Механизмы регуляции и функциональное значение тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга

Кичигина, Валентина Федоровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Механизмы регуляции и функциональное значение тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Механизмы регуляции и функциональное значение тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга"

ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОФИЗИКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

КИЧИГИНА ВАЛЕНТИНА ФЕДОРОВНА

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕТА-ОСЦИЛЛЯЦИЙ В СЕПТО-ГИППОКАМПАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ МОЗГА

03.00.13 - Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Пущино - 2006

Работа выполнена в лаборатории системной организации нейронов Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ,

доктор биологических наук, профессор |Ольга Сергеевна Виноградова]

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Олег Викторович Годухин

доктор биологических наук, профессор Ара Саакович Базян

доктор биологических наук, чл.-корр. РАН Владимир Георгиевич Скребицкий

Ведущая организация: Институт биофизики клетки РАН

Защита диссертации состоится « йёъ ¿Е/г^Д-А^ 2006 г. в час.

на заседании Диссертационного совета Д 002.093.01 в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН

Автореферат разослан «Л/» ¿¿¿¿УЪ-^/гг? 2006г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета +

Кандидат физико-математических наук ^ССС^З Н.Ф. Ланина.

¿снрбА

&AXS-'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Интерес к изучению механизмов организации и значения осцилляторных процессов в мозге возник более полувека назад и значительно усилился в последние годы. В этом аспекте весьма актуальным является исследование тета-осцилляций в гиппокампе - структуре, без которой невозможно запоминание новой осознанной информации.

Клинические исследования показали значение гиппокампа для обеспечения внимания и памяти у человека [Лурия, 1970; Milner, 1970; Grace, 2000]. Экспериментальные работы свидетельствуют, что гиппокамп и связанные с ним образования участвуют в отборе и регистрации новой и значимой информации [обзоры Виноградова, 1975; Vinogradova, 2001]. Показано, что при действии новых, потенциально важных стимулов в электроэнцефалограмме гиппокампа появляются или усиливаются тета-осцилляции - высоко амплитудные, почти синусоидальные волны, следующие с частотой от 4 до 10 Гц. Какую роль играет тета-активность в работе гиппокампа во время регистрации сигналов, - этот вопрос является одним из самых сложных в современной нейрофизиологии.

Нерешенными остаются и вопросы о механизмах генерации и регуляции тета-ритма. Зависит ли гета-ритм от какой-то одной структуры или в этом процессе участвуют многие структуры мозга, - единая точка зрения в этом отношении в настоящее время отсутствует. Тета-осцилляции регистрируются в электроэнцефалограмме многих образований, от нижнего ствола мозга до неокортекса. Эта активность может зависеть от внутренних свойств нейронов или нейронных сетей в данных структурах, а также от их афферентных входов. В середине прошлого столетия было начато изучение медиальной септальной области мозга (MC, или септум, состоящей из медиального септального ядра и ядра диагонального пучка Брока), являющейся основным субкортикальным входом гиппокампа. В этой области были зарегистрированы нейроны, разряжающиеся ритмическими залпами импульсов, совпадающими по частоте с тета-волнами в ЭЭГ гиппокампа [Green, Arduini, 1954; Dutar et al., 1986; Borhegyi et al., 2004]. Однако является ли эта область звеном, необходимым для генерации гиппокампального тета-ритма, остается неясным.

С вопросом о механизмах генерации тета-ритма тесно связан вопрос о его регуляции. Известно, что выраженность тета-осцилляций зависит от объема и степени новизны поступающих стимулов [Vinogradova, 1995]. Гиппокамп не получает прямых входов от сенсорных систем мозга; информацию о приходящих извне сигналах ему доставляют, в частности, афферентные пути от стволовых структур, где происходит первичная обработка сенсорного притока. Достаточно хорошо изучено влияние на активность септо-гиппокампальной системы ретикулярной формации ствола мозга, стимуляция которой повышает выраженность и частоту тета-осциллдций (Gogolak et al., 1967; Brazhnik et al., 1984; Vertes, Kocsis, 1997). Каково влияние других стволовых образований, основными из которых являются моноаминергические структуры мозга, посылающие афферентные пути к септум и гиппокампу, ко времени начала данной работы оставалось неизвестным.

Решение всех перечисленных вопросов необходимо для понимания механизмов высших, когнитивных функций мозга - внимания и памяти.

РОС. НАЦИОНДЛЬ-БИБЛИОТЕКА С. Петербург "i ОЭ

Nun I

зш

Цель и задачи исследования

Цель работы состояла в выяснении функциональной роли тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга и его контроля стволовыми структурами при регистрации гиппокампом поступающих в мозг сенсорных сигналов.

Основные задачи:

1. Выяснить параметры тета-осцилляций в фоновой активности септум и гиппокампа у бодрствующих животных и их изменения при действии сенсорных раздражителей.

2. Исследовать зависимость тета-осцилляций в гиппокампе от септальных влияний. Для этого: (а) изучить изменения тета-осцилляций у гиппокампальных нейронов после функциональной блокады септум; (б) выяснить эндогенные свойства клеточной активности септум и гиппокампа при трансплантации эмбриональной ткани в мозг взрослых животных, в условиях формирования и отсутствия связей между нейронами этих тканей.

3. Изучить механизмы регуляции тета-осцилляций холинергической системой мозга.

4. Выяснить роль ГАМКергической септальной системы в регуляции тета-ритма гиппокампа.

5. Исследовать роль моноаминергических структур ствола мозга (серотонинергического медианного ядра шва, норадренершческого синего пятна и дофаминергической вентральной тегментальной области) в регуляции тета-ритма и сенсорных ответов в септо-гиппокампальной системе.

6. При использовании различных экспериментальных моделей выяснить функциональную роль гиппокампального тета-ритма, посредством анализа реакций нейронов гиппокампа в условиях генерации естественного (неустойчивого) тета-ритма, его блокады, и непрерывных тета-осцилляций.

Научная новизна и практическое значение работы

Исследование характера активности в трансплантатах эмбриональной ткани септум, развивающихся в сомато-сенсорной области неокортекса, является первой работой, показавшей способность септальных нейронов генерировать залповые тета-разряды независимо от характера афферентных связей. На данной экспериментальной модели впервые продемонстрировано, что тета-осцилляции являются эндогенным свойством септальных клеток.

Впервые на внутримозговых трансплантатах показано, что в условиях изоляции от окружающей ткани нейроны гиппокампа не выявляют тета-модуляции, свойственной им т ¡Ни; в то же время, при интеграции с септальной тканью реципиента, они могут обнаруживать в активности ритмический тета-компонент. Эти данные демонстрируют необходимость септо-гиппокампальных связей для генерации тета-осцилляций.

На бодрствующих животных впервые были изучены характеристики и динамика сенсорных реакций нейронов септум и гиппокампа в условиях различной выраженности тета-ритма (от его отсутствия до непрерывной генерации) Анализ вызванных ответов, зарегистрированных при использовании оригинальных экспериментальных моделей, показал значение тета-осцилляций как активного фильтра при отборе сигналов, поступающих в гиппокамп для их дальнейшей обработки и регистрации.

Впервые показано, что холинергическая система мозга и моноаминергические стволовые структуры, регулируя тета-осцилляции в септо-гиппокампальной системе,

участвуют в организации сенсорных реакций ее нейронов. Это подтверждает значение тета-ритма в регистрации новой и потенциально важной информации.

Работа относится к числу фундаментальных исследований и может быть включена в курсы по нейрофизиологии в высших учебных заведениях. Результаты настоящего исследования дают возможность глубже понять процессы, лежащие в основе внимания и памяти. Полученные данные могут быть использованы при разработке моделей обучения и запоминания информации, а также их нарушений; возможно их использование при разработке подходов для коррекции заболеваний центральной нервной системы. Основные положения, выносимые на защиту

1. Медиальная септальная область (МС или септум) является структурой мозга, необходимой для генерации тета-ритма в гиппокампе- при функциональной блокаде МС тета-ритм в гиппокампе обратимо блокируется.

2. Тета-осцилляции являются эндогенным свойством нейронов МС: они присутствуют в активности нейронов трансплантированной ткани септум, развивающейся в неокортексе реципиента; в то же время, в изолированной гиппокампальной ткани тета-модуляция отсутствует.

3. Холинергическая система септум участвует в регуляции выраженности гиппокампапьного тета-ритма, в то время как ГАМКергическая система контролирует как мощность, так и частоту ритмической активности гиппокампа.

4. Стволовые моноаминергические структуры мозга модулируют регулярность и частоту тета-осцилляций: норадренергическая и дофаминергическая системы усиливают тета-ритм, в то время как серотонинергическая - подавляет его Взаимодействие этих систем с ретикулярной формацией создает уровень активности мозга, необходимый для регистрации новой информации.

5. Холинергическая и ГАМКергическая септальные системы и структуры ствола мозга, регулируя выраженность тета-ритма. участвуют в организации процесса регистрации сенсорных сигналов в септум и гиппокампе.

6. Гиппокамнальный тета-ритм играет роль функционального фильтра при отборе сигналов, поступающих в мозг: усиливая и продлевая реакции на новые и потенциально важные стимулы, он предотвращает интерференцию с побочными раздражителями.

Апробация работы и публикации. Результаты работ по теме диссертации были доложены на: IV Всесоюзной конференции "Память и следовые процессы" (Пущино, 1979); Первом Международном симпозиуме "Transplantation in the mammilian CNS" (Лунд, Швеция, 1984); Первом рабочем совещании по трансплантации нервной ткани (Пущино. 1985); Всесоюзной конференции "Механизмы динамической локализации и компенсации функций ЦНС (Ереван, 1986); XV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (Кишинев, 1987); Всесоюзном симпозиуме с международным участием "Трансплантация ткани мозга млекопитающих" (Пущино, 1988); Третьем международном симпозиуме "Neural Transplantation" (Кембридж, Великобритания, 1989); Советско-Индийском симпозиуме "Transplantation and Developmental Neurobiology (Пущино, 1991); Ежегодной научной конференции ИТЭБ РАН (1995); Совещании российской научной школы "Роль межклеточных взаимодействий в протекании основных тканевых процессов" (Пущино, 1997; 1998); 32-ом Международном симпозиуме "Annual Neuroscience Meeting" (Флорида, 2002); Конференции "От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям" (Пущино, 2002); Международном конгрессе "Прогрессивные научные

технологии для здоровья человека" (Феодосия, 2003); XII Международной конференции "New information technologies in medicine, biology, pharmacology and ecology" (Гурзуф, 2004). Международном конгрессе "Progress in Fundamental and Applied Science for Human Health" (Судак, 2005).

По теме диссертации опубликовано 68 работ, из них 31 статья в отечественных и зарубежных рецензируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания методов исследования, полученных результатов, обсуждения и выводов. Работа изложена на 207 страницах, содержит 14 таблиц и 52 рисунка. Список литературы включает 628 источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Все опыты проводили в соответствии с международными нормами этического обращения с животными (Experientia, 1995, V.51, Р.1-5).

1. Исследование активности нейронов септум и гиппокампа в интактном мозге.

Животные и хирургические операции. Эксперименты проведены на неанестезированных, частично ограниченных в движениях кроликах породы Шиншилла (вес 2.5-3.5 кг), выращенных в виварии Института. За неделю до начала экспериментов на животных проводили операцию в стереотаксическом аппарате СТМ-3; координаты структур-мишеней рассчитывали по атласу Фифковой и Маршала. На кости черепа укрепляли держатель микроэлектродного манипулятора над проекцией МС или гиппокампа. Для регистрации ЭЭГ в поле CAI гиппокампа вживляли монополярный электрод (нихром, 0.2 мм). В зависимости от поставленной задачи имплантировали также биполярные стимулирующие электроды (нихром, 0.1 мм) и/или направляющие канюли, через которые во время опытов посредством микрошприца внутриструктурно или в боковые желудочки мозга вводили фармакологические препараты ("Сигма", США). Индифферентный электрод имплантировали в носовую кость.

Часть опытов при регистрации нейронной активности в гиппокампе проведена после базальной подрезки септум. Подрезка осуществлялась с помощью горизонтального энцефалотома (миниатюрного ножа, находящегося в направляющей игле). Во время предварительной операции игла последовательно вводилась (по расчетным координатам для МС) в правый и левый латеральные желудочки, на уровне базальной области септум выдвигался нож и энцефалотом поворачивался на 180°, что отсекало септум от нижележащих структур. Полнота перерезки проверялась на серийных срезах после окончания опытов.

Регистрация электрической активности и обработка данных. Все эксперименты проводили на животных, находящихся в стандартных условиях, в экранированной камере. Активность одиночных нейронов регистрировали внеклеточно, с помощью вольфрамовых микроэлектродов (диаметр кончика 1-3 мкм, сопротивление 3-8 мОм), вводимых в исследуемые структуры с помощью микроманипулятора Хьюбела. Во время опытов животным предъявляли серии слуховых, зрительных или соматосенсорных сигналов (частота 0,15 Гц). Электрическую стимуляцию различных структур мозга производили прямоугольными импульсами тока длительностью 0.1-0.5 мс, с частотой 1-100 Гц и интенсивностью 50-200 мкА, от стимулятора MSE-3.

Регистрацию активности нейронов и ЭЭГ осуществляли с помощью записи на магнитной ленте; в более поздних экспериментах - с помощью компьютеров IBM

PC/AT, Pentium-3; на ЭВМ сигналы направлялись с выхода усилителя через АЦП или звуковую карту (частота опроса 40 кГц). Обработку активности проводили с использованием специальных компьютерных программ, выполненных по заказу. Все статистические и преобразовательные функции были взяты из библиотеки Intel Signal Libraiy Suite. Для каждого нейрона получали следующие характеристики: средний межспайковый интервал (tcp); гистограммы распределения межимпульсных интервалов первого порядка и автокорреляционной функции (как сумму межспайковых интервалов всех порядков); гистограмму спектральной плотности. На основе этих данных оценивали среднюю частоту (Fbp) и степень регулярности спайков, среднюю частоту тета-ритма (Fe) и его устойчивость (постоянную времени затухания ритмического процесса, т9, или "индекс ритмичности") Последний параметр рассчитывали на основе автокоррелограммы: T9„t2-t|/(lnAi-Acp/A2-Acp) (с), где Аг амплитуда первого пика; A¿- амплитуда следующего значимого пика; А^-средний уровень автокоррелограммы; tr время для Ai, t2- время для А2. Нейроны с х9 < 0.05 с, произвольно оценивали как не имеющие ритмичности; если т0 варьировала от 0.05 до 0.3 с, клетки характеризовали как имеющие нестабильную тета-модуляцию; нейроны с te между 0.3 и 0.5 с оценивали как относительно регулярные тета-нейроны; наконец, клетки с тв >0.5 с - как имеющие стабильную ритмическую активность. У нейронов, не обнаруживших гета-модуляцию, степень регулярности спайков рассчитывали как отношение стандартного отклонения (СО) распределения межспайкового интервала к среднему интервалу, KB=CO/tcp. Активность нейронов с Кв<0.30 рассматривалась как регулярная. Для анализа ЭЭГ использовали метод быстрого преобразования Фурье; на основе получаемых спектральных гистограммах вычисляли значение мощности различных частотных полос от 0.5 до 100 Гц.

Вызванные сенсорными и электрическими стимулами ответы оценивали с помощью построения перистимульных гистограмм и растровых развёрток. Для оценки реакций нейронов и их изменений использовали стандартные подходы. Ои-ответы оценивали на основании "коэффициента реакции": отношение общего числа спайков в ответе к числу стимулов. Фазические и тонические ответы оценивали как устойчивое отклонение (не менее чем на 15% для нейронов с регулярной активностью и не менее чем на 30% для нерегулярных) от среднего уровня фоновой частоты в последовательных бинах за период, приблизительно равный длительности сигнала (фазические ответы) или значительно (в 2-5 раз) превосходящий ее (тонические реакции).

По окончании серии опытов проводили морфологический контроль мест отведения активности, стимуляции и введения препаратов на серийных замороженных срезах.

Статистика. Достоверность различий определяли с помощью /-теста Стьюдента или при использовании линейной модели однофакторного дисперсионного анализа (one-way ANO VA) Данные считали достоверными при р<0.05. Все результаты представлены как среднее ± стандартная ошибка среднего.

2. Исследование активности нейронов в трансплантатах септум и гиппокампа.

Животные, хирургические операции и характер экспериментов. Опыты проведены на взрослых крысах (Вистар) и кроликах (Шиншилла). Донорским материалом были кусочки эмбрионального мозга из септальной области и гиппокампа, взятых от 16-18-дневных эмбрионов крыс. Предварительно, с помощью вакуумного насоса, у реципиентов отсасывали небольшой объем мозгового вещества в той области, куда помещали трансплантат. Септальную ткань трансплантировали в

соматосенсорную область неокортекса крыс, гиппокампальную ткань помещали в септальную область мозга кроликов. Детально способы выделения сегггум и гиппокампа из эмбрионального мозга и процедура трансплантации описаны А.Г. Брагиным [1990]. Опыты in vivo, на бодрствующих кроликах и анестезированных крысах, проводили с использованием методов, описанных выше. После окончания экспериментов мозг извлекали, фиксировали и заливали в полиэтиленгликоль по методике Ефимова (1982). После укрепления на блоке изготавливали срезы толщиной 5-10 мкм, которые затем окрашивали крезилвиолетом или толуидиновым синим. Метод Гольджи Кокс (Golgi-Cox silver impregnation) применяли по прописи Ramon-Moliner (1971). Опыты in vitro проводили на неокортикальных срезах мозга крыс, включающих трансплантированную септальную ткань Изготовление и инкубацию срезов проводили по стандартным методикам [Bliss, Richards, 1971; Скребицкий, Воробьев, 1978]. Срезы толщиной 300-350 мкм готовили с помощью вибротома во фронтальном плане и помещали в проточную термостатируемую камеру (t°=34±0.1° С). В экспериментах использовали инкубационный раствор, предложенный Yamomoto (1972); скорость подачи раствора составляла 4 мл/мин.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Характеристики ритмической тета-модуляции нейронной активности медиальной септальной области и гиппокампа у бодрствующих кроликов

1.1. Ритмическая тета-активность в медиальной септальной области.

Проанализирована активность 119 клеток, зарегистрированных в септум восьми кроликов. Во время спокойного бодрствования, когда в ЭЭГ гиппокампа наблюдалась нерегулярная активность с краткими периодами низко-амплитудного тета-ритма, лишь треть зарегистрированных нейронов МС обнаруживала тета-модуляцию (34.4%). Ритмическая тета-активность имела различную степень выраженности: от слабой эпизодической до непрерывных ритмических пачек.. Значение т9 для всей популяции ритмических нейронов составляло 0.341+0.03 с, варьируя от 0.12 до 0.66 с Среднее значение Г'в равнялось 5.2±0.19 Гц, имея диапазон от 4.8 до 6.5 Гц, хотя для одного и того же нейрона частота была достаточно стабильной (табл. 1). У значительного числа нейронов МС (35.3%) присутствовала также дельта модуляция (рис. 1 А).

При подаче сенсорных стимулов, когда в ЭЭГ гиппокампа появлялся регулярный те га-ритм, характеризующий реакцию активации мозга, количество нейронов МС, обнаруживающих тета-ритмичность, существенно возрастало: с 34.4 до 74.8%. Среднее значение х0 увеличивалось от 0.341+0.03 до 0.492±0.03 с (Р<0.01, t-тест Стьюдента). Тета-модуляция могла сопровождать различные по характеру ответы: тормозные или активационные, фазические (равные по продолжительности стимулу), тонические (длительность которых в 2-3 раза превышала продолжительность стимула), а также реакции со специфическим паттерном (on-, ojf-стетл или сложные реакции). Часть клеток, не имевших тета-модуляции в фоновой активности, но обнаруживших ее при подаче сенсорных раздражителей, могли не изменять частоты разрядов, т.е. появление тета-осцилляций было единственной реакцией этих нейронов на сенсорный стимул (17 из 119, 1.4 %). В большинстве случаев сенсорные ответы выявлялись лишь после короткой остановки текущей активности длительностью 50-150 мс. После этого происходила временная "подстройка" тета-пачек к началу действия раздражителя (рис.2).

А. Тета-активность МС

АКГ ГСП

те =0. 195

те =0 385

WWV:

5 5

Б. Тета-активность гиппокампа

лпгги

т. =0 055

ТВ =0 135

те =0. 320

6 о JL

5 5

Частота, Гц

Рис.1. Спонтанная тета-активность нейронов МС и гиппокампа. Слева записи нейронных разрядов; справа - обработка активности: автокоррелограммы (АКГ), период обработки 1 с, бин 20 мс, и гистограммы спектральной плотности (ГСП), период обработки 25 Гц, бин 0.5 Гц. По оси ординат: для АКГ-число спайков/бин; для ГСП - спектральная мощность частотных полос, отн. ед. Показаны нейроны с различной выраженностью тета-осцилляций, измеряемой индексом ритмичности (т0), обозначенным над АКГ. Над ГСП обозначены спектральные максимумы.

Электрическая стимуляция ретикулярных ядер покрышки среднего мозга и моста (nuclei reticularis tegmenti), вызывающей регулярный тета-ритм в ЭЭГ гиппокампа, у большинства тестированных клеток МС так же, как и сенсорные раздражители, провоцировала появление или усиление ритмической модуляции у 74.8% нейронов.

1.2. Ритмическая тета-активность в гиппокампе.

У десяти кроликов было зарегистрировано 185 клеток гиппокампа. Подавляющее большинство нейронов, взятых в анализ, имело высокую частоту активности (>5 имп/с). Средняя частота для всей популяции составила 18.0+1.6 имп/сек. варьируя у разных клеток от 5 до 70 имп/с. По этому критерию, по паттерну активности и характеру ответов на электрическую стимуляцию (см. ниже), а также отсутствию комплексных спайков в активности, эти клетки можно отнести к подтипу ингернейронов [Fox,, Ranck, 1981; Buzsaki, Eidelberg, 1982]. Пирамидные клетки,

характеризующиеся наличием комплексных спайков в активности, как правило, не обладали тета-паттерном и слабо отвечали на предъявляемые раздражители; в связи с этим они были исключены из статистического анализа. Во время спокойного бодрствования 36.8% зарегистрированных нейронов полей СЛ1-САЗ обнаруживало гета-модуляцию. Однако выраженность тета-активности нейронов гиппокампа была ниже, чем в септум. Среднее значение т0 составляло 0.265+0.07 с, варьируя от 0.10 до 0.5 с. Среднее значение Ре равнялось 5.2±0.19 Гц, имея диапазон от 4.5 до 6.0 Гц (табл. 1). Для одного и того же нейрона частота тета-модуляции была достаточно стабильной. У 52.9% клеток в активности присутствовала также дельта модуляция (рис.1 Б).

Действие сенсорных раздражителей, вызывающее в большинстве случаев относительно регулярный тета-ритм в ЭЭГ гиппокампа, так же, как и в МС, приводило к появлению у многих гиппокампальных нейронов ритмической тета-активности. Число клеток с тета-модуляцией при действии сенсорных раздражителей увеличивалось с 36.8 до 72.4%. У нейронов, в фоновой активности которых присутствовала тета-модуляция, сенсорные раздражители в большинстве случаев (56 из 68, 82.3%) вызывали усиление ритмической составляющей во время и/или после окончания действия стимула. Как и в МС, тета-осцилляции сопровождали различные типы реакций (активационные и тормозные, а также фазические, тонические или со специфическим паттерном (рис.2). Среднее значение те возрастало с 0.285+0.07 с до 0.398±0,04 с (Р< 0.05,1-тест Стьюдента). Кроме этого, у них повышалась частота тета-ритмики (в среднем с 5.2+0.18 до 5.85±0.17 Гц; Р<0.05) (табл.1).

Рис.2. Выявление тега-модуляции в активности нейронов септум и гиппокампа (показаны нейроны септум) в ответах на звуковые раздражители (чистые тоны). А: тормозный ответ; Б: активационная реакция; В: ответ без изменения частоты разрядов. Представлены перистимульные гистограммы (ПСГ) и растровые развертки, бин 50 мс. Момент подачи раздражителя обозначен вертикальной линией; длительность звуков отмечена чертой под растрами.

Электрическая стимуляция ретикулярных ядер покрышки среднего мозга и моста, как правило, вызывала ответы гиппокампальных нейронов в виде множественных спайков. Как и сенсорная стимуляция, она приводила к появлению/усилению тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа, параллельно с возрастанием ритмической модуляции у 68.6% тестированных клеток.

-л.--.1:: г-::-:^.^-У.^-"?

дги-^гЛ: Л^! Чп ГтЛ^Л^гл^-ц

Г" 'У

ГЛ/1

■_.--• 3- -Г- -Г- -г. ГЛ- •:.-..

0.5с 2.0с

Итак, сопровождая реакции на внешние стимулы или являясь единственным проявлением ответа на раздражитель, тета-осцилляции участвуют в кодировании сенсорной информации нейронами септо-гиппокампальной системы.'

Параметры Медиальная септальная область Контроль Сенс.стим. Гиппокамп Контроль Сенс.стим.

Средняя частота разрядов, имп/с 17.8±1.3 18.3+1.3 18.011.6 15.511.9

Число нейронов с тета, % 34.4 74.8 36.8 72.4

Частота тета, Гц 5.2Ю.19 5.9Ю.18* 5.3Ю.10 5.8510.17*

Устойчивость тета (те), с 0.341±0.03 0.492Ю.04** 0.25410.02 0.39810.04**

Длительность залпа, мс 83.2+8.3 86.319.1 68.015.0 7019.3

Длительность паузы, мс 87.7+8.1 83±9.3 10415.2 10215.1

Число спайков в пачке 6.8±0.5 7.010.7 4.1Ю.2 4.0М.5

Число тестированных нейронов 119 185

Таблица 1. Параметры тета-модуляции активности нейронов медиальной септальной области и гиппокампа у бодрствующих кроликов в контроле и при подаче сенсорных стимулов (сенс стим.) Достоверность отличий ог контроля при' *р<0.05; **р<0 01.

Являются ли тета-осцилляции в септум и гиппокампе независимыми процессами, или между ними существует взаимосвязь, - для решения этого вопроса проведены эксперименты, изложенные в главах 2-4.

В главе 2 проверяется гипотеза о зависимости тега-осцилляций в гиппокампе от септальных влияний.

2. Активность нейронов гиппокампа при функциональной блокаде медиальной септальной области

Для проверки предположения о пейсмекерной роли МС в генерации тета-ритма гиппокампа проведено сравнительное исследование активности гиппокампальных нейронов (поле CAI) в контроле и после локального введения в МС анестетика лидокаина гидрохлорида (10%-ный раствор, 3-4 мкл), вызывающего временную блокаду активности нейронов септум.

Проанализирована активность 34 клеток, идентифицированных как тормозные интернейроны гиппокампа. В контрольном состоянии у 83% зарегистрированных клеток активность была существенно неравномерной, модулированной на дельта-частоте (0.5-2.5 Гц). Вместе с тем, у 35% клеток исследованной группы в активности присутствовала тета-модуляция. Средняя частота тета-залпов составляла 5.2+0.19 Гц; устойчивость тета-процесса (т8) в среднем равнялась 0.32±0.07 с.

После введения лидокаина в МС активность в гиппокампе существенно изменялась: повышалась нерегулярность нейронных разрядов и полностью исчезала тета-модуляция; в параллельно регистрируемой ЭЭГ гиппокампа тета-волны также отсутствовали. В то же время резко возрастала дельта-составляющая нейронной активности. Средний латентный период наблюдаемых изменений составлял 105±40 с. Восстановление активности до контрольного уровня наблюдалось через 35±5.5 мин (рис.3). Применение сенсорных стимулов или раздражения ретикулярных ядер не вызывало появления тета-модуляции.

п = 34

10 15 20 25 30 35 40 45 50 Время, мин

Рис. 3. Влияние функционального отключения МС на тета-модуляцию в активности гиппокампа. Показана динамика изменения выраженности тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа (в процентах по отношению к контролю) после введения лидокаина в септум, вызывающего блокаду нейронной активности (отмечено стрелкой).

Исчезновение тета-осцилляций после функционального отключения септум несомненно свидетельствует о зависимости ритмического процесса в гиппокампе от влияний, идущих со стороны септальной области. Полученные факты согласуются с результатами других работ об отсутствии тета-осцилляций в гиппокампе, лишенном связей с септум [Бражник, Виноградова, 1974; Rawlins et al., 1979; Bland, Bland, 1986].

Однако через септум к гигаюкампу проходят транзитные волокна от стволовых структур, воздействия которых также блокируются после введения анестетика, что может проявляться в изменении активности гиппокампа.

Для более точной оценки способности нейронов гиппокампа и септум к генерации осцилляторной тета-активности необходимо выявление эндогенных свойств этих нейронов. Подходящей моделью в этом аспекте является трансплантация и выращивание эмбриональной нервной ткани в мозге взрослых животных. В этом случае можно выявить генетически обусловленные и зависящие от внешних влияний факторы, определяющие характер активности нервных клеток.

3. Характер активности нейронов в трансплантированной эмбриональной ткани септум

Исследование активности нейронов в трансплантатах МС производилось в условиях in vivo, на анестезированных нембуталом крысах, и in vitro, на инкубируемых срезах, включающих трансплантированную ткань и окружающую ее ткань реципиента.

3.1. Эксперименты in vivo.

У 13 из 16 крыс, в неокортекс которых была пересажена эмбриональная септальная ткань, были обнаружены выжившие трансплантаты. По функциональным и морфологическим критериям большинство из них (8 из 13, 69%) были интегрированы с окружающей тканью реципиентов. В септальных трансплантатах было зарегистрировано 85 клеток. Тега-залпы частотой 3-7 Гц (среднее значение при

анестезии 4.5±0.16 Гц) выявлялись у 37% клеток и варьировали от слабой ритмической модуляции до устойчивого тета-паттерна. Тета-модуляция наблюдалась также и в изолированных трансплантатах (средняя Ре= 4.45±0.14 Гц); в их активности не отмечалось признаков патологии. Частота и паттерн спонтанной активности в интегрированных трансплантатах МС изменялись параллельно стадии наркоза у животного: от 3.0 Гц при глубоком наркозе до 8.5 Гц при пробуждении (рис.4).

инъекции эзерина, при этом те в среднем возрастала с 0.125±0.08 с до 0.213+0.04 с (Р< 0.05, t-тест Стьюдента), а частота тета-модуляции с 4.5±0.16 до 5.0±0.13 Гц, (Р< 0.05). У нейронов, не обнаруживших фоновой тета-активности, она могла появляться при соматосенсорной стимуляции (отклонение вибрисс или тактильное раздражение поверхности тела реципиента, 17% реактивных нейронов), после внутривенной инъекции эзерина (13%) или при электрической стимуляции антеровентрального ядра таламуса(11 %).

3.2. Эксперименты in vitro.

Для данной серии опытов были использованы 5 интракортикальных трансплантатов септум, в которых было зарегистрировано 27 нейронов. В каждом из трансплантатов присутствовали нейроны с ритмической залповой активностью (6 из 27. 22%). Частота залпов варьировала от 1.5 до 4.2 Гц, что свойственно септальным нейронам в срезах, приготовленных из интактного мозга [Vinogradova et al., 1980]. Во всех трансплантатах, кроме одного, нейроны были высоко реактивными к электрической стимуляции окружающего неокортекса.

Таким образом, большинство септальных трансплантатов, развивающихся в соматосенсорной области неокортекса, хорошо интегрировались с тканью реципиента. Исходя из того, что септальные нейроны реагировали на раздражение антеровентрального ядра таламуса (в опытах in vivo) и неокортекса мозга рецепиента, можно заключить, что они получали афферентацию, несвойственную для септум интактного мозга. Несмотря на это, нейронная активность сохраняла свойства, присущие ей in situ. Особенно отчетливо органотипические характеристики септальных нейронов проявлялись в сохранении тета-модуляции; при этом экспрессия тета-ритмичности зависела от уровня общей активации, повышаясь при действии сенсорных раздражителей, или после инъекции эзерина, так же, как и в интактном мозге [Brazhnik, Vinogradova 1986]. Эти факгы свидетельствуют, что генерация тета-залпов является внутренним свойством септальных клеток.

Рис. 4. Спонтанная тета-активность нейрона

трансплантата септум при разных стадиях наркоза

реципиента. А: глубокий сон (средняя частота тета-залпов составляет 3.5 Гц), Б: поверхностный наркоз (4.5 Гц); В: пробуждение (8.5 Гц).

Частота и регулярность тета-активности повышались также после системной

4. Активность нейронов трансплантированной эмбриональной ткани гиппокампа

Исследование активности нейронов в трансплантатах гиппокампа, помещенных в септальную область, производилось в условиях ш vivo, на бодрствующих кроликах. Выжившая ткань гиппокампа была обнаружена у 14 из 29 животных (48%). Нейроны, имеющие нормальную структуру, обычно были группированы в кластеры. 9 трансплантатов формировали ограниченный контакт с септум хозяина, будучи смещенными в латеральный желудочек или отделяясь от ткани реципиента глиальным рубцом; у пяти животных выявлено почти полное слияние трансплантированной ткани с тканью хозяина.

4.1. Активность в изолированных трансплантатах.

В трансплантатах, лишенных афферентов от мозга реципиента, было зарегистрировано 49 нейронов. В некоторых трансплантатах не было обнаружено спонтанно активных клеток, разряды появлялись лишь во время движения электрода. Наиболее типичными были эпилептиформные разряды: высокоамплитудные, острые одиночные или множественные популяционные спайки, с последующими периодами молчания, после которых появлялись серии ритмических популяционных спайков более низкой амплитуды. Ни в одном из изолированных трансплантатов не были зарегистрированы нейроны с тета-модуляцией активности, хотя дельта-компонепт (0.3±0.04 Гц) был отчетливо выражен.

4.2. Активность в трансплантатах, интегрированных с септум реципиента.

Нейроны (61 клетка) имели нормальные функционштьные характеристики.

Большинство клеток трансплантатов (54 из 61, 95%) были спонтанно активными, без признаков патологии. Основная группа (42 клетки, 77.8% спонтанно активных нейронов) имели низкочастотную нерегулярную активность с комплексными спайками и высоким значением К„ (среднее значение 1.32±0.2; в норме Кв=1.47±0.4, Р> 0.05). Предположительно, эти нейроны являлись пирамидными. В небольшой группе высокочастотных нейронов (12 из 54, 22.2%), наряду с дельта-компонентом, присутствовала слабо выраженная тета-модуляция с частотой от 4.0 до 5.5 Гц; комплексные спайки в активности этой группы клеток отсутствовали Исходя из характеристик активности этих нейронов, они представляли собой популяцию интернейронов. Эпизоды тета-акгивности продолжались не дольше 1-3 с. Нестационарность этого ритмического процесса не позволяла выявить его экспрессию в автокорреляционных гистограммах и гистограммах спектральной плотности. В то же время, при регистрации активности в соседней септум реципиентов наблюдалась отчетливая тета-модуляция у трети клеток (10 из 30). Исходя из различий в активности изолированных и интегрированных трансплантатов, можно полагать, что наличие тета-модуляции у клеток гиппокампа обусловлено влиянием септальной ткани реципиента

Для повышения эффективности влияний холинергических нейронов МС на гиппокампальную ткань, производилось системное введение эзерина. 48 нейронов из трансплантатов и 14 клеток из септум реципиентов были зарегистрированы до и после инъекции вещества. Относительно стабильная тета-модуляция, определяемая в автокоррелограммах и гистограммах спектральной плотности, выявлялась в активности 10 из 12 клеток второй группы (нейронов с высокочастотной активностью); возрастала также частота тета-разрядов; в среднем она равнялась 5.3±0.2 Гц, варьируя от 4 до 6 Гц. При этом существенно возрастала экспрессия тета-залпов в септум реципиента. При этом обнаружена четкая временная корреляция появления ритмической активности у нейронов трансплантированного гиппокампа и возрастания средней величины индекса ритмичности у клеток септум реципиентов

(рис. 5). Различие частоты тета-залпов нейронов в септум реципиентов и трансплантатах гиппокампа не было достоверным (Р>0.5).

Усиление тета-ритмичности могло наблюдаться также при электрическом раздражении MC реципиента (у шести из 56 тестированных клеток), а в единичных случаях (три нейрона из 61) при подаче сенсорной стимуляции, независимо от изменения частоты клеточных разрядов.

Таким образом, активность нейронов в трансплантатах гиппокампа зависела от степени интеграции с септум реципиента. Изолированные трансплантаты характеризовались наличием популяционных залпов, напоминающих эпилептиформную активность, что, возможно, объясняется образованием аберрантных связей в отсутствии нормальных мишеней для аксонов пирамидных нейронов, а также недостатком внешних афферентов [Zhuravleva et al., 1986]. С другой стороны, морфологически интегрированные трансплантаты обнаруживали характеристики, свойственные гиппокампальной ткани in situ. Выявляющиеся в них две группы нейронов, одна из которых имела характерные признаки пирамидных клеток, а другая - тормозных интернейронов, или "тета-клеток", согласуется с данными многих авторов о клеточном составе гиппокампа в интактном мозге [Fox, Rank, 1981; Bland, 1985; Freund, Buzsaki, 1996]. Отсутствие тета-модуляции в изолированных трансплантатах и ее наличие при интеграции с септум реципиента является еще одним свидетельством того, что MC является структурой, необходимой для генерации тета-ритма в гиппокампе. Известно, что изучение свойств трансплантированной нервной ткани позволяет выявить генетически обусловленные и зависящие от внешних влияний факторы, управляющие структурной организацией [обзор Vinogradova, 1994]. Данное исследование позволяет заключить, что установление связей с септум является для гиппокампа критическим фактором, необходимым для организации его активности и, следовательно, нормального функционирования.

5. Регуляция тета-активности нейронов гиппокампа холинергической и ГАМКергической системами мозга

5.1. Влияние холинергических веществ. На 8 животных проведено исследование активности нейронов гиппокампа при повышении уровня эндогенного ацетилхолина в мозге внутривенным введением блокатора ацетилхолинэстеразы ээерина (0.1 мг/кг,

Рис. 5. Временная корреляция появления ритмической активности у нейронов трансплантированного гиппокампа после системной инъекции эзерина реципиенту (нижняя линия, №=10) и возрастания средней величины индекса ритмичности у клеток септум реципиента (верхняя линия, п=14). Момент введения эзерина обозначен стрелкой.

0 5 10 15 20 25 30 Время, мин

внутривенно) и при блокаде мускариновых рецепторов введением скополамина (0.31.0 мг/кг). Было зарегистрировано: 151 нейрон в полях CAI и САЗ в контрольном состоянии (до введения веществ), 108 - под действием эзерина, и 119 - под влиянием скополамина; из них 74 исследовали во всех трех состояниях.

Влияние эзерина.

После инъекции эзерина у 72.2% клеток наблюдалось возрастание тета-модуляции. Значение постоянной времени затухания ритмического процесса возрастало почти вдвое: т0 в среднем составляла 0.448±0.042 с, по сравнению с контрольным значением 0.254±02 с. В результате число клеток с относительно устойчивыми тета-осцилляциями (со значением То>0.3 с) достигало 11%, в то время как в исходном состоянии у данной группы нейронов они отсутствовали. При этом частота тета-модуляции оставалась постоянной. Эффект эзерина выявлялся уже через 3±1.1 мин после его введения, сохраняясь в течение 28±4 мин. Параллельно с изменением тета-модуляции нейронной активности, в ЭЭГ гиппокампа через 3±1.5 мин наблюдалось возрастание тета-осцилляций; их возвращение к контрольному уровню происходило через 40±2.5 мин после введения эзерина.

Влияние скополамина.

Из всей группы нейронов, проанализированных при действии скополамина (119), тета-модуляция сохранялась лишь у 33% клеток, причем большинство из них (21%) характеризовалось слабой, эпизодической тета-модуляцией. В целом, как и при эзерине, наблюдался градуальный сдвиг выраженности тета-осцилляций во всей популяции нейронов, но в противоположную сторону. В связи с этим среднее время затухания ритмической составляющей снижалось (те=0.208±0.025с, Р<0.01). Средняя частота тета-залпов оставалась неизменной.

Действие веществ при перерезке медиального переднемозгового пути.

Для проверки предположения о том, реализуются ли холинергические влияния на гиппокампальные нейроны посредством путей от МС, или при участии стволовых афферентных путей, в составе которых имеются холинергические волокна от п. latero-dorsalis tegmenti pontis и n. pedunculopontis, описанные тесты были повторены при полной базальной подрезке сепгум. В этих условиях в гиппокампе зарегистрировано 55 клеток. Эффективность и характер действия веществ оставались прежними. До введения веществ (контроль) тета-составляющая выявлялась в активности 29% клеток (16 из 55); при этом наибольшая группа имела эпизодическую тета-модуляцию, а относительно устойчивая ритмическая активность не наблюдалась. Под действием эзерина общее число клеток с тета-модуляцией возрастало до 54%, причем группа клеток с относительно устойчивой ритмической активностью увеличивалось втрое (с 11 до 32%). Введение скополамина в этих условиях приводило к почти полной блокаде тета-ритма, слабая ритмическая модуляция была выявлена лишь у 6% клеток.

После базальной подрезки частота тета-залпов существенно снижалась, распределяясь в полосе от 3.5 до 4.6 Гц, при среднем значении 3.7±0.1 Гц. Как и в интактном мозге, частота ритмики не менялась при введении холинергических веществ. Среднее время затухания ритмического процесса было ниже, чем в норме, но существенно возрастало под эзерином (с 0.173±0.015с до 0.315±0.028с, Р<0.01) и почти вдвое снижалось под скополамином (Р<0.01). Таким образом, при исходном снижении выраженности тета-модуляции в гиппокампе без стволовых афферентов по сравнению с интактным гиппокампом, общий характер действия холинергических веществ сохранялся без изменений.

Как показали наши эксперименты, холинергические вещества не влияют на частоту тета-ритма в гиппокампе, которая остается постоянной при повышении или частичной блокаде холинергической септо-пиппокампальной связи Однако число ритмически модулируемых нейронов гиппокампа существенно изменяется при введении холинергических веществ, что отражается в изменении тета-ритма в ЭЭГ. Холинергические влияния выражены в гиппокампе достаточно сильно, поскольку их регулирующее действие осуществляется на двух уровнях - внутрисептальном и септо-гиппокампальном. Тем не менее, при действии скополамина, ослабляющего проявление тета-ритма в ЭЭГ, ограниченная популяция нейронов гиппокампа сохраняет ритмическую модуляцию. То же самое отмечалось другими авторами для нейронов МС [ВгагЬшк, Уто§гаёоуа, 1986]. При базальной подрезке септум введение скополамина приводит к резкому ограничению ритмической модуляции нейронов гиппокампа, хотя в самой МС сохраняются нейроны, имеющие хорошо выраженную ритмическую тета-активность. На этом основании можно предполагать следующее: (1) объем популяции ритмически модулируемых нейронов в гиппокампе зависит от числа таких нейронов в септум; (2) выраженность ритмической активности в гиппокампе градуально зависит от величины стволового входа и силы внутренних связей септум (вовлекающих в ритмическую активность большинство септальных клеток) и имеет довольно высокий "порог"; (3) септальные влияния, ответственные за генерацию тета-ритма в гиппокампе, имеют не-холинергическую составляющую.

5.2. Влияния ГАМКергических веществ.

Поскольку системное введение ГАМКергических антагонистов неприемлемо, по причине их эпилептогенности, исследование влияния ГАМКергических веществ на тета-осцилляции осуществлялось с помощью инъекции веществ локально в МС. Использовали агонист ГАМКд рецепторов мусцимол и антагонисты ГАМКА рецепторов бикукуллин и пикротоксин. В этих экспериментах регистрировали ЭЭГ-активность гиппокампа; на 4 кроликах проведено 60 экспериментов.

Воздействия агониста ГАМКЛ рецепторов мусцимола.

Введение мусцимола (10-15 ноль/1 мкл) в 54% проб приводило к постепенной, в течение 3-5 мин, стабилизации активности на частоте 4.2±0.1б Гц. Существенного изменения выраженности тета-осцилляций при этой дозе мусцимола не обнаружено В среднем частота зета-ритма снижалась на 0.85±0.08 Гц (Р<0.05). Длительность эффектов составляла 45±18 мин. При введении мусцимола в дозе 15-30 нмоль/1мкл обнаруживалось как снижение частоты, до 3.9±0.45 Гц (Р<0.01), так и мощности тета-осцилляций, на 46+16% (Р<0.01). В большинстве случаев при этом возрастала выраженность дельта-волн, на 31±15% .Общая амплитуда ЭЭГ обнаруживала тенденцию к снижению. Эффекты были продолжительными, более трех часов.

Эффекты введения антагонистов ГАМКа рецепторов

бикукуллина/пикротоксина.

Инъекция бикукуллина или пикротоксина (0.5-1.0 нмоль/1 мкл) через 2-4 мин вызывала изменение частотного состава ЭЭГ: возрастание мощности как дельта, так и тета-частот (в среднем на 45±19 и 58+21%, р<0.05) Кроме того, в 36% экспериментов было выявлено постепенное усиление (на 79+20%, Р<0.01) или появление волн с частотой 7-12 Гц. Введение 1.0 нмоль/1 мкл антагонистов в отдельных случаях вызывало беспокойство животных и дрожь вибрисс, что, возможно, свидетельствовало о предсудорожном состоянии. Введение на этом фоне мусцимола (20-30 нМ) приводило к быстрому, в течение 1-3 мин, восстановлению активности. Бикукуллин/пикротоксин в дозах 1.1-1.3 нмоль/1 мкл в 69% случаев вызывали

о и

4.5

2-1

2-2

3-9

5-6.5

2-3

ЭОГи

1 с

Рис. 6. Изменение суммарной активности гиппокампа при введении антагониста ГАМКд рецепторов пикротоксина (0.75 нМ) в МС. А: ЭЭГ гиппокампа в контроле (7), после введения пикротоксина (¿) и после введения пикротоксина на фоне действия мусцимола (30 нМ) (5). Б: спектральные гистограммы для контрольной ЭЭГ (7), для ЭЭГ под пикротоксином (2) и муцимолом (3). По оси абсцисс - частота, Гц; по оси ординат - мощность ритмического процесса, относительные единицы. Цифры над гистограммами - спектральные максимумы. На А и Б: 2-1 - 3 мин, 2-2 - 10 мин, 2-3 - 14 мин после введения пикротоксина.

электрографические судороги. Характерно, что перед появлением эпилептиформных разрядов в ЭЭГ гиппокампа наблюдалось резкое возрастание (на 145± 21%, Р<0.001) или возникновение осцилляций с частотой 7-15 Гц. Введение на этом фоне агониста мусцимола (20-30 нМ), как правило, приводило к ослаблению или прекращению судорог уже через 3-5 мин. Инъекция антагонистов в этой дозе через 5 мин после введения мусцимола (20-30 нМ) не приводило к развитию патологической активности.

Возможно, что одной из причин снижения тета-осцилляций в гиппокампе при внутрисептальном введении агониста ГАМКа рецепторов мусцимола является снижение выхода АХ из септо-пптпокампальных терминалей [Walsh et а!., 1993; Moor et al, 1998; Degroot et al., 2003]. С другой стороны, при интерпретации полученных нами данных необходимо учитывать, что ГАМКергические нейроны МС представляют собой несколько подтипов взаимосвязанных клеток, образующих тормозную сеть. Кроме связей основных клеток с локальными тормозными интернейронами, сами проекционные ГАМКергические элементы МС, представляющие собой два подтипа клеток, связаны друг с другом аксосоматическими контактами [Henderson et al., 2004]. При введении мусцимола межнейронные отношения в этой сложной сети могут изменяться таким образом, что выходной суммарный сигнал от МС к гиппокампу снижается, приводя к угнетению тета-осцилляций в гиппокампе. Морфологичскими работами показано, что интернейроны гиппокампа получают афференты преимущественно от ГАМКергических септальных нейронов [Misgeld, Frotcher, 1986; Freund, Antal., 1988; Gulyas et al., 1990; 1991a], что рассматривается как свидетельство

"растормаживающего" действия МС на гиппокамп. В электрофизиологическом исследовании на комбинированных септо-гиппокампальных срезах было подтверждено растормаживание гиппокампальных пирамидных нейронов посредством ГАМКергических септальных афферентов [Toth et al., 1997]. Кроме этого, холинергические септо-гиппокампальные клетки также могут оказывать возбуждающее влияние на гиппокамп [Dodd et al., 1981; Cole, Nicoll, 1984; Segal, 1988; Dutar et al., 1995]. Активирующее влияние МС на гиппокамп контролируется внутрисептальными тормозными связями: показано, что мишенью тормозных интернейронов в МС являются ГАМКергические и холинергические проецирующиеся на гиппокамп клетки [Henderson et al., 2001]. Блокада локальных ГАМКергических связей может приводить к ослаблению тормозного контроля в МС, возрастанию общего выходного сигнала, адресованного гиппокампу и, как следствие, резкому усилению гиппокампальной осцилляторной активности и разрушеншо естественного тета-ритма. В исследованиях других авторов предполагалось, что генерация гиппокампального тета-ритма требует баланса возбуждающих и тормозных влияний на гиппокамп [Stewart, Fox, 1990; Heynen, Bilkey, 1991; Lee et al., 1994]; подчеркивалось, что нарушение баланса между возбуждающими (холинергическими) и тормозными (ГАМКергическими) септо-гиппокампальными входами в гиппокамп приводят к разрушению тета-паттерна. Таким образом, внутрисептальные взаимодействия в нормальном мозге, по-видимому, сбалансированы таким образом, что, обеспечивая генерацию тета-осцилляций в гиппокампе, сдерживают развитие в нем патологической активности.

Дополнительные факты, полученные при исследовании ответов гигшокампа на стимуляцию МС и сенсорные раздражители (см. ниже) свидетельствуют о том, что первичное действие септум на гиппокамп является тормозным, нехолинергическим (предположительно, ГАМКергическим), что, по-видимому, обеспечивает синхронизацию активности гиппокампа.

6. Регуляция тета-активности в септум и гиппокампе структурами ствола мозга

6.1. Серотонипергические влияния.

Электрическая стимуляция медианного ядра шва (мЯШ)

Эксперименты проведены на 4 кроликах, зарегистрировано 59 нейронов. Раздражение мЯШ производили короткими (200-500 мс) пачками частотой 100 Гц. Для сравнения производили также раздражение ретикулярного тегментального ядра покрышки среднею мозга или моста (РФ). Неожиданным фактом было обнаруженное у всех животных с электродами, вживленными в мЯШ, снижение частоты тета-залпов у нейронов МС до 4.7±0.1 Гц, что является значимым отклонением от стандартных характеристик, полученных в предшествующих экспериментах, где частота тета-залпов составляла 5.2*0.19 Гц. Для проверки этого факта была проведена контрольная серия, в которой стимулирующие электроды вживляли только в РФ; она дала близкое к стандартному значение 5.1=1-0.2 Гц. Таким образом, уже из этого факта можно предположить существование тонического тормозного влияния мЯШ на септальный генератор тета-ритма, по-видимому, усиливающегося при ирригирующем влиянии введенного электрода. Раздражение токами низкой интенсивности, наносимое через этот электрод, вызывало дополнительное снижение фоновой частоты, а также подавление тета-залпов у значительного числа нейронов МС. Если в контроле тета-залпы наблюдались у 28.5% клеток, то при стимуляции мЯШ они сохранялись лишь у 12%. Однако и у этих клеток достоверно снижалась как частота тета-пачек (на 0.5-1.5

Гц), так и их устойчивость (т0=О.34±О.4с в контроле и 0.22±0.1с при стимуляции мЯШ). Подавление тета-модуляции происходило параллельно с появлением дельта-составляющей (0.5-3.0 Гц) в активности нейронов и в ЭЭГ гиппокампа, где присутствовали также периодические «сонные» веретена 12 Гц. Стимуляция РФ импульсами низкой интенсивности вызывала противоположные эффекты: повышение фоновой частоты и устойчивости тета-пачек при снятии дельта-составляющей.

Временное функциональное выключение мЯШ.

Для этого над ядром шва во время предварительной хирургической операции вживляли канюлю, через которую посредством микрошприца в эксперименте дистанционно вводили локальный анестетик лидокаин (2.0-2.5 мкл, 10%-ный раствор), что приводило к обратимой блокаде мЯШ на 30±6 мин. Проанализирована активность 59 нейронов МС и 30 клеток гиппокампа. У большинства септальных нейронов функциональное отключение мЯТП вызывало повышение тета-модуляции (те =0.47±0.07 с). Частота тета-активности возрастала на 0.5-2.0 Гц. Идентичные изменения происходили в этот период и у нейронов, зарегистрированных в поле CAI гиппокампа. После блокады мЯШ число нейронов с тета-модуляцией возрастало с 37 до 79%. Устойчивость и регулярность тета-модуляции достоверно повышалась: среднее значение тв составляло 0.42±0.017с по сравнению с контрольным 0.32±0.007с. Частота тета-залпов увеличивалась с 4.6±0.2 до 5.5±0.2 Гц. Все эти изменения в активности клеток МС и гиппокампа отражались в быстром повышении амплитуды, частоты и регулярности тета-ритма в гиппокампальной ЭЭГ (рис. 7).

НЯНИ 1 НИ Н1НН1111ИШ1МНИ11 »1

mini ifliiiiinff Hin пап

Рис. 7. Влияние функциональной блокады мЯШ (введением лидокаина) на активпость нейронов МС и гиппокампа.

А - запись активности клетки МС и ЭЭГ гиппокампа в контроле (вверху) и после блокады мЯШ (внизу): Б -спектральные гистограммы того же нейрона в двух указанных условиях эксперимента.

Влияние блокатора обратного захвата серотонина, флуоксетина, на тета-осцилляции в гиппокампе.

Известно, что более половины клеток мЯШ являются несеротонинергическими [Kohler, Steinbuch, 1982]. В этом ядре обнаружены нейроны, содержащие ГАМК, соматостатин, нейротензин и опиоиды. Исходя из этого, угнетающее воздействие мЯШ на основные параметры тета-ритма, - мощность и частоту, обнаруженное в наших экспериментах, могло быть результатом активности как серотонинергических нейронов,

так и клеток иной нейрохимической природы. С целью уточнения характера серотонинергических влияний мЯШ на осцилляторную тета-активность в септо-гиппокампальной системе, мы анализировали ЭЭГ гиппокампа на фоне повышения уровня серотонина в мозге. Для этого в боковые желудочки мозга вводили флуоксетин, блокирующий обратный захват серотонина, что приводило к увеличению времени действия серотонина на рецепторы [Fuller Wong, 1977].

В этих экспериментах регистрировали только ЭЭГ гиппокампа. На фоне введения флуоксетина во всех экспериментах отмечено снижение выраженности тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа. В 15 из 18 (83.3%) опытах наблюдали угнетение осцилляторного процесса не менее чем на 50% от контрольного уровня. В отличие от исходных записей, где тета-модуляция наблюдалась в среднем в течение 30% всего времени регистрации активности, после введения блокатора в ней преобладали дельта-волны и периодически возникающие веретена. Мощность тета-ритма, оцениваемая по амплитуде тета-полосы в спектральных гистограммах, снижалась в среднем на 44±5.8% по сравнению с контрольным уровнем. Ни в одном случае не отмечено усиления ритмической тета-активности. Латентный период в среднем составлял 3.5±0.11 мин. Эффект сохранялся в течение 64.8±3.2 мин. Достоверных изменений частоты тета-ритма в наших экспериментах не наблюдалось; она составляла как в контроле, так и после введения флуоксетина в среднем 5.25±0.5 Гц.

Наши данные, полученные в опытах со стимуляцией и отключением мЯШ, а также при введении флуоксетина, согласуются с результатами других авторов, показавших возникновение постоянного тета-ритма при разрушении мЯШ [Yamomoto et al., 1979] или рассечении ствола мозга, прерывающем серотонинергические пути к переднему мозгу [Gottesmann, 1992] Нами продемонстрировано возникновение периода устойчивого тета-ритма при временном функциональном выключении мЯШ введением анестетика; аналогичный эффект был показан другими авторами при введении в мЯШ антагонистов возбуждающих аминокислот, влияющих на глутаматные рецепторы, расположенные на клетках этого ядра [Kinney et al., 1994]. Кроме этого, после введения флуоксетина, вызывающего повышение эффективности действия этого медиатора в мозге, мы обнаружили снижение выраженности тета-осцилляций в гиппокампе, что является дополнительным фактом, свидетельствующим о тормозном контроле ритмической тета-активности со стороны серотонинергической системы мЯШ.

Механизм подавления серотонином генерации тета-ритма в септо-гиппокампальной системе очень сложен и может включать несколько различных уровней. Существуют многочисленные данные, демонстрирующие подавление серотонином высвобождения ацетилхолина из септо-гиппокампальных терминалей путем пресинаптического торможения [Consolo et al., 1994; Zzumi et al., 1994]. Морфологические исследования показывают, что синаптические окончания серотонинергических волокон на септо-гиппокампальных нейронах являются симметричными, т.е. имеют тормозный характер [Milner, Veznedaroglu, 1993]. Относительно самого гиппокампа, где серотонинергические синапсы на дендритах пирамидных и гранулярных клеток относительно немногочисленны [Umbriaco et al, 1995], допускается внесинаптическое влияние серотонина через варикозные расширения аксонов, не имеющих синаптических специализаций.

6.2. Норадренергические влияния.

Для изучения характера норадренергических влияний методические приемы отличались от методов, использованных для исследовании серотонинергических воздействий. Мы отказались от электрической стимуляции и временного

функционального отключения синего пятна (СП) введением в него лидокаина, т.к. это ядро имеет небольшие размеры и находится на дне IV желудочка, в непосредственной близости от жизненно важных центров, расположенных в продолговатом мозге. Кроме этого, очень близко к СП находится холинергическое ядро (п. 1е§теп1аН5 (ЗогеаНз). В данной серии опытов использовались повышение уровня норадреналина в мозге (введением самого медиатора или блокатора его обратного захвата, низоксетина), а также воздействия на альфа- и бета-адренорецепторы.

Влияния низоксетина

Введение низоксетина в боковые желудочки (60 мкг/5 мкл) приводило к значительному усилению тета-активности. У всех клеток, у которых исходно была обнаружена неустойчивая тета-модуляция, наблюдалось резкое усиление тета-активности (рис.8). Среднее значение те составило 0.473±0.04 с (отличия от контроля достоверны, Р<0.01). Повышалась и частота тета-осцилляций, в среднем составляя 6.83 Гц (Р<0.01). Средний латентный период изменений равнялся 1.5±0.5 мин; эффекты достигали максимальную выраженность через 15±1.9 мин, а их длительность составляла, как минимум, 20 мин. В ЭЭГ гиппокампа в результате инъекции низоксетина, в 100% тестов наблюдалось увеличение ритмических тета-осцилляций, либо по одному из измеряемых параметров (частоте или мощности), либо по обоим показателям. Спектральный анализ показал, что частота тета-ритма возрастала в среднем с 5.74+0.06 Гц до 6.13±0.13 Гц (Р<0.05). Мощность тета-осцилляций повышалась в среднем на 45±13.6 % (Р<0.01).

Время, с

Частота, Гц

Рис. 8. Влияние низоксетина на активность септо-гишюкампальной системы. 1 - контроль; 2 -низоксетин, 15 мин; 3 -низоксетин, 30 мин. А- АКТ (слева) и ГСП (справа) нейронной активности, отражающие изменения ритмичности нейрона МС под влиянием низоксетина. Б-спектральные гистограммы для ЭЭГ гиппокампа после введения низоксетина Обозначения как на рис. 1 и 6.

Влияния норадреналина.

Введение норадреналина (НА, 100 мкг/5 мкл) приводило к изменениям, подобным тем, которые наблюдались после введения низоксетина. Осцилляториая тета-активность резко усиливалась. Так, ритмический процесс становился более устойчивым: величина постоянной времени затухания повышалась до 0.415±0.037 с (Р<0.01); частота тета-осцилляций в нейронной активности МС возрастала до 7.5+0.2 Гц (Р<0.01). В ЭЭГ гиппокампа, регистрируемой параллельно с активностью нейронов МС, в 100% случаев наблюдали повышение частоты тета-ритма (от 5.88+0.05 до 6.42±0.17, Р<0.05) и увеличение его мощности, в среднем на 32±8% (Р<0.05) (рис.8, справа). Возрастание тета-осцилляций под влиянием норадреналина было более

быстрым по сравнению с таковым, вызываемым низоксетином: средний латентный период составлял 1,2±0.25 мин, а максимальная выраженность изменений достигалась уже через 7.5±1.2 мин. Длительность эффекта составляла, как минимум, 20 мин.

Результаты этой части наших исследований в некоторой степени согласуются с данными других авторов. Так, на срезах МС показано, что введение НА в инкубационную среду приводит к дозозависимому повышению средней частоты спонтанной активности септальных нейронов, что было выявлено и в наших опытах [Alreja, Liu, 1996]. Эксперименты, проведенные на анестезированных крысах, показали, что при введении в МС норадреналина происходит увеличение частоты тета-ритма в гиппокампе без усиления его мощности [Miura et al., 1987]. Напротив, другие исследования демонстрируют, что при системной инъекции блокатора обратного захвата НА рибоксетина у анестезированных крыс повышается выраженность осцилляторной активности нейронов МС и тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа, но не обнаруживается существенных изменений частоты ритмических разрядов [Boguszewicz et al., 1996; Hajos et. al., 2003]. В литературе существуют и данные, противоречащие фактам, полученным нами. В некоторых более ранних работах, проведенных на анестезированных крысах, было показано, что ионофоретическое введение НА приводило к торможению спонтанных разрядов большинства септальных клеток, в то время как влияния этого нейромедиатора на тета-залпы не наблюдалось [Segal, 1974]. Исследования при регистрации тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа показали, что прямая инъекция НА в гиппокамп приводила к снижению мощности тета-осцилляций [Smialowski, 1983; Heynen, Sainbury, 1991].

Такие неоднозначные результаты, очевидно, объясняются разницей методических подходов, используемых нами и другими авторами, в частности, применением наркоза при работе на крысах [Miura et al., 1987; Boguszewicz et al., 1996; Hajos et. al., 2003]. В специальном исследовании показано, что использование анестезии приводит к результатам, отличным от полученных на неанестезированных животных [Beiridge, Wifler, 2000].

Литературные данные свидетельствуют о противоречиях относительно того, какие типы адренорецепторов участвуют в модуляции активности септо-гиппокампальной системы. Исходя из этого, нами предпринят анализ норадренергических воздействий на тета-осцилляции посредством разных типов рецепторов.

Влияния антагонистов альфа- и бета-адренорецепторов.

При регистрации ЭЭГ гиппокампа исследовали влияние блокады а- и р-адренорецепторов, соответственно неспецифическими антагонистами а-адренорецепторов фентоламином и Р-адренорецепторов пропранололом. Растворы фентоламина мезилата (25 мкг/5 мкл) или пропранолола гидрохлорида (10 мкг/5 мкл) инъецировали одновременно в каждый боковой желудочек или в МС (25 мкг/5 мкл). На 4 животных проведено 36 экспериментов с введением веществ в указанных дозах. В один опытный день осуществляли только один эксперимент, включающий введение либо фентоламина, либо пропранолола. Дополнительно в 4 опытах в каждый боковой желудочек вводили 5 мкл физиологического раствора для контроля влияния вводимого объема вещества; в этих контрольных экспериментах не было обнаружено изменений гиппокампальной ЭЭГ. Предварительный анализ не выявил различий в результатах опытов с введением веществ в указанных дозах в боковые желудочки мозга и при локальной инъекции в МС; исходя из этого, данные объединены в один массив.

Эффекты блокады а-адренорецепторов исследовали в 19 опытах. Введение фентоламина приводило к угнетению тета-осцилляций сразу после окончания введения вещества (через 1 мин после начала введения). Об этом свидетельствовало значимое снижение мощности тета-ритма, выявляемое в спектральных гистограммах, в среднем на 24.9±7.7%. Как правило, ослабленный тета-ритм маскировался усиливающимися дельта- и альфа-частотами. Максимальный эффект наблюдался через 3.0±0.45 мин; через 40±1.8 мин активность восстанавливалась до контрольного уровня. Достоверных изменений в частоте ритмического процесса не наблюдалось, она составляла в среднем 5,1 ±0,5 Гц как в контроле, так и в опыте.

Влияние блокады p-адренорецепторов тестировали в 17 опытах. При введении пропранолола так же, как и при инъекции фентоламина наблюдалось быстрое, через 1 ±0.3 мин, угнетение тета-осцилляций. Снижение мощности тета-ритма составляло в среднем 22.9±8.7%; в отдельных случаях тета-осцилляции блокировались. Максимальный эффект выявлялся через 3.2±0.5 мин. Частота тета-волн достоверно не изменялась. По сравнению с блокадой а-адренорецепторов эффекты были менее продолжительными: к 30±1.5 мин активность возвращалась к контролю.

Таким образом, опыты с использованием неизбирательных антагонистов а- и (3-рецепторов показали достоверное угнетение тета-осцилляций. Однозначность эффектов, вызываемых блокаторами при разных способах их введения - в боковые желудочки и локально в септум - свидетельствует о том, что основной мишенью действия используемых веществ является МС. Полученные в настоящей работе результаты согласуются с результатами других авторов, показавших, что блокада al- и p-адренорецепторов в базальных переднемозговых структурах предотвращает поведенческую и ЭЭГ активацию, вызванную возбуждением нейронов СП у неанестезированных крыс [Berridge, Espana, 2000; Berridge et al., 2003]. В исследованиях других авторов на переживающих срезах септум показано, что часть нейронов активируется норадреналином через al-рецепторы; по-видимому, они относятся к ГАМКергической популяции септальных клеток [Alreja, Liu, 1996; Carette et al., 2001]. Можно полагать, что норадреналин, регулируя активность ГАМКергических клеток МС, а через них и активность других нейронов, может динамично изменять характер тета-осцилляций.

Влияния агониста альфа2-адренорецепторов клонидина. Данные литературы свидетельствуют, что альфа2-рецепторы играют существенную роль в регуляции активности септо-гиппокампалыюй системы. Высокая плотность этих рецепторов обнаружена в гиппокампе, зубчатой фасции и МС [Milner et al., 1998; Talley et al., 1996]. Некоторые авторы полагают, что их активация - это один из главных путей действия норадреналина в гиппокамповой формации [Curet, de Montigny, 1989]. Исходя из этого, для более точного анализа характера влияний СП на активность •

септо-гиппокампальной системы использовали агонист альфа2-адренорецепторов клонидин. Его вводили в боковые желудочки мозга или локально в МС в двух дозах -относительно низкой (0.5 мкг/5 мкл солевого раствора в каждый боковой желудочек или в МС) и в высокой (5 мкг/5 мкл); регистрировали при этом нейронную активность МС и ЭЭГ гиппокампа. Для проверки специфичности его действия использовали антагонист альфа2-адренорецепторов идазоксан, соответственно в относительно низкой (20 мкг/5 мкл) и в высокой (100 мкг/5 мкл) дозах. В этой серии опытов преимущественно регистрировали клетки с ритмической тета-модуляцией. (42.3%).

Инъекция клонидина в боковые желудочки мозга После введения клонидина в низкой дозе число тета-нейронов снизилось до 26.9%; при этом выраженность

ритмической активности значительно ослабевала по сравнению с контролем или совсем исчезала: значение те было ниже контрольного (0.34±0.04 с) и составляло 0.24±0.08 с. Частота ритмической модуляции также достоверно снижалась по сравнению с контролем (5.2±0.19 Гц) и составляла 4.8±0.1 Гц. Во всех случаях ослабление тета-модуляции в нейронной активности МС сопровождалось ее снижением в ЭЭГ гиппокампа в среднем до 48.5±6.6%. В целом в этой серии опытов тета-акгивность ухудшалась в 34.6% проб. Ни в одном случае не было обнаружено повышения тета-осцилляций. Латентный период наблюдаемых изменений равнялся 4.9±1.8 мин. Как правило, эффекты были кратковременными, их продолжительность составляла 12.8±2.3 мин. В этих опытах отмечалось также некоторое возрастание дельта-модуляции. Введение антагониста идазоксана в относительно низкой дозе (20 мкг) на пике развития эффекта клонидина снимало угнетающее действие агониста или вызывало повышение тета-активности по сравнению с контрольным уровнем. При введение клонидина в высокой дозе влияния на тета-модуляцию были исключительно яркими. Во-первых, возрастало количество нейронов с ритмическим компонентом - у 86.7% нейронов наблюдалась отчетливая тета-модуляция Во-вторых, клетки, которые в контроле генерировали тета-разряды, переходили на более высокий уровень ритмической активности. Средняя величина те повышалась более чем в 1.5 раза и составляла 0.60±0.08 с; частота тета-залпов возрастала до 6.8±0.17 Гц. В ЭЭГ гиппокампа введение высокой дозы клонидина всегда вызывало появление непрерывных тета-волн; возрастание спектральной мощности тета-полосы составляло 380±98%. Таким образом, в 100% проб большая доза клонидина вызывала усиление тета-модуляции. Латентный период обнаруженных изменени, составлял в среднем 4.3+1.2 мин; длительность эффектов равнялась 12.5±3.5 мин. Влияние клонидина было специфичным: инъекция антагониста альфа2-рецепторов идазоксана в высокой дозе (100 мкг) снимала эффект клонидина или приводила к его ослаблению.

При введении клонидина локально в МС (в этом случае осуществлялась регистрация ЭЭГ гиппокампа) противоположные эффекты низкой и высокой доз клонидина на экспрессию тета-ритма подтвердились.

Фармакологические и иммуноцитохимические исследования на гиппокампе [Lee et al., 1998; Milner et al., 1998] показывают, что альфа2-адренорецепторы могут локализоваться, во-первых, пресинаптически на аксонных терминалях, включая норадренергические (т.е. как ауторецепторы), для регуляции кальций-зависимого выделения нейротрансмиттеров; во-вторых - постсинаптически на соме и/или дендритах, где могут модулировать генерацию потенциалов действия. На основании полученных данных о противоположном влиянии разных доз клонидина на тета-осцилляции можно высказать предположение, что он в этих случаях действует на различные альфа2-рецепторы, оказывая вследствие этого противоположные эффекты. Клонидин в низкой концентрации, возможно, влияет на высокочувствительные пресинаптические альфа2-рецепторы на норадренергических терминалях в МС и гиппокампе [Maura et al., 1994], снижая выделение НА [Gobert et al., 1998], и приводя, тем самым, к подавлению тета-акгивности. Клонидин в высокой концентрации влияет, по-видимому, на значительно менее чувствительные [Maura et al., 1994] постсинаптические альфа2-рецепторы [Amsten et al., 1985], как истинный агонист НА, оказывая отчетливое активирующее действие на тета-модуляцию. В дополнение к синагггическим контактам, норадренергические терминали могут влиять на нейроны септум и гиппокампа путем объемной трансмиссии [Agnati et al., 1995]. Так как несинаптически локализованные альфа2-рецепторы наиболее доступны для веществ и,

вероятно, вследствие этого имеют большую чувствительность, чем синаптические, мы полагаем, что именно они ответственны за реакции нейронов на низкую концентрацию клонидина во внесинаптическом пространстве. С другой стороны, агонист в высокой концентрации способен достигать и активировать постсинаптические альфа2-рецепторы (синаптические, низкочувствительные, труднодоступные).

Эксперименты с введением клонидина в МС подтвердили, что именно септо-гиппокампальная система является основной мишенью действия этого вещества.

6.3 Дофаминергические влияния. Для изучения характера дофаминергических влияний на тета-осцилляции применяли усиление или блокаду влияний эндогенного дофамина. Для усиления воздействий дофамина использовали блокатор обратного захвата дофамина, номифензин, повышающий уровень дофамина в мозге [Lee et al., 2001]; для блокады влияний дофамина инъецировали неселективный антагонист дофаминергических рецепторов галоперидол. Введение препаратов производилось билатерально в боковые желудочки мозга. Активность нейронов МС и ЭЭГ гиппокампа регистрировали в контроле, затем - на фоне номифензина (9 мкг/5мкл в каждый желудочек) и галоперидола (12.5 мкг/5 мкл). На четырех животных проведено 30 экспериментов с введением веществ в указанных дозах; зарегистрировано 30 клеток МС (отбирали нейроны с тета-модуляцией). Как правило, использовали однократное введение либо номифензина, либо галоперидола; каждое вещество тестировали в 12 опытах; кроме того, в 6 экспериментах номифензин вводили после инъекции блокатора. Дополнительно в 4 опытах в третьей части эксперимента вводили 5 мкл физиологического раствора в каждый боковой желудочек.

Эффекты введения номифензина.

При введении номифензина обнаружены в 9 из 12 экспериментов (75%), где наблюдалось отчетливое повышение клеточных разрядов нейронов МС и усиление тета-модуляции.. Величина константы времени затухания ритмического процесса (те) повышалась в среднем в 1.5 раза (среднее значение 0.49±0.04 с, .Р<0.05), что отражалось в резком возрастании амплитуды тета-пика на спектральных гистограммах. Частота тета-залпов в среднем увеличивалась до 6.3±0.17 Гц (Р<0.05), достигая у некоторых нейронов 7-7.5 Гц. Дельта-модуляция при этом, как правило, ослабевала. В ЭЭГ гиппокампа выявлялись параллельные изменения: возрастание амплитуды, регулярности и частоты тета-волн при ослаблении дельта-компонента. Средняя частота тета-осцилляций составляла 6 25±0.2 Гц (рис.9 А). Латентный период наблюдаемых эффектов варьировал от 1.0 до 2 2 мин (среднее значение 1.64*0.11 мин). Возрастание тета-активности до максимального уровня было достаточно быстрым, с последующим постепенным ее ослаблением. Эффекты сохранялись в течение 10 - 20 мин (в среднем 14.7±0.9 мин). В 3 из 12 опытов изменения были слабыми и/или неустойчивыми; в 2 из них наблюдалась тенденция к усилению тета-модуляции, и лишь в одном - к снижению ритмической активности.

Влияния галоперидола.

Инъекция галоперидола приводила к изменениям в активности 8 нейронов из 12 зарегистрированных (66 7%). Галоперидол оказывал противоположное по сравнению с эффектами номифензина влияние на частоту разрядов и на тета-ритмичность септальных клеток. Значения регулярности и частоты нейронной тета-активности уменьшались. Величина Те в среднем составляла 0.22+0.02 с (Р<0.05), что отражалось в резком снижении амплитуды тета-пика на спектральных гистограммах. Частота тета-залпов уменьшалась незначительно, в среднем составляя 4.93±0.08 Гц (р>0.05). Соответствующие изменения выявлялись в ЭЭГ гиппокампа: снижение амплитуды,

Контроль

НомиФензин

1Н»Ц|ИИ)*1 ШШШ и§ нимшшишиин '

кА-

4.5

-Л.

Контроль

Галопвоидол

НИ |1 Ним» » И »

-А*-

4.5

Рис. 9 Дофаминергическая регуляция активности нейронов МС и ЭЭГ гиппокампа. А-влияние введения номифензина. Б- воздействие инъекции галоперидола. 1- фрагменты активности нейрона МС и ЭЭГ гиппокампа в контроле (слева) и после введения номифензина или галоперидола (справа). Калибровка: 1 с; 0.5 мВ для ЭЭГ, 0.1 мВ для нейрона. 2-спектральные гистограммы для нейронной активности; ^-спектральные гистограммы для ЭЭГ. Цифры над гистограммами указывают максимумы в тета-диапазоне. По оси абсцисс -частота, Гц; бин 0.5 Гц; по оси ординат - мощность ритмической модуляции, отн. ед.

регулярности и частоты тета-волн, а в отдельных случаях - их исчезновение и появление дельта-колебаний. Средняя частота тета-волн составляла 4.75±0.18 Гц (рис.9 Б). Латентный период наблюдаемых эффектов варьировал от 1.5 до 2.5 мин (среднее значение 1.85±0.13 мин). Ослабление тета-активности было довольно быстрым, а восстановление - постепенным. Эффекты сохранялись более продолжительное время, чем при инъекции номифензина - в среднем 24.8±2.6 мин. В 4 из 12 опытов изменения не были определенными и устойчивыми.

Таким образом, номифензин, повышающий уровень эндогенного дофамина в мозге, усиливал выраженность и частоту тета-модуляции в активности нейронов МС и в ЭЭГ гиппокампа в подавляющем большинстве случаев. Влияние номифензина было специфичным, поскольку на фоне блокады дофаминовых рецепторов, вызываемой инъекцией галоперидола, не наблюдалось возрастания тета-компонента в активности септум и гиппокампа.

Немногочисленные данные литературы относительно влияний веществ дофаминовой природы на септо-гиппокампальную систему достаточно противоречивы. Наши опыты, проведенные на ненаркотизированных кроликах, согласуются с результатами экспериментов японских авторов, полученных при регистрации гиппокампальной ЭЭГ у обездвиженных крыс [Miura et al., 1987]. Однако в отличие от их данных нами обнаружено, что при усилении влияния дофамина, кроме повышения мощности тета-полосы, в ЭЭГ гиппокампа возрастает также и частота тета-модуляции, как в МС, так и в гиппокампе. Возможно, что при инъекции номифензина возросший уровень дофамина приводит к активации нейронов стволовых структур, ответственных за регулярность и частоту тета-осцилляций. Тем не менее, механизм воздействия используемых веществ пока не вполне ясен. Некоторые авторы предполагают возможность прямого активирующего воздействия дофаминергических препаратов на холинергические клетки МС [Miura et al., 1987]. Это предположение правомерно, если учесть, что МС получает волокна, терминали которых выделяют дофамин [Moor, 1978; Gaykema, Zaborszky, 1996; Smilly et al., 1999].

На основании настоящего исследования можно утверждать, что дофаминергическая и норадренергической системы ствола мозга облегчают генерацию тета-осцилляций в септум гиппокампе. В то же время серотонинергическая часть ствола оказывает мощное тормозное воздействие на тета-активность Возможно, что эти системы влияют на активность септо-гиппокампалышх нейронов при разных внешних условиях, создавая уровень активации мозга, необходимый для селективного отбора и регистрации новых сигналов. Таким образом, полученные факты показывают возможность гонкой настройки синхронной активности септо-гиппокампальной сети в зависимости от требований окружающей обстановки, что необходимо для адекватной обработки поступающей в мозг информации.

Итак, представленное исследование демонстрирует сложный, многоуровневый процесс контроля гиппокампальных тета-осцилляций передне-базальными (МС) и стволовыми структурами (РФ, мЯШ, СП, ВТО). Нами разработана схема, демонстрирующая механизмы регуляции тета-осцилляций в гиппокампе со стороны медиальной сегггальной области и стволовых структур (рис. 10).

Рис. 10. Регуляция тета-осцилляций в гиппокампе субкортикальными структурами. Стволовые образования посылают к септум регулярный поток импульсации, который преобразуется ее нейронами в ритмические разряды, поступающие в гиппокамп. Пояснения в тексте. ГАМ К - гамма-аминомасляная кислота; АХ - ацетилхолин.

7. Изучение функционального значения тета-ритма

Для решения вопроса о значении тета-осцилляций в процессе регистрации гиппокампом новой информации, мы анализировали характер вызванных ответов в гиппокампе на фоне различной выраженности тета-ритма: неустойчивого, изменяющегося (контроль), регулярного (значительно выше контрольного уровня) и слабого (существенно ниже контрольного). Наиболее удобной моделью для создания трех указанных состояний септо-гиппокампальной системы оказалась модель с использованием холинергических препаратов. Внутривенным введением эзерина, блокатора ацетилхолинестеразы (0.1 мг/кг), достигалось значительное усиление тета-ритма (до непрерывного); инъекцией антагониста мускариновых рецепторов скополамина (0.3-1.0 мг/кг) вызывали ослабление тета-осцилляций. Кроме этого, как описывалось выше, существенное усиление тета-модуляции наблюдалось при блокаде мЯШ, а также при инъекции разных доз клонидина. Эти модели также использовались для анализа изменений ответов в МС и гиппокампе.

7.1. Характер вызванных ответов нейронов гиппокампа при изменении выраженности тета-ритма холинергическими препаратами.

Холинергическая модуляция спонтанной активности гиппокампа представлена в главе 5. Ниже будет описано изменение вызванных ответов в гиппокампе при электрическом раздражении МС, перфорирующего пути и при сенсорной стимуляции.

Влияние холинергических веществ на эффекты стимуляции МС.

В контроле при раздражении МС тестировано 78 нейронов полей CAI и САЗ гиппокампа. Большинство из них реагировало на стимуляцию МС (69 из 78, 88.5%); клетки отвечали либо четким начальным торможением (54% от числа реагирующих клеток), либо начальным возбуждением (37.5%), или одиночным спайком (8.5%). Доминировавшие тормозные ответы имели относительно короткий латентный период (12.2+2.3 мс) и стандартную длительность (73.2±4.4 мс). При низких частотах стимуляции у клеток с выраженной тета-модуляцией можно было видеть последующие чередующиеся паузы и пачки, соответствующие тета-залпам, синхронизованным по начальной тормозной паузе. При стимуляции МС с частотами 39 Гц наблюдался эффект следования за стимулом, совпадавший с диапазоном тета-частот в ЭЭГ кролика - обычно не выше 9 Гц; при более высоких частотах ответ нарушался с "ускользанием" и переходом на фоновые частоты, несмотря на продолжающуюся стимуляцию. Начальные о/г-ответы следовали до более высоких частот (20-30 Гц).

После введения эзерина эффекты стимуляции МС существенно изменялись у 82% тестированных нейронов. Особенно сильные изменения касались начальных тормозных реакций. У 92% всех тормозных эффектов происходило резкое ослабление реакций, вплоть до их полной блокады. Большинство активационных эффектов также исчезало или снижалось по продолжительности и интенсивности. В целом, ответы 78% тестированных гиппокампальных нейронов блокировались или ослабевали на фоне действия эзерина, когда повышалась выраженность тета-осцилляций в фоновой активности (рис. 11, в центре). Эффект следования за стимулом также блокировался, тета-пачки продолжали генерироваться без "привязки" к стимулу.

На фоне скополамина, когда резко снижалась выраженность юта-модуляции, ответы сохранялись или даже усиливались у 54% клеток. Тормозные эффекты были особенно устойчивыми, многие из них становились более отчетливыми. У части клеток изменялся знак реакций. Общая реактивность клеток к стимуляции МС под скополамином не отличалась от контрольного состояния (Р>0.05), хотя реакции

становились более четкими (рис.11, справа). Восстанавливались эффекты следования за стимулом, подаваемым с тета-частотой (3-9 Гц).

Контроль

те=0 190

Р^УЧ/*"^ -- -

Эзврин

тв=0.795

ЛДЛЛ^

Б СУ

е-

СУ

-е-

сЗ

Ь- X I- - >{

Скополамин

19=0.065

Рис. 11. Изменения выраженности тета-модуляции и ответов нейронов гиппокампа на стимуляцию МС при воздействиях на холинергическую систему. А — АКГ, демонстрирующая изменение тета-ришичности нейрона. Б и В - перистимульные гистограммы и растровые развертки серий ответов, показывающие изменения тормозного и активационного эффектов у разных клеток. Бин 10 мс. Стимуляция МС производится с частотой 6 Гц.. Видно исчезновение ответов при введении эзерина и его восстановление пои инъекпии скополамина.

Для получения "чистого" эффекта влияния стимуляции МС на гиппокамп, без захвата проходящих стволовых путей, осуществлялась базапьноя подрезка септум. В этих условиях раздражение МС тестировали на 56 нейронах. На стимуляцию отвечало 93% клеток (52 из 56); при этом абсолютно доминировали начальные тормозные эффекты (90%, 47 из 52). Это свидетельствует о том, что первичное влияние МС на активность гиппокампальных нейронов является тормозным (предположительно ГАМКергическим). Только у пяти клеток возникала начальная активация с латентным периодом 21.2±2.5 мс, сопровождаемая фазой торможения; оя-ответы отсутствовали. Эффективность действия эзерина на реакции, вызванные стимуляцией МС, была несколько ниже, чем в интактном гиппокампе. У трети нейронов реакции не изменялись (29%). Во всех остальных случаях (71%) введение эзерина приводило к достоверному сокращению или полному подавлению торможения; это подтверждает предположение о нехолинергической (ГАМКергической) природе начального торможения в гиппокампе, возникающего при стимуляции МС. Часто это появлялось на фоне появления или усиления медленной ритмической модуляции. Скополамин, тестированный на 28 клетках, был мало эффективен - у 78% клеток исходная реакция не изменялась. В тех редких случаях, когда изменения присутствовали, они выражались в повышении четкости начальной (тормозной) реакции.

В настоящее время широкое распространение получило предположение о растормаживающем влиянии МС за счет подавления тормозных интернейронов

гиппокампа и зубчатой фасции [Krnjevic et al., 1988; Muzumori et al., 1989; Toth et al., 1997]. На основании наших данных мы можем утверждать, что первичное действие МС - остановка разрядов высокочастотных нейронов (предположительно, интернейронов), что согласуется с данными перечисленных авторов. Длительность этого торможения (50-150 мс) соответствует разбросу длительности межзалповых пауз при тета-модуляции в гиппокампе и, по-видимому, представляет собой универсальный механизм установки фазы тета-модуляции, обеспечиваемый влияниями МС на нейроны гиппокампа [Chandler, Cruteher, 1983; Schwerdtfeger, 1986; Frotcher, 1989; Toth et al., 1993]. При сохранности стволовых афферентов этот эффект может частично маскироваться активационными реакциями, осуществляющимися за счет транзитных волокон экстрасептального происхождения. На основании приведенных данных можно полагать, что доминирующие тормозные септальные влияния в контрольных опытах организуются нехолинергическими (ГАМКергическими) нейронами МС, поскольку эзерин, повышающий уровень эндогенного ацетилхолина, ослабляет или блокирует тормозные реакции на стимуляцию МС. Это предположение подтверждается экспериментами in vitro [Белоусов, Бражник, 1988] и литературными данными о существовании ГАМКергической септо-гиппокампальной петли, играющей важную роль в организации тета-ритма [Toth et al., 1997; Gulyas et al., 2003].

Влияние холинергических веществ на эффекты стимуляции кортикального входа.

В данной серии опытов проводилась стимуляция перфорирующего пути при отведении нейронной активности в поле СА1 (п=25) или при стимуляции мшистых волокон в поле САЗ (п=15). Поскольку изменения ответов на стимуляцию при действии холинергических веществ были сходными, данные были объединены (п=40).

В контроле большинство нейронов (75%) отвечало на раздражение 1-2 спайками с последующим торможением активности. Иногда, особенно в поле САЗ, наблюдалась выраженная частотная потенциация. Кроме того, 17.5% клеток отвечали начальным торможением, а 7.5% - начальным залпом, состоящим из 3-5 спайков. После введения эзерина основная тенденция изменения ответов (независимо от исходного характера ответа) выражалась в их ослаблении (50% нейронов) Скополамин не вызывал существенных изменений у 47.5% тестированных клеток. Тормозные реакции и тормозные компоненты ответов нейронов под скополамином существенно не менялись или несколько усиливались. Что касается начальных активационных разрядов, то у 37.5% клеток они значительно возрастали. Повышалась их стабильность, возрастал коэффициент реакции. В поле САЗ при стимуляции мшистых волокон могла значительно усиливаться и ускоряться частотная потенциация.

Дополнительная группа клеток в поле СА1 (п=35) была тестирована в тех же условиях у животных с базально-подрезанной септум. Исходный тип и распределение реакций не изменялись в этих условиях. Изменения эффектов стимуляции при действии холинергических веществ наблюдались чаще, чем в интактном гиппокампе (73 5% всех тестированных клеток). Направление изменений реакций при действии эзерина осталось тем же, но было выражено сильнее - у 69% нейронов происходило полное подавление или значительное ослабление ответов Скополамин, тестированный на 20 клетках, как правило (у 65% нейронов) вызывал возрастание ответов.

С целью оценки характеристик суммарной активности нейронов пирамидного слоя гиппокампа при стимуляции перфорирующего пути на фоне усиления и блокады тета-ритма использовали регистрацию фокальных потенциалов в поле СА1. Оценка изменений производилась по амплитуде популяционного спайка (ПС). В исходном состоянии на фоне сенсорной стимуляции, вызывавшей тета-ритм в гиппокампе,

амплитуда ПС, вызываемых стимуляцией перфорирующего пути, значительно снижалась при всех пробах, в среднем на 43±9.5%. При введении эзерина амплитуда ПС устойчиво уменьшалась по сравнению с контролем, в среднем на 43±7.3%. Применение на этом фоне той же сенсорной стимуляции было абсолютно неэффективным. Инъекция скополамина восстанавливала исходную амплитуду ПС. Сенсорная стимуляция на этом фоне оказывала слабое угнетающее влияние, в среднем на 14±2.6%. При записи фокальных потенциалов в поле CAI у животных с базальной подрезкой МС характер ответов на раздражение перфорирующего пути был таким же, как у интактных. Однако сенсорная стимуляция и введение эзерина всегда вызывали драматический эффект - полное подавление фокального потенциала Скополамин восстанавливал потенциалы, подавленные эзерином, и ослаблял их чувствительность к сенсорным стимулам.

Модуляция холинергическими веществами реакиий на сенсорные раздражители.

Анализ проведен на 138 нейронах (поля CAI и САЗ), отвечавших на сенсорные стимулы. Клеточная активность анализировалась в трех состояниях: контрольном, после введения эзерина и на фоне действия скополамина.

В контроле большинство нейронов (64%) отвечали на сенсорные стимулы разной модальности однотипными тоническими реакциями. Тормозные эффекты наблюдались чаще, чем активационные (59 и 41% от числа реактивных нейронов, соответственно). Независимо от знака реакции часто появлялась или усиливалась ритмическая тета-составляющая. У 25% нейронов реакции имели фазический характер. У 11% клеток сенсорные стимулы вызывали типичные ол-ответы в виде одной или двух пачек разрядов; реже наблюдались q^-разряды, а также поздние компоненты ответов. Детальный анализ показал, что у многих клеток с активационными реакциями при действии стимула отчетливо выявлялась краткая остановка разрядов и лишь после этого происходило повышение активности. У нейронов с тормозными реакциями начальная тормозная фаза переходила в длительное снижение частоты разрядов. Эта начальная пауза может рассматриваться как "переустановка" (reset) паттерна активности, после которого залпы и паузы следуют в определенной временной последовательности по отношению к стимулу. По-видимому, именно присутствие этой тормозной паузы определяет синхронизацию нейронной активности при действии сенсорного раздражителя, и появление/усиление тета-ритма в ЭЭГ гиппокампа. У большинства нейронов реакции динамически изменялись при повторении стимулов, ослабевая и исчезая после 15-20 их применений.

Введение эзерина, при повышении фоновой тета-модуляции, изменяло сенсорные реакции у 83% из 100 тестированных нейронов. Реактивность клеток при этом существенно снижалась - у 38% из них сенсорные раздражители более не вызывали ответных реакций (рис.12 А). Особенно сильно изменялись тормозные эффекты: эзерин вызывал их универсальное подавление. Из 60 тестированных клеток с тормозными реакциями почти у половины торможение исчезало полностью, у четверти оно редуцировалось, а у остальных торможение не только исчезало, но извращалось, заменяясь слабой тонической активацией. В целом, торможение исчезало, ослабевало или извращалось у 93% клеток. Изменение активационных реакций происходило у 80% клеток. Доминирующим и в этом случае было снижение эффективности действия стимула. Детальный анализ показал дополнительные характеристики изменения реакций. Эзерин обычно блокировал краткую тормозную фазу общего длительного активационного ответа. При сильной выраженности тета-модуляции ритмические залпы переставали синхронизоваться с моментом нанесения

Контроль

Эзерин ^тета

: [200 мс]

.....— [30 мс]

Контроль

Скополамин ^гета

Рис. 12. Изменения сенсорных ответов при повышении уровня эндогенного ацетилхолина (эзерин), усиливающего гета-осцилляции, и при блокаде мускариновых рецепторов, ослабляющих тета-ритм (скополамин). А - Влияния эзерина на тормозный (вверху) и активационный (внизу) ответы. Б - Влияния сконоламина на такие же типы ответов. Показаны перистимульные гистограммы и растровые развертки серий стимулов. Отметка раздражителей в виде линий под растрами. Бии показан в квадратных скобках.

стимула и следовали в своем режиме без переустановки фазы. Реакции сохранялись лишь в тех случаях, когда на фоне влияния эзерина стимулы вызывали начальную остановку активности, хотя средняя длительность этой начальной паузы была достоверно меньше, чем в контрольном состоянии (75.0±6.5 мс по сравнению с 108.6±4.7 мс, Р<0.01).

Скополамин, резко снижающий тета-модуляцию, иначе влиял на реактивность нейронов к сенсорным стимулам. 44% нейронов (44 клетки из 100 тестированных) сохраняли свои реакции. Особой устойчивостью к скополамину обладали тормозные реакции; более того, у 38% клеток реакции усиливались. Активационные ответы, как правило, возрастали (41% реактивных нейронов); большинство их составляли оп-ответы. Кроме этого, восстанавливая фазу постактивационного торможения, скополамин улучшал контрастирование ответов (повышал отношение сигнал/шум) Анализ показал, что скополамин вызывает удлинение начального периода торможения реакций. При сохранении активационных ответов средняя длительность торможения достигала 219.5±6.5 мс. Существенно, что скополамин блокировал угашение реакций -ответы воспроизводились без изменения при длительных сериях стимулов (рис. 12 Б).

Таким образом, большинство вызванных ответов на все типы раздражителей, таких, как электрическая стимуляция MC, перфорирующего пути, и сенсорные стимулы, ослабевали или блокировались при возрастании тета-модуляции, вызываемой введением эзерина, и сохранялись или даже усиливались при ее ослаблении после инъекции скополамина. Наиболее вероятное объяснение подавления ответов на фоне тета-ритма при повышении эндогенного ацетилхолина заключается в его пресинаптическом тормозном действии. Ацетилхолин и его агонисты могут подавлять как тормозные, так и возбуждающие постсинаптические потенциалы путем прямого действия на выход медиаторов из пресинаптических терминалей; в опытах на срезах было показано, что его эффект практически идентичен действию сниженной конценрации Са2+ [Valentino, Dangledine, 1981; Krnjevic, 1986; Segal, 1989; Segal et al., 1989]. Все афферентные и внутренние системы волокон в гиппокампе имеют пресинаптические мускариновые рецепторы. Ацетилхолин пресинаптически тормозит выделение ГАМК, глутамата, норадреналина и самого ацетилхолина [Birch, Fillens, 1986; Suzuki et al., 1988; Marchi et al., 1989; Quirien et al., 1989; Freund et al., 1990; Colgin et al., 2003]. Выявлено снижение квантового выхода медиаторов в гиппокампе под влиянием мускариновых агонистов [Годухин и др., 1989]. Влияния на пресинаптические рецепторы обеспечиваются объемным распространением выделяемого ацетилхолина [Vizi, Kiss, 1988; Базян, 2001]. Возможно, снижение выделения трансмиттеров происходит путем блокады пресинаптических Са2+-токов, что показано при введении холинергических агонистов [Qian, Saggau 1997].

Холиномиметики вызывают депрессию ответов гиппокампальных нейронов на стимуляцию коллатералей Шаффера, коммисссурального пути, мшистых волокон и перфорирующего пути [Ott and Bures, 1977; Olpe et al., 1987; Kahl and Cotman, 1989; Williams and Johnston, 1990; Colgin et al., 2003]. Подобно нашим данным, полученным при повышении уровня эндогенного ацетилхолина, другие авторы также наблюдали снижение эффективности стимуляции во время регулярного тета-ритма, вызванного сенсорными раздражителями [Brankack and Buzsaki, 1986; Herreras et al., 1986; Khanna and Sinclair, 1992]. Таким образом, многие эффекты, наблюдаемые на фоне усиления холинергических влияний (и сопутствущего возрастания тета-ритма), могут бьггь объяснены как результат "функциональной деафферентации" гиппокампальных нейронов. Напротив, под действием скополамина общая реактивность нейронов почти не отличалась от контрольной; вместе с тем, часть активационных сенсорных реакций могли значительно возрастать по интенсивности. Существенное возрастание фокальных потенциалов, вызываемых сенсорными стимулами, описано под действием скополамина в гиппокампе у человека [Meador et al., 1988]. По-видимому, усиливающее действие скополамина осуществляется путем блокады фонового пресинаптического тормозящего действия эндогенного ацетилхолина.

Все основные действия холинергических веществ на сенсорные реакции в птпокампе сохранялись при базальной подрезке MC, отключающей стволовые влияния. Это показывает, что описываемые явления в первую очередь зависят от процессов в самой септо-гиппокампальной системе.

7.2. Изменения сенсорных ответов при блокаде медианного ядра шва.

Во время блокады мЯШ, вызывающей усиление тета-осцилляций, как активационные, так и тормозные контрольные реакции на сенсорные стимулы значительно ослабевали или исчезали. Это обнаружено в 63% тестов в MC и в 74% проб в гиппокампе. Отчетливые активационные ответы зарегистрированы лишь в 25 и 16% случаев соответственно (в единичных случаях они могли усиливаться);

тормозные реакции сохранялись в 12 и 10% проб. Наиболее устойчивыми оказались оя-ответы, хотя около половины таких реакций также становились слабее или исчезали после отключения мЯШ. Следует особо отметить, что при блокаде мЯШ нарушалась характерная для тета-клеток реакция начального торможения фоновой активности с фазовой привязкой залпов к моменту нанесения раздражителя: после подачи сенсорного стимула тета-залпы продолжали следовать в собственном (спонтанном) режиме. Как и после введения эзерина, сохраняющиеся или, в единичных случаях, даже усиливающиеся ответы нейронов гиппокампа и МС наблюдались лишь в том случае, если стимулы вызывали эту краткую остановку нейронной активности.

7.3. Изменения сенсорных ответов при использовании разных доз клонидина.

Нами проведен сравнительный анализ реакций нейронов МС на сенсорные стимулы в контроле и под влиянием малой и большой доз клонидина, при ослаблении или усилении тета-модуляции нейронной активности МС. В контроле в 76.8% проб обнаруживались достоверные изменения частоты и паттерна разрядов. В ответ на сенсорные стимулы у нейронов МС доминировали типичные тонические и фазические активационные (38.8%) и тормозные (38%) реакции. У отдельных клеток, исходно не обладавших тета-модуляцией, сенсорные раздражители могли вызывать появление элементов тета-активности. У ритмических нейронов сенсорные стимулы, как правило, вызывали усиление ритмической модуляции во время и/или после окончания действия раздражителя. У этих клеток в подавляющем большинстве случаев сенсорные ответы выявлялись после отчетливой короткой остановки текущей активности, о которой упоминалось выше.

При инъекции клонидина в низкой дозе (0.5 мкг), вызывающей снижение тета-модуляции, обнаружено изменение нейронной реактивности. Наиболее чувствительными оказались тормозные ответы: анализ показал существенное возрастание тормозных реакций нейронов МС. Они наблюдались чаще, чем в контроле (43.9% проб) и были выражены сильнее, в 1.5-2 раза превышая контрольные по отношению сигнал/шум (57% всех тормозных ответов). Число активационных ответов несколько снижалось (22.4 % при клонидине по сравнению с 38.8 % в контроле), отчасти вследствие превращения исходно активационных ответов в тормозные (11.2% случаев). Таким образом, в этих экспериментах обнаруживалось изменение сенсорных реакций в сторону возрастания тормозных процессов. В этом отношении обнаруживается существенное сходство с результатами, полученными при системном введении антагониста мускариновых рецепторов скополамина, вызывающего ослабление тета-ритма.

Введение клонидина в высокой дозе (5 мкг) вызывало резкое снижение реактивности к сенсорным стимулам. Ответы сохранялись лишь в 45% тестов и были, как правило, значительно (в 2-2.5 раза) слабее, чем в контроле. Характерным было исчезновение начального торможения, предшествующего реакциям и, как следствие, подстройки тета-залпов к стимулу. Активационные ответы наблюдались в 22.5% проб; в большинстве случаев они были менее отчетливыми по сравнению с контрольными и выражались лишь в слабом тоническом повышении частоты разрядов, только в единичных случаях наблюдались хорошо выраженные возбудительные ответы. Тормозные реакции изменялись особенно сильно: в большинстве проб они либо полностью исчезали, либо значительно ослабевали и/или укорачивались (22.5%). Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакции сохранялись лишь тогда, когда

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ библиотека ;

С. Петербург г 08 ЭД ж у

присутствовало краткое торможение активности в начале действия стимула; в этом случае следование тета-залпов за стимулом сохранялось или даже усиливалось.

При сравнении активности нейронов септо-гиппокампальной системы во время тета-ритма, вызванного введением клонидина, блокадой медианного ядра шва, а также инъекцией эзерина обнаруживается большое сходство изменений нейронных сенсорных ответов. Во всех случаях реактивность резко снижается; при этом исчезают или ослабевают как тормозные, так и активационные реакции. Необходимо еще раз подчеркнуть, что нейронные ответы сохранялись, а у единичных клеток могли даже усиливаться в том случае, если стимулы вызывали краткую остановку текущей активности. Как отмечалось выше, очевидно, что эта тормозная пауза обеспечивается выбросом ГАМК из окончаний септальных клеток, после чего выделяющийся ацетилхолин и возникающий тета-ритм усиливают действие сигнала. Возможно, что клонидин, действуя как агонист НА, вызывает снижение выхода ГАМК [Careti et al., 2001], изменяя тонко сбалансированную систему внутренних септальных взаимодействий. Кроме этого, показано, что при внутрисептальном введении НА повышается выделение ацетилхолина в гиппокампе [Robinson et al., 1978]. Это событие, как описано выше, снижает эффективность сигналов, приходящих в гиппокамп по афферентным входам.

Хотя во всех трех моделях большинство ответов ослабевало или исчезало при значительном усилении тета-активности, у небольшого числа клеток гиппокампа с тета-модуляцией, как уже отмечалось, они не изменялись или усиливались (в среднем у 25% реактивных нейронов). Во всех этих случаях сохранялось начальное торможение, возникающее до появления/возрастания тета-модуляции (рис. 13).

Рис. 13 Примеры усиления сенсорных ответов на звуковые стимулы на фоне возрастания тета-ритма, вызванного системным введением эзерина (А, усиление тормозного ответа) и высокой дозы клонидина (Б, усиление активационного ответа). Отметки раздражителей - под растровыми развертками; бин - 50 мс.

Таким образом, при использовании различных моделей (воздействия на холинергическую, серотонинергическую и норадренергическую системы мозга) обнаружено, что при резком усилении тега-ритма ответы клеток MC и гиппокампа в большинстве случаев ослабевают или исчезают. В то же время при ослаблении тета-осцилляций реакции, как правило, сохраняются или возрастают Это свидетельствует о том, что во время генерации тета-ритма нейроны сеггго-гиппокампальной системы находятся в таком физиологическом состоянии, при котором изменяется их реактивность на внешние стимулы. Реакции могли сохраняться лишь в тех случаях, когда стимул был способен вызвать остановку текущей активности, что являлось предпосылкой дальнейшей перестройки спонтанных разрядов. Это указывает на необходимость включения тормозных процессов для обеспечения нормальной реактивности гиппокампальных нейронов на внешние раздражители.

Функциональная интерпретация полученных данных. Факты, полученные в наших экспериментах, на первый взгляд кажутся парадоксальными. Появление/усиление тета-осцилляций в основном приводит к подавлению вызванных ответов нейронов септо-гиппокампальной системы. Напротив, при исчезновении/ослаблении тега-ритма, вызванном, например, блокадой мускариновой передачи, ответы по составу и характеру близки к контролю; более того, значительная их часть усиливается. Вместе с тем, хорошо известно, что скополамин и атропин блокируют память у человека и животных [Winblad, Harrdy. 1985; Brooks et al., 1988; Hagan. Morris, 1988]. Кроме этого, атрофия холинергических нейронов при нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, Паркинсона, синдромы Дауна и Корсакова) приводит к нарушению когнитивных функций [Whitehouse et al., 1982; Mufson et al., 1989; Arendt et al., 1995; Kaza et al., 1997]. Существуют также факты о существенной роли не только холинергической, но и норадренергической системы в процессах внимания и памяти [Foote et al., 1991; Sara, Segal 1991; Aston-Jones et al., 1994; 1997]. В тех экспериментах, где исследовали влияние клонидина в высокой дозе (действующего как агонист НА) на обучение у животных, показан его позитивный эффект. Это положительное влияние предотвращалось предварительной инъекцией альфа-2 антагонистов, которые сами по себе ухудшали обучение [Li, Mei, 1994; Arnsten, 2000]. Относительно влияний серотонинергичесой системы, есть сведения об ухудшении обучения при ее активации. Так, исследования на животных показало, что нарушения обучения и памяти, вызванные антагонистами ацетилхолина, компенсировались при одновременном введении антагонистов серотонина или агонистов серотониновых рецепторов типа 1А (являющихся тормозными аугорецепторами) [Curet, de Montigny, 1988; Ohno, Watanabe, 1996]. Таким образом, все эти факты указывают на облегчение обучения при повышении функций холинергической и норадренергической систем, и при снижении серотонинергических воздействий. Тем более парадоксальными на первый взгляд кажутся наши данные о снижении реактивности гиппокампальных нейронов в этих ситуациях, при параллельном возрастании тета-ритма.

Ключевым моментом нарушения памяти при повреждении гиппокампа является нарушение селективного внимания [Pribram, 1986; Mesulam, 1988] и угашение ориентировочной реакции [Виноградова, 1975]. В работе К. Прибрама подчеркивается: "Несомненно, что гиппокамп участвует в тех аспектах обработки информации, которые ведут к активному игнорированию стимулов и прекращению реакций; это контекст, в котором происходит избирательная обработка информации" [Pribram, 1986, стр. 954]. Снижение пропуска сигналов на фоне тета-ритма может рассматриваться как

нейронный аналог механизма такого "активного игнорирования". В модели с использованием холинергических веществ механизмом этого процесса может быть холинергическое пресинаптическое торможение, снижающее вероятность пропуска сигнала в гиппокамп для его обработки Следовательно, одна из основных функций тета-ритма - негативная фильтрация, селекция поступающих сигналов. Однако тета-ритм, вызванный искусственно, нельзя уподоблять естественному. В нормальных условиях приходящий сигнал вызывает краткое торможение текущей активности, осуществляющееся с участием ГАМКергических нейронов МС и, посредством этого, установку фазы и запуск тета-осцилляций; при этом процессы возникающей синхронизации могут осуществлять пропуск сигнала в гиппокамп. Выделяющийся из септальных терминалей ацетилхолин приводит к значительному усилению тета-модуляции. Другой сигнал, который поступит в мозг в период генерации регулярного тета-ритма, будет иметь низкую вероятность пропуска в гиппокамп (рис. 14).

Резкое снижение тета-ритма (например, введением скополамина) приводит к нарушению работы этой высоко скоординированной системы. Функции гиппокампа как активного фильтра информации, таким образом, нарушаются. Однако и манипуляции, приводящие к включению сверхрегулярного тета-ритма, также не улучшают обработку информации гиппокампом. Запуск устойчивого во времена тета-ритма ограничивает действенность любых стимулов, которые воспринимаются системой как посторонние и несущественные. Этот процесс имитирует состояние интенсивного внимания, включенного другим (важным) стимулом, препятствующим пропуску нового сигнала.

Итак, тета-ритм, вызываемый сенсорным стимулом, в естественных условиях обеспечивает адекватную нейронную реакцию, облегчая влияние этого стимула и продлевая следовую обработку. Сигналы, приходящие на фоне уже генерируемых тета-осцилляций, не способны вызвать такую же последовательность событий в шппокампе, т.е. сенсорный ответ и, таким образом, получить доступ к системе обработки информации в гиппокампе, что снижает их интерферирующее негативное влияние (рис. 15).

Гиппокамп

Септум

Выброс ГАМК J I Выделение АХ

Новый сигнал вызывает реакцию

Отсутствие ответа при генерации регулярного тета-ритма

Рис. 14. Участие септум в организации реакций гиппокампа при действии сенсорных раздражителей. Предполагаемая последовательность событий в гиппокампе- на фоне естественного, неустойчивого тета-ритма (левая часть рисунка) новый, потенциально важный стимул вызывает выброс ГАМК из ГАМКергических септальных терминалей, что тормозит на 50-150 мс активность гиппокампа; выделяющийся ацетилхолин приводит к запуску тета-осцилляций (правая часть рисунка); в комплексе эти два события составляют сенсорную реакцию Если на фоне регулярного тета-ритма возникает другой сигнал, он будет иметь значительно мёныпую вероятность вызвать перестройку активности и, следовательно, сенсорный ответ.

Рис 15. Схема, демонстрирующая функцию тета-осцилляций как активного фильтра при отборе сигналов, поступающих в мозг. Поступление нового стимула вызывает возбуждение структур ствола мозга, обеспечивающих оптимальный уровень активации, необходимый для формирования в септум синхронного ритмического сигнала, обеспечивающего генерацию в гиппокампе гета-ритма и сенсорный ответ, т.е. регистрацию нового сигнала гиппокампальной нейронной сетью (фильрация "внутрь"). Второстепенный стимул не вызывает реакции (фильрация "наружу"), что предохраняет обработку предыдущего стимула от интерференции

Таким образом, наши исследования позволяют заключить, что генерируемый септо-гиппокампальной системой тета-ритм выполняет функцию активного фильтра, обеспечивающего адекватный прием и обработку поступающей в мозг информации. Это позволяет предположить, что тета-осцилляции являются одним из возможных нейронных механизмов избирательного внимания.

ВЫВОДЫ

1. Ритмическая тета-активность отдельных клеток гиппокампа и всей гиппокампальной нейронной сети полностью определяется септальным входом: она не может быть вызвана в гиппокампе при функциональной блокаде септум, несмотря на сохранность внутренней системы гиппокампальных связей и влияний со стороны неокортекса.

2. Ограниченная группа нейронов септум может рассматриваться как "истинные залповые пейсмекеры". Они сохраняюг ритмические тета-осцилляции при трансплантации эмбриональной септальной ткани в неокортекс реципиента, в условиях полной морфологической изоляции и при интеграции с мозгом хозяина, а

также при блокаде синаптической передачи в экспериментах на переживающих срезах, изготовленных из септальных трансплантатов.

3. Анализ клеточной активности в трансплантированной эмбриональной ткани гиппокампа показал неспособность гиппокампальных клеток генерировать тета-осцилляции при отсутствии септальных влияний. Ритмическая активность на тета-частоте может появляться у гиппокампальных нейронов в интегрированных трансплантатах при возрастании тета-осцилляций в септум реципиента.

4 Холинергическая и ГАМКергическая септальные системы необходимы для организации ритмической нейронной и суммарной активности гиппокампа. Холинергическая система обеспечивает выраженность гиппокампальных тета-осцилляций, в то время как ГАМКергическая - их частоту и мощность.

5. Нарушение ГАМКергических внутрисептальных и септо-гиппокампальных взаимодействий может приводить к генерации эпилептиформной активности в гиппокампе.

6. Исследование характера воздействий моноаминергических систем ствола мозга показало их разнонаправленные влияния на активность септум и гиппокампа. Активация норадренергической и дофаминергической систем облегчают генерацию тета-ритма, в то время как серотонинергическая часть ствола вызывает его угнетение.

7 Холинергическая и ГАМКергическая септальные системы и структуры ствола мозга, регулируя выраженность и частоту тета-ритма, участвуют в организации процесса регистрации сенсорных сигналов в септум и гиппокампе.

8. Тета-осцилляции, сопровождая реакции на внешние стимулы, или являясь единственным проявлением ответа на раздражитель, участвуют в кодировании сенсорной информации нейронами септо-гиппокампальной системы.

9. Изучение функциональной роли тета-ритма, проведенное на трех разных физиологических моделях, использующих усиление и ослабление тета-осцилляций, показало его роль в обеспечении адекватной реактивности нейронов септо-гиппокампальной системы на внешние воздействия.

10. Резкие изменения реактивности клеток септо-гиппокампальной системы в условиях нарушения генерации естественного, динамично изменяющегося тета-ритма, свидетельствуют о том, что тета-осцилляции являются функциональным фильтром, обеспечивающим селективный прием и обработку поступающей в мозг сенсорной информации, т.е. возможным нейронным механизмом избирательного внимания.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты №№ 02-04-48420-а, 06-04-48637-а), Министерства образования и науки Российской Федерации (аналитическая ведомственная программа "Развитие научного потенциала высшей школы", грант № РНП.2.1.1.405) и Госконтрактом в рамках ФЦНТП №02.445.11.71.76 "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кичигина В.Ф., Виноградова О.С. Значение коллатералей Шаффера для сенсорных реакций нейронов поля CAI гиппокампа. Журн высш нервн деят , 1975,25, 1266-1273.

2. Кичигина В.Ф., Братин А.Г. Функциональные характеристики основных внутренних систем связей гиппокампа. Нейрофизиология (Киев), 1976, 8, 250266.

3. Виноградова О.С., Брагин А.Г., Бражник Е.С, Кичигина В.Ф., Стафехина B.C. Роль гиппокампа и связанных с ним структур в процессе регистрации информации. Журн. высш. нервн. деят., 1976, 26, 811-819.

4. Кичигина В.Ф., Брагин А.Г., Виноградова О.С. Характеристики нервной ткани крысы при трансплантации в мозг кролика. Журн. высш. нерв, деят., 1984, 5, 932-940.

5. Kitchigina V.F., Vinogradova O.S. Functional integration of the rat hippocampal tissue, transplanted into rabbit septum. Brain Res., 1989, 502, 39-52.

6. Vinogradova O.S., Kitchigina V.F., Bohne A. Alio- and xenografts os septal tissue to homo- and heterotopic brain sites. Electrophysiological study. Restorative Neurology & NeuroscL, 1989,3,149-162.

7. Kitchigina V.F., Vinogradova O.S., Bragin A.G. Neuronal activity of the septum transplanted into the neocortical barrel field of the rat. Restorative Neurology & Neurosci., 1991,2,109-122.

8. Виноградова O.C., Бражник E.C., Кичигина В.Ф., Стафехина B.C. Тета-модуляция нейронов гиппокампа кролика и се соотношение с другими показателями спонтанной и вызванной активности. Журн высш. нервн. деят., 1992,42, 95-111.

9. Бражник Е.С., Виноградова О.С., Стафехина B.C., Кичигина В.Ф. Спонтанная активность нейронов гиппокампа при модуляции тета-ритма холинергическими веществами. Журн высш. нервн. деят., 1992, 42, 944-954.

10. Vinogradova O.S., Brazhnik E.S., Stafekhina V.S., Kitchigina V.F. Acetylcholine, theta-rhythm and activity of hippocampal neurons in the rabbit. I. Spontaneous activity. Neuroscience, 1993, 53, 961-970.

11. Vinogradova O.S., Brazhnik E.S., Kitchigina V.F., Stafekhina V.S. Acetylcholine, theta-rhythm and activity of hippocampal neurons in the rabbit. II. Septal input. Neuroscience, 1993, 53, 971-979.

12. Vinogradova O.S., Brazhnik E.S., Stafekhina V.S., Kitchigina V.F. Acetylcholine, theta-rhythm and activity of hippocampal neurons in the rabbit. III. Cortical input. Neuroscience, 1993, 53. 981-991.

13 Vinogradova O.S., Brazhnik E.S., Kitchigina V.F., Stafekhina V.S. Theta-rhythm, acetylcholine, and activity of the hippocampal neurons in rabbit. IV. Sensory responses. Neuroscience, 1993, 53,993-1007.

14. Кичигина В.Ф., Гордеева Т.А. Регуляция септального пейсмекера тета-ритма ядрами шва среднего мозга. Журн высш нерв деят., 1995, Т.45, С.848-859.

15. Kitchigina V.F., Gordeyeva Т.А. The control of septal pacemaker of theta rhythm by the midbrain raphe nuclei. Neurosci Behav. Physiology, 1996, 6, 848-859.

16. Кичигина В.Ф., Кудина Т.А., Зенченко К.И., Виноградова О.С. Фоновая активность нейронов гиппокампа кролика при функциональном выключении струтпур. регулирующих тета-ритм. Журн высш нерв, деят., 1998,48,505-514.

17. Vinogradova O.S., Kitchigina V.F., Zenchenko C.I. Pacemaker neurons of the forebrain medial septal area and theta rhythm of the hippocampus. Membr. Cell. Biol., 1998,11,715-725.

18. Kitchigina V.F., Kudina Т.A., Kutyreva E.V., Vinogradova O.S. Neuronal activity of the septal pacemaker of theta rhythm under influence of stimulation and blockade of the median raphe nucleus in the awake rabbit. Neuroscience, 1999,94,453-463.

19. Vinogradova O.S., Kitchigina V.F., Kudina T.A., Zenchenko K.I. Spontaneous activity and sensory responses of hippocampa! neurons during persistent theta-rhythm evoked by median raphe nucleus blockade in rabbit. Neuroscience. 1999,94, 745-753.

20. Виноградова O.C., Кичигина В.Ф., Кудина T.A., Кутырева Е.В. Осцилляторные тета-процессы в нейронах септо-гиппокампальной системы при обработке информации и их модуляция стволовыми структурами. Успехи современной биологии, 2000,120,103-112.

21. Кичигина В.Ф., Кудина Т.А. Сенсорные реакции нейронов гиппокампа кролика при функциональном выключении структур, управляющих тета-ритмом. Жури, высш. нерв, деят., 2001, 51,228-235.

22. Кичигина В.Ф., Кутырева Е.В. Модуляция тета-активности в септо-гиппокампальной системе агонистом альфа-2 адренорецепторов клонидином. Журн. высш. нерв, деят., 2002, 52,195-204.

23. Кудина Т.А., Судницын В.В., Кутырева Е.В., Кичигина В.Ф. Блокатор обратного захвата серотонина флуоксетин подавляет тета-осцилляции в гиппокампе кролика. Журн. высш. нерв, деят., 2003, 53, 5, 669-673.

24. Кичигина В.Ф., Кутырева Е.В., Судницын В.В. Сенсорные реакции нейронов медиальной септум при модуляции тета-активности агонистом альфа2-адренорецепторов клонидином. Журн. высш пере. деят,. 2003, 53, 6, 744-754.

25 Kitchigina V. F., Kutyreva Е. V., Brazhnik Е. S. Modulation of theta rhythmicity in the medial septal neurons and hippocampal EEG in the awake rabbit via actions at noradrenergic a2-receptors. Neuroscience, 2003, 120, 509-521.

26. Кичигина В.Ф. Механизмы регуляции и функциональное значение тета-ритма: роль серотонинергической и норадренергической систем. Журн. высш. нерв, деят., 2004,54, 112-130.

27. Кичигина В.Ф. Дофаминергическая регуляция тета-активности септо-гиппокампальных нейронов у бодрствующих кроликов. Журн. высш. нерв, деят., 2004,54,210-215.

28. Kitchigina V.F., Kutireva E.S., Sudnitsin V.V. Sensory responses of medial septal neurons during theta activity modulation by agonist alpha2-adrenoreceptors clonidine. Neurosci. Behav. Physiology, 2005, 35,107-117.

29. Караваев E.H., Попова И.Ю., Кичигина В.Ф. Влияние глутамата на активность нейронов медиальной септальной области in vitro. Фундаментальные исследования. 2005. Т.З, С. 18-22.

30. Kudina Т.A., Sudnitsin V.V., Kutyreva E.V., Kichigina V.F. The serotonin reuptake inhibitor fluoxetine suppresses theta oscillations in the electroencephalogram of the rabbit hippocampus. Neurosci Behav Physiol. 2004, 34, 929-933.

31.Кутырева E.B., Бутузова M.B., Кичигина В.Ф Норадренергическая модуляция тета-ритма в септо-гиппокампальной системе кролика. Журн высш. нерв. деят. В печати.

32. Бутузова М.В., Кичигина В.Ф., Брагин А.Г. Нарушение ГАМКергических внутрисептальных взаимодействий вызывает появление эпилептиформной активности в гиппокампе. Материалы Международного конгресса "Прогресс фундаментальной и прикладной науки для здоровья человека" Судак, Украина, 2005,51-53.

Подписано в печать 27.02.2006 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 493 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

г i

sz г 9

V9ûaY

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Кичигина, Валентина Федоровна

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1. Гиппокампальный тета-ритм, его организация и функциональная роль

Глава 2. Морфологические и биохимические особенности гиппокампа и медиальной септальной области.

Глава 3. Связи между гиппокампом и септум.

Глава 4. Характеристики нейронной активности гиппокампа и медиальной септальной области.

Глава 5. Восходящие афферентные пути к септум и гиппокампу.

Глава 6. Регуляция активности септо-гиппокампальной системы стволовыми структурами.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 1. Характеристики ритмической тета-модуляции активности медиальной септальной области и гиппокампа у бодрствующих кроликов.

1.1. Активность медиальной септальной области.

1.2. Активность гиппокампа.

Глава 2. Активность нейронов гиппокампа при функциональной блокаде медиальной септальной области.

2.1. Спонтанная активность.

2.2. Вызванная активность.

Глава 3. Характер активности нейронов трансплантированной эмбриональной ткани септум.

3.1. Эксперименты in vivo.

3.2. Эксперименты in vitro.

Глава 4. Активность нейронов трансплантированной эмбриональной ткани гиппокампа.

4.1. Активность в изолированных трансплантатах.

4.2. Активность в трансплантатах, интегрированных с мозгом реципиента.

Глава 5. Холинергическая и ГАМКергическая модуляция тета-осцилляций в гиппокампе

5.1. Влияния холинергических веществ.

5.2. Влияния ГАМКергических веществ.,.

Глава 6. Регуляция тета-активности в септум и гиппокампе структурами ствола мозга.

6.1. Серотонинергические влияния.

6.2. Норадренергические влияния.

6.3. Дофаминергические влияния.

Глава 7. Изучение функционального значения тета-осцилляций.

7.2. Изменения сенсорных ответов при влиянии на серотонинергическую систему (блокада медианного ядра шва).

7.3. Изменения сенсорных ответов при влиянии на норадренергическую систему использование разных доз клонидина).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Глава 1. Свойства клеток медиальной септальной области как основа генерации тета-ритма.

1.1. Функциональная блокада септум и активность гиппокампа.

1.2. Септум как источник тета-активности нейронов гиппокампа в условиях трансплантации эмбриональной нервной ткани.

Глава 2. Механизмы регуляции тета-ритма.

2.1. Холинергическая и ГАМКергическая модуляция тета-активности нейронов гиппокампа.

2.2. Серотонинергические влияния.

2.3. Норадренергические влияния.

2.4. Дофаминергические влияния.

Глава 3. Функциональное значение тета-осцилляций.

3.1. Изменения вызванных ответов при холинергической модуляции тета-ритма.

3.2. Изменения сенсорных ответов при серотонинергической модуляции тета-ритма.

3.3. Изменения сенсорных ответов при норадренергической модуляции тета-ритма.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Механизмы регуляции и функциональное значение тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга"

Интерес к изучению механизмов организации и значения ритмических процессов в мозге возник более полувека назад и значительно усилился в последние годы. В течение всего этого времени ученые пытаются ответить на один из самых интригующих вопросов нейрофизиологии: почему мозг осциллирует? В этом аспекте весьма актуальными являются исследования тета-осцилляций в гиппокампе - структуре, без которой невозможно запоминание новой осознанной информации.

Клинические исследования показали значение гиппокампа для обеспечения внимания и памяти у человека [Лурия, 1970; Milner, 1970; Grace, 2000]. Экспериментальные работы свидетельствуют, что гиппокамп и связанные с ним структуры участвуют в отборе и регистрации новой и значимой информации [обзоры Виноградова, 1975; Vinogradova, 2001]. Показано, что при действии новых, потенциально важных стимулов в электроэнцефалограмме гиппокампа появляются или усиливаются тета-осцилляции — высоко амплитудные, почти синусоидальные волны, следующие с частотой от 4 до 10 Гц. Какую роль тета-активность играет в работе гиппокампа во время регистрации сигналов, — этот вопрос является одним из самых сложных в современной нейрофизиологии.

Нерешенными остаются и вопросы о механизмах генерации и регуляции тета-ритма. Эти вопросы вместе составляют большую проблему организации этого ритмического процесса. Зависит ли тета-ритм от какой-то одной структуры или в этом процессе участвуют многие образования мозга, - единая точка зрения в этом отношении в настоящее время отсутствует. Тета-осцилляции регистрируются в электроэнцефалограмме многих структур, от нижнего ствола мозга до неокортекса. Эта активность может зависеть от внутренних свойств нейронов или нейронных сетей в данных структурах, а также от их афферентных входов. В середине прошлого столетия было начато изучение медиальной септальной области мозга (МС, медиальное септальное ядро и ядро диагонального пучка Брока), являющейся основным субкортикальным входом гиппокампа и составляющим вместе с ним единую септо-гиппокампальной систему. В этой области были зарегистрированы нейроны, разряжающиеся ритмическими залпами импульсов, совпадающими по частоте с тета-волнами в электроэнцефалограмме гиппокампа и имеющие^ ними определенные фазовые отношения [Green, Arduini, 1954; Dutar et al., 1986; Sweeney et ah, 1992; Borhegyi et al., 2004]. Однако является ли эта область звеном, необходимым для генерации гиппокампального тета-ритма, или в его организации участвуют другие образования мозга, остается неясным. Существует также мнение о способности самого гиппокампа к организации осцилляторной активности, при наличии какого-либо возбуждающего воздействия [Konopaski et al., 1987; Bland et al., 1988; Fellows, Sejnowski, 2000].

С вопросом о происхождении тета-ритма тесно связан вопрос о его регуляции. Известно, что выраженность тета-осцилляций зависит от объема и степени новизны поступающих стимулов [Vinogradova, 1995]. Гиппокамп не получает прямых входов от сенсорных систем мозга; информацию о приходящих извне сигналах ему доставляют главным образом афферентные пути от стволовых структур, где происходит первичная обработка сенсорного притока. Достаточно хорошо изучено влияние на активность септо-гиппокампальной системы ретикулярной формации ствола мозга, стимуляция которой повышает выраженность и частоту тета-осцилляций (Gogolak et al., 1967; Vertes, 1980; Бражник и др., 1984; Vertes, Kocsis, 1997). Каково влияние других стволовых образований, основными из которых являются моноаминергические структуры мозга, посылающие афференты к септум и гиппокампу, ко времени начала данной работы оставалось неизвестным.

Решение всех перечисленных вопросов весьма актуально для понимания механизмов высших когнитивных функций мозга - внимания и памяти.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Кичигина, Валентина Федоровна

ВЫВОДЫ

2. Ограниченная группа нейронов септум может рассматриваться как "истинные залповые пейсмекеры". Они сохраняют ритмические тета-осцилляции при трансплантации эмбриональной септальной ткани в неокортекс реципиента, в условиях полной морфологической изоляции и при интеграции с мозгом хозяина, а также при блокаде синаптической передачи в экспериментах на переживающих срезах, изготовленных из септальных трансплантатов.

4. Холинергическая и ГАМКергическая септальные системы необходимы для организации ритмической нейронной и суммарной активности гиппокампа. Холинергическая система обеспечивает выраженность гиппокампальных тета-осцилляций, в то время как ГАМКергическая — их частоту и мощность.

5. Нарушение ГАМКергических внутрисептальных и септо-гиппокампальпых взаимодействий может приводить к генерации эпилептиформной активности в гиппокампе.

7. Холинергическая и ГАМКергическая септальные системы и структуры ствола мозга, регулируя выраженность и частоту тета-ритма, участвуют в организации процесса регистрации сенсорных сигналов в септум и гиппокампе.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Кичигина, Валентина Федоровна, Пущино

1. Артемепко Д.П. Участие нейронов гиппокампа в генерации тета-волн. Нейрофизиология 1972,4,331-339.

2. Базян А.С. Дивергентные и конвергентные механизмы интегративной деятельностиголовного мозга млекопитающих. Журн. высш. нерв. деят. 2001, 51, 514-528.

3. Белова Т. И., Голубева Е. Л., Пальцев М. А. Синее пятно (Locus Coeruleus),морфофункциональная характеристика. Усп. физиол. наук. 1978, 9,25-44.

4. Белоусов А. Б., Бражник Е.С. Роль ГАМКергической регуляции в организацииспонтанной и вызванной активности септальных нейронов. Журн. высш. нерв. деят. 1988,38, 1076-1084.

5. Боравова А.И. Участие холинергических механизмов в становлении септогиппокампалыюго взаимодействия в раннем онтогенезе. Журн. высш. нерв. деят. 1971,21, 1047-1056.

6. Борисюк P.M. Моделирование гиппокампального тета-ритма. Журн. высш. нерв. деят. 2004, 54, 85-100.

7. Брагин А.Г. Трансплантация нервной ткани: Методические, морфологические и функциональные аспекты. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук. М., 1990.

8. Брагин А.Г., Виноградова О.С., Миронов С.Ф. Активность нейронов септум и гиппокампа при изолированном и совместном развитии в передней камере глаза крысы. Нейрофизиология (Киев) 1985, \1, 61-69.

9. Бражник Е.С., Виноградова О.С. Нейронная активность "изолированного гиппокампа". Журн. высш. нерв. деят. 1978,28. 372-380.

10. Бражник Е.С., Виноградова О.С. Влияние полной подрезки септум на активность ее нейронов. Журн. высш. нерв. деят. 1980, 30,141-152.

11. Бражник Е.С., Виноградова О.С., Каранов A.M. Регуляция тета-активности нейронов септум кортикальными и стволовыми структурами. Журн. высш. нерв. деят. 1984, 34, 7180,

12. Буреш, М. Петрань, И. Захар. Электрофизиологические методы исследования. М.: Изд-во Иностр. лит., 1962.

13. Виноградова О.С. Ориентировочный рефлекс и его нейрофизиологические механизмы. Изд-во АПН СССР. М., 1961.

14. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. М., Наука. 1975.

15. Виноградова О.С., Бражник Е.С. Влияние разъединения септум и гиппокампа на активность септальных нейронов. Журн. высш. нерв. деят. 1975, 25,1044-1052. Виноградова О.С., Дудаева К.И. О компараторной функции гиппокампа. Докл. АН СССР 1972,202,241.

16. Виноградова О.С., Жадина С.Д., Бражник Е.С. Анализ организации фоновой активности септальных нейронов in vitro. Нейрофизиология 1987, 18, 586-595.

17. Дудкин JI.H., Чуева КВ., Аринбасаров М.У., Бобкова Н.В. Организация процессов рабочей памяти у обезьян: влияние агониста дофаминовых рецепторов. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2001, 87,1579-1594.

18. Жадина С Д., Виноградова О.С., Брагин А.Г. Влияние ацетилхолина и глутамата на нейроны септум in vitro. Журн.высш.нерв.деят. 1980, 30, 392-397.

19. Инцирквели Р.Г., Дугладзе Т.Г., Гловели Т.Б., Иоселиани Т.К. Изучение влияния моноаминергических структур ствола мозга на внутригиппокампальную передачу возбуждения у кроликов. Сообщ. АН Грузии 1991, 141, 605-608.

20. Караваев Е.Н., Попова И.Ю., Кичигина В.Ф. Влияние глутамата на активность нейронов медиальной септалыюй области in vitro. Фундаментальные исследования 2005,3,18-22.

21. Леонтович Т. А. Нейронное строение и некоторые связи перегородки и примыкающих к ней структур у собаки. В сб.: Структура и функция архипалеокортекса. М.: Наука, 1968, 56-67.

22. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М., «Наука», 1972.

23. Сотниченко Т. С., Истомина JI.A. Восходящие и иизходящие эфферентные пути ретикулярной формации среднего мозга кошки (радиоавтографическое исследование). Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1985, 89,22-31.

24. Стафехина B.C., Каранов A.M. Фоновая активность кортикальных отделов лимбической системы. Нейрофизиология 1984, 16, 753-760.

25. Стафехина B.C., Виноградова О.С. Характеристики кортикального входа гиппокампа. Функциональные различия между латеральной и медиальной областями энторинальной коры. Журн. высш. нерв, деят., 1977,27, 826-834.

26. Agnati, L.F., Zoli M., Stromberg I., Fuxe K. Intercellular communication in the brain: wiring versus volume transmission. Neuroscience 1995, 69, 711-726.

27. Allen C.N., Crawford I.L. GABAergic agents in the medial septal nucleus affect hippocampaltheta rhythm and acetylcholine utilization. Brain Res. 1984, 322,261-267.

28. Alonso A., Garcia-Austt E. Neuronal sources of theta rhythm in the entohrinal cortex of the rat.

29. Laminar distribution of theta field potentials. Exp. Brain Res. 1987, 67,493-501.

30. Alonso A., Kohler C. Evidence for separate projections of hippocampal pyramidal and nonpyramidal neurons to different parts of the septum in the rat brain. Neurosci. Lett. 1982, 31,209.214.

31. Alonso A., Khateb A., Fort P., Jones B.E., Mtihlethaler M. Differential oscillatory properties of cholinergic and non-cholinergic nucleus basalis neurons in guinea pig brain slice. Eur. J. Neurosci. 1996, 8, 169-182.

32. Alonso A., Llinas R.R. Subthreshold Na+-dependent theta-like rhythmicity in stellar cells of entorhinal cortex layer II. Nature 1989, 342, 175-177.

33. Altman H.J., Stone W.S., Orgen S.O. Evidence for a possible functional interaction between serotoninergic and cholinergic mechanisms in memory retrieval. Behav. Neural. Biol. 1987, 48, 49-60.

34. Andersen P., Bland H. В., Myhrer Т., Schwartzkroin P. A. Septo-hippocampal pathway necessary for dentate theta production. Brain Res. 1979, 165, 13-22.

35. Andersen P., Bruland H., Kaada B. R. Activation of the dentate area by septal stimulation. Acta. Physiol. Scand. 1961, 51. 17-28.

36. Andersen P., Eccles J.C. Inhibitory phasing of neuronal discharge. Nature (Lond.) 1962, 196, 645-647.

37. Andersen P., Gross G.N., Lomo Т., Sveen O. Participation of inhibitory and excitatory interneurons in the control of hippocampal cortical output. MIT Press, Boston. In: The interneuron (Brazier M, ed) 1969, 415-432.

38. Apartis E., Poindessous-Jazat F.R., Lamour Y.A., Bassant M.N. Loss of rhythmically bursting neurons in rat medial septum following selective lesion of septohippocampal cholinergic system. J. Neurophysiol. 1998, 79, 1633-1642.

39. Arai H., Kosaka K., Iizuka R. Changes of biogenic amines and their metabolites in postmortem brains from patients with Alzheimer-tipe dementia. J. Neurochem. 1984, 43, 388-393.

40. Aradi /., Soltesz I. Modulation of network behaviour by changes in variance in interneuronal properties. J. Physiol. (Lond) 2002, 538, 227-251.

41. Bassant M.H., Eunouri K, Lamour Y. Effects of iontophoretically applied monoamines onsomatosensory cortical neurons of unanesthetized rats. Neurosci. 1990, 39, 431-439.

42. Baulac M., Verney C., Berger B. Dopaminergic innervation of parahippocampal andhippocampal regions in the rat. Rev. Neurol. (Paris) 1986, 142, 895-905.

43. Beatty W. W., Russ J.R. Spatial working memory in rats.: Effects of monoaminergic antagonists.

44. Pharmacol. Biochem. Behav. 1983, 18, 7-12.

45. Belousov, А. В., Vinogradova, 0. S. and Pakhotin, P. I. Paradoxical state-dependent excitability of the medial septalneurons in brain slices of ground squirrels, Citelus undulufus. Neuroscience 1990, 38, 599-608.

46. Ben-Ari Y., Kmjevic k., Reinhardt W., Ropert N. Intracellular observations on the disinhibitory action of acetylcholine in the hippocampus. Neurosci. 1981, 6, 2475-2489.

47. Bennett TL, Hebert PN, Moss DE. Hippocampal theta activity and the attention component of discrimination learning. Behav. Biol 1973, 8, 173-181.

48. Berridge C.W., Isaak S.O., Espana R.A. Additive wake-promoting actions of medial basal forebrain noradrenergic alphal- and beta-receptor stimulation. Behav. Neurosci. 2003, 177, 350-359.

49. Berridge C. W., Page M.E., Valentino R.J., Foot S.L. Effects of locus coeruleus inactivation on electroencephalographic activity in neocortex and hippocampus. Neuroscience 1993, 55, 381393.

50. Berridge C. W., Wifler K. Contrasting effects of noradrenergic P-receptor blockade within the medial septal area on forebrain electroencephalographic and behavioral activity state in anesthetized and unanesthetized rat. Neuroscience 2000, 97, 543-552.

51. Bialowas J., Frotscher M. Choline acetyltransferase-immunoreactive neurons and terminals in the rat septal complex: a combined light and electron microscopic study. J. Сотр. Neurol. 1987, 259, 298-307.

52. Bickler P.E., Hansen B.M. a-2 adrenergic agonists reduce glutamate release and glutamate receptor-mediated calcium changes in hippocampal slices during hypoxia. Neuropharmacology 1996, 35, 673-687.

53. Blasco-Ibanez J.M., Freund T. F. Synaptic input of horizontal interneurons in stratum oriens of the hippocampal CAI sub field: structural basis of feed-back activation. Eur. J. Neutosci. 1995, 7,2170-2180.

54. Blackstad T.W. Ultrastructure studies on the hippocampal region. Progr. Brain Res. 1963, 3, 122.

55. Bland B.H. Behavioral correlates and afferent control of hippocampal theta cell discharges. In: G.Buzsaki and C.H Vanderwolf (Eds), Electrical activity of the archicortex. Academia Kiado, Budapest. 1985, 125-142.

56. Bland B.H. Physiology and pharmacology of hippocampal formation theta rhythms. Prog. Neurobiol. 1990, 26,1-54.

57. Bland S.K., Bland B.H. Medial septal modulation of hippocampal theta cell disharges. Brain Res. 1986,375. 102-116.

58. Bland, B.H., Colom, L. V., Konopacki, J., Roth, S.H. Intracellularrecords of carbachol-induced theta rhythm in hippocampal slices. Brain Res. 1988, 447, 364—368.

59. Boguszewicz J, Skrajny B, Kohli J, Roth SH. Evidence that GABA, serotonin, and norepinephrine are involved in the modulation of in vitro rhythmical activity in rat hippocampal slices. Can J Physiol Pharmacol. 1996, 74, 1322-1326.

60. Borhegyi Z., and Freund T.F. Dual projection from the medial septum to the supramammillary nucleus in the rat. Brain Res. Bull. 1998, 46, 453^459.

61. Borhegyi Z., Magloczky Z., Acsady L., Freund T.F. The supramammillary nucleus innervates cholinnergic and GSBAergic neurons in the medium septum-diagonal band of Broca complex. Neuroscience. 1998, 82, 1053-1065.

62. Bouron A. Modulation of spontaneous quantal release of neurotransmitter in the hippocampus. Prog. Neurobiol. 2001, 63, 613-635.

63. Bragin A., Csicsvary J., Penttonen M., Buzsaki G. (in press) Epileptic afterdischarge in the hippocampo-entorhinal system: current source density and unic studies. Neuroscience 1997, 76, 1187-1203.

64. Bragin A., Jando G., Nadasdy Z., Hedke J., Wise K., Buzsaki G. 40-100Hz, Oscillation in the Hippocampus of the behaving rat. J. Neurosci. 1995, 15, 47-60.

65. Brashear H.R., Zaborszky L., Heimer L. Distribution of GABAergic and cholinergic neurons in the rat diagonal band. Neuroscience. 1986, 17,439-451.

66. Brazhnik E.S. Theta rhythmicity in the medial septum: entraining by the GABAergic neurons. Журн. высш. нерв. деят. 2004, 54,192-201.

67. Brazhnik E.S., Fox S.E. Intracellular recordings from medial septal neurons during hippocampal theta rhythm. Exp. Brain Res. 1997,114, 442-453.

68. Brazhnik E.S., Fox S.E. Action potentials and relations to the thrta rhythm of medial septal neurons in vivo Exp. Brain Res. 1999,127,244-258.

69. Brazhnik, E. S., Vinogradova, 0. S. Control of the neuronal rhythmic bursts in the septal pacemaker of theta-rhythm: Effects of anaesthetic and anticholinergic drugs. Brain Res. 1986, 380,94-106.

70. Brazhnik E.S., Vinogradova O.S. Modulation of the afferent input to the septal neurons by cholinergic drugs. Brain Res. 1988,451, 1-12.

71. Bullock, Т.Н., Buzsaki, G., McClune, M.C. Coherence of intrinsic hippocampal field potentials reveals discontinuitiesin rat in the CAl-subiculum of the hippocampus in freely-moving rats. Neuroscience 1990,38, 609-619.

72. Buno W., Garcia-Sanchez J.L., Garcia-Austt E. Reset of hippocampal rhythmical activities by afferent stimulation. Brain Res. 1978,3,21.

73. Burgess A.P., Gruzelier J.H. Short duration synchronization of human theta rhythm during recognition memory. Proc Natl Acad Sci USA. 1998,95, 7092-7096.

74. Buzsaki G. Two-stage model of memory trace formation: A role for "noisy" brain states. Neuroscience 1989,31, 551-570.

75. Buzsaki G. Theta oscillations in the hippocampus.Neuron 2002,33: 325 -340.

76. Buzsaki G. Theta rhythm of navigation: link between path integration and landmark navigation,episodic and semantic memory. Hippocampus 2005,15, 827 -840.

77. Buzsaki G., Bragin A., Chrobak J.J., Nadasdy Z., Sik A., Hsu M„ Minen A. Oscillatory and intermittent synchrony in the hippocampus: relevance to memory trace formation. In: Temporal coding in the brain 1994, 145-172.

78. Buzsaki G., Chrobak J.J. Temporal structure in spatially organized neuronal ensembles: a role for interneuronal networks. Curr. Opin. Neurobiol. 1995, 5, 504-510.

79. Buzsaki G., Eidelberg E. Commissural projection to the dentate gyrus of the rat: evidence for feed-forward inhibition. Brain Res. 1981, 230, 346-350.

80. Buzsaki G., Eidelberg E. Direct afferent excitation and long-term potentiation of hippocampal interneurons. .Neurophysiology 1982,48, 597-607.

81. Buzsaki G., Haubenreiser J., Grastyan E., Czopf J., Kellenyi L. Hippocampal slow wave activity during appetitive and aversive conditioning in the cat. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1981, 51,276-290.

82. Buzsaki G., Horvath Z, Urioste R., Hetke J., Wise K. High-frequency network oscillation in the hippocampus. Science 1992,256, 1025-1027.

83. Buzsaki G., Leung L., Vanderwolf CH. Cellular bases of hippocampal EEG in the behaving rat. Brain Res. 1983, 6,139-171.

84. Buzsaki G., Penttonen M., Nadasdy Z, Bragin A. Pattern and inhibition-dependent invasion of pyramidal cell dendrites by fast spikes in the rat hippocampus in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 1996, 93, 9921-9925.

85. Buzsaki G., Ponomareff G., Bayardo F., Ruiz R., Gage F.H. Neuronal activity in the subcortically denervated hippocampus: a chronik model for epilepsy. Neuroscience 1989, 28, 527-538,.

86. Careti В., Poulain P., Beauvillain J. Noradrenaline modulates GABA-mediated synaptic transmission in neurones of the mediolateral part of the guinea pig lateral septum via local circuits. Neurosci. Res. 2001, 39, 71-84.

87. Carli M,, Bonalumi P., Samanin R. WAY 100635, a 5-HT receptor antagonist, prevents the impairment of spatial learning caused by intrahippocampal administration of scopolamine or 7-chloro-kynurenic acid. Brain Res. 1997, 774, 167-174.

88. Carli M., Luschi R., Samanin R. Dose-related impairment of spatial learning by intrahippocampal scopolamine: antagonism by ondansetron, a 5-HT3 receptor antagonist. Behav. Brain Res. 1997, 82, 185-194.

89. Carli M., Bonalumi P., Samanin R. Stimulation of 5-HT1A receptors in the dorsal raphe reverses the impairment of spatial learning caused by intrahippocampal scopolamine in rats. Eur. J. Neurosci. 1998, 10, 1, 221-230.

90. Carre G.P., Harley C.W., Glutamatergic activation of the medial septum complex: an enhancement of the dentate gyrus population spike and accompanying EEG and unit changes. Brain Res. 2000, 861,16 -25.

91. Carette В., Poulan P., Beavillain J. Noradrenaline modulates GABA-madiated synaptic transmission in neurones of the mediolateral part of the guinea pig lateral septum via local circuits. Neurosci. Res. 2001, 39, 71-77.

92. Carcia-Munuz A., Barrio L.C., Buno W. Membrane potential oscillation in CAI hippocampal pyramidal neurons in vitro: intrinsic rhythms and fluctuations entrained by sinusoidal injected current. Exp. Brain Res. 1993, 97, 325-333.

93. Carlsson A. Antipsychotic drugs and catecholamine synapses. J. Psychiatr. Res. 1974, 11, 5764

94. Ceranik K., Bender R., Geiger J.R.P., Monyer H., Jonas P., Frotscher M., Lubke J. A novel type of GABAergic interneuron connecting the input and the output regions of the hippocampus. J. Neurosci., 1997,17,14, 5380-5394.

95. Chronister R.B., White L.E. Fiferarchitecture of the hippocampal formation: Anatomy, projections, and structural significance. In: Hippocampus. R.L.Isaacson, K.Pribram (Eds), Plenum Press, N.-Y.-L., 1976, p. 9.

96. Chu D.C.M., Albin R.L., Young A.B., Penney J.B. Distribution and kinetics of GABAB binding sites in rat central nervous system: a quantitative autoradiographic study. J. Neurosci. 1990, 34, 341-357.

97. Colgin L.L., Kramar E.A., Gall C.M., Lynch G. Septal modulation of excitatory transmission in hippocampus. J. Neurpphysiol. 2003, 90, 2358-2366.

98. Corradetti R., Ballerini L., Pugliese A.M., Pepeu G. Serotonine blocks the long-term potentiation induced by primed burst stimulation in the CA1 region of the rat hippocampal slices. Neuroscience 1992,46, 511-518.

99. Costa E., Panula P., Thompson H.K., Cheney D.L. The trans-synaptic regulation of the septohippocampal cholinergic neurons. Life Sci. 1983, 32,165-179.

100. Curet O., de Montigny C. Electrophysiological characterization of adrenoceptors in the rat dorsal hippocampus. II. Receptors mediating the effect of synaptically released norepinephrine. Brain Res. 1988, 475,47-57.

101. Consalo S., Bertorelli R„ Forloni G. L„ Butcher L. L. Cholinergic neurons of the pontomesencephalic tegmentum release acetylcholine in the basal nuclear complex of freely moving rats. Neuroscience 1990, 37, 717-723.

102. Consolo S., Bertorelli K, Russi G., Zambelli M.and Ladinsky H. Serotonergic facilitation of acetylcholine release in vivo from rat dorsal hippocampus via serotonin 5-HT receptor. J. Neurochem. 1994, 62, 2254-2261.

103. Costa E„ Panula P., Thompson H.K., Cheney D.L. The trans-synaptic regulation of the septo-hippocampal cholinergic neurons. Life Sci. 1983, 32, 165-179.

104. Coull J.Т., Nobre A.G., Frith C.D. The noradrenergic alpha-2 agonist clonidine modulates behavioral and neuroanatomical correlates of human attentional orienting and alerting. Cereb. Cortex 2001, 11,73-80.

105. Csicsvari J., Jamieson В., Wise K.D., Buzsaki G. Mechanisms of gamma oscillations in the hippocampus of the behaving rat. Neuron 2003, 37, 311 -322.

106. Curet O., de Montigny C. Electrophysiological characterization of adrenoceptors in the rat dorsal hippocampus. I. Receptors mediating the effect of microiontophoretically applied norepinephrine. Brain Res. 1989,475, P.35-46.

107. Day J.C., Fibiger H.C. Dopaminergic regulation of septohippocampal cholinergic neurons. J. Neurochem. 1994, 6, 2086-2092.

108. De Sarro G.B., Ascioti C., Froio F. Evidence that locus coeruleus is the site where clonidine and drugs acting at alpha-1 and alpha-2 adrenoceptors affect sleep and arousal mechanisms. Brit. J. Pharmacol. 1987, 90, 675-685.

109. Dragoi G., Carpi D., Recce M., Csicsvari J., Buzsaki G. Interactions between hippocampus and medial septum during sharp waves and theta oscillation in the behaving rat. J Neurosci 1999, 19,6191-6199.

110. Dray A., Davies J., Oakley N.R., Tongroach P., Velucci S. The dorsal and median raphe projections to the substantia nigra in the rat: electrophysioljgical, biochemical and behavioural observations. Brain Res. 1978, 151,431-442.

111. Du J„ Zhang L„ Weiser M., Rudy В., McBain C.J. Developmental expression and functional characterization of the potassium-channel subunit Kv3.1 b in parvalbumin-containing intemeurons of the rat hippocampus. J. Neurosci. 1996,16, 506-518.

112. Dubocovich M.L. Presynaptic alpha-adrenoceptors in the central nervous system. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1984,430, 7-25.

113. Duncan G.E., Knapp D.J., Little K.Y., Breese G.R. Neuroanatomical specificity and dose dependence in the time course of imipramine-induced beta adrenergic receptor down-regulation in rat brain. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1994, 271,1699-1704.

114. Eccles J. C. Mammalian systems for storing and retrieving information. In: Cellular Mechanisms of Conditioning and Behavioural Plasricify. Eds: C. D. Woody et al. Plenum: New York. 1988, 289- 302.

115. Eichenbaum H., Otto T. The hippocampus-what does it do? Behav. Neural. Biol. 1992, 57, 236.

116. Fellous, J.M., Sejnowski, T.J. Cholinergic induction of oscillations in the hippocampal slice in the slow (0.5-2 Hz), theta of hippocampal unitary inhibitory postsynaptic potentials and the (512 Hz), and gamma (35-70 Hz) bands. Hippocampus 10, 187-197.

117. Fischer Y., Gahwiler B.H., Thompson S.M. Activation of intrinsic hippocampal theta oscillations by acetylcholine in rat septo-hippocampal cocultures. J. Physiol (Lond.) 1999, 519, 405-413.

118. Foote SL, Freedman R, Oliver AP. Effects of putative neurotransmitters on neuronal activity in monkey auditory cortex. Brain Res., 1975, 86, 229-42.

119. Ford В., Holmes C. J., Mainville L., Jones В. E. GABAergic neurons in the rat pontomesencephalic tegmentum: tegmental neurons projecting to the posterior hypothalamus. J. Сотр. Neur. 1995, 363, 177-196.

120. Fox S. E. Membrane potential and impedance changes in hippocampal pyramidal cells during theta rhythm. Expl Brain Res. 1989, 77, 283-294.

121. Freund T.F. GABAergic septohippocampal neurons contain parvalbumin. Brain Res. 1989, 478, 375-381

122. Fraser D.D., MacVicar B.A. Low-threshold transient calcium current in rat hippocampal lacunosum-moleculare interneurons: kinetics and modulation by neurotransmitters. J. Neurosci. 1991, 11,2812-2820.

123. Freund T.F. GABAergic septohippocampal neurons contain parvalbumin. Brain Res. 1989, 478, 375-381

124. Freund T.F., Antal M. GABA-containing neurons in the septum control inhibitory interneurons in the hippocampus. Nature 1988, 336, 170-173.

125. Freund T. F. GABAergic septohippocampal neurons contain parvalbumin. Brain Res. 1989, 478, 375-381.

126. Freund T.F., Antal M. GABA-containing neurons in the septum control inhibitory interneurons in the hippocampus. Nature 1988,336,170 -173.

127. Frotscher M., Leranth C. Cholinergic innervation of the rat hippocampus as revealed by choline acetyltransferase immunocytochemistry: a combined light and electron microscopic study. J. Сотр. Neurol. 1985,239, 237-246.

128. Fujita Y. and Sato T. Intracellular records from hippocampal pyramidal cells in rabbit during theta rhythm activity. J. Neurophysiol. 1964, 27, 1011-1025.

129. Fukuda Т., Kosaka T. Gab junctions linking the dendritic network of GABAergic interneurons in the hippocampus. J. Neurosci. 2000,15,1519-1528.

130. Gasbarri A., Verney C., Innocenzti R„ Сатрапа E., Pacitti C. Mesolimbic dopaminergic neurons innervating the hippocampal formation in the rat: a combined retrograde tracing and immunohistochemical study. Brain Res. 1994,668, 71-79.

131. Gao В., Hornung J.P., Frischy J.M. Identification of distinctGABAA-receptor subtypes in cholinergic and parvalbumin-positive neurons of the rat and marmosed medial septum-diagonal band complex. Neuroscience. 1995, 65,101-117.

132. Gaykema R.P., Luiten P.G., Nyakas C., Traber J. Cortical projection patterns of the medial septum-diagonal band complex. J Comp Neurol. 1990,293, 103-124.

133. Gaykema R.P., Zaborszky L. Direct catecholaminergic-cholinergic interactions in the basal forebrain. II. Substantia nigra-ventral tegmental area projections to cholinergic neurons. J. Сотр. Neurol. 1996, 374, P.555-577

134. Givens BS, Olton DS. Cholinergic and GABAergic modulation of medial septal area: effect on working memory. Behav Neurosci. 1990,104, 849-55.

135. Glin L., Arnaud C., Berracochea D. et al. The intermediate stage of sleep in mice. Physiol. Behav. 1991,50, 951.

136. Gloveli Т., Dugladze Т., Saha S., Monyer H., Heinemann U., Traub R.D., Whittington MA., Buhl TL. Differential involvement of oriens/pyramidal interneurons in hippocampal network oscillations in vitro. J. Physiol. 2005, 562,131-147.

137. Gogolak G., Petsche H„ Sterc J., Stumpf C. Septum cell activity in the rabbit under reticular stimulation. Brain Res. 1967, 5, 508-510.

138. Gottesmann C. Theta rhythm: the brain stem involvement. Neurosci. A. Biobehav. Rev. 1982, 16,25.

139. Grace A.A. Gating of information flow within the limbic system and the pathophysiology of schizophrenia. Brain Res. Rev. 2000, 31, 330-341.

140. Grastyan E, Karmos G. A study of a possible "dreaming "mechanism in the cat.Acta Physiol Acad. Sci. Hung. 1961,20, 41 -50.

141. Grastyan E, Karmos G., Vereczkey L.,Kellenyi L. The hippocampal electrical correlates of the homeostatic regulation of motivation. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1966, 21, 34 — 53.

142. Gray J. A. Effects of septal driving of the hippocampal theta rhythm on resistance to extinction. Physiol. Behav. 1972, 8, 481-490.

143. Gray, C.M. Synchronous oscillations in neuronal systems: mechanisms and functions. J. Comput. Neurosci. 1994, 1,11-38

144. Green J.D., Arduini AA. Hippocampal electrical activity in arousal. J. Neurophysiol. 1954, 17, 533-554.

145. Gritti /., Mainville L., Jones B.E. Codistribution Of GABA- with acetylcholine-synthetizingneurons in the basal forebrain of the rat. J. Сотр. Neurol. 1993, 329,438-457.

146. Guillery R.W. Degeneration in the hypothalamic connections of the albino rat. J. Anat. 1957,91,91-102.

147. Gulyas A.I., Seress L., Toth K., Acsady L., Antal M., Freund T F. Septal GABAergic neurons innervate inhibitory interneurons in the hippocampus of the macaque monkey. Neuroscience 1991,41,381-390.

148. Gulyis Al, Miles R, Hijos N, Freund TF. Precision and variability in postsynaptic target selection of inhibitory cells in the hippocampal С A3 region. Eur. J. Neurosci. 1993a, 5, 17291751.

149. Jones B.E., Cuello AC. Afferents to the basal forebrain cholinergic cell area from pontomesencephalic-catecholamine, serotonine and acetylcholine-neurons. Neuroscience 1989, 31, 37-61.

150. Halasy K, Miettinen R, Szabat E, Freund TF. GABAergic interneurons are the major postsynaptic targets of median Raphe afferents in the rat dentate gyrus. Eur. J. Neurosci. 1992, 4, 144-153.

151. Halasy K, Somogyi P. Distribution of GABAergic synapses and their targets in the dentate gyrus of rat: a quantitative immunoelectron microscopic analysis. J Hirnforsch., 1993, 34, 299308.

152. Harder J.A., Kelly M.E., Cheng C.H.K., Costall B. Combined PCPA and muscarinic antagonist treatment produces a deficit in rat water maze acquisition. Pharmacol. Biochem. and Behav. 1996, 55, 61-65.

153. Haring J.H., Davis J.N. Differential distribution of locus coeruleus projections to the hippocampal formation: anatomical and biochemical evidence. Brain Res., 1985, 325, 366-369.

154. Harris KD, Csicsvari J, Hirase H, Dragoi G,Buzsaki G. Organization of cell assemblies in the hippocampus.Nature 2003,424, 552 -16, 577 -584.

155. Hasselmo M.E. Neuromodulation and the hippocampus: memory function and dysfunction in a network simulation.Prog. Brain Res. 1999,121,3-18.

156. Hasselmo ME and Fehlau BP. Differences in time course of ACh and GABA modulation of excitatory synaptic potentials in slices of rat hippocampus. J. Neurophysiol. 2001, 86, 17921802.

157. Henderson Z. Expression of GABAA receptor subunit messenger RNA in non-cholinergic neurons of the rat basal forebrain. J. Neurosci. 1995, 5 1077-1086.

158. Henderson Z., Boros A., Janzso G., Westwood A.J., Monyer H., Halasy K. Somato-dendritic nicotinic receptors responses recorded in vitro from the medial septal diagonal band complex of the rodent. J. Physiol. 2005, 562,165-182.

159. Henderson Z, Fiddler G., Saha S., Boros A., Halasy K. A parvalbumin-contaning, axosomatic synaptic network in the rat medial septum: relevance to rhythmogenesis. European J. Neurosci. 2004, 19, 2753-2768.

160. Henderson Z., Morris N.P., Grimwood P., Fiddler G., Yang H. IV., Appenteng K. Morfology of local axon collaterals of electrophysiologically characterised neurons in the rat medial septum/diagonal band complex. J. Сотр. Neurol. 2001,430,410-432.

161. Herzog E, Bellenchi GC, Gras C, Bernard V, Ravassard P, Bedet C, Gasnier B, Giros B, El Heynen AJ, Bilkey DK. Induction of RSA-like oscillations in both the in-vitro and in-vivo hippocampus. NeuroReport 1991,2,401 -404.

162. Heynen A.J., Sainsbury R.S. Alpha 2-noradrenergic modulation of hippocampal theta activity. Brain Res. Bull. 1991,26, 29-36.

163. Hillegaart V. Functional topography of brain serotonergic pathways in the rat. Acta Physiol. Scand. 1991,142, 1-54.

164. Hornung J.P.and Celio M.R. The selective innervation by serotonergic axons of calbindin -containing interneurons in the neocortex and hippocampus of the marmoset. J.comp. Neurol. 1992,320, 457-467.

165. Horvath Z., KamondiA., Czopf J., Blis, T. V.P., Buzsaki G. NMDAreceptors may be involved in generation of hippocampal theta rhythm. In: Synaptic Plasticity in the Hippocampus. Eds: V. Haas and G. Buzsaki (Berlin: Springer-Verlag), 1988,45-56.

166. Huygens P., Baratti C.M., Cardella J.L., FilingerE. Brain catecholamines modifications. The effects on memory facilitation induced by oxotremorine in mice. Psychoparmacology 1980, 69, 291-294.

167. Jackson W.J., Buccafusco J.J. Clonidine enhances delayed matching-to-sample performance by young and aged monkeys. J.Pharmacol. Biochem. and Behav. 1991, 39, 79-84. Jakab R. L., Leranth C. Septum. Academic Press, Inc. 1995, 405-442.

168. Jakala P., Sirvio J., Reikkinen M. et al. Guanfacin and clonidine, alpha-2 agonists, improve paired associates learning, but not matching to sample, in humans. Neuropsychopharmacology 1999,20, 119-130.

169. Jones В. E., Moore R. I. Catecholamine-containing neurons of the nucleus locus coereleus in the cat. J. Сотр. Neurol. 1974, 157, 43-152.

170. Jones R.S.G., Olpe H.-R. Activation of noradrenergic projection from locus coeruleus reduces the excitatory responces of anterior cingulate cortical neurons to substance P. Neuroscience 1984,13, 819-825.

171. Kahle JS and Cotman CW. Carbachol depresses synaptic responses in the medial but not the lateral perforant path. Brain Res 1989, 482, 159-163.

172. Kamondi A., Ascady L., Wang X.J., Buzsaki G. Theta oscillations in somata and dendrites of hippocampal pyramidal cells in vivo: activity-dependent phase-precession of action potentials. Hippocampus 1998, 8, 244-261.

173. Kelemen E., Moron I., Fenton A.A. Is the hippocampal theta rhythm related to cognition in a non-locomotor place recognition task? Hippocampus 2005, 15, 472-479.

174. Kim Y. I., Dudley C. A., Moss P. L. Alphal noradrenergic action on medial preoptic-medial septal neurons: a neuropharmacological study. Synapse 1988,2,494-507.

175. Kinney G.G., Kocsis В., Vertes R.P. Injections of muscimol into the median raphe nucleus produce hippocampal theta rhythm in the urethane anesthetized rat. Psychopharmacology 1995, 120,244-248.

176. Khakh В., Henderson G. Modulation of fast synaptic transmission by presynaptic ligand-gated cation channels. J. Auton. Nerv. Syst. 2000, 81,110-121.

177. Kinney G. G., Kocsis B. and Vertes R. P. Injections of excitatory amino acid antagonists into the medianraphe nucleus produce hippocampal theta rhythm in the urethane anesthetized rat. Brain Res. 1994, 654,96-104.

178. Kinney G.G., Kocsis В., Vertes R.P. Medial septal unit firing characteristics following injections of 8-OH-DPAT into the median raphe nucleus. Brain Res. 1996. V.708. №1-2. P. 116-122.

179. Klausberger Т., Magill P.G., Marton L.F., Roberts J.D.B., Cobden P.M., Buzsaki G., Somogyi P. Btain-state- and cell-type-specific firing of hippocampal interneurons in vivo. Nature 2003, 42, 844-848.

180. Klausberger T, Marton LF, Baude A, Roberts JD, Magill PJ, Somogyi P. Spike timing of dendrite-targeting bistratified cells during hippocampal network oscillations in vivo. Nat Neurosci. 2004, 7, 41-47.

181. Klimesch W, Doppelmayr M, Wimmer H, Schwaiger J, Rohm D, Gruber W, Hutzler F. Thetaband power changes in normal and dyslexic children. Clin Neurophysiol 2001,112,1174-1185

182. Klitenick M.A., Wirtshafter D. Behavioral., biochemical and anatomical studies of opiates inthe madian ruphe nucleus. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1995, 273, 327-336.

183. Klemm W.R., Landfield P. W. Theta Rhythm and Memory. Science. 1972,176,1449.

184. Klemm W.R. Physiological and behavioral significance of hippocampal rhithmic, slow activitytheta rhythm"). Progr. Neurobiol: 1976, 6,23.

185. Kohler C., Chan-Palay, Steinbusch H. The distribution and origin of serotonin-containing fibers in the septal area: a combined immunohistochemical and fluorescent retrograde tracing study. J. сотр. Neurol. 1982,209, 91-111.

186. Komisaruk B.R. Synchrony between limbic system theta activity and rhythmical behavior in rats. J. Сотр. Physiol. Psychol. 1970, 70,482 -492.

187. Kostowski W. Interaction between serotonergic and catecholaminergic systems in the brain. Pol. J. Pharmacol. Pharm. 1975,27S, 15-24.

188. B.M., MeiL.T. Delayed response deficit induced by local injection of the alpha-2 adrenergic antagonist yohimbine into the dorsolateral prefrontal cortex in young adult monkeys. Behav. Neural. Biol. 1994, 62,134-139

189. Maccaferri, G., Roberts G. D., Szucs P., Cottingham C.A., Somogyi P. Cell surface domain specific postsynapticcurrents evoked by identified GABAergic neurones in rat hippocampus in vitro. J. Physiol. 2000, 524, 91-116

190. Madison D. V, Lancaster В., Nicoll R. A. Voltage clamp analysis of cholinergic action in the hippocampus. J. Neurosci. 1987. 7, 733-741.

191. Mann E.O., Radcliffe С.A., Paulsen O. Hippocampal gamma-frequency oscillations: from interneurons to pyramidal cells, and back. J. Physiol. 2005, 562, 55-63.

192. Manseau F., Danik M., Williams S. A functional glutamatergic neurone network in the medial septum and diagonal band area. J Physiol. 2005, 566, 865-884.

193. Маги E., Takahashi L.K., Iwahara S. Effects of median raphe nucleus lesion on hippocampal EEG in the freely moving rat. Brain Res. 1979,163, 223.

194. McGaugh G.L. Memory storage processes. In: Biology of memory. N.Y. 1970, 51-62. McLennan H., Miller J. J. Frequency-related inhibitory mechanisms controlling rhythmical activity in the septal area. J. Physiol. (Lond.) 1976, 254, 827-841.

195. McMahon L.L.and Kaner J.A. Hippocampal interneurons are excited via serotonin-gated ion channels. J.Neurophysiol. 1997, 78, 2493-2502.

196. Megias M., Emri Z., Freund T.F., and Gulyas A.I. Total number and distribution of inhibitory and excitatory synapses on hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuroscience 2001, 102, 527540.

197. Mehta MR, Lee AK, Wilson MA. Role of experience and oscillations in transforming a rate code into a temporal code.Nature 2002,417, 741 -746.

198. Milner B. Memory and medial temporal regions of the brain. In: Biology of the memory. K.H. Pribram, E. Broadbent (Eds), Acad, press. 1970, P.29-40.

199. Milner T.A., Shah P., Pierce J.P. beta-adrenergic receptors primarily are located on the dendrites of granule cells and interneurons but also are found on astrocytes and a few presynaptic profiles in the rat dentate gyrus. Synapse 2000, 36,178-93.

200. Milner T.A., Veznedaroglu E. Serotonin-containing terminals synapse on septohippocampal neurons in the rat. J. Neurosci. Res. 1993, 36,260-271.

201. Misgeld, U. and Frotscher, M. Postsynaptic GABAergic inhibition of non-pyramidal neurons in the guinea-pig hippocampus. Neuroscience 1986,19,193-206.

202. Mitchell S.J., Ranck J.B. Generation of theta rhythm in medial entorhinal cortex of freely moving rats. Brain Res. 1980,189,49-66.

203. Mitchell S. J., Rawlin, J. N. P., Steward 0., Olton, D. S. Medial septal area lesions disrupt theta rhythm and cholinergic staining in medial entorhinal cortex and produce impaired radial arm maze behavior in rats. J. Neurosci. 1982, 2,292-302.

204. Miura Y, Tsugutaka I., Kadokawa T. Effects of intraseptally injected dopamine and noradrenaline on hippocampal synchronized theta wave activity in rats. Japan J. Pharmacol. 1987,44, 471-479.

205. Mizukawa K., McGeer P.L., Tago H., Peng J.H., McGeer E.G., Kimura H. The cholinergic system of the human hindbrain studied by choline acetyltransferase immunochemistry and acetylcolinesterese histichemistry. Brain Res. 1986, 379, 39-55.

206. Mizumori S.J. Y„ Barnes C.A., McNaughton B.L. Behavioral correlates of theta-on and theta-off cells recorded from hippocampal formation of mature young and aged rats. Exp. Brain Res. 1990, 80, 365-373.

207. Momounas L.A., Molliver M.E. Neurotensin in dorsal and median raphe neurons is not colocalised with serotonin. Soc. Neurosci. Abstr. 1986,12, 626-638.

208. Monmaur P., Orsini L.C., Delacour J. Radioautographic analisys of 14C. 2-deoxyglucose uptake in hippocampal formation of the rat during hpysostigmine-induced theta. Neurosci. Lett. 1982,28, 229-240.

209. Morris N.P., Harris S.J., Henderson Z. parvalbumin-immunoreactive, fast-spiking neurons in the medial septum/diagonal band complex of the rat: intracellular recordings in vitro. Neuroscience. 1993, 92, 589-600.

210. Mueller A.L., Palmer M.R., Hoffer B.J., Dunwiddie T.V. Hippocampal noradrenergic responses in vivo and in vitro. Characterization of alpha and beta components. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 1982, 318,259-66.

211. Mufson E.J., Bothwell M., Kordower J.H. Loss of nerve growth factor receptor-containing neurons in Alzheimer's disease: a quantitative analysis across subregions of the basal forebrain. Exp. Neurol. 1989, 105, 221-232.

212. MunozM. D., Nunez A. and Garcia-Austt E. In vivo intracellular analysis of rat dentate granule cells. Brain Res. 1990, 509, 91-98.

213. Muramatsu M., Tamaki-Onashi J., Usuki C., Araki H., Aihara H. Serotonin-2 receptor-mediated regulation of release of acetylcholine by minaprine in cholinergic nerve terminal of hippocampus of rat. Neuropharmac. 1988,27, 603-610.

214. Murray AM, Ryoo HL, Gurevich E, Joyce JN. Localization of dopamine D3 receptors to mesolimbic and D2 receptors to mesostriatal regions of human forebrain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1994, 91,11271-11275.

215. Munoz M. D„ Nunez A., Garcia-Austt E. In vivo intracellular analysis of rat dentate granule cells. BrainRes. 1990, 509, 91-98.

216. Mynlieff M., Dunwiddie Т. V. Noradrenergic depression of synaptic responses in the hippocampus of rat: evidence for mediation by al-receptors. Neuropharmacology 1988, 27, P 391-398.

217. Nakagawa Т., Ukai K., Ohyama Т., Gomita Y., Okamura H. Effect of dopaminergic drugs on the reserpine-induced lowering of hippocampal theta wave frequency in rats. Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi. 2000,20, 71-76.

218. Nakamura S. Two types of inhibitory effects upon brain stem reticular neurons by lowfrequency stimulation of raphe nucleus in the rat. Brain Res. 1975, 93,140-144.

219. Nakamura S., Iwama K. Antidromic activation of the rat locus coeruleus neurons fromhippocampus, cerebral and cerebellar cortices. Brain Res. 1975, 99, 372-376.

220. Nauta W. J. H., Kuypers H. G. J. Some ascending pathways in the brain system reticularformation. In "Reticular Formation of the Brain". Boston, 1958, p. 3-19.

221. Nicholas A.P., Hokfelt Т., Pieribone V.A. The distribution and significance of CNSadrenoceptors examined with in situ hybridization. Trends Pharmacol. Sci. 1996, 17,245-255.

222. Nunez A., Garcia-Austt,E. Buno, W. Intracellular theta-rhythm generation in identifiedhippocampal pyramids. Brain Res. 1987,416, 289-300.

223. Nyakas C.P., Luiten G.M., Spencer D.G., Traber J. Detailed projection patterns of septal and diagonal band efferents to the hippocampus in the rat with emphasis on innervation CA1 and dentate gyrus. BrainRes. 1987, 18, 533-545.

224. Nyiri G., Szabadits E., Cserep C., Mackie K., Shigemoto R., Freund T.F. GAB Ad and CBi cannabinoid receptor expression identifies two types of septal cholinergic neurons. Eur. J. Neurosci. 2005, 21, 3034 -3042.

225. O'Drien T.S., Svenidsen C.N., Isacson O., Sofroniew M.V. Loss of True blue labeling from the medial septum following transection of the fimbria-fornix: evidence for the death of cholinergic and non-cholinergic neurons. Brain Res. 1990, 508, 249-256/

226. O'Keefe J., Recce M.L. Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus 1993, 3, 317-330.

227. Ohno M., Watanabe S. Blockade of 5-HT1A receptors compensates loss of hippocampal cholinergic neurotransmission involved in working memory of rats. Brain Res. 1996, 736, 180188.

228. Oleskevich S., Desscarries L., Watkins K.C., Sequela P., Daszuta A. Ultrastructural features of the serotonin innervation in adult rat hippocampus: an immunocytochemical description in single and serial thin sections. Neuroscience 1991,42, 777-791.

229. Otmakhov N.A., Bragin A.G. Effects of norepinephrine and serotonin on spontaneous activity and responses to mossy fiber stimulationof CA3 neurons in hippocampal slices. Brain Res. 1982,253, 173-183.

230. Otmakhova, N.A., Lisman, J.E. Dopamine, serotonin, and noradrenaline strongly inhibit the direct perforant path-CAl synaptic memories in oscillatory subcycles. Science 2000, 267, 1512-1515.

231. Parmeggiani P.L. On the functional significance of the hippocample theta rhythm. Progr. Brain Res. 1967, 27,413-429.

232. Pasqualotto B.A., Vincem S.R. Galanin and NADPH-diaphorase coexistence in cholinergic neurons of the rat basal forebrain. Brain Res. 1991, 551, 78-86.

233. Pasquier D. A. Evidence of direct projections from the centralis superior, dorsalis raphe and locus coeruleus nuclei to dorsal and ventral hippocampal in the rat. Anat. Rec. 1976, 184, 498509.

234. Pickel V. M., Segal M„ Bloom F. E. A radioautographic study of the tue efferent pathways of the nucleus locus coeruleus. J. Сотр. Neurol. 1974,155,15-42.

235. Pickenhain L, Klingberg F. Hippocampal slow wave activity as a correlate of basic behavioral mechanisms in the rat. Prog Brain Res. 1967,27,218-227.

236. Pike F.G., Goddard R.S., Suckling J.M., Ganter P., Kasthuri N. Paulsen O. Distinct frequency preferences of different types of rat hippocampal neurons in response to oscillatory input currents. J.Physiol. (Lond) 2000, 529, 205-213.

237. Poolos N., Kocsis J. Dendritic action potential activated by NMDA receptor-mediated EPSP's in CAI hippocampal cells. Brain Res. 1990, 524, 342-346.

238. Qian J and Saggau P. Presynaptic inhibition of synaptic transmission in the rat hippocampus by activation of muscarinic receptors: involvement of presynaptic calcium influx. Br. J. Pharmacol. 1997, 122:511-519.

239. Radii-Weiss Т., Hlavicka P. Inhibition in the reticulo-septo-hippocampal system. Нейрофизиология эмоций и цикла бодрствование сон. Ред. Ониани Т.Н. Тбилиси: Мецниереба 1979, 157.

240. Raisman G. The connection of the septum. Brain 1966, 89, 317-329.

241. Raiteri M., Marchi M., Maura G., Bonanno G. Presynaptic regulation of acetylcholine release in the CNS. Cell. Biol. Int. Reports 1989,13,1109-1118.

242. Ranch J.B. Jr. Studies on single neurons in dorsal hippocampal formation and septum in unrestrained rats. I. Behavioral correlates and firing repertoires. Exp. Neurol. 1973, 42, 461531.

243. Rawlins J.N.P., Feldon J., Gray J.A. Septo-hippocampal connections and the hippocampal theta rhythm. Exp. Brain Res. 1979, 37, P.40-63.

244. Robinson Т. E„ Wishaw I. Q. Effect of posterior hypothalamic lesions on voluntary behavior and hippocampal electroencephalogram in the rat. J. Сотр. Physiol. Psychol. 1974, 86, 768786.

245. RopertN. Modulation of inhibition in the hippocampus in vivo. Can. J. Phys. Pharm. 1985, 64, 838-651.

246. Rose A.M., Hattori Т., Fibiger H.C. Analysis of the septo-hippocampal pathway by light and electron microscopic autoradiography. Brain Res. 1976,108, 170.

247. Rosin D.L. Distribution of alpha 2A- and alpha 2C-adrenergic receptor immunoreactivity in the central nervous system. Methods Mol. Biol. 2000, 126, 475-505.

248. Sainsbury R.S., Partlio LA. Alpha-2 modulation of type 1 and type 2 hippocampal theta in freely moving rat. Brain Res. Bull. 1992, 31,437-442

249. Sarter M., Bruno J.P. Cognitive function of cortical acetilcholine: toward a unifying hypothesis. Brain Res. Rev. 1997,23,28.

250. Scatton В., Simon H., Le Moal M., Bischoff S. Origin of dopaminergic innervation of the rat hippocampal formation. Neurosci. Lett. 1980,18,125-131.

251. Seeburg P.H. The TINS/TIPS lecture. The molecular biology of mammalian glutamate receptor channels. TINS 1993,16, 359-365.

252. Segal M. Responses of septal nuclei neurons to microiontophoretically administered putative neurotransmitters. Life sci. 1974,14,1345-1351.

253. Segal M. Mechanisms of action of noradrenaline in the brain. In: Brain plastisity, Learning and memory.-NY-London. Plenum press 1985, 235-239.

254. Segal M. A monosynaptic hypothalamo-hippocampal connection. Exptl. Brain Res. 1978, 32, 42-53.

255. Segal M. Synaptic activation of a cholinergic receptor in rat hippocampus. Brain Res. 1988, 452, 79-86.

256. Segal M., Barker J.L. Rat hippocampal neurons in culture: potassium conductances. J. Neurophysiol. 1984,51, 1409-1433.

257. Segal M„ Bloom F. E. The action of norepinephrine in the rat hippocampus. I. Iontophoretic studies. Brain Res. 1974, 72, 79-89.

258. Segal M., Landis S.C. Afferents to the septal area of the rat studied with the method ofretrograde axonal transport of horseradish peroxidase. Brain Res. 1974, 82, 263.

259. SchmitzD., Empson R.M., Heinemann U. Serotonin reduces inhibition via 5-HT 1A receptors inarea CA1 of rat hippocampal slices in vitro. J. Neurosci. 1995, 15, 7217-7225.

260. Schwerdtfeger W.K. Afferent fibers from the septum terminale on GABA-interneurons andgranule cells in the area dentate of the rat. Experientia 1986, 42, 392-410.

261. Shao Y., McCarthy K.D. Plasticity of astrocytes. Glia 1994, 11, 147-155.

262. Sherrington C.S. The central nervous system. In A Text Book of Physiology, part 3, Ed: M.

263. Foster, (Macmillan: London) 1897.

264. Shute C.C.D., Lewis P.R. The ascending cholinergic reticular system: neocortical, olfactory and subcortical projections. Brain 1967, 90, 497-508.

265. Simon H., Le moal M., Calas A. Efferents and afferents of the ventral tegmental A10 region studied after local injection of H-leucine and horseradish peroxidase. Brain Res. 1979, 178, 1740.

266. Singer, W. Consciousness and the binding problem. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2001, 929, 123-146 Sinnamon H.M. Hippocampal theta activity related to elicitation and inhibition of approach locomotion. Behav. Brain Res. 2005 (a), 160, 236-49.

267. Sinnamon H.M. Hippocampal theta activity and behavioral sequences in a reward-directed approach locomotor task. Hippocampus 2005 (6), 15, 518-534

268. Schaffer K. Beitrag zur Histologic der Ammonshornformation. Arch. Mikrosk. Anat. 1892, 39, 611.

269. Simonov P. V. Functions of limbic structures according to the information theory of emotions. Actaphysiol. hung. 1976, 48, 363-366.

270. Smialowski A.Excitatory effect of intrahippocampal injection of glutamic acid on rabbit EEG. J Neural Transm. 1983, 58, 205-211.

271. Smilly J.F., Subramanian M., Mesulam M.M. Monoaminergic-cholinergic interactions in the primate basal forebrain. Neuroscience 1999, 93, 817-829.

272. SokolovE.N. Perception and the conditioned reflex.Oxford: Pergammon Press. 1963.

273. Soltesz I. and Deschenes M. Low- and high-frequency membrane potential oscillations during theta activity in CA1 and CA3 pyramidal neurons of the rat hippocampus under ketamine-xylazine anesthesia. J. Neurophysiol. 1993, 70, 97-116.

274. Spangler KM., Morley B.J. Somatostatine-like immunoreactivity in the midbrain of the cat. J.Comp. Neurol. 1987,260, 87-97.

275. Sparks D.L., Markesbery W.R., Slevin J.T. Alzheimer's Desease: monoamines and spiperone binding reduced in nucleus basalis. Ann Neurol. 1986, 19, 602-704.

276. Spencer W.A., Kandel E.R. Electrophysiology of hippocampal neurons: IV. Fast prepotentials. J. Neurophysiol. 1961, 24, 260-271.

277. Stamp J. A., Semba K. Extend of colocalizaition of serotonin and GABA in the neurons of the rat raphe nuclei. Brain Res. 1995, 677, 39-49.

278. Stanton PK, Sejnowski TJ. Associative long-term depression in the hippocampus induced by hebbian covariance. Nature 1989, 339,15-227.

279. Steindler D. A. Locus coeruleus neurons have aeons that branch to forebrain and cerebelum. BrainRes. 1981,367-373.

280. SteriadeM. Arousal: revisiting the reticular activation system. Science 1996,225-226. Stewart M., Fox S. E. Two populations of rhythmically bursting neurons in rat medial septum are revealed by atropine. J. Neurophysiol. 1989, 61, 982-993.

281. Stewart M., Fox S.E. Do septal neurons pace the hippocampal theta rhythm? Trends Neurosci 1990, 13, 163 -168.

282. Storm J.F. An after-hyperpolarization of medium duration in rat hippocampal pyramidal cells. J. Physiol. 1989,409,171-190.

283. Stumpf C. Drug action on the electrical activity of the hippocampus. Int. Rev. Neurobiol. 1965, 8, 77-138.

284. Swanson L. W„ Cowan W.M. Autoradiographic studies of the development and connections of the septal area in the rat. In: Septal Nuclei. J.F.De France (Ed), Plenum Press, 1976, p.37.

285. Swanson LW, Hartman BK. The central adrenergic system. An immunofluorescence study of the location of cell bodies and their efferent connections in the rat utilizing dopamine-beta-hydroxylase as a marker. J Comp Neurol., 1975,163,467-505.

286. Sweeney J.E., Lamour Y., Bassant M.H. Arousal-dependent properties of medial septal neurons in the ananesthetized rat. Neuroscience 1992,48, 353-362.

287. SuzukiS.S., Smith G.K. Spontaneous EEG spikes in the normal hippocampus: 111. Relations toevoked potentials. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1987, 69, 541-549.

288. Szabadics J., Lorincz F., Tamas G. Beta and gamma frequency synchronization by dendriticgabaergic synapses and gap junctions in network of cortical interneurons. J. Neurosci. 2001,21,5824-5831.

289. Takakusaki K., Shiroyama Т., Yamamoto Т., Kitai S. T. Cholinergic and noncholinergic tegmental pedunculopontine projection neurons in rats revealed by intracellular labelling. J. Сотр. Neurol. 1966, 371, 345-361.

290. Talley E.M., Rosin D.L., Lee A. et. al. Distribution of a2A-adrenergic receptor-likeimmunoreactivity in the rat CNS. J. Compar. Neurol. 1996, 372,111-134.

291. Tamas G, Szabadics J, Lorincz A, Somogyi P. Input and frequency-specic entrainment ofpostsynaptic firing by IPSPs of perisomatic or dendritic origin. Eur. J. Neurosci. 2004, 20,2681-2690.

292. Taniyama K., Nitsch C., Wagner A., Hassler R. Aspartate, glutamate and GABA levels in the pallidum, substantia nigra, center median and dorsal raphe nuclei after cylindric lesion of caudate nucleus in cat. Neurosci. Left. 1980,16,155-160

293. Tesche C.D., Karhu J. Theta oscillations index human hippocampal activation during a working memory task. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 919-924.

294. Teitelbaum H, McFarland WL, Mattsson JL. Classical conditioning of hippocampal theta patterns in the rat. J. Сотр. Physiol. Psychol. 1977, 91, 674 -681.

295. Tombol Т., Somogyi G., Hajdu F., Madarasz M. Granule cells, mossy fibres and pyramidal neurons: an electron microscopic study of the cat's hippocampal formation. Acta Morphol. Acad. Sci. Hung. 1978,26, 291-310.

296. Tomimoto H, Kamo H, Kameyama M, McGeer PL, Kimura H. Descending projections of the basal forebrain in the rat demonstrated by the anterograde neural tracer Phaseolus vulgaris leucoagglutinin (PHA-L). Brain Res., 1987,425,248-255.

297. Thompson SM, Capogna M, Scanziani M. Presynaptic inhibition in the hippocampus. 'Trends Neurosci 1993, 16, 222-227.

298. Toth K., Freund T.F., Miles R. Disinhibition of rat hippocampalpyramidal cells by GABAergic afTerents from the septum. J. Physiol. (Lond.) 1997, 500,463-474.

299. Traub, R.D. et al. Gamma-frequency oscillations: a neuronal population phenomenon, regulated by synaptic and intrinsic cellular processes, and inducing synaptic plasticity. Prog. Neurobiol. 1998, 55, 563-575

300. Van Hooft J.A., Vijverberg H.P. 5-HT(3) receptors and neurotransmitter release in the CNS: a nerve ending story. Trends Neurosci. 2000, 23, 605-610.

301. Van der Linden, S., Panzica, F., and De Curtis, M. Carbachol induces fast oscillations in the medial but not in the lateral entorhinal cortex of the isolated guinea pig brain. J. Neurophysiol. 1999, 82, 2441-2450.

302. Vanderwolf С. H. Hippocampal electrical activity and voluntary movement in the rat. EEG & Clin. Neurol. 1969,26,407-415.

303. Vanderwolf C.H. Cerebral activity and behavior: control by central cholinergic and serotonergic systems. Int. Rev. Neurobiol. 1988, 30,225-340.

304. Vanderwolf С. H., Baker G. B. Evidence that serotonin mediates non- cholinergic neocortical low voltage fast activity, non- cholinergic hippocampal RSA and contributes to intelligent behavior. Brain Res. 1986, 374, 342-356.

305. Vanderwolf C.H., Leung L.S. Hippocampal rhythmical slow activity: a brief history and effects entorhinal lesions and phen-cycidine. The Neurobiology of the Hippocampus, Ed: W. Seifert, London: Academic Press, 1983,275-302.

306. Van der Zee E. A., Benoit R., Strosberg A. D. and Luite, P. G. M. Coexistence of muscatinic acetylcholine receptors and somatostatin in nonpyramidal neurons of the rat dorsal hippocampus. Brain Res. Bull. 1991, 26, 343-351.

307. Brain stem activation of the hippocampus: A role for the magnocellular reticular formation and the MRF. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 1980, 50,48-58.

308. Vertes R.P. Brainstem modulation of the hippocampus. Anatomy, physiology and significance. In: Isaacson RL, Pribram KH, editors. The hippocampus.Vol 4. New York: Plenum. 1986, 4175.

309. Vertes R.P. Hippocampal theta rhythm: a tag for short-term memory. Hippocampus 2005, 15, 923-935.

310. Vertes R.P., Kocsis В. Brainstem-diencephalo-septohippocampal system controlling the theta rhythm of the hippocampus. Neuroscience 1997, 81, 893-926.

311. Vertes R.P., Hoover W.B., Viana D. Theta rhythm in the hippocampus: subcortical control and functional significance. Behav. Cogn. Neurosci. Rev. 2004, 3, 173-200.

312. Vertes R.P., Kinney G.G., Koscis В., Fortin W.J. Pharmacological suppression of the median raphe nucleus with serotoniniA agonists, 8-OH-DPAT and buspirone, produces hippocampal theta rhythm in the rat. Neuroscience 1994, 60,441-451.

313. Vinogradova O.S. Hippocampus as comparator: Role of the two input and two output systems of the hippocampus in selection and registration of information. Hippocampus 2001, 11, 578597.

314. Wallenstein GV, Eichenbaum H, Hasselmo ME. The hippocampus as an associator of discontiguous events.Trends Neurosci. 1998,21, 317 -323.

315. Wallenstein, G.V., Hasselmo, M.E. GABAergic modulation of hippocampal population activity: sequence learning, place field development, and the phase precession effect. J. Neurophysiol. 1997, 78, 393-408.

316. Walsh T.J, Stackman R.W., Emerich D.F., Taylor L.A. Intraseptal injection of GABA and benzodiazepine receptor ligands alters high-affinity choline transport in the hippocampus. Brain Res Bull. 1993; 31, 267-71

317. Wang, X.-J. Pacemaker neurons for the theta rhythm and their synchronization in the septohippocampal reciprocal loop. J. Neurophysiol. 2002, 87, 889-900.

318. Wang R.Y., Aghajanian G.K Physiological evidence for habenula as a major link between forebrain and midbrain raphe. Science 1977, 197, 89-91.

319. Weinberger D.R. Implications of normal brain development for the pathogenesis of shizophrenia. Arch. Gen. Psychiatry 1987,44, 660-669.

320. Wenk G., Hepler D., Olton D. Behavior alters the uptake of 3H[choline into acetylcholine neurons of the nucleus basalis magnocellularis and medial septal area. Behav. Brain Res. 1989, 13,129- 138.

321. WeiserM., Vega-Saenz de Miera E., Kentros C., Moreno H., Franzen L., Hillman D., Baker H. and Rudy B. Differential expression of Shaw-related channels in the rat central nervous system. J. Neurosci. 1994, 14, 949-972.

322. Wenzel W, Ott Т., Matthies H. Hippocampal rhythmic slow activity (theta) and behaviorelicited by medial septal stimulation. Behav. Biol. 1977,19, P. 534-542.

323. Werencyia M.W., McKenzieG.M. Decreases in behavioral and striatal neuronal responses todexamphetamine with aging. Pharmacol. Biochem Behav. 1989, 33,489-491.

324. West MO, Christian E, Robinson JH, Deadwyler SA. Dentate granule cell discharge duringconditioning.Relation to movement and theta rhythm. Exp. Brain Res. 1981,44,287 -294.

325. Winson J. Dahl D. Action of norepinephrin in the dentate gyrus. Exp. Brain Res. 1985, 59, 3,497.506.

326. Wirtshafter D, Asin KE. Discrimination learning and reversal following electrolytic lesions of the median raphe nucleus. Physiol Behav., 1986, 37,213-219.

327. Whittington M.A., Traub R.D. Interneuron diversity series: inhibitory interneurons and network oscillations in vitro. J. Neurosci. 2003,26,676-682.

328. Witter M.P., Griffioen A.W., Jorritsma-Byham B. et al. Entorhinal projections to the hippocampal CA1 region in the rat: an underestimated pathway. Neurosci. Lett. 1988, 85, 193198.

329. Umbriaco D., Garcia S., Beaulieu C., Descarries L. Relational features of acetylcholine, noradrenaline, serotonin and GABA axon terminals in the stratum radiatum of adult rat hippocampus (CA1). Hippocampus 1995, 5, 605-620.

330. Yamaguchi Т., Suzuki M„ Yamamoto M. Evidence for 5-HT4 receptor involvement in the enhancement of acetylcholine release by p-chloroamphetamine in rat frontal cortex. Brain Res. 1997, 772, 95-101.

331. Yamamoto Т., Watanabe S., Oishi R., Ueki S. Effects of midbrain raphe stimulation and lesion on EEG activity in rats. Brain Res. Bull. 1979,4,491-495.

332. Ylinen A., BraginA., Nadasdy Z, Janda G., Szabo I., SikA., Buzsaki G. Sharp-wave-associated high-frequency oscillation (200 Hz) in the intact hippocampus: network and intracellular mechanisms. J. Neurosci. 1995a, 14, 30-46.

333. Zhang L., McBain C.J. Potassium conductances underlying action potential repolarization and afterhyperpolarization in rat CA1 hippocampal interneurons. J. Physiol (Lond) 1995, 488, 661672.

334. Zhuravleva Z.N., Bragin A.G., Vinogradova O.S. Organization of the nervous tissue (hippocampus and septum) developing in the anterior eye chamber. III. Axonal processes and their synaptic endings. J.Hirnforsch. 1986, 27, 323-341.

335. ZzumiJ., Washizuka M., Miura H., Hiraga N., Ikeda Y. Hippocampal serotonin 5-HT1A receptor enhances acetylcholine release in conscious rats. J. Neurochem. 1994, 62,1804-1808.

Информация о работе

Кичигина, Валентина Федоровна
доктора биологических наук
Пущино, 2006
ВАК 03.00.13

Диссертация

Механизмы регуляции и функциональное значение тета-осцилляций в септо-гиппокампальной системе мозга - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы