах: Integrative Neuroscience и Neuroscience and behavioral physiology, общим объемом 2,57 печатных листа, личный вклад автора 60%.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 126 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, методика, результаты исследования, обсуждение результатов), выводов и библиографического указателя, включающего 56 отечественных и 138 зарубежных источника. Работа иллюстрирована 37 рисунками.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Постановка экспериментов, В экспериментах было использовано 20 белых лабораторных крыс обоего пола, весом 150-200 г, которые содержались в виварии в стандартных лабораторных условиях при оптимальном температурном режиме и стандартном питании. При постановке экспериментов учитывались требования "Хельсинской декларации" Всемирной медицинской ассамблеи.

Эксперименты проводились в условиях острого опыта на ненаркотизированных, обездвиженных миорелаксантом животных. Трепанацию черепа выполняли под эфирным наркозом ручным трепаном диаметром 3 мм, края кожных разрезов дополнительно инфильтрировали 1%-м раствором новокаина. После трепанации подачу эфирного наркоза останавливали, крыс обездвиживали введением d-тубокурарина внутримышечно (0,2 мг на 100 грамм веса) и затем переводили на искусственное дыхание, обеспечивая частоту дыхания один раз в секунду.

Методы регистрации биоэлектрической активности.

Для отведения фокальной активности отдельных колонок использовали стеклянные микроэлектроды, заполненные 2,5 М раствором NaCL с сопротивлением 1-2 МОм и диаметром кончика 2-3 мкм. Готовили следующие склейки микроэлектродов: горизонтальные, с расстоянием между кончиками 300-500 мкм по горизонтали для одновременной регистрации активности соседних колонок; вертикальные, с расстоянием между кончиками 1000 мкм по вертикали для одновременной регистрации активности в верхних и нижних слоях одной колонки. Микроэлектроды погружали в мозг с помощью микроманипуляторов ММ-1 с шагом погружения 10 мкм под контролем микрометра. Колонки коры определяли по первичному ответу при отклонении соответствующей вибриссы, а также оценивали на слух нейронную активность, трансформированную в

звуковые сигналы. Регистрация фоновой активности производилась через АЦП L-205 (LCard, Россия).

Для оценки фоновой фокальной активности отбирали участки записи длительностью 30-60 секунд. Использовался метод спектрального анализа временных рядов - с вычислением спектров мощности, спектров когерентности и фазовых кросспектров с шагом по частоте 1 Гц с помощью программы Spectrum (Разработчик программы Строкун Ф.Ф.).

Морфологические методы исследования. В конце эксперимента крысам вводили нембутап в дозе 60 мг/кг и проводили транскардиальную перфузию головного мозга последовательно изотоническим раствором фосфатного буфера и раствором 4%-го параформальдегида (Sigma) на 0,1-молярном фосфатном буфере (pH 7,2-7,3). Скорость перфузии соответствовала скорости движения крови по сосудам. После окончания перфузии головной мозг извлекали и оставляли для дофиксации в растворе параформальдегида в холодильнике при температуре 4°С.

На следующий день мозг разделяли на два полушария. Из одного полушария на вибратоме VT 1000Е (Leica, Германия) на холоду изготавливали тангенциальные срезы толщиной 100 мкм для последующего исследования слоев колонки неокортекса. Далее из середины каждого среза лезвием выделялся небольшой участок ткани, который обрабатывали общепринятыми методами для светооптического (5 животных) и электронномикроскопического исследования (5 животных) (Robenson, Gray, 1990; Bozzola, Russell, 1992). Для электронной микроскопии выделяли участки соответствующие разным слоям колонок. Другое полушарие дополнительно фиксировали 10% формалином, ориентировали его для получения фронтальных срезов, заключали в парафин по стандартной методике. Из парафинового блока изготавливали серийные срезы толщиной 4 мкм для светооптического и иммуногистохимического исследований.

Ультратонкие срезы толщиной 50 им изготавливали на ультрамикротоме Ultracut-E (Leica, Германия) с использованием алмазного ножа Diamont (Швейцария), контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца и просматривали в трансмиссионных электронных микроскопах ЕМ-208 (Philips, Нидерланды) и Jem 1011 (Jeol, Япония). Для морфометрического анализа ультраструктуры электрических и химических синапсов с помощью цифровой камеры Erlangshen ES500W (Gatan, США, Канада) производился ввод и анализ изображений в графическом формате .tif - оптимальном для идентификации и измерения ультраструктуры синапсов. Морфометрию проводили с использованием лицензированных программ Qwin (Leica, Кембридж, Англия) и Application Suite (Leica, Швейцария). Запись электроннограмм производилась с увеличением х 80 000. Кадры

вводились подряд. Результаты были получены в абсолютных единицах измерения - мкм и нм. Для статистической обработки использовали пакет программ Statistica for Windows 6.0 (Боровиков, 2001).

Для иммуногистохимического исследования использовали первичные мышиные моно- и кроличьи поликлональные антитела против нейрофиламентов (Neurofilament), основного белка миелина (Mielin Basic Protein), глиапьного фибриллярного кислого белка (Glial Fibrillar Acid Protein), синаптофизина (Synaptophysin) и систему визуализации Dako EnVision System + Peroxidase (AEC) (antirabbit, antimouse), Dako (Германия).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Пространственно-временная характеристика веретенообразной активности корковых колонок.

В исследовании пространственно-временной организации веретенообразной активности методом множественного микроэлектродного сканирования идентифицированных нейронных колонок баррельной коры крыс была выявлена возможность формирования индивидуальной осцилляторной активности нейронных ансамблей размером 200-300 мкм в супрагранулярных, гранулярных и инфрагранулярных модулях отдельных колонок. Как показало наше исследование, веретенообразная активность, регистрируемая в верхних супрагранулярных модулях корковых колонок на уровне 2-3 слоев, обычно в 2-3 раза превышала по амплитуде внутриверетенных волн фокальную активность в инфрагранулярных модулях на уровне V-VI слоев (Рис. 1.).

1 сек.

0,5 мВ

Рис. 1. Особенности развития веретенообразной активности внутри одной колонки. Обозначения: 1 канал: фоновая веретенообразная активность супрагранулярных (II-III) слоев; 2 канал: фоновая веретенообразная активность инфрагранулярных (V-VI) слоев.

Детальный анализ интервалов следования внутриверетенных пиков разных супрагранулярных и инфрагранулярных модулей одной колонки показал, что только в 50% случаев эти пики возникали синхронно в верхних и нижних модулях одной колонки.

В 20% случаев вершины пиков внутриверетенных инфрагранулярных слоев опережали вершины пиков супраграпулярных слоев, а в 30% случаев, наоборот, наблюдалось отставание пиков инфрагранулярных слоев от пиков супрагранулярных слоев внутри одной колонки.

Что касается межколончатых отношений, в различных экспериментах отмечалось как синхронное, так и асинхронное начало развития и завершения веретенообразной активности в разных колонках. Веретена, регистрируемые в разных колонках, часто имели разную длительность и различную амплитуду, а также форму внутриверетенных колебаний. В некоторых случаях, при анализе фокальной активности двух различных колонок, веретена наблюдались только в одной из них. На рисунке 2А, Б представлены записи фокальной активности трех разных колонок, находящихся на расстоянии 500 мкм друг от друга. На 1 и 2 каналах представлена фокальная активность, отводимая двумя микроэлектродами из супрагранулярного модуля первой колонки (01), на 3 канале показана фокальная активность супрагранулярного модуля второй колонки (03), а на 4 канале представлена активность супрагранулярного модуля третьей колонки ф4). Как видно на рисунке 2А, типичная веретенообразная активность наблюдается в колонке БЗ (3 канал), и в колонке 04 (4 канале). Активность в этих колонках состоит из трех последовательно развивающихся веретен, максимумы которых приходятся на 1-2,4-5, и 78 секунды регистрации.

При внимательном рассмотрении этой веретенообразной активности можно отметить целый ряд индивидуальных особенностей фокального ритмогенеза в колонках ОЗ и Б4, в частности, вариации амплитуды, формы, полярности внутриверетенных потенциалов. Еще более выраженные отличия обнаружены при сравнении фокальных веретен колонок РЗ и Б4 с активностью колонки 01 (1 и 2 каналы регистрации). Эти отличия проявляются, прежде всего, в «узких» по форме внутриверетенных потенциалах колонки 01, похожих на потенциалы реакции усиления или вовлечения. Эти потенциалы, по нашему мнению, обусловлены пространственно-временной суммацией импульсной активности, поступающей к колонке 01 от соседних колонок в ритме веретен. Обоснованность подобной трактовки возникновения веретен в колонке Ш подтверждает тот факт, что они появляются в этой колонке только на вершинах веретен в колонках БЗ и Б4, т.е., при возникновении импульсных потенциалов действия, что происходит, по мнению многих авторов, за счет активации потенциал-зависимых Са2+ и каналов. Следует отметить, что постсинаптически вызванные веретена в колонке не всегда имеют типичную форму веретена, как, например, второе и третье веретена на рисунке 2А на 4-й и 7-й секундах записи, где наблюдаются характерные периоды нарастания и спада.

У01

БЗ

11мВ04

*о-1-Ч-7

5 Б

-I-1-1---1

б 7 8 9 ю

101

эз

мВ

Б4

Рис. 2. Веретенообразная активность, регистрируемая одновременно в трех соседних колонках (Б1, ОЗ и 04) соматической коры. Обозначения: 1, 2 каналы -отведение фокальной активности из супрагранулярных модулей колонки Э1, 3 канал -отведение фокальной активности из супрагранулярного модуля колонки ПЗ, 4 канал -отведение фокальной активности из супрагранулярного модуля колонки 04. Пунктирые линии - обозначение вершин веретен, стрелками обозначены фазы следовой деполяризации в колонке при развитии высокоамплитудных пиков на вершине веретена в колонках 03 и Б4.

В некоторых случаях вместо этого наблюдались явления трансформации внутриверетенного ритма как, например, у первого веретена в колонке на рисунке 2А и у двух веретен на рисунке 2Б. Кроме этого, некоторые из наиболее высокоамплитудных

вызванных постсннаптических потенциалов в колонке вместо фазы следовой гиперполяризации, связанной с активацией Ь-каналов гиперполяризации, демонстрировали фазу следовой деполяризации (отмечена стрелкой на рисунке 2Б), обусловленную более длительным пребыванием потенциал-зависимых натриевых каналов в открытом состоянии.

Таким образом, можно заключить, что эндогенная пейсмекерная веретенообразная активность, наблюдаемая в колонках БЗ и 04 (Рис. 2А, Б) существенно отличается от более быстрых вызванных постсннаптических фокальных потенциалов в колонке 01. При первичном визуальном рассмотрении появление внутриверетенных пиков в обеих колонках казалось синхронным, однако, при детальном анализе обнаружилось, что из 39 случаев совпадение вершин внутриверетенных пиков двух колонок 03 и Б4 наблюдалось в 3 случаях из 39, при этом в остальных 36 случаях было зафиксировано опережение или отставание внутриверетенных пиков одной и другой колонки. Выявленные нами особенности формирования ритмической активности колонок свидетельствуют о существенных отличиях в характере временной организации веретенообразной активности в двух различных соседних колонках соматической коры крыс.

Проведенный статистический анализ фоновой биоэлектрической активности колонок также выявил асинхронный характер развития ритмической активности в разных колонках и синхронный - внутри одной колонки соматической коры. Анализ спектров мощности показал, что когда в одной колонке регистрировались частоты от 1 до 15 Гц, с преобладанием частот 8-10 Гц, в другой колонке могли наблюдаться в основном колебания с частотой в 1 Гц. Согласно результатам проведенного статистического анализа фаз усредненного кросспектра, наблюдалось более тесное согласование фазовых отношений в пределах одной колонки, в отличие от разных колонок - в этом случае были выявлены значимые фазовые сдвиги.

Наблюдаемое нами рассогласование временной организации веретенообразной активности между отдельными колонками (возможность несинхронного появления и завершения веретен, различная амплитуда и форма внутриверетенных пиков, а также форма веретена) вместе с результатами спектрального анализа указывают на локальный автономный характер ритмогенеза в каждой из колонок, основу которого составляют пейсмекерные потенциал-зависимые мембранные каналы гиперполяризации, выявленные в настоящее время не только в сердечной мышце и нейронах таламуса, но и во многих других структурах, в том числе и в коре мозга. При этом важная роль во взаимной синхронизации активности пейсмекерных каналов разных пейсмекерных нейронов одной колонки в начальной нарастающей фазе веретена при отсутствии еще импульсных

потенциалов, по нашему мнению, принадлежит электрическим дендродендритическим синапсам между тормозными клетками каждой отдельной колонки. Для установления структурных характеристик этих электрических синапсов, клеточных элементов и химических синаптических контактов нейронов колонок проводилось светооптическое, иммуногистохимическое и ультраструктурное исследование коры головного мозга на фронтальных срезах.

Кора головного мозга на фронтальных срезах при светооптическом и иммуногистохимическом исследовании. Исследование фронтальных неокрашенных срезов толщиной 100 мкм показало, что на них, также как и на срезах, окрашенных гематоксилином и эозином (толщина 3-4 мкм), четко идентифицировать границы колонок не удается. Изучение экспрессии основного белка миелина на фронтальных срезах показало, что миелинизированные отростки были расположены в основном перпендикулярно поверхности коры полушарий. Наибольшее скопление миелинизированных отростков наблюдалось в нижних слоях, при этом их количество уменьшалось к четвертому слою коры, и лишь единичные, по-видимому, самые толстые волокна достигали верхних слоев. В целом, характер распределения экспрессии миелина соответствовал основным теориям архитектоники миелинизированных волокон коры полушарий. Результат исследования экспрессии нейрофиламентов позволил установить, что крупные отростки нервных клеток в коре направлены, в основном, по глубине колонок - вверх или вниз, поэтому наблюдать их можно было преимущественно в продольном сечении, а в первом слое расположены многочисленные тонкие отростки.

Проведенное иммуногистохимическое исследование с использованием антител против глиального фибриллярного кислого белка позволило визуализировать упорядоченно расположенные вдоль всей колонки соматической коры глиальные клетки и их отростки. Результаты изучения экспрессии глиального фибриллярного кислого белка позволили заключить, что колонку можно выявить при помощи иммуногистохимического типирования с соответствующим антителом на тонких срезах, толщиной 4 мкм.

Изучение экспрессии синаптофизина на фронтальных срезах коры показало, что этот антиген по глубине распределяется в соматической коре равномерно. Поскольку в данном случае использовали моноклональные антитела против синаптофизина - белка, содержащегося в синаптических везикулах химических синапсов, можно было утверждать, что, по-видимому, количество химических синапсов и/или содержание в них синаптических везикул распределено на фронтальных срезах равномерно во всех слоях соматической коры.

Особенности ультраструктуры синаптических контактов колонки соматической коры. Нами проводилось послойное электронномикроскопическое исследование различных модулей колонки, включая I слой, II-III супрагранулярные и V-VI инфрагранулярные слои. Электронномикроскопическое исследование I слоя соматической коры показало, что основная масса синапсов располагалась на мелких ветвях дендритов. Химические синапсы выявлялись по характерным признакам: синаптические везикулы округлой или вытянутой формы в пресинаптической аксонной терминали, а также электронноплотные участки на постсинаптической мембране активной зоны - постсинаптические уплотнения, что является признаком асимметричных химических синапсов. Электрический или щелевой контакт отличался от химических синапсов узкой и прямой зоной контакта, отсутствием постсинаптического уплотнения; отсутствием синаптических везикул. Исследование этих контактов при больших увеличениях выявило четкую семислойную структуру: визуально прослеживалось чередование темных и светлых полос (Рис. 3 В, Г). Щель в зоне щелевого контакта прерывалась мостиками из электронноплотного материала. Эти мостики образовывали повторяющуюся ячеистую структуру. Согласно литературным данным, электронноплотные мостики щелевого контакта представляют собой гексаметрическую структуру - коннексон, с субъединицей коннексином. Посредством этих трансмембранных каналов происходит межклеточный обмен ионами и молекулами (Nagy, 2004), а щелевой контакт длиной около 9 нм содержит от 150 до 340 структур коннексонов (Fukuda, Kosaka, 2006).

Исследование супрагранулярных II-III слоев также выявило сходную ультраструктуру многочисленных синаптических контактов, в том числе и электрических. Например, на рисунке ЗА представлено несколько синаптических контактов, образованных многочисленными окончаниями аксонов и несколькими веточками дендритов. Щелевой контакт сформирован рядом с тем отростком, который с противоположной стороны является постсинаптической частью аксошипикового асимметричного химического синапса. Причем, такая картина, когда оба типа межклеточных контактов расположены рядом, или даже на одном отростке, в соматической коре не является редкостью (Кириченко, 2009, Logvinov, 2010). Близкое расположение двух типов контактов в супрагранулярных слоях соматической коры представлено и на рисунке ЗБ, где оба типа контактов расположены в непосредственной близости друг от друга.

Рис. 3. Синаптические контакты колонки соматической коры крыс. Обозначения: А -щелевой контакт супрагранулярного слоя соматической коры крыс: стрелка - щелевой контакт, звездочка - химический синапс, (увеличение 37500). Б - щелевой контакт, локализованный рядом с астроцитом: стрелка - щелевой контакт, звездочка - химический синапс, а - астроцит, (увеличение 37500). В, Г - примеры формирования семислойной структуры щелевого контакта при больших увеличениях: две триламинарные мембраны (черная стрелка) и синаптическая щель (белая стрелка) (увеличение: В - 222600, Г -250000). Д - перфорированные асимметричные аксошипиковые химические синапсы, сформированные одним аксоном, рядом располагается электрический синапс: стрелка -щелевой контакт, звездочка - перфорированный химический синапс (увеличение: 49200).

При исследовании ультраструктуры инфрагранулярных V-VI слоев коры также встречались многочисленные примеры формирования щелевых контактов между отростками нервных клеток. Наиболее характерными из них являлись: щелевой контакт между тонкими веточками дендритов рядом с аксошипиковым, нередко перфорированным, химическим синапсом; щелевой контакт рядом с аксодендритическими и аксосоматическими симметричными химическими синапсами, формирование одним и тем же отростком обоих типов контактов - и аксошипикового химического синапса с протяженной активной зоной и щелевого контакта. В целом следует отметить, что обнаружить отдельно расположенный щелевой контакт без

многочисленного микроокружения из электронноплотных активных зон химических синаптических контактов не представляется возможным.

Послойное электронномикроскопичеческое исследование химических синапсов, проведенное в нашей работе, выявило, что большая их часть была представлена аксошипиковыми синапсами, реже встречались аксодендритические и аксосоматические синапсы. Аксошипиковые и аксодендритические синапсы имели асимметричную активную зону с отчетливо выраженным постсинаптичским уплотнением. Кроме того, многие аксошипиковые синапсы являлись перфорированными с прерывистой активной зоной, причем, нередко несколько перфорированных синапсов были сформированы одним аксоном, а рядом обнаруживались щелевые контакты (Рис. 3 Д). На телах звездчатых нейронов располагались исключительно симметричные аксосоматические химические синапсы.

В нашей работе также было отмечено формирование дендроаксональных химических синапсов, которые, по нашему мнению, обеспечивают возможность локальной синхронизации активности нейронов одного ансамбля на пресинаптическом уровне. На рисунке 4 представлено формирование трех синапсов: двух химических аксошипиковых на двух отростках и одного щелевого контакта. Щелевой контакт в данном случае является, по-видимому, дендроаксональным, так как один из отростков, участвующих в формировании щелевого контакта, контактирует с пресинаптическим аксоном аксошипикового химического синапса.

Таким образом, проведенное электронномикроскопическое исследование первого слоя, супрагранулярных слоев, а также инфрагранулярных слоев соматической коры позволило выявить довольно многочисленные щелевые контакты с характерной семислойной структурой.

Большая часть щелевых контактов была расположена рядом с химическими синапсами, находилась в тесной связи и даже контактировала с ними. Нами было установлено, что среднее расстояние между активной зоной химического и электрического синапсов составляет 200-300 нм (п = 22). Для оценки количества синаптических контактов нами было проведено послойное морфометрическое исследование первого, супра- и инфрагрануряных слоев коры.

При увеличении х 80000 в память компьютера последовательно записывали кадры из фрагментов первого слоя, супрагранулярных и инфрагранулярных слоев коры. Размер каждого кадра составлял 7 мкм2. Количество электрических синапсов в супрагранулярных модулях колонок составила 6,6% от общего числа синаптических контактов, в том числе

2,4% в поверхностном I слое коры. В инфрагранулярных модулях количество электрических синапсов составило 2,8% от всех синаптических контактов.

Рис. 4, Дендроаксонапьный щелевой контакт (стрелка) колонки соматической коры крыс. Условные обозначения: А-аксон, Ш-шипик, звездочка- активная зона химического синапса. Увеличение 40000

Ультраструктурное исследование электрических щелевых контактов после применения специфического блокатора электрических синапсов сагЬепохо1опе показало, что ультраструктура последних действием блокатора нарушена не была: при увеличении в 500 000 наблюдались две плазматические мембраны, плотно контактирующие друг с другом, и синаптическая щель между ними, содержащая электронноплотный осмиофильный материал.

До настоящего времени многочисленные существующие гипотезы о едином генераторе ритма своего однозначного подтверждения так и не получили. В качестве ритмогенератора рассматривали таламус (Нарикашвили, 1975; Буриков с соавт., 1985; Andersen, Eccles, 1962; Andersen, Andersson, 1968) и некоторые другие подкорковые структуры (Могилевский, Романов, 1989; Сунцова, 2000; Sterman, Clemente, 1961 и др.), а также кору головного мозга (Серков с соавт., 1963; Дуринян, 1975; Кратин, Сотниченко, 1987; Lopes de Silva, 1978; Contreras et al., 1996; Fuentealba et al., 2004 и др.).

В настоящей работе показано, что при отведении электрической активности из разных колонок горизонтальной склейкой микроэлектродов наблюдались отличия по форме, амплитуде и длине веретен, регистрируемых даже в соседних колонках. При отведении электрической активности из разных слоев одной колонки вертикальной склейкой наблюдалась большая степень синхронизации активности, чем между колонками. Причем в верхних слоях (супрагранулярном, гранулярном) амплитуда веретенообразной активности была выше (в 2-2,5 раза), чем в нижних слоях (инфрагранулярных). Это может объясняться преимущественной локализацией

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

пейсмекерных каналов на дистальных участках апикальных дендритов в верхних слоях коры, что согласуется с данными о шестикратном преобладании пейсмекерных каналов на апикальных дендритах гиппокампальных нейронов и пирамидных клеток соматической коры (Magee, 1998; Berger, et al., 2001). По нашим данным, механизм генерации веретенообразной активности в корковых колонках начинается не с процесса первичной активации тапамокортикальных релейных нейронов таламуса с последующим вторичным синаптическим вовлечением в ритмогенез корковых колонок, а с процесса гиперполяризации мембраны корковых нейронов, вызывающей активацию потенциал-зависимых пейсмекерных Н-каналов циклической гиперполяризации в пейсмекерных нейронах, непосредственно формирующих ритм сонных веретен, что можно видеть в начальной фазе развития коркового веретена в наших исследованиях, и что подтверждают данные внутриклеточных микроэлектродных регистрации ряда работ (Timofeev et al., 2001, Contreras et al., 1997; Contreras, Destexhe, Steriade, 1997; Steriade, 2000). При этом, важная роль во взаимной синхронизации активности пейсмекерных каналов разных пейсмекерных нейронов одной колонки в начальной нарастающей фазе веретена на стадии отсутствия импульсных потенциалов принадлежит электрическим дендродендритическим синапсам тормозных клеток каждой отдельной колонки, которые выявлены и описаны в последнее время рядом авторов, в том числе и нами (Deans et al., 2001; Connors, Long, 2004; Gibson, Beierlein, Connors, 2005; Hestrin, Galarreta, 2005, Сухов, Кириченко, Повилайтите, 2008). Эти синапсы обеспечивают локальную, в пределах 200 мкм внутриколончатую электротоническую синхронизацию волн циклической гиперполяризации однотипных тормозных нейронов одного бочонка.

Выявленные в настоящем исследовании в различных слоях корковой колонки электрические или щелевые контакты имели характерную ультраструктуру, описанную для таких синапсов (Deans et. al., 2001, Galaretta, Hestrin, 2002; Fukuda, Kosaka, 2003, 2006), однако данных о количественном соотношении и расположении электрических синапсов по слоям соматической коры в доступной нам литературе обнаружено не было. По данным проведенных нами ранее исследований, наибольшая частота встречаемости электрических синапсов, (до 7% от общего количества синапсов), наблюдалось на уровне IV гранулярного слоя соматической коры крысы, в котором и расположены характерные цитоархитектонические группировки звездчатых клеток, так называемые бочонки или баррели (Кириченко с соавт., 2008; Сухов, 1992). По литературным данным звездчатые тормозные нейроны, связанные между собой дендродендритными электрическими синапсами, расположены на расстоянии не более 200-300 мкм друг от друга (Beierlein, Gibson, Connors, 2000; Porter, Johnson, Agmon, 2001; Amitai, Gibson, Beierlein, 2002;

Connors, Long, 2004; Gibson, Beierlein, Connors, 2005), т.е. в локусах, сопоставимых по размерам с бочонками в соматической коры. Формированию локальных ансамблей тормозных нейронов на структурной основе бочонков могут также способствовать выявленные нами ранее особенности пространственной ориентации дендритов звездчатых нейронов в полость бочонков, навстречу друг другу, в то время как тела этих нейронов расположены преимущественно в стенках бочонков (Сухов, 1992), что очевидно способствует локальной синхронизации осцилляторной активности отдельных бочонков и соответствующих им корковых колонок.

В отличие от локальной (в пределах 200-300 мкм) осцилляторной активности нейронных ансамблей за счет электрических дендродендритических синапсов, дистантная синхронизация ритмической активности разных колонок обеспечивается в основном за счет аксональных связей и химических синапсов, однако при этом эффективность синхронизации осцилляторной активности в значительной мере зависит от функционального состояния и характера локальной ритмической активности разных колонок.

Как показало настоящее исследование, количество электрических синапсов в супрагранулярных модулях колонок составило 6,6%, в том числе 2,4% в поверхностном I слое коры, а в инфрагранулярных модулях - 2,8%. Учитывая полученные нами ранее данные о том, что в IV слое коры количество электрических синапсов составляет 7%, можно сделать вывод о том, что в верхних I-IV афферентных слоях коры количество этих контактов более чем в 4 раза превышает их количество в нижних V-VI эфферентных слоях колонок. Выявленные нами особенности количественного распределения электрических синапсов по слоям коры могу быть обусловлены различием в послойном распределении fast-spiking (FS) parvalbumin-immunoreactive (PV) тормозных корковых нейронов -наиболее многочисленной группы тормозных клеток, участвующих в генерации сонных веретен. Количество этих клеток в IV слое соматической коры крысы по данным Амитай с соавторами (Amitai et al., 2002) в полтора раза больше, чем в других слоях коры, в то время как соматостатин-содержащих low-treshold spiking (LTS) - низкопороговых тормозных нейронов, участвующих в генерации тета-ритма, на 30% больше в V-VI слоях соматической коры крысы. Интересно отметить, что в I слое соматической коры, где нами было выявлено до 2,4% электрических синапсов, по литературным данным нет FS-PV содержащих тормозных нейронов (Fukuda, Kosaka, 2000), что говорит о наличии нейрохимических отличий, обуславливающих структурно-функциональную организацию сетей тормозных нейронов I слоя коры. По данным Конорса и Лонга (Connors, Long, 2004), эти тормозные клетки относятся к группе поздно-импульсирующих (late-spiking) LS

нейронов, которые имеют взаимные дендродендритические электрические синапсы, выявленные нами в I слое коры. При этом первый, поверхностный слой коры, представляется уникальным по структурно-функциональной организации нейропиля, который состоит преимущественно из тонких дендритных горизонтальных ветвлений апикальных дендритов пирамидных клеток. Этот слой формируется на самых ранних этапах развития коры (Ата-Мурадова, 1980) и тесно связан с неспецифической афферентацией, формируемой еще до этапа прорастания в кору специфических таламокортикальных афферентов.

Очевидно, электрические синапсы, как более древняя форма межклеточного взаимодействия, играют важную роль не только на самых ранних этапах формирования коры, еще до развития химических синапсов в I слое, но сохраняют эту роль и после созревания мозга. В пользу этого свидетельствует количество электрических синапсов в I слое, выявленное в наших исследованиях ультраструктуры различных слоев коры мозга взрослых крыс, у которых с возрастом количество химических синапсов становится намного больше, чем электрических.

Более позднее формирование химических синапсов в фило- и онтогенезе, по сравнению с электрическими межклеточными контактами, поднимает очень важный вопрос о формах и способах взаимодействия электрических и химических синапсов в механизмах локальной и дистантной синхронизации активности нейронных ансамблей. В этой связи большой интерес представляют выявленные нами случаи расположения электрических синапсов непосредственно на пре- или постсинаптической мембране химических синапсов, что говорит о возможности формирования электрических синапсов в онтогенезе не только до появления химических синапсов, но и значительно позже. К примеру, возможность формирования электрических синапсов на пресинаптической мембране химических синапсов была отмечена только в одной работе (Schmitz, 2001), однако и там не обсуждался очень важный вопрос о функциональной роли подобных синапсов в локальной синхронизации активности нейронов одного нейронного ансамбля на пресинаптическом уровне. Поскольку конечные внутрикорковые разветвления одиночных афферентных аксонов носят дивергентный расходящийся характер, то, скорее всего, тесно прилегающие друг к другу химические и электрические синапсы принадлежат разным афферентам. При этом появление потенциала действия в одном из контактирующих синапсов приводит к развитию потенциала действия в соседнем синапсе, через щелевой контакт с низким сопротивлением и антидромным распространением этого потенциала по разветвлениям второго афферента по типу аксон-рефлекса с синхронной активацией всех синаптических контактов второго афферента.

Таким образом, электрические синапсы могут обеспечивать локальную электротоническую синхронизацию эндогенной пейсмекерной активности однотипных РЭ-РУ, или ЬТ тормозных нейронов за счет дендродендритических щелевых

контактов этих клеток на постсинаптическом уровне с одной стороны, и пресинаптическую синхронизацию экзогенной афферентной активности разных внутрикорковых афферентов за счет дендроаксональных щелевых контактов на пресинаптическом уровне с другой стороны.

Информация об особенностях расположения нейронов колонки, их отростков, глиальных клеток и химических синапсов была получена нами при иммуногистохимическом исследовании. Характер распределения миелина в колонке, показанный в наших исследованиях, соответствовал основным теориям архитектоники миелинизированных волокон коры полушарий (ЪогегЛе с!е N0, 1934, Вербицкая с соавт., 1972). Установлено, что миелинизированные отростки расположены в основном перпендикулярно относительно поверхности коры полушарий, и, как правило, в инфрагранулярных слоях, где сосредоточено большое количество афферентов из подкорковых структур. Результат исследования экспрессии нейрофиламентов также свидетельствуют, что крупные отростки нервных клеток направлены в основном по вертикальной оси колонок, вверх или вниз, что позволило наблюдать их преимущественно в продольном сечении на фронтальных срезах. Наше исследование показало, что выявить колонку на тонких фронтальных срезах позволяет иммуногисгохимическое исследование расположения астроцитов и их отростков по экспрессии глиального фибриллярного кислого белка в этих клетках. В ранее проведенных нами исследованиях на баррельной коре было установлено наличие группировок астроцитов и их отростков внутри каждого барреля, что указывает на возможное участие астроглии в обеспечении структурно-функциональной организации колонок коры (Логвинов, 2010). Согласно результатам иммуногистохимического исследования с использованием антител к синаптофизину, расположение химических синаптических контактов было одинаковым вдоль всей колонки. Однако количество электрических синаптических контактов, как показало морфометрическое исследование, было больше в верхних супрагранулярных модулях, что может обеспечивать более высокую амплитуду веретенообразной активности в этих слоях.

ВЫВОДЫ

1. Параметры фокальной ритмической активности по данным спектрального и визуального анализа имеют различный характер не только в соседних корковых колонках, но и в разных модулях одной и той же колонки, что говорит о локальном, автономном механизме коркового ритмогенеза на основе элементарных нейронных ансамблей в каждой колонке.

2. Решающую роль в локальной организации веретенообразной активности играют электрические дендродендритические синапсы, которые объединяют однотипные РБ-нейроны в элементарный ансамбль размером 200-300 мкм и электротонически синхронизируют пейсмекерные волны гиперполяризации нейронов одного ансамбля в начальном периоде веретена, когда импульсная активность в нейронном ансамбле подавлена.

3. Появление импульсных потенциалов на растущих волнах пейсмекерной деполяризации в средней части веретена способствует дистантной синхронизации веретенообразной активности различных ансамблей за счет аксонных межнейронных связей и химических синапсов.

4. Количество электрических дендродендритических синапсов составляет 6,6% от числа всех синапсов в верхних, супрагранулярных модулях и только 2,8% в нижних, инфрагранулярных модулях колонок, что соответствует более высокой амплитуде веретенообразной активности в верхних 1-Ш слоях колонки, по сравнению с нижними У-У1 слоями.

5. Экспрессия глиального фибриллярного кислого белка маркирует границы колонки коры, что свидетельствует о присутствии в ней цепочек астроцитов. При маркировании нейрофиламентов и миелина преимущественно выявляются вертикальные связи в исследуемых участках коры, что подтверждает теорию о преобладании вертикальных связей в колонке над горизонтальными.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1) Логвинов А.К. Роль электрических синапсов в электротонической синхронизации веретенообразной активности в корковых колонках. / Е.Ю. Кириченко, А.К. Логвинов // Валеология. - 2008. - №3. - С. 57-62 (0,375 п.л., личный вклад - 50 %).

2) Логвинов А.К. Потенциал-зависимые механизмы эпилептиформной активности. / А.Г. Сухов, Л.В. Лысенко, А.К. Логвинов // Валеология. - 2009. - № 4. - С. 54-60 (0,574 п.л., личный вклад - 30 %).

3) Logvinov А.К. Laminar Distribution of the gap junctions in the rat somatic cortical columns. / A.K. Logvinov, E.Yu. Kirichenko, P.E. Povilaitite II Journal of Integrative Neuroscience. - 2009. - Vol. 8.- № 4 - P. 425-431 (0,5 п.л., личный вклад - 30 %).

4) Логвинов А.К. Структурная организация баррельной коры мозга крыс (иммуногистохимическое исследование). / А.К. Логвинов, E.IO. Кириченко, П.Е. Повилайтите, А.Г. Сухов // Морфология. - 2010. - Т. 137. - №1. - С. 10-13 (0,25 пл., личный вклад - 25 %).

5) Logvinov А.К. Structural organization of the barrel cortex in rats (an immunohistochemical study). / Logvinov A.K., Kirichenko E. Yu., Povilaitite P. E., Sukhov A. G. // Neuroscience and behavioral physiology. - 2011. - V.41. - №1, p. 6-9 (0,25 пл., личный вклад - 25 %).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

6) Логвинов А.К. Ультраструктурное исследование колонки соматической коры крыс. Материалы III Международной научно-практической конференции «Проблемы биологии, нанотехнологий и медицины», 2009. - Ростов-на-Дону. - С. 93. (0,025 пл., личный вклад - 100 %).

7) Логвинов А.К. Послойное распределение электрических синаптических контактов в колонке соматической коры крысы. // Материалы XV Международной конференции по нейрокибернетике, Ростов-на-Дону. - 2009. - Т. 1. - С. 31-34. (0,25 пл., личный вклад -100%).

8) Логвинов А.К. Исследование синаптической организации колонки соматической коры крыс. / А.К. Логвинов, ЕЛО. Кириченко // Материалы 5-й Российской (с международным участием) школы-конференции «Сон - окно в мир бодрствования» и междисциплинарного семинара «Нейробиологические основы цикла сон-бодрствование». - Ростов-на-Дону. - 2009. - С. 126-127. (0,05 пл., личный вклад - 50 %).

9) Logvinov А.К. Mechanisms and role of the rhythmogenesis in the sensorimotor processes of the rat brain cortex. / M.V. Skornyakova, A.G. Sukhov, L.A. Belichenko, A.K. Logvinov, L.V. Lysenko, T.S. Serdyuk // Proceedings of the 15th world congress of psychophysiology of the international organization of psychophysiology. - Budapest. - 2010. -

P. 214. (0,025 п.л., личный вклад - 17 %).

10) Logvinov A.K. The ultrastructural investigation of synaptic organization of somatic cortical rat column // Материалы международной конференции «Современные методы микроскопии в биологии и медицине». - Санкт-Петербург. - 2009. - С. 35 (0,025 п.л., личный вклад - 100 %).

11) Логвинов А.К. Сравнительная роль электрических и химических синапсов в пространственно-временной организации веретенообразной активности в колонках соматической коры крысы. // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека». - Ростов-на-Дону. - 2008. - С. 85 (0,025 п.л., личный вклад - 100 %)

12) Логвинов А.К. Ультраструктурное исследование синаптической организации колонки соматической коры крыс. (Ultrastructural investigation of synaptic organizations of rat somatic cortex column) / А.К. Логвинов, Е.Ю. Кириченко // Материалы шестого международного междисциплинарного конгресса «Нейронаука для Медицины и психологии». - Судак, Украина. - 2010. - С. 64-65 (0,025 п.л., личный вклад - 50 %).

13) Логвинов А.К. Морфо-функциональные особенности колонки соматической коры мозга крыс. / А.К. Логвинов, Е.Ю. Кириченко // Материалы конференции молодых исследователей «Фундаментальная наука и клиническая медицина». - Санкт - Петербург. -2010. - С. 98 (0,025 п.л., личный вклад - 50 %).

14) Логвинов А. К. Изучение электрических и химических синаптических контактов колонки соматической коры крыс. / А.К. Логвинов, Е.Ю.Кириченко, А.Г. Сухов // Материалы научной конференции «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия», посвященной 120-летию со дня основания Императорского института экспериментальной медицины (НИИЭМ СЗО РАМН). - 2010. - С,- 106 (0,025 пл., личный вклад - 30 %).

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 2123 Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Логвинов, Александр Константинович

Введение.

Глава 1. ОБЗОР StEPATWÍF

1.1. Колончатая организация соматической коры крыс.

1.2. Генерация ритмической активности колонок коры головного мозга.

1.2.1'. Ритм альфа-частотного диапазона.

1.2.2. Гипотезы ритмогенерации.'.

1.213. Современная гипотеза ритмогенерации.

1.3. Структурно-функциональная организация межнейронных связей соматической'коры головного мозга.

1.3.1. Химические синаптические контакты соматической коры.

1.3.2. Электрические синаптические контакты соматической коры.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.1.

2.1. Методы стимуляции и регистрации биоэлектрической активности.

2.2. Морфологические методы исследования.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДIZ

3.1. Пространственно-временная характеристика веретенообразной активности корковых колонок.

3.2. Кора головного мозга на фронтальных срезах при светооптическом исследовании.

3.3. Иммуногистохимическое исследование колонок соматической коры крысы. 63'

3.4. Особенности ультраструктуры синаптических контактов соматической коры.;.

3.4.1 Морфометрический анализ электрических синапсов колонки коры.

3.4.2. Особенности ультраструктуры колонки после применения блокатора электрических синапсов carbenoxolone.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСС ЛЕДОВ АНИЯ"Ц.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изучение структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов"

Актуальность работы. Изучение механизмов ритмогенеза мозга является актуальной задачей нейробиологии на протяжении длительного времени. Анализ особенностей пространственно-временной организации фокальной, фоновой активности позволил обнаружить локальный автономный ритм в отдельных идентифицированных колонках соматической коры крысы в зоне проекции вибрисс (Сухов, 1993-2010), однако, механизмы этой ритмогенерации были, неясны. В экспериментах с регистрацией фокальной ритмической активности (Бездудная, 2000; Сухов, Сердюк, Коняхина, 2007), а также при внутриклеточной регистрации активности нервных клеток (Timofeev et al., 2001) было показано, что при формировании веретенообразной активности в начальной фазе развития веретена импульсная активность нейронов отсутствует вследствие доминирования процессов гиперполяризации. Последнее исключает возможность участия химических синапсов в процессах синхронизации в начальной фазе развития веретен (Сухов с соавт., 2007, Кириченко, 2008). В связи с этим возникает вопрос относительно механизмов синхронизации гиперполяризационной осцилляторной активности, которая, по данным ряда авторов, генерируется пейсмекерными Н-каналами (McCormick, Pape, 1990; Pape, 1996; Santoro et al., 2000). Важную роль в синхронизации пейсмекерных потенциалов разных нейронов колонки могут играть электрические синапсы или щелевые контакты (gap junction), выявленные в локальных системах тормозных нейронов в разных отделах мозга млекопитающих, в том числе, в сенсомоторной коре (Deans et al., 2001; Galarreta, Hestrin, 2002; Fukuda, Kosaka, 2003, 2006; Connors, Long, 2004; Gibson et al., 2005), и которые, как полагают, необходимы для формирования химических синапсов (Lo Turco, Kriegstein, 1991, Peinado, et al., 1993, Kandier, Katz, 1995, Elias, et al, 2007, Todd et al., 2010).

Ранее было показано, что количество электрических синапсов в баррельной коре (четвертый слой) достаточно велико (Кириченко с соавт.,

2008). Однако, сведения о количественном распределении этих контактов в верхних (супрагранулярных) и нижних (инфрагранулярных) слоях соматической коры в литературе отсутствовали. В то же время, сравнительный анализ количества синаптических контактов в различных слоях может способствовать установлению! их возможной роли в процессах ритмогенерации.

В связи с, этим, целью настоящей работы являлось электрофизиологическое исследование пространственно-временной. организации фокальной веретенообразной активности в супрагранулярных и инфрагранулярных модулях колонок соматической коры крыс и ультраструктурный количественный анализ синаптоархитектоники этих слоев.

В соответствии с целью исследования, были определены следующие задачи:

1) Изучить особенности пространственно-временной организации фокальной веретенообразной активности в верхних (супрагранулярных- I,

II, III) и нижних (инфрагранулярных-V-VI) модулях отдельной корковой колонки.

3) Провести сравнительное количественное морфометрическое исследование электрических и химических синаптических контактов в I

III, V-VI слоях колонки соматической коры.

Fibrillar Protein, Neurofilament) с целью» выявления особенностей пространственного распределения нейронов- и их отростков, глиальных клеток, а также химических синапсов в колонках коры крыс. Научная новизна работы.

1) Впервые установлена возможность возникновения локального ритмогенеза в супрагранулярных или в инфрагранулярных модулях одной И' той же корковой колонки.

Научно-практическая значимость работы.

Ритмическая веретенообразная активность обусловлена, таким образом, не чередованием ионотропных вызванных потенциалов и возвратных тормозных потенциалов, а является следствием скоординированного чередования эндогенных пейсмекерных волн калиевой гиперполяризации« с последующими волнами Са - и Иа -деполяризации, синхронизированных за счет дендродендритических электрических синапсов. Об этом* * свидетельствует результат анализа послойного распределения электрических синапсов, в частности, наибольшая частота их встречаемости в верхних слоях коры.

Материалы исследования могут быть использованы при чтении лекций и проведении практических занятий для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физиологии и морфологии, разработанные методы комплексного морфофункционального исследования - при изучении механизмов взаимоотношения нейронов, синхронизации ритмов внутри корковых колонок и их структурной организации, для изучения ультраструктуры электрических и химических синаптических контактов, и Др.

Основные положения, выносимые на защиту:

2. нейронов, объединенных дендродендрити чески ми электрическими синапсами, с последующей деполяризацией, обусловленной активацией потенциал-зависимых Са2+ и Na4 каналов.

2) Электрические дендродендритические синапсы играют важную роль в электротоническом объединении« однотипных тормозных нейронов, в различные элементарные ансамбли в супрагранулярных и инфрагранулярных, модулях колонки» и обеспечивают разные формы нормальной ритмической активности и регуляцию- функционального состояния мозга.

3) Дистантная синхронизация осцилляторной активности разных колонок* и разных модулей1 одной колонки за счет аксональных связей' и химических синапсов зависит от функционального состояния и частотно-фазовой сонастройки ритмогенеза в разных колонках.

4) Количество электрических синапсов в различных слоях колонок соматической коры достаточно для осуществления электротонической синхронизации на начальной нарастающей/фазе веретена.

Россия, 2009), 5-й Российской (с международным участием) школе-конференции «Сон - окно в мир бодрствования» и междисциплинарном семинаре «Нейробиологические основы цикла сон-бодрствование» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2009), 15 Мировом Конгрессе Психофизиологов (Будапешт, Болгария, 2010), пятом международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для Медицины и психологии» (г. Судак, Крым, Украина, 2010), конференции молодых исследователей «Фундаментальная наука и клиническая медицина» (г. Санкт- Петербург, 2010), заседании ученого совета НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2010).

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Логвинов, Александр Константинович

107 ВЫВОДЫ

1. Параметры, фокальной ритмической активности по данным-^ спектрального и визуального анализа имеют различный характер не только в .соседних^ корковых колонках, но и в разных, модулях, одной и той- же колонки, что. говорит о локальном, автономном механизме-коркового ритмогенеза на основе элементарных нейронных ансамблей? в каждой колонке:

2. Решающую роль в локальной организации, веретенообразной' активности играют электрические дендродендритические* синапсы, которые объединяют однотипные РБ-нейроны в элементарный ансамбль размером 200-300 мкм и электротонически синхронизируют пейсмекерные волны гиперполяризации нейронов* одного ансамбля в-начальном периоде веретена, когда импульсная активность в» нейронном ансамбле подавлена.

3. Появление импульсных потенциалов на растущих волнах пейсмекерной деполяризации в средней части веретена, способствует дистантной синхронизации веретенообразной активности различных ансамблей за счет аксонных межнейронных связей и химических синапсов.

4. Количество электрических дендродендритических синапсов, составляет 6,6% от числа всех синапсов, в верхних, супрагранулярных модулях и только 2,8% в нижних, инфрагранулярных модулях колонок, что соответствует более высокой амплитуде веретенообразной активности в верхних 1-Ш слоях колонки, по сравнению с нижними V-VI слоями.

5. Экспрессия глиального фибриллярного кислого белка маркирует границы колонки коры, что свидетельствует о присутствии в- ней-цепочек астроцитов. При маркировании нейрофиламентов и миелина преимущественно выявляются вертикальные связи в исследуемых участках коры, что подтверждает теорию о преобладании, вертикальных связей в колонке над горизонтальными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в настоящей работе результаты структурно-функционального исследования организации ритмогенеза в корковых колонках свидетельствуют о ведущей роли электрических синапсов или щелевых контактов в формировании функциональных элементарных ансамблей однотипных тормозных нейронов. Электрические синапсы, обеспечивая электротоническую синхронизацию гиперполяризационной осцилляторной активности нейронов, способствуют формированию локальной эндогенно обусловленной активности всего ансамбля нейронов в целом.

Этот новый принципиально важный результат существенно меняет ранее предложенную и до сих пор приводимую во всех учебниках концепцию о нейросетевой организации коркового ритмогенеза и поддерживает гипотезу об эндогенном происхождении веретенообразной активности внутри каждой колонки. Ведущую роль в генерации подпороговой активности при этом играет генетически обусловненная активация потенциал-зависимых К+-, Са2+-, Ка+-каналов нейронов, синхронизируемая электрическими синапсами.

На основе анализа литературных данных и результатов собственного исследования впервые сформулирована гипотеза о возможном участии электрических синапсов в синхронизации осцилляторной активности нейронных ансамблей не только на постсинаптическом уровне, но и на уровне пресинаптического звена за счет дендроаксональных электрических синапсов, выявленных в результате наших ультраструктурных нейроморфологических исследований.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Логвинов, Александр Константинович, Ростов-на-Дону

1. Айрапетян A.A., Костанян Э.Г., Жарская-В.Д. Электрофизиологическое и нейроанатомическое исследование неспецифических таламо-кортикальных связей // Биол. Журн. Армении. 1982. Т.35. №6. С.466-472.

2. Ата-Мурадова Ф.А. Развивающийся мозг: системный анализ. М.: Медицина. 1980. 295 с.

3. Беркинблит М. Б., Чайлахян JI. М. Общая физиология нервной системы.-JI.: Наука, 1979.- С. 398-441

4. Боголепов H.H. Ультраструктура синапсов в норме и патологии. -М: Медицина, 1975.-95 с.

5. Брагина Т.М. К пространственно временной организации таламического уровня сенсомоторного анализатора крысы. Дипл. работа: РГУ. 1976.

6. Буриков А. А. Организация неспецифической таламо-кортикальной системы во сне и бодрствовании: Автореф.- дис. на соискание ученой степени д-ра биолог. наук.-Л., 1985.- 44 с.

7. Буриков А. А., Вербицкий Е. В., Фельдман Г. Л. Пространственно-временная организация веретен ЭКоГ при развитии сна // Жур. высш. нервн. деят.- 1980.- Т. 30, №6.- С. 1237-1250

8. Волошин М.Я. Нейронная организация и функциональные связи ретикулярного и вентрального переднего ядер таламуса. Автореферат диссертации доктора мед. наук. Киев. 1981.

9. Грановская P.M. Восприятие и модели памяти. Л.: Наука, 1974. - 362 с.

10. Гусельников В. И. Электрофизиология головного мозга (курс лекций): Учеб. пособие для биолог, специальностей ун-тов. М.:«Высш. школа», 1976.-424 с.

11. Гусельников В. И., Изнак А. Р. Ритмическая активность в сенсорных системах.-М.: МГУ, 1983.-215 с.

12. Гусельников В. И., Супин А. Я. Ритмическая активность головного мозга.-М.: МГУ, 1968.-253 с.13.. Данилова Н. Н: Функциоанльные состояния: механизмы и диагностика.- М.: Наука, 1985.-е.

13. Дуринян P.A. Корковый контроль неспецифических систем мозга. М.: Медицина, 1975. - 203 с.

14. Зефиров А. Л. Везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе // Статьи Соросовского Образовательного журнала.- 2000

15. Иваницкий А.М. Фокусы взаимодействия, синтез информации и психическая деятельность// Журн. высш. нервн. деят.- 1993. -Т.43, №2.- С.219-227.

16. Кириченко Е.Ю., Повилайтите П.Е., Сухов А.Г. Роль щелевых контактов в локальном ритмогенезе корковых колонок.// Морфология.- 2008. Т. 133, № 1. - С. 31-34

17. Коган А. Б., Косицкий Г.И., Кураев Г. А., Чораян О. Г. Физиология человека и животных: учебник для студентов ун-ов по спец. «Биология» в 2 ч.: М., Высш. шк, 1984, ч. II, 288 с.

18. Коган А. Б., Сухов А. Г. О нейронной организации центральных механизмов рефлексов с вибрисс// Физиол. Журн. СССР.- 1977.- Т. 63,№2.- С. 224-231

19. Кратин Ю.Г., Сотниченко T.G. Неспецифические системы мозга. -Л.: Наука, 1987.-159 с.

20. Лапенко Т.К., Подладчикова О. Н. Изучение методом ретроградного- аксонного транспорта ПХ внутрикорковых связей. ,.110, . . ■" между группами нейронов «бочонками» в соматической области коры мозга крысы // Нейрофизиология.-1983.-Т. 15, №1.-С. 22-26

21. Лебедев А.Н. Закономерности восприятия; зрительных сигналов // Психол. журн.- 1980.-Т. 1, №5. С.66-74.

22. Лебедев А.Н. Кодирование информации: в памяти когерентными; волнами, нейронной активности; // Психофизиологические закономерности восприятия и памяти. М:: Наука, 1985. - С.6-33.

23. Лебедев А.Н. О нейрофизиологических основах восприятия и памяти // Психол. журн. 1992. - Т. 13, №2: - С. 30-41.25.- Леонтович Т. А. Нейронная организация подкорковых образований переднего мозга.-М:Мир, 1978

24. Ливанов М. Н., Свидерская Н. Е. Психологические аспекты феномена пространственной, синхронизации потенциалов // Психол. журн.- 1984.- Т. 5, №5.- 71-83 с.

25. Лиманский Ю. П. Структура и функции системы тройничного нерва.-Киев, 1976.-225 с.

26. Линдсли Д.Б. Ретикулярная система и процесс раздельного восприятия//Ретикулярная формация мозга Москва,1962:

27. Логвинов А.К. Структурная организация баррельной коры мозга крыс (иммуногистохимическое исследование) / А.К! Логвинов, Е.Ю. Кириченко, П.Е. Повилайтите, А.Г. Сухов // Морфология. 2010. - Т. 137. - №1.- С. -10-13: (0,25 п./л., личный вклад - 25%).

28. Магазаник, Л. Г. Молекулярные механизмы межнейронныхвзаимодействий : доклад члена-корреспондента РАН Л; Г. Магазаникаи члена-корреспондента РАН Е. Е. Никольского // Вестник Российской академии наук. 2010. - Т. 80, N 5/6. - С. 424-433

29. Маунткасл В. Организующий принцип функции мозга -элементарный модуль и распределенная система. М.: Мир, 1981.-67 с.

30. Маунткасл В. Разумный мозг.-М.: Мир, 1981.-134 с.

31. Моянова С. Г. Участие релейных ядер таламуса в генезе барбитуровой веретенообразной активности// Журн. высш. нервн. деят.- 1977.- Т. 27,№5.- С. 957-964

32. Нарикашвили С.П. Некоторые данные и соображения' о~ таламокортикальной реверберации импульсов-// Нейрофизиология. -1975b.-Т.7, №4. С.339-344!

33. Нарикашвили С.П. Таламокортикальные отношения' при спонтанной и» вызванной ритмической' активности головного мозга // Журн. высш. нервн. деят. 1975а. - Т.25, №3. - С.562-567.

34. Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу.- 2003 г.

35. Подладчикова О.Н., Лапенко Т.К. Изучение меченных пероксидазой хрена источников таламических проекций в области представительства вибрисс соматосенсорной коры мозга крысы // Нейрофизиология. 1982. - Т.14, №6. - С.631-635.

36. Серков1 Ф.Н., Казаков В.Н. Нейрофизиология таламуса.- Киев: Наукова думка, 1980. -260 с.

37. Серков Ф.Н., Макулькин Р.Ф., Русеев В.В. Электрическая активность коры мозга изолированного полушария // Физиол. журн. СССР. 1963.-Т.49, №2. -С.149-157.

38. Симонов П. В. Тета-ритм и механизм квантования извлекаемых из памяти энтграмм// Память и следовые процессы.- Пущино, 1979b

39. Сунцова Н.В. Переднемозговые механизмы развития сна. Автореферат диссертации доктора биол. наук. Ростов-на-Дону. 2000: 48 с.

40. Сухов А. Г. Нейронная организация тактильного анализатора крысы//Ростов-на-Дону, Издательство РГУ, 1992, 101 с.

41. Сухов А.Г. Структурно- функциональная организация колонок нейронов тактильного анализатора крысы в зоне проекции вибрисс:

42. Автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра биолог, наук-- Р°стов на-Дону, 1995,.- 44 с.

43. Сухов А.Г., Лапенко Т.К. Роль афферентных входов в МОрФ0 функциональной организации нейронов IV слоя соматосенсорН0** коРы // В сб.: Локализация и организация церебральных функИ^й-Институт мозга. 1978. С.158-159.

44. Сухов А.Г., Сердюк Т.С., Коняхина Л.А. Внутрикор^овыимеханизм генерации веретенообразной активности в колонках1. РАН.соматической коры крысы // Вестник южного научного центр3" 2007. Т.З. №2. С.86-94

45. Толкунов Б.Ф. Стриатум и сенсорная специализация неПР сети .-Л.: Наука, 1978. 176 с.

46. Уолтер Г. Живой мозг. М.: Мир, 1969

47. Шевелев И.А., Барк Е.Д., Верхлютов В.М. (2001)к*сканирование зрительной коры: данные ЭЭГ и магнитно-резсхВ^1101*011 томографии. Российский физиологический журнал им. И.М.Сова' 87(8): 1050-10591. Г А

48. Шевелев И.А., Каменкович В.М., Костелянц Н.Б., Шара*2^ Опознание изображений на разном расстоянии от центра1 <588 зависимости от фазы альфа-волны ЭЭГ // Сенсорные системы.— Т.2,№4. -С.368.1. Г А.

49. Шевелев И.А., Костелянсц Н.Б., Каменкович В.М., Шарае?^1991.

50. Опознание движений и альфа-волна ЭЭГ. // Сенсорные системы. — -Т.5, №3.-54-59 с.

51. Шестова И.А., Фонсова Н.А., Шульговский В.В. Динамика доминирующей частоты альфа- ритма при восприятии и воспроизведении интервалов времени// Журн.высш.нервн. деят.- 1996.-Т.46., №2. С.253-259.

52. Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека, Москва: «Мир».- 1996.-TS

53. Шульгина Г. И: Биоэлектрическая активность головного мозга и условный рефлекс,-М:: Наука, 1978.-231 с.

54. Экклс Дж. Тормозные пути центральной нервной системы. М.: Мир, 1971. - 168 с.

55. Ясенков Р. В. Организация специфических и неспецифических таламических влияний на различные слои соматосенсорной коры крысы в бодрствовании и медленноволновом сне. Автореферат диссертации канд. биол. наук. Ростов-на-Дону. 2006. 24 с.

56. Alexander S. P. Н., Mathie A., Peters J. A., Guide to Receptors and Channels (GRAC), 3rd edition. British Journal of Pharmacology.- 2008.1532, SI-209 P.

57. Alloway K.D., Crist J., Mutic J.J., Roy S.A. Corticostriatal projections from rat barrel cortex have an anisotropic organization that correlates with vibrissal whisking- behavior//J.Neorosci.- 1999. -V.19, №24. -P. 1090810922.

58. Altevogt B.M., Paul D.L. Four classes of intercellular channels between glial cells in the CNS// J. Neurosci.-2004 .- V.24, №18.-P.43134323

59. Amitai Y., Gibson J., Beierlein M., Patrick S., Ho A., Connors B. The Spatial Dimensions of Electrically Coupted Networks of Interneurons in the Neocortex // J. Neurosci., 2002, 22(10), 4142-4152

60. Andersen P., Eccles J. C. Inhibitory phasing of neuronal discharge// Nature.-1962.-V. 196.-P. 645-647

61. Asada Y., Pappas G.D., Bannett M.V.L. Alteration of resistance at an electrotonic junction and morphological correlates // Fed.Proc.-1967.-V.26, №2.-Pl 330

62. Bader C. R., Bertrand D. Effect of changes in intra- and extracellular sodium- on- the inward (anomalous) rectification in salamander photoreceptors // J. Physiol. (Lond.).- 1984.- V. 347.- P. 611-631

63. Beierlein M., Gibson J., Connors B. A Network of Electrically Coupled' Interneurons Drives Synchronized Inhibition in Neocortex. // Nature Neuroscience, 2000, V.3, №9,904-910 P.

64. Bennett M. V. Gap junctions as electrical synapses // J. Neurocytol.-1997.-V.26.- P.349-366

65. Bennett M. V., Zukin R. S. Electrical coupling and neuronal synchronization in the mammalian brain // Neuron .-2004.- V. 41.- P. 495511

66. Berger T, Senn W, Luscher H. R. Hyperpolarization-activated current Ih disconnects somatic and dendritic spike initiation zones in layer V pyramidal neurons // Journal of neurophysiology.- 2003, V. 90, p. 24282437

67. Bodian D. An electron microscopic characterization of classes of synaptic vesicles ba means of controlled aldehyde fixation.- J. Cell Biol., 1970, V. 44, p. 115-124

68. Bozzola J. J., Russel L. D. Electron Microscopy: principles and techniques for biologists.- Boston: Jones and Bastlett Publishers.- 1992.- 542 P

69. Brivanlou I.H., Warland D. K., Meister M., Mechanisms of concerted firing among retinal ganglion cells // Neuron.-1998.-V.-20.-P. 527-539

70. Brodin A., Fontana A., Boijesson L., Carini G., Torell L. M. Low-Energy Modes in Phosphate Glasses: A Comparison with the Soft Potential// Model Phys. Rev. Lett.- 1994.-.73.- P.2067 2070

71. Cajal R. S. Neuron theory or reticular theory? Madrid, 1954

72. ChmZl, GalarretatMi^HestriniS: Synaptic interactionsof late-spiking, neocoitical: neurons inlayer l//Jj.Neurosciir 20031- Vol£3i- Pi96-102

73. Colonnier M. Synaptic patterns, on different celL types?in the different laminae of the cat visual cortex. An electron microscope study.- Brain-Res.,1968, v.9, p. 268-287

74. Cooper C.D., Lampe P.D. Casein*kinase 1 regulates connexin-43 gap junction assembly// J. Biol. Chem.- 2002, V.277, N47, p.44962-8

75. Dabbs D. Diagnostic Immunohistochemistry, 200682.» De Robertis E. infrastructure and. Cytochemistry of the Synaptic Region // Science.- 1967.- Vol. 156, № 3777, p. 907-914

76. DeVries S. H., Schwartz E. A. Modulation of an electrical synapse between solitary pairs, of catfish horizontal cells by dopamine and? second; messengers://J^Physioli.-1989:-V. 414.-P: 351-375

77. Draguhn A., Traub R.D., Schmitz D., Jefferys J.G. Electrical coupling: underlies highfrequency oscillations in the hippocampus,in:vitro // Nature.-1998.-Vol.394.-P. 189-192

78. Durham D., Woolsey T. Barrels and' columnar cortical organization: evidence from 2-deoxyglycose (2-DG) experiments// Brain Res. -1977.-V.131, № 1. -P. 169-175.

79. Elias L.A., Wang D.D., Kriegstein A.R. Gap junction adhesion is necessary for radial migration in the neocortex // Nature. 2007. V.448. P.901-907.

80. Evans W. H., Martin P. E. M. Gap junctions: structure and function // Mol. Memb. Biol.- 2002.- V. 19.- P. 121-136

81. Fellin T., Carmignoto G. Neurone-astrocyte signaling in the brain-represents a distinct multifunctional unit.//J: Physiol., 2004.-559.-1.-p'.3-15

82. Franceschettr S., Guatteo E., Panzica F., Sancini, G., Wanke E., Avanzini G. Ionic mechanisms underlying burst firing in pyramidal neurons: intracellular study in. rat sensorimotor, cortex// Brain-Res.- 1995. -V.696: PI 127-139

83. FukudaT., Kosaka T. Ultrastructural study of gap junctions between dendrites of parvalbumin-containing GABAergic neurons, in various neocortical areas of the adult rat // Neuroscience.- 2003:-V. 120.- P. 5-20

84. Fukuda T., Kosaka T., Singer W., W. Galuske R. A. Gap Junctions among dendrites of cortical GABAergic neurons establish a dense and widespread intercolumnar network // The Journal of-Neuroscience.- 2006.-V. 26, N.13; p. 3434-3443

85. Furshpan E. J. «Electrical transmission» at an excitatory synapse in a vertebrate brain.- Science, 1964, V. 144, p. 878-880

86. Galarreta M., Hestrin S. Electrical and chemical synapses among parvalbumin fastspiking GABAergic interneurons in adult mouse neocortex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 2002.- №99:- P. 12438-12443

87. Galarreta M., Hestrin S. Electrical and chemical synapses among parvalbumin fast-spiking GABAergic interneurons in adult mouse neocortex // PNAS.- 2002.- V. 99, №19.- P. 12438-12443

88. Galarreta M., Hestrin S. Electrical synapses betweenGABA-releasing interneurons // Nat. Rev. Neurosci.- 2001a.- №2.-P.425-433

89. Galarreta M., Hestrin S. Spike transmission and synchrony detection in networks // Annu. Rev. Neurosci.- 2001b.- №27.- P. 393-418.

90. Galarreta M., Hestrin S.A. network of fastspiking- cells in the neocortex connected by electrical synapses // Nature.- 1999.- №402.-P. 7275

91. Genoud Ch., G.W. Knott, K. Sakata, B.Lu, E. Welker. Altered; synapse formation in the, adult somatosensory cortex of Brain-Derived; Neurotrophic Factor heterozygote mice.//J. Neurosci., 2004^241? 10;-p:2394-2400? .

92. Gray E. G. A morphological basis for pre-synaptic inhibition- ?.-Nature (London), 1962, v/ 193, N 4810, 82-83

93. Gray E. G. Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex: an electron microscope study.rJ. Anat. (Lond.), 1959, v. 93, p. 420433

94. Guillery R.W., Feig« S.L., Lozsadui D.A. Paying attention to the thalamic reticular nucleus//TINS. -1998. -V.21, №1. -P: 28-32

95. Gupta A., Wang Y., Markram H. Organizing principles for a diversity of GABAergic interneurons and»synapses in the neocortex // Science. 2000. V.287. P.273-278

96. Hampson E.G.G.M., Vaney D.i:, Weiler, R. Dopaminergic modulation of gap junction permeability between amacrine cells, in: mammalian retina // J. Neurosci.- 1992.-V. 12.-P. 4911 -4922:

97. Harris R., Woolsey T. Dendritic plasticity in mouse barrel cortex following postnatal vibrissa follicule damage // J. Comp; Neural; 1981. V.196. №3. P.357-376.

98. Herrmann H;, Aebi U. Intermediate filaments and their associates: multi-talended structural elements specifying cytoarchitecture and cytodynamics.//Curr Opin Cell Biol, 2000

99. Hersch S., White E.A. Thalamocortical synapses with corticothalamic; projection neurons in mouse Sml cortex: electron microscopicdemonstration of a monosynaptyc feed-back loop// Neurosci. Let. -1981. -V.24, №3. -P.207-210.

100. Homuzdi S. G., Filippov M.A., Mitropoulou G., Monyer H., Bruzzone R. Electrical synapses: a dynamic signaling system, that shapes the activity of neuronal networks // Biochem. Biophys. Acta.- 2004.-V. 1662.- P. 113— 137

101. Hubel D. H;, Wiesel T. Hi Functional architecture of macaque monkey cortex//Proc. R. Soc. Lond:- 1977.-V. 198.- P. 1-59

102. Jansen H., Llinas R.R. Ionic basis for the electroresponsiveness and oscillatory properties of guinea-pig thalamic neurons in vitro // J. Physiol. 1984. V.349. P.227—247.

103. Kandl'er K., Katz L.C. Neuronal coupling and uncoupling in the developing nervous system // Curr. Opin. Neurobiol. 1995. V.5. №1. P.98-105.

104. Karube F., Kubota Y., Kawaguchi Y. Axon branching and synaptic bouton phenotypes in GABAergic nonpyramidal cell subtypes // J. Neurosci. 2004. V.24! P.2853—2865.

105. Kawaguchi Y., Kubota Y. GABAergic cell subtypes and their synaptic connections in'rat frontal cortex // Cereb. Cortex. 1997. V.7. P.476-486.

106. Kawaguchi' Y., Kubota Y. Neurochemical features and synaptic connections of large physiologically-identified GABAergic cells in the rat frontal cortex//Neurosci. 1998. V.85. P.677-701.

107. Keller A., Carlson G.C. Neonatal whisker clipping alters intracortical, but not thalamocortical projections, in rat barrel cortex // J. Comp. Neurol. 1999. V.412. P.83-94.

108. Kies M.W. Myelin basic protein. Scand J Immunol, 1982.-15.-9.-p.125

109. Kirichenko E. Yu., Povilaitite P. E., Sukhov A. G. Role of gap junction in local rhythmogenesis in cortical columns // Neuroscience and* behavioral physiology.- 2009.-V. 39, №2.- P. 199-202

110. Kuraev G. A., Mendzheritskii A. Mi, Povilaitite P. E. Effect of delta-sleep peptide on the ultrastructural features of the rat sensomotor cortex// Tsitol Genet.-1991.- V.25, №2.- 6-13 P.

111. Laird D.W. Life Cycle of Connexin in Health, and Disease// Biochemical Journal.- 2006, V. 394, p.527-543

112. Land P.W., Simons D.J. Cytochrome oxidase staining in the rat Sml barrel cortex//J.Gomp.Neurol.-1985a. -V. 238, №2. -P.225-235.

113. Land'P.W., Simons D.J. Metabolic activity in Sml cortical barrels of adult rats is dependent on patterned sensory stimulation of the mystical vibrissae//Brain Res. -1985b. -V.341,№1. -P.189-194.

114. Lenn N. J. , Reese T. S. The fine structure of nerve endings in the nucleous of thetrapezoid body and the ventral cochlear nucleus.-Am. J. Anat., 1966, v. 118, p. 375-389

115. Lewis T.J., Rinzel J. Dynamics of spiking neurons,connected by both inhibitory and electrical coupling // J. Comput. Neurosci.- 2003.-V. 14.-P. 283-309

116. Llinas R.R., Steriade M. Bursting of thalamic neurons and states of vigilance // J. Neurophysiol. 2006. V.95. №6. P.3297-3308.

117. Lo Turco J.J., Kriegstein A.R. Clusters of coupled neuroblasts in embryonic neocortex // Science. 1991. V. 252. №5005. P.563-566.

118. Loewenstein W.R. The Touchstone of Life. Molecular Information, Cell Communication, and the Foundations of Life: N. Y., 1999.-5-611 p.

119. Logvinov A. K., Kirichenko E. Yu., Povilaitite P. E., Sukhov A. G. Structural organization of the barrel-cortex in rats (an immunohistochemical study) // Neuroscience and behavioral physiology.-2011.-V.41.-№1, p. 6-9

120. Logvinov A.K., Kirichenko E.Yu., Povilaitite P.E. Laminar Distribution of the gap junctions in the rat somatic cortical columns // Journal of Integrative Neuroscience. 2009. - Vol. 8.- № 4.- P. 425-431.

121. Long M.A., Deans M.R., Paul D.L., Connors B.W. Rhythmicity without, synchrony in the electrically uncoupled inferior olive // J'. Neurosci.-2002.-V.22.- P. 10898-10905

122. Loomis A.L., Harvey E.N., Hobart G. Potential rhythms of the cerebral cortex during sleep // Science. 1935. V.81. P.597-598.

123. Lopes. de Silva F.H., Storm van Leeuwen W. The cortical1 alpha, rhythm.in dog: the depth and'surface profile of phase// In. Architectonics of the cerebral.cortex. Raven Press:New York. -1978'. -P.319-333.

124. Lorente de No R., Graham Hi T. Recovery cycle of motoneurons// J." Physiol.- 1938.-V.123.-P. 388-399

125. Luthi A., McCormick D. A. Periodicity of thalamic synchronized» oscillations: the role of Ca2+ mediated upregulation of Ih// Neuron.-1998b.-V. 20;№3.-P. 553-563

126. Magee JC, Dendritic hyperpolarization-activated currents modify the integrative properties of hippocampal CA1 pyramidal neurons, J Neurosci 18:7613-7624; 1998*

127. Mancilla J.G., Lewis T.J:, Pinto D.J., Rinzel J., Connors B.W. Synchrony of firing in coupled pairs of inhibitory interneurons in neocorte // Soc. Neurosci.- 2003.-23.-P. 173

128. Maxeiner S., Kruger O., Schilling K., Traub O., Urschel S., Willecke K. Spatiotemporal transcription of connexin45 during brain development results in neuronal expression in adult mice // Neuroscience.- 2003;-V.119.-P. 689-700

129. McCormic D. A., Pape H. C. Properties of a hyperpolarization-activated cation current and its role in rhythmic oscillation in thalamic, relay neurons // J; Physiol. Lond.-1990a.-V. 431.-P. 291-318

130. Morison R.S., Basset D:K Electrical activity of the thalamus and basal ganglia in decorticate.cat// J.Neurophysiol.-1945. -V.8, № 3. -P.399-4141

131. Morison R.S., Dempsey. E.W. A study of thalamocortical, relations // Amer.JlPhysiol. -1942: -V.135, № 2. -P.281e-292

132. Nagy J.I., Dudek F.E., Rash* J.E. Update on connexins and gap junctions in neurons and glia in the mammalian nervous system// Brain Res Rev.-2004.-V.47.- P.191-21'5

133. Naus C., Flumerfelt B., Hrycyshyn A. A. Anterograde HRP-WGA study of aberrant corticorubral projections following neonatal lesions of the rat sensorimotor cortex// Exp.Brain Res. -1985. -V.59, №2. -P.365-371.

134. Pape H. C. Queer current and pacemaker: The hyperpolarization -activated cation current in neurons// Annu. Rev. Physiol.-1996.- V. 58.- P. 299-327

135. Peinado A., Yuste R., Katz L.C. Gap junctional communication and the development of local circuits, in neocortex // Cereb. Cortex. 1993. V.3: №5. P.488-498.

136. Porter J.T., Johnson C.K., Agmon A. Diverse types of interneurons generate thalamus-evoked feedforward inhibition in the mouse barrel cortex // J. Neurosci. 2001. V.21. P.2699-2710.

137. Potts M. A. Method for location specific histological features for electron microscopy//J. Roy. Micr. Soc., 1965,85,1,97-102

138. Rash J.E., Yasumura T., Davidson K.G., Furman C.S., Dudek E.E., Nagy J.I. Identification of cells expressing Cx43, Gx30, Cx26, Cx32 and Cx36 in gap junctions of rat brain and spinal cord // Cell Commun. Adhes.-2001a.- V.8.- E. 315—320^

139. Robinsons G., Gray* T. Electron microscopy 2: Tissue preparation; sectioning and staining// in: Theory and.practice of histological techniques, (eds. Bancroft JD, Stevens A.), ChurchillTivingstone, New York.- 1990.- P: 525-562.

140. Rouach N, Segal M, Koulakoff A, Giaume C, Avignone E. Carbenoxolone blockade of neuronal network activity in culture is not mediated by and action on gap junctions. J Physiol.- 2003, V. 553, p. 729745

141. Santoro B., Tibbs G.R. The HCN gene family: molecular basis of the hyperpolarization-activated pacemaker channels // Ann. NY Acad. Sci. 1999. V.868. P.741-764.

142. Schlaepfer W.W. Neurofilaments: structure, metabolism, and implication in disease.//J.Neuropathol Exp Neurol, 1987.-46.-p.l 17-129

143. Silva L.R., Amitai Y., Connors B.W. Intrinsic oscillations of neocortex generated by layer 5 pyramidal neurons// Science. -1991. -251. -P. 432-435

144. Sloper J.J. An electron microscope study of the commissural connexions of the primate motor complex // J. Anat.-1972.-V.l 11.- P.503

145. Sohl G., Maxeiner S.v Willecke K. Expression and functions of neuronal gap junctions // Nature Rev. Neurosci.- 2005.- V. 6.- P. 191-200

146. Sotelo, C., Palay S. L. Synapses avec des contacts entroits ( tight junctions) dans le noiyau vestibuläre lateral du rat.- Microscopie, 1967, v. 6, p. 83-88

147. Spain. W. J., Schwindt P; C., Crill W. E. Anomalous rectification in neurons from cat sensorimotor cortex in vitro // J. Neurophysiol.- 1987.- V. 57.-.P. 1555-1576

148. Steriade M. Corticothalamic resonance, states of vigilance and mentation //Neuroscience. 2000. V.101. №2. P.243-276.

149. Steriade M., Deschenes M.,Domich L., Mulle C. Abolition of spindle oscillations in thalamic neurons disconnected from nucleus reticularis thalami //J.Neurophysiol. -1985. -V.54. P.1473-1497.

150. Steriade M., Gloor P., Elinas R.R., Lopes da Silva F.H., Mesulan M.M. Basic mechanisms of cerebral rhythmic activities// EEG. and Glin.Neurophysiol. -1990. -V.76. -P.481-508.

151. Steriade M., Llinas R.R. The functional'states of the thalamus and the associated neuronal interplay// Physiol. Rev. 1988. Y.68. №.3. P.649-742.

152. Tam as G., Buhl E.H., Lorincz A., Somogyi P. Proximally targeted GABAergic synapses and gap junctions synchronize cortical interneurons // Nat. Neurosci.- 2000.- V.3.- P. 366-371

153. Tama's G., Somogyi P., Buhl E.H: Differentially interconnected networks of GABAergic interneurons in the visual cortex of the cat // J. Neurosci. 1998. V.18. P.4255-4270.

154. Teubner B., Odermatt B., Guldenagel M.,. Sohl G., Degen J. Functional expression of the new gap junction gene connexin47 transcribed in mouse brain and spinal cord neurons // J. Neurosci.- 2001.- V. 21.- P: 1117-1126

155. Timofeev I; Grenier F, Steriade M' (2001) Disfacilitation and active inhibition in the neocortex during the natural sleep-wake cycle: an intracellular study. Proc Natl Acad Sci U S A 98: 1924-1929.

156. Todd K.L., Kristan W.B Jr., French K.A. Gap junction, expression is required for normal chemical synapse formation // J. Neurosci. 2010. V.30. №45. P.l 5277-15285.

157. Tony N., Pierre-Alan Buchs, Niconenko I., Povilaitite P., Parisi L., Muller D. Remodelling of sinaptic membranes after induction of long-term potentiation.//The Journal of Neuroscience, 1999.-2l.-16.-p.6245-6251

158. Vaney D. I., Charles Nelson J., Pow D. V. Neurotransmitter Coupling through Gap Junctions in the Retina//The Journal of Neuroscience.- 1998.-V. 18, №24,- P. 10594-10602

159. Vinken M., Vanhaecke T., Papeleu P., Snykers S., Henkens T., Rogiers V. Connexins and their channels in cell growth and cell death // Cell Signal .-2006, V. 18, p. 592-600,

160. Wallace M.N. Organization of the mouse cerebral cortex: a histochemical study using glycogen phosphorylase// Brain Res. -1983. -V. 267.-P. 201-216.

161. Welker C., Woolsey T. Structure of layer IV in the somatosensory neocortex of the rat: description and comparison with the mouse // J: Comp. Neurol.-1974.-V. 158.- P. 437-454

162. Weller W., Johnson J. Barrels in cerebral cortex altered by receptor disruption in newborn, but not in five-day old mice// Brain Res.-1975.- V. 83, №3.- P: 504-508

163. White E., Amicis R. Afferent and efferent projections of the region in' mouse SmL cortex which contains-the posteromedial barrel subfield // J. Comp: Neurol. 1977.-V.- 175:-N4.-Pr 455-482

164. Wiedenmann W, Franke W.W Identification, and localization of synaptophysin, an integral membrane glycoprotein of Mr." 38,000 characteristic of presinaptic vesicles.//Cell, 1985.-41.-P.1017-1028

165. Willecke K.,. Eiberger J., Degen J., Eckardt D., Romualdi A. Structural and functional diversity of connexin genes in the mouse and human genome // Biol. Chem.- 2002.- V.383.-P.725-37

166. Wise S., Jones E. Cells of origin and* terminal distribution of descending projection of the rat somatic sensory cortex// J.Comp.Neurol. -1977a. -V.175. -P. 129-158.

167. Wise S., Jones E. Developmental studies of thalamocortical and commissural connections in the rat somatic sensory cortex// J.Comp.Neurol. -1978. -V.178. -P.187-208.

168. Wise S., Jones E. Somatotopic and columnar organization in the corticotectal projection' of the rat somatic sensory cortex// Brain Res. -1977b. -V.133. -PI233-235.

169. Woolsey T. A., Van der Loos H. The structural organization of layer IV in the somatosensory region1 (SI) of mouse cerebral cortex// Brain Res.-1970.-V. 17, №2.- P: 205-242*

170. Woolsey T. A., Welker K., Schwartz R. H. Comparative anatomical studies of the SmI face cortex with special reference to the occurrence of« barrels» in layer IV // J. Comp. Neurol.-1985.-V. 164, №1.- P. 79-94

171. Yanagihara K., Irisawa H. Potassium current during the pacemaker depolarization in rabbit sinoatrial node cell // Pflugers Arch.-1980.-388, №3.-P. 255-260

172. Zhang C, Restrepo D. Expression of connexin 45 in the olfactory system //

173. Brain Res.- 2002,- V.929.- P. 37-47

Информация о работе

Логвинов, Александр Константинович
кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону, 2011
ВАК 03.03.01

Диссертация

Изучение структурно-функциональной организации ритмогенеза в колонках корковых нейронов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы