Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Онтогенез медиаторных систем мозга

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Онтогенез медиаторных систем мозга"

^ ^ ¿/Л Z №

. 1 :!

АКАДЕМИЯ НШ СССР /8-

ИНСТИТГТ ВМС1ЕЙ НВРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НВИРОМЗИОДОГИИ

Раевский. Владимир Вячеславович

ОНТОГЕНЕЗ МВДИАТОРНЫХ СИСТЕМ МОЗГА

Специальность 0.3.00.13 - физиология человека и животных

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени доктора биологйческих наук

На правах рукописи

УДК 612.814

МОСКВА 1988

Работа выполнена в Институте висаей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР

Научный консультант-Доктор биологических наук, профессор К.В.Вулейкина

Официальные о п п он е н т ы:

Доктор биологических наук, профессор Е.А.ГРОМОВА Доктор биологических наук,

аоктор философских наук, профессор Р.И.КРУГЛИКОВ Доктор биологитческих наук Л.Е.ЦИТОДОВСКИИ

Ведущее учрежяемие-Ннститут физиологии АН СССР им. И.П.Павлова

Завита диссертации состоится " "_1989 г.

в _ часов на заседании Специализированного совета при

Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР адрес: 117866, Москва, ул. Вутлерова ь А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института выспей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР

Автореферат разослан " "_1988 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТ«

Актуальность темы. Ранний онтогенез - наиболее ответственный момент индивидуального развития. В пренатальном периоде определяется степень готовности новорожденного к адекватному взаимодействию с внешни* миром, возможность совершенствования имевшихся и формирования новых форм приспособительного поведения. В постнатальном периоде происходит окончательное формирование физиологической архитектуры функциональных систем, обеспечивающих выживание новорожденного.

Одним из продуктивных подходов к изучению развития организма является теория системогенеза (Анохин, 1937; 1948; 1968), которая наиболее полно характеризует закономерности формирования функций. Основополагающим в данной теории является представление о Функциональной системе, как совокупности структур и процессов, объединенных для выполнения какой-либо определенной функции организма. Согласно определению автора, "систе-могенеэ - это избирательное и ускоренное по темпам развитие в эмбриогенезе разнообразных по качеству и локализации структурных образований, которые, консолидируясь в целом, интегрируют полноценную функциональную систему, обеспечивающую новорожденному выживание" (Анохин, 1968). Таким образом постулируется, что в период онтогенетического развития осуществляются два принципиальных и взаимосвязанных процесса. Зо-первых, более раннее созреЕание структур функциональных систем, обеспечивающих первые приспособительные реакции (принцип гетерохронии). Во-вторых, формирование из этих структур единой интеграции (принцип консолидации).

Консолидация раздельно созревших элементов Функциональных

систем является важнейшим этапом развития. Например, элементар-

)

ные рефлекторные реакции (хватательный рефлекс) проявляются только после подрастания к соответствующим мотонейронам спинного мозга нисходящих ретикулярных волокон. Таким образом, зрелость сегментарного аппарата не обеспечивает реализацию поведения. Для его осуществления необходима интеграция элементов в систему, которая осуществляется под контролем ретикуло-спи-

налЬных консолидирующих влияний на основе, синаптической передачи (1улейкина, 1953; 1961; Вулейкина, Глацкович, 1965).

Известно, что синаптическая передача осуществляется с по-ис ;ью нейросекретов - синаптических медиаторов. По действие на постсинаптические структуры, медиаторы подразделяются на ионот-ропные и метаботропные (нсСааг е.«., 1978). Метаботропные вещества, не вызывающие существенного изменения проницаемости мембраны, но инициирующие химические изменения системы вторичных посредников в постсинаптических структурах, являются наиболее вероятными медиаторами, обеспечивающими консолидацию в онтогенезе. К ним относятся амины: ацетилхолин (Ах), дофамин, но-радреналин (НА), серотонин (5-ОТ).

Аыинергические нейроны в ЦНС образуют достаточно компактные скопления и проводящие пути, проникающие в обширные отделы мозга ( Deh 1 et ron, Гихе, 1964; Fuxe, 1965 ; Andan * а., i960; Pickel «.«., 1974; Segal, Laudia, 1974; Moore«, а., 1978; rallos Moore, 1978; Berger a. a., 1974; Hokfelt a. a., 1974 a; Taaain a. a., 197b). Особенностью аиинергической иннервации является то, что одна нервная клетка за счет значительного ветвления аксона устанавливает контакты с большим количеством неПронов, расположенных в разных отделах ыозга. Такой принцип связей является морфологическим признаком "регуляторной" ("модуляционной") Функции (Буданцев, 1976). Он обеспечивает не столько взаимодействие, сколько взаимосоцействие нейронов ЦНС, что является основныы признаком консолидирующих влияний (Анохин, 1968).

Основываясь на морфологическом строении аыинергических систем мозга и механизме их влияния на клетки-мишени (метабот-ропное действие), мы предположили, что именно эти системы обеспечивают консолидацию в процессе развития.

В связи с этим, ориентируя основную задачу на исследование нейрохимических механизмов обчединения разрозненно созревших структур в единую интеграцию, обеспечивающую выживание новорожденного, в настоящей работе изучали формирование норадреналин-, серотонин- и холинергической систем мозга в раннем онтогенезе. Решению подлежали два основных вопроса. I. Когда начинает

функционировать синаптическая. передача той иди иной медиаторной специфичности (ергичности)? 2. Какое влияние аминергическая си-наптическая передача оказывает на формирование функций развивающихся нейронов?

Проблема становления синаптической передачи является многоплановой и требует комплексного рассмотрения морфологических, биохимических и электрофизиологических данных. Для заключения о степени зрелости синаптической передачи той или иной медиатор-ной специфичности необходимо учитывать:

1. Созревание нейронов, используювих данный трансмиттер.

2. Прорастание аксснов этих нейронов и установление синаптичее-ких контактов с клетками-мишенями.

3. Формирование ферментативной системы, обеспечивающей синтез медиатора.

4. Присутствие медиатора в пресинаптических окончаниях.

5. Выделение медиатора в достаточном количестве под влиянием пресинаптического возбуждения.

6. Наличие специфического рецепторного аппарата на постсинапти-ческой мембране.

Весь комплекс этих вопросов был подвергнут анализу на примере формирования синаптической передачи раоной ергичности в неокортексе. Выбор структуры основан на главенствуюпей роли коры мозга в фооыировании адаптивного поведения, наличием разнообразной (норадреналин-, серотонин-, холинергической) модулирующей иннерващх, Голее позднем созревании нейронов коры мозга. Последнее позволяло проводить исслепояания в период постна-тального развития, что было ^троще в техническом отношении.

Основные задачи исследования. В процессе работы предполагалось ресить следующие задачи:

1. Проанализировать основные этапы формирования аминергичес-ких систем мозга.

2. Установить последовательность созревания е неокортексе синаптической передачи разной медиаторной специфичности.

3. Выявить значение различных медиаторных систем мозга в формировании функций развиьаваихся нейронов.

4. Проанализировать взаимодействие медиаторных систем в сн-

тогенезе.

Результаты исследования и их новизна. Впервые исследовано формирование в неокортексе аминергической синаптинеской передачи.

Установлена последовательность "созревания синаптической передачи разной ыециаторной специфичности. Первой формируется норадренергическая, затем холинергическая и последней серотони-нергическая.

Выявлено значение аиинергических систем мозга в регуляции функций развивающихся нейронов и организации внутрикорковх нейронных сетей.

Норадренергическая система, берущая начало в синем пятне иннервирует практически все нейроны коры в течение первого месяца жизни и оказывает наиболее существенное влияние на Функциональные взаимоотношения нейронов в этот период. Основной функцией норадренергической синаптической передачи является модуляция сенсорных реакций развивающихся нейронов, выражающаяся в избирательном облегчении или торможении ответов на разномо-дальные стимулы. Это создает условия для взаимосодействия нейронов коры в условиях, когда внутрикорковые связи еще не сформированы. В процессе развития функциональное значение норадренергической иннеррации неокортекса редуцируется.

Холинергическая система, берущая начало в области ба-зальных ядер, регулирует синаптический приток к нейронам коры, облегчая активационные реакции или блокируя их по принципу пре-синаптического торможения. Последнее реализается с участием ГАКК-ергических интернейронов и холинергическая система в данном случае выполняет роль консолидирующего фантооа, обеспечивающего интегоцию нейронов коры.

Серотонинергиская система, берущая начало в ядрах ива, принимает участие в регуляции возвратного / латерального торможения, обеспечивая консолидацию соответствующих внутрикорковых сетей нейронов.

Установлено, что холинергические и серотонинергические влияния модулируют активность двух различных типов ГАМК-ерги-ческих интернейронов, созревающих гетерохронно. Холинергическая

синаптическая передача адресуется к интернейронам, реализующим свою функцию через бикукуллин нечувствительные рецепторы. Этот тип ГАИК-ергических нейронов созревает первым. Серотонинерги-ческая синаптическая передача модулирует активность ГАИК-ерги-ческих нейронов, обеспечивающих Сикукуллин чувствительные реакции.

Показано, что механизмы тормозной регуляции нейронной активности неокортекса функционируют на всех этапах постнатально-го развития. В течение первых двух недель превалирует специфическая для незрелой нервной системы тормозная регуляция за счет католической депрессии. В процессе развития последовательно формируются механизмы пресинаптического, возвратного / латерального и афферентного торможения. Появление более совершенных тормозных механизмов определяется формированием соответствующих ГАКК-ергических интернейронов и консолидирующими влияниями ами-нергических систем мозга.

Научно-практическое значение работы

Теоретическое значение. Формирование синаптической передачи в процессе онтогенетического развития является решающим этапом развития нервной системы в целом. Представленные в работе данные характеризуют динамику синаптической передачи разной медиаторной специфичности, указывают на функциональное значение аминергических медиаторных систем в интеграции нервных элементов на ранних этапах постнатального онтогенеза и являются принципиальными для понимания фундаментальных закономерностей ней-роонтогечеза.

Практическое значение. Полученные результаты указывают на большое значение норадренергнческой синаптической передачи в регуляции функций нейронов на ранних этапах развития. Анализ собственного и литературного материала показал, что норадреиер-гическая система определяет консолидации разрозненно созревпих элементов, играя тем самым ведущую роль в организации ранних форм приспособительного поведения, и регулирует последовательность формирования синаптической передачи другой ергичнос-ти. Это следует учитывать в педиатрической практике, в частности при терапии замедления развития. Последнее в настоящее время

- б -

связывается с дефицитом холинергической . иннервации. Так как значение норадренергической системы в формировании функций развирающегося мозга в раннем онтогенезе несравненно выще и само формирование холинергической синаптической передачи зависит от норадренергической системы, можно рекомендовать для педиатрической клиники поиск конкретных способов воздействия на норад-ренергическую систему мозга при терапии функциональной патологии раннего возраста.

Работа выполнена в соответствии с задачами проблемных комиссий АН СССР "Нейроонтогенез" и "Выедая нервная деятельность и ее нейрофизиологические основы" и является частью темы 13.2.36.2.5 "Поведенческие и нейронные показатели интегративной деятельности мозга", номер государственной регистрации темы, разрабатываемой в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР - 81.087.699,

Положения, выносимые на защиту I. На ранних стадиях развития медиаторные системы мозга не связаны с Функцией передачи сигналов в синапсах и регулируют в основном структурное созревание нервной системы. Синаптическая передача начинает функционировать позднее и последовательность формирования данной ¿ункиии для разных мециаторных систем не зависит от их исходной степени зрелости.

2. Норадренергическая синаптическая передача формируется первой и в отсутствии модулирующих влияний другой ыедиаторной специфичности осуществляет регуляцию нейронной активности за счет избыточного развития норадренергической системы.

3. Аминергические системы мозга по мере созревания последовательно обусловливают различные формы интеграции разрозненно созревших нейронов, что обеспечивает совершенствование целостной приспособительной деятельности в процессе онтогенетического развития.

4. Активационные и тормозные механизмы регуляции нейронной активности присутствуют на всех этапах развития. На ранних стадиях тормозная регуляция осуществляется за счет специфического для незрелых .нейронов механизма катодической депрессии.

Материалы диссертации били доложены и обсуждены на 14

международных и всесоюзных симпозиумах, конференциях, съездах.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 43 работах, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях, основные из них (26) приведены в конце автореферата.

Структура и об'еи диссертации. Работа состоит из введения, описания методов исследования, пяти глав, в которых собственные экспериментальные результаты обсуждаются с привлечением литературных данных, обшего заключения и выводов. Рукопись содержит 339 стр. машинописного текста, включая список литературы, 51 рисунок, 4 таблицы. В работе цитируется 446 наименования.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДУ

Работа выполнена на 186 котятах 5-60 дневного возраста и II плодах коски массой 71-97 Г, длиной от темени до копчика II8-I28 мм, что соответствует возрасту 54-60 дней эмбрионального развития (sc«tt, silva, 1967) (последняя неделя пренатальной жизни). В экспериментах на котятах изучена активность 840 нейронов соматосенсорной зоны коры. В опытах на плодах исследовано 48 нейронов ствола мозга из области локализации норадреналин содержащих клеток.

Основной моделью в работе являлась электрическая или биохимическая стимуляция пресинаптичесхих волокон, принадлежащих разным мелгаторным системам: норадренергической (синее пятно), серотонинеогической (дорсальное ядро шва), хо.чинергической (баэальные ядра), ГАИК-ергической (блокада активности ГА*К-трансамкназы).

С помощью данной модели выявляли сроки начала функционирования и динамику синаптической передачи разной медиаторной специфичности в онтогенезе, а так хе роль мелиаторных систем мозга в формировании реактивных свойств нейроноэ коры. В последнем случае использовали сочетанную стимуляцию медиаторных систем (кондиционирующее раздражение) и седалищного или язычного нервов (тестирующее раздражение).

Контроль медиаторной специфичности реакций на раздражение

- В -

глубинных структур мозга осуществляли по трем основным критериям, рекомендуемым в подобных случаях: анатомическому, физиологическому и фармакологическому ( мсС««г » 1987).

Лнатомическиы критерием служила локализация стимулирующего электрода в области скопления нейронов соответствующей сргич-ности. Физиологическим тестом являлось воспроизведение эффекта пресинаптической стимуляции при микроионофоретическом подведении предполагаемого ыедиатора к регистрируемой клетке. Фармакологическим критерием была блокада реакции на пресинаптическув стимуляцию специфическим антагонистом синаптической передачи. Значение критериев, использованных нами для идентификации ме-циаторной специфичности вызванных реакций, неравнозначно. Наименее надежным является анатомический: локализация электрода не свидетельствует о том какие по ергичности нейроны и волокна били активированы при раздражении. Поэтому физиологическое и фармакологическое тестирование было определяющим.

Математическая обработка результатов. Достоверность реакций оценивали на основе сравнения средних частот импульсной активности нейронов с помощью модифицированного критерия Вил-коксона-Манна-Уитни. Различие средних частот считалось достоверным при Р<О.ОЬ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУКДЕНИЕ

Электрофизиологические свойства развивающихся нейронов неокортекса Фоновая активность нейронов соыатосенсорной коры у новорожденных животных выявляется в редких случаях.

У 5-7 дневных котят в соыатосенсорной зоне коры ыы регистрировали достаточно стабильную спонтанную активность нейронов. Основной формой импульсной активности в этоы возрасте была эпизодическая (88Х), выражающаяся в одиночных разрядах или сериях из 2-3, реже & спайков, сменявшихся длительным периодом "молчания". Интервал между импульсами в отдельных случаях достигал 20 не.- В то же время средняя частота разрядов была низкая и не превыжала 0.5 - 1.0 имп/сек, что определялось значительны-

ни промежутками "молчания".

Отличительной особенностью разрядов незрелых нейронов являлась флюктуация потенциала действия (ПД). Длительность ПД в серии разрядов увеличивалась, а амплитуда уменьшалась. Анализ структуры ПД показал, что увеличение длительности происходит в результате нарастания задержки между потенциалом начального сегмента (НС) и сомато-цендритным (СД) потенциалом. Уменьшение амплитуды ПД обусловлено градуальной редукцией СД-потенциала, который в конечном итоге исчезает и ПД в этом случае представлен исключительно НС-потенциалом.

Эпизодический тип фоновой активности и флюктуация ПД остаются наиболее характерными свойствами разрядной деятельности нейронов коры в течение второй недели постнатальной жизни. Существенное уменьшение количества нейронов с эпизодическим паттерном фоновой ритмики наблюдалось у 20-30 дневных живтных. В этот период превалировал непрерывеный паттерн, котрый обнаружен у 74% нейронов коры (срепняя частота - 4.1 ♦ 0.9 имп/с). 20% нейронов соматосенсорной зоны коры обладали групповым типом фоновой активности. Частота разсядов в "группе" была высокой -29.5 * 12.2 имп/с. Интервал между группами оставался достаточно стабильным, но был индисидуальным для каждого нейрона и составлял 0.5-7 с.

Таким образом, в течение первого месяца после рождения животного эпизопический паттерн исчезает и появляются регулярный и групповой типы фоновой активности. Эпизодический паттерн является, по видимому, следствием генераторных свойств мембраны развивающихся нейронов и обусловлен прежде всего низким уровнем мембранного потенциала (Purpura «.е., 1965; Ленков и др... 1976), что препятствует развитию ПД за счет натриевого тока. Известно, что ПД может возникать за счет кальциевого тока и некоторые особенности мембраны незрелых нейронов (Веселовский, 1986) способствуют его появлению. Математическое моделирование кальциевого потенциала (Буцко и др., 1982) еыявило, что он отличается от натриевого не только большей длительностью, но и наличием продолжительной следовой деполяризации. Суммация такой деполяризации после нескольких ПД способна тормозить генератор-

ную функцию нейрона по принципу католической депрессии. Вероятно, этот механизм лежит в основе эпизодической активности раз-ви ающихся нейронов. На ранних стадиях развития, когда классическая регуляция активационных процессор на основе ТПСП еще не сформирована, катодическая депрессия является основным механизмом, ограничивающим распространение возбуждения в центральной нервной систеые.

Вызванная импульсная активность нейронов коры у 5-7 дневных животных на сенсорное раздражение (стимуляция седалищного нерва) в 87% случаев представлена одиночным разрядом. Ответ чрезвычайно нестабилен, латентный период реакций флюктуирует в пределах 90 - 400 ыс.

У 10-14 дневных котят превалировала тоническая реакция на аффорентное раздражение (70%). Латентный период ответа сокращался, частично стабилизировался и составлял 160 + 70.2 ыс.

У котят 15-20 дневного возраста в 60% случаев регистрировали фазную реакцию на раздражение седалищного нерва. Фазный тип ответа Сыл предстаьлен первичным разрядом, сменяющимся тормозной паузой длительностью 100-300 ыс, за которой, в ряде случаев следовал вторичный разряд и вторичная тормозная пауза. Такой тип реакции обусловлен механизмом возвратного торможения и предполагает распространение возбуждения по коллатералям пирамидного нейрона, активацию тормозных интернейронов, которые, в свою очередь, вызывают торможение импульсной активности, что влечет появление тормозной паузы после первичного разряда.

Первичное торможение импульсной активности на стимуляцию седалищного нерва регистрировали в конце 1-го месяца жизни.

Таким образом, а процессе постнатального развития происходит постепенное '[юрмирование реактивных свойств нейронов сома» тосенсорной зоны коры. Появление втооичных тоомозных компонентов в реакции нейронов коры на сенсорное раздражение свидетельствует о формировании межнейронных связей в неокортексе (пирамидных клеток и интернейронов), обеспечивающих авторегуляцию нейронной активности. Отчасти о том же говорят и вторичные «ктирационные разряды, которые могут отражать латеральное распространение возбуждения в коре.

В связи с этим онтогенез взаимодействия нейронов неокор-текса представлял для нас значительный интерес. С этой целыо исследовали синаптические реакции нейронов коры на стимуляцию пирамидного тракта (ПТ). Дифференцировку антидромных ответов осуществляли на основе окклюзии - неспособности выявить ответ на стимуляцию ПТ непосредственно после спонтанного разряда нейрона. Выявленные по такому критерию антидромные реакции исключались из анализа.

Синаптические реакции на стимуляцию пирамидного тракта в соматосенсорной зоне коры в течение первого месяца постна-тального развития представлены тремя типами ответов: актива-ционными, активационно - тормозными и тормозными.

У 5-7 дневных котят активационные ответы обнаружены у 39Х нейронов. Латентный период реакций в основном составлял 30-60 мс, реакция нейронов была представлена несколькими спайками. Активационно - тормозные ответы выявлены у 50% нейронов коры. Латентный период активационной Фазы - ЗО-бОмс. Латентный период тормозной ¿азы - 40-100 мс. Длительность тормозной паузы варьировала в пределах от 80 до 300 мс. Активационный компонент ответа был менее стабильным, чем тормозный и выявлялся не на каждое раздражение. Тормозные реакции на стимуляцию ПТ обнаружены у ИХ нейронов. Латентный период реакции равнялся 40-60 мс. Продолжительность торможения составляла в среднем 200 мс.

В процессе онтогенетического развития наблюдали относительное увеличение количества активаиионных и тормозных реакций. В конце первого месяца жизни активационные ответы регистрировали у 50% нейронов. Были выделены два типа ответов. Первый характеризуется коротким латентным периодом - 7,3 + 0,9 мс и малым циклом восстановления - 4,3 * 2,1 мс. Второй отличается несколько большим латентным периодом 11,5 + 3,8 мс, но главное, существенно меньвей лабильностью (цикл восстановления - 336,7 ♦ 26,4 мс). Эти данные позволяют заключить, что в конце 1-го месяца постнатального развития наряду с моно-синаптическими реакциями активационного типа на раздражение пирамидного тракта, выявляются полисинаптические активационные ответы.

При проведении сравнительного анализа степени зрелости латерального возбуждения и торможения в ранней онтогенезе следует им^ть в виду, что низкая частота фоновой активности и'наличие длительных периодов "молчания" сущееотвенно затрудняет выявление тормозных реакций. Согласно навим наблюдениям, в тех случаях, когда одиночное раздражение ПТ вызывает активапионно-тор-мозную реакцию, тормозный компонент характеризуется большей стабильностью. Кроме того, тормозные реакции на раздражение ПТ являются по крайней мере дисинаптическими (реализуются через тормозный интернейрон) и выявляются в онтогенезе значительно раньие, чем полисинаптические активационные реакции. Таким образом нейронная сеть, обеспечивающая латеральное торможение начинает функционировать одновременно с моносинаптическими связями пирамидных нейронов. Это позволяет предположить более раннее формирование синаптических контактов коллатералей аксонов, об-разуюцих пирамидный тракт, на тормозных интернейронах, а не на пирамидных клетках коры. .

Обнаруженные нами межнейронные связи в коре у котят в течение первых двух недель жизни свидетельствуют в больней степени о наличии морфологического субстрата, но не о функционировании механизмов латерального возбуждения и торможения в неокор-тексе. Реально ни активационные, ни тормозные связи мехду нейронами коры в течение первых несель не 1унк1!ионируот> однако, больоое количество нейронов (50%) разряжается синхронно под влияниеы обоего источника (Газиев 1У83). Таким образом было основание предполагать существование в раннем онтогенезе специального механизма, обеспечивающего взаимосодействие незрелых нейронов коры и вовлекавшего их тем самым в регуляцию приспособительной деятельности организма, что является, видимо, одним из ранних проявлений консолидирующих влияний. Межнейронные связи в неокортексе начинают функционировать позднее. Так по навим данным фазные реакции, обусловленные возвратным торможением регистрируются у 15-20 дневных котят. Это определяется, по нашему мнению, не формированием внутрикорковых связей (их наличие ус-певно выявляется при стимуляции ПТ), а включениеы консолиди-• чщего фактора, обусловливавшего интеграцию ранее созревсих

элементов.

Выявлении нейрохимических механизмов, обеспечивающих взаимосодействие нейронов коры в первые непели после ротения и консолидацию внутрикорковых связей было уделено основное внимание в навей работе.

Норадренергическая система

Норадренергические нейроны СП созревают одними из первых в эмбриогенезе ( Laude« Bioo« 1974). Аксоны этих нейронов рано прорастают в передние отделы мозга, достигают неокортекса накануне рождения ( 01 во» Seige» 1973; t.vitb Hoore 1979) и устанавливают синаптические контакты с нейронами коры. У новорожденных основная масса синапсов в неокортексе - норадренергические ( Hol 11vsq Kriet, 1975). Функциональные свойства норадре-нергических нейронов ствола ыозга были исследованы нами на плодах ковки за неделю до рождения.

Электрофизиологические и нейрохимические характеристики норадренергических нейронов плода копки Фоновая активность обнаружена у 62* нейроноЕ моста и 92% нейронов продолговатого мозга в области скопления норадреналин содержащих клеток. У фоновоактивных клеток в обеих структурах были выявлены эпизодический, групповой и регулярный типы разрядной деятельности.

Реакции на электрическое раздражение языка и вибоисс зарегистрированы почти у всех фоновоактивных клеток. В целом реакции носили активационный характер.

Чувствительность нейронов ствола мозга к медиаторам определяли с помощью регистрации активности одиночной клетки во время микроионофоретической аппликации НА, Ах, 5-0? и глютамата (Гл). Принципиальных различий в реакциях нейронов моста и продолговатого мозга на указанные медиаторы не зыявлено. Основная масса нейронов ствола мозга, обладаваая Фоновой активносью, реагировала на подведение биологически активных веществ. Часть клеток проявляла чувствительность к нескольким веществам одновременно. Преимущественной формой реакции нейронов была актива-

ционная. Аппликация НА вызывала реакцию у 87.5% нейронов. Чувствительность к Гл обнаружена у 71% клеток. На микроионофо-ретическое подведение Ах и 5-0Т реагировали 46% и 50% нейронов соответственно. На фоне аппликации биологически активных веществ частота разрядов нейронов увеличивалась до 20 имп./с и более.

Таким образом, по критерию фоновой активности (наличие регулярного и группового типов разрядной деятельности) нейроны ствола мозга являются достаточно зрелыми. О зрелости генерато-ных механизмов этих клеток свидетельствует и высокая частота импульсной активности на фоне аппликации биологически активных веществ. Более 50% нейронов этой области реагировали на раздражение языка и вибрисс. По этому показателю реактивность нейронов ствола в пренатальном онтогенезе не существенно отличается от дефинитивной (Шулейкина, и др., 1979).

Как известно, данные нейроны ствола мозга образуют сеть взаимосвязанных элементов, основанную на норадренергическом механизме синаптической передачи. Высокая чувствительность данных клеток к НА в пренатальном периоде позволяет предполагать, что к моменту рождения норадренергические нейроны ствола отличаются не только высокой индивидуальной зрелостью, но и представляют уже сформированную структуру с хорошо организованными межнейронными связями.

Полученные данные позволяют заключить, что к моменту рождения существуют предпосылки для норадренергической активаци нейронов передних отделов мозга из области СП.

Динамика норадренергической синаптической передачи в неокортексе з постнатальном онтогенезе

У й-7 дневных котят ритмическая стимуляция СП (частота 10 или 100 гц, продолжительность 0.5 с), вызывала активационные рекции у 57X нейронов сенсомоторной зоны коры. Они воспризводи-лись при микроионофоретическом подведении НА и блокировались пропраналолоы. Это позволяло заключить,что в основе наблюдаемых реакций лежит норацренергическая синаптическая передача.

В течение первого месяца постнатального развития количество нейронов, реагирующих на норадренерглческую стимуляцию

повивается ло 83*. Начиная с 10-15 дневного возраста стимуляция СП обусловливает появление как активационных, так и тормозных ответов. Последние составляют 37* у трехнедельных животных.

У- 2-х месячных котят эффективность норадренергической си-наптической передачи в коре редуцируется. Только 45* нейронов в этом возрасте реагировало на стимуляцию СП. Данная динамика практически полностью была связана с уменьшением количества активационных реакций на норадренергическую стимуляцию.

Влияние норадренергической стимуляции на реакции нейронов коры, вызванные сенсорным раздражением Норадренергическая модуляция вызванной активности в коре мозга наиболее отчетливо' проявляется на ранних стациях постна-тального развития. У 5-7 дневных котят ритмическая электрическая стимуляция СП обусловливала изменение вызванного ответа нейронов соматосенсорной зоны коры на раздражение седалищного нерва в 71X случаев. Это выражалось в облегчении или торможении вызванной реакции.

В процессе онтогенетического развития модулирующее влияние норадренергической стимуляции на вызванные реакции уменьшалось и в 2-х месячном возрасте наблюдалось только у 25* нейронов. На всех стадиях облегчение вызванных реакций под влиянием стимуляции СП превалировало над торможением.

избирательное влияние норадренергической стимуляции на реакции нейронов коры, вызванные сенсорными раздражениями разной модальности На 10-15 дневных котятах исследованы 18 нейронов соматосенсорной зоны коры, вызванная активность котооых модулировалась стимуляцией СП. В качестве тестирующих раздражений в этой серии опытов применяли стимуляцию язычного и седалищного нервов одиночными импульсами электрического тока. Уста#овленно, что кондиционирующая стмуляция СП способна оказывать реиипрокное влияние на реакции нейронов, вызванные разномодальными сенсорными стимулами. Например, если нейрон исходно реагировал возбуждением на стимуляцию седалищного нерва и не отвечал на раздражение язычного нерва, то после стимуляции СП частотой 10 Гц в течении 2,5 с, ответ нейрона на раздражение седалищного

редуцировался, и появлялся ответ на раздражение язычного нерва. После этбго стимуляция СП частотой 100 Гц в течении 2,5 с могла восстановить ответ на раздражение седалицного нерва и подавить реакцию на раздражение язычного нерва. Микроинофоретическая аппликация НА так же как и кондиционирующая стимуляция СП вызывала облегчение ответа на одну сенсорную стимуляцию и блокировала реакцию на раздражение другого афферентного нерва.

Таким образом, в раннем онтогенезе восходящая норадренер-гическая иннервация избирательно модулирует реактивность нейронов коры на разномодальные стимулы. Такой механизм способен обеспечить системные реакции нейронов неокортекса при отсутствии эффективных внутрикорковых связей. По-видимому, норад-ренергические влияния являются наиболее ранним консолидирующим фактором.

Две формы норадренергической модуляции нейронов коры в раннем онтогенезе На модели облегчающего влияния стимуляции СП на вызванную активность нейронов коры исследовали временные параметры модулирующего действия норадренергической системы. В данной серии экспериыентов изучали влияние одиночного кондиционирующего раздражения СП на реакцию нейронов соыатосенсорной зоны коры, вызванную стимуляцией седалицного нерва. Варьирование интервала ыежду кондиционирующим и тестируюциы стимулами позволяло определить как быстро после стимуляции СП наступает облегчение вызванного ответа и как долго оно сохраняется.

У котят 6-15 дневного возраста облегчающее влияние норадренергической стимуляции на вызванный ответ обнаружено при интервале между кондиционирующей и тестирующей стиыуляцией в 0,6-1 ыс. В случае увеличения интервала до 5-40 мс облегчение ответа практически отсутствовало. Увеличение интервала между кондиционирующим и тестирующим стимулами до 50 мс вновь приводило к усилению реакции на тестирующее раздражение седалищного нерва. Модулирующее влияние стимуляции СП сохранялось при увеличении интервала до 500 мс.

Таким • образом, было установлено, что стимуляция СП обусловливает две формы облегчения вызванной активности нейронов

соматосенсорной зоны корн. Первичное облегчение характеризуется коротким латентным периоцом и малой продолжительностью. Вторичное облегчающее влияние развивается со значительным латентным периоцом (50 мс) и является более длительным (500 мс). Обе формы модулирующего влияния СП блокировались пропранололом, что указывало на их норадренергическую природу.

У котят 2-х месячного возраста кондиционирующая стимуляция СП так же вызывала облегчение вызванного ответа на сенсорное раздражение. Однако в этом возрасте коротколатентное облегчение малой продолжительности практически отсутствовало. Достоверное усиление реакции на радражение седалищного нерва выявлено при интервале между кондиционирующим и тестирующим стимулами в 50 мс. Продолжительность облегчающего влияния стимуляции СП в этом возрасте соответствует длительности вторичного облегчающего влияния норадренергической симуляции у котят 5-15 дневного возраста.

Полученные санные свидетельствуют о больием многообразии модулирующих влияний норадренергической системы на ранних стациях онтогенетического развития по сравнению с более поздним периодом жизни. Ко второму месяцу постнатальной жизни, когда структурное созревание практически заверпено, функциональное значение норадренергической системы так же уменьсается. В этом возрасте снижается относительное число нейооноз, реагирующих на стимуляцию СП и эффективность модулирующего влияния норадренергической системы.

Возможно, это связано с увеличением удельного веса других медиаторннх систем мозга в регуляции фкнкций нейронов неокор-текса.

Холинергическая система

ПерЕые холинергические нейроны в септально-диагональном пучке мозга крыс по критерию холин ацетилтрансферазы появляются на 17 день эмбрионального развития (Аг»»1гопд е-»-. 1987)

Холинергические волокна достигают коры в постнатальном онтогенезе. В конце первой недели жизни они выявляются в У и У1

слоях, а несколько позхе обнаруживается и в других слоях неокортекса (кг!«и 1983). У крысят 4-8 дневного возраста обратный захват ходина в лобной коре в 7-8 раз ниже, чем' у взрослых животных, а к концу второй недел» жизни он увеличивается почти вдвое. Фоновая импульсная активность в области локализации холинергических нейронов обнаружена на 5-7 день после рождения. Она представлена регулярной ритмикой частотой I имп/с. и несущественно изменяется в онтогенезе (|.«у1пв »•••» 1982). Таким образом, начиная со второй недели после рождения, потенциал действия, генерируемый холинергическим нейроном, может вызвать выделение медиатора из пресинаптической терыинали.

На основании этого можно заключить, что структурное и биохимическое обеспечение холинергической синаптической передачи в неокортексе в первые дни после рождения животного являются крайне недостаточными. Только на второй неделе жизни отмечается определенный прогресс в формировании холинергической иннервации коры и с этого периода.можно ожидать начала функционирования холинергической синаптической передачи.

Динамика холинергической синаптической передачи

в неокортексе з постнатальном онтогенезе У котят 5-30 дневного возраста исследовали реакции нейронов соматосенсорной зоны коры на одиночное электрическое разарр.хиние паллиларной области базальных ядер (БЯ), гомологичной ядру Чрйнерта у приматов и дающей восходящие холинергичес-кие проекции ? неокортекс (мв8и1*п е-«-. 1984). Выявленная реакция считалась холинергической в тон случае, когда ацетилхолин воспроизводил, а атропин блокировал ответ на раздражение ЬН.

Перпые от?ет>1 нейронов соматосенсорной коры на раздражение Бй обнаружены у 10 - 12 дневных котят. Реакции были выявлены у

нейронов, носили активационный и тормозный характер, воспроизводились при микроионофоретической аппликации Ах и блокировались атропином.

В течение 1-го месяца постнатального развития количество нейронов, реагирующих на холинергическую стимуляцию в соматосенсорной коре увеличивалось почти вдвое (34>).

Представленные результаты позволяет заключить, что холи-нергическая синаптичесхая передача в неокортексе формируется к концу второй нецели постнатального развития.

Однако, холинергическая синаптическая передача в коре мозга реализуется в основном через Я-холин^рецепторы. Активация последних вызывает преимущественно изменение эффективности си-наптического притока на клетках-мивенях, а не прямую реакцию нейронов. В связи с этим, обнаруженная нами цинааика холинерги-ческих влияний в онтогенезе отражает не только холинергическую синоптическую передачу, но и удельный вклад синаптичссного притока в формирование фоновой активности в процессе развития.

Поэтому более- обоснованным подходом для изучения сроков созревания холинергической синаптической передачи является исследование влияния стимуляции восходящих холинергических путей не на фоновую активность нейронов коры, а на реакцию, вызванную афферентной стимуляцией.

Влияние холинергической стимуляции на реакции нейронов коры, вызванные сенсорным раздражением.

Исследовали изменение вызванного ответа на тестирующий стимул (сепа.тищный нерв) под елиянием кондиционирующей стимуляции (БЯ). Модулирующее влияние стимуляции БЯ признавалось холи-нергическии а случае, если на фоне аппликации атропина оно не проявлялось, а аппликация ацетилхолина вызывала тот же эффект, что и кондиционирующая стимуляция БЯ.

У котчт 5-7 дневного возраста холинергическая пресинапти-ческая стимуляция вызывала изменение ответа нейронов коры на раздражение седалищного нерва у 15% нейронов.

Следовательно холинергическая иннервация коры начинает Функционировать в конце первой недели постнатальной жизни, а не в конце второй, как это следовало из результатов исследований реакций нейронов коры на стимуляцию восходящих холинергических волокон.

У котят 10-15 дневного возраста влияние холинергической стимуляции на вызванную активность обнаружено у 36% нейронов коры. Типичная для данного возраста монофазная тоничесная реакция на сенсорное разложение nor? кинянием «ондг.циомируюцеЯ сти-

иуляции БЯ приобретала форму многофазной реакции за счет появления поздних активационных компонентов ответа. Облегчающее влияние холинергической стимуляции на первичную йазу ответа было недостоверно.

Тормозное влияние стимуляции БЯ на вызванную активность нейронов коры характеризуется значительной продолжительностью. При увеличении интервала между кондиционирующим и тестирующим стимулами до 500 мс торможение ответа на сенсорное раздражение сохраняется. При этом выявляется важный факт: фоновая активность нейронов в ыежстимульном интервале не редуцируется. То есть холинергическая стимуляция оказывает избирательное тормозное влияние на реакцию нейрона, вызванную периферической стиму-ляиией.

К концу 1-го месяца жизни наблюдается увеличение количества нейронов у которых раздражение БЯ обусловливает изменение вызванного ответа до 46%. Качественные характеристики модулирующего влияния холинергической стимуляции при этом не меняются.

Избирательность тормозного влияния холинергической стимуляции на вызванную реакцию, но не на фоновую активность, позволяла предположить, что селективная блокада вызванного ответа обусловлена механизмом пресинаптического торможения, который регулируется восходящими холинергическиыи влияниями. Логично представить, что данное торможение, как и постсинаптическое торможение в коое, определяется внутрикорковыми механизмами регуляции нейронной активности и реализуетей через систему интернейронов, являюцихся ГАМК-ергическими по своей медиаторной специфичности (Экклс, 1°7I>.

Выявлению возможного участия ГАМК-ергических интернейронов в торможении, вызванной холинергической стимуляцией, была посвящена специальная серия экспериментов. Предполагалось, что, если наблюдаемое торможение обусловлено не только выделением ацетилхолина, но и ГАМК, то онб должно блокироваться как атропином (что уже было показано), так и блокаторами ГАКК-ергичес-кой передачи. Установлено, что торможение ответа нейронов коры под влиянием стимуляции БЯ купируется атропином и пикротокси-

ном, но не бикукуллином. Как известно, пикротоксин и бикукуллин являются блокаторами ГАМК-ергической передачи, но обладают разными механизмам действия. Бикукуллин блокирует ГАМКа-рецепторы, а пикротоксин - ci проницаемость мембраны, что препятствует развитию ГАИК-ергического торможения. Такиа образом, полученные результаты с одной стороны указывают на кооперативное участие холин- и ГАИК-ергических механизмов в формировании наблюдаемой тормозной реакции, а с другой свидетельствуют о том, что ГАМЧ-<тгическое торможение в данной случае реализуется не через ГАМКа-рецепторы.

Холинергическая регуляция пресинаптического торможения полностью соответствует классическому представлению о консолидации. Пресинаптическое торможенке в коре обеспечивается локальными интернейронами, являющимися по напим данным ГАНК-ерги-ческими. Включение этих нейронов во внутрикорковув сеть обеспечивает селективную регуляцию афферентного притока. Указанная интеграция реализуется после подрастания холинергических волокон и модулируется холинергической стимуляцией. Таким образом, холинергическая иннервация выполняет роль консолидирующего фактора для ону?рикорковой системы нейронов, реализующей пресинаптическое торможение.

Серотонинергическая система

Нейроны дорсального и медиального ядер зва, являющиеся источником серотянпнсргической иннервации головного мозга дифференцируются на II-I5 день эмбрионального развития, (крысы) практически одновременно с норадренергическими нейронами синего пятна (lauder> Bloom. 1974; i.BUder ••а-. 1982). СерОТОНИНврГИ-ческие волокна направляются рострально и достигают неокортекса за 1!-4 дня до рождения (iidov e.„., 1980, однако, не проникают в толщу коры (iidov. ;.oll i ver • 1982). Первые волокна в коре появляются в конце первой недели постнатального развития (ц01-liveri 1982). Серотонинергические синапсы в неокортексе, по косвенным данным, формируются еще позже - к 9-му дню жизни (Hernandez e-a*. 1982). Вероятно, именно в этот период серото-

нин начинает выполнять функцию нейроперецатчика.

Непосредственный ответ на этот вопрос ыохно было получить в экспериментах со стимуляцией серотонинергических нейронов и изучением постсинаптических реакций на это разорахение.

Влияние стимуляции ДЯИ на фоновую активность нейронов соматосенсорной зоны коры

Впервые ритмическая стимуляция ДЯВ вызывала изменение фоновой активности нейронов неокортекса у 10-12 дневных котят. Реакции носили тормозный характер, воспроизводились при мик-роионофоретичекой аппликации 5-0Т, что свидетельствовало о се-ротонинергической природе тормохения на стимуляцию ДЯВ.

У котят данной возрастной группы было зарегистрировано 4 нейрона, реагировавших на аппликацию о-ОТ возбуждением. Эти нейроны не имели фоновой активности и на подведение 5-0Т отвечали высокой частотой импульсаций - 41;6 + 8,Ь6 имп/с.

У котят 15-30 дневного возраста стимуляция ДЯВ одиночными импульсами, вызывает реацию нейронов соматосенсорной зоны. Реакции воспроизводились аппликацией 5-0Т и блокировались мети-зергидом (блокаторои серотонинергической синаптической передачи).

Количество нейронов в соматосенсорной зоне коры, реагировавших на серотокинергическую стимуляцию у животных данного возраста составляло 63%. Учитывая, что б этот период выявлялись реакции не только на ритмическое, но и одиночное разерахение восходзящих серотонинергических путей, моено заключить, что се-ротокинесгическая синаптическая передача в неокортексе приобретает дефинитивные характеристики.

Влияние серотонинергической стимуляции на вызванную активность нейронов коры Зункциональное значение серотонинергической мннергации нейронов неоеортекса и ее некоторые временные критерии изучали в эксперимента;, с последовательным раздражением ДЯЗ и седалищного нерпа.

Установлено, что ритмическая стимуляция ДЯШ преформирует тонический паттерн ответа на сенсорное раздражение, превращая его в фазный, у котят, начиная с 10-12 дневного возраста. Это

выражается в появлении тормозной паузы после первичного разряда нейрона. Фазный тип реакции сохранялся в течение 1-2 минут после прекращения стимуляции ЛЯП. Микроионофоретическая аппликация 5-ОТ, так же изменяла тоническую реакцию нейронов соматосенсор-ной зоны на разную.

Анализ временных параметров серотонинергических влияний осуществлен на основе результатов, полученных при сочетании одиночной стимуляции ДЯЯ и седалищного нерва. При этом интервал между кондиционирующим и тестирующим стимулами варьировали в достаточно широком циапапазоне, что позволяло установить латентный период и длительность модулирующего влияния стимуляции ЛЯП.

У котят 10-12 дневного возраста тоническая реакция нейрнов соматосенсорной коры на раздражение седалищного нерва приобретала Форму фазного отрвета при интервале между кондиционирующим и тестирующим стимулами 0,5-1 мс. Пои увеличении интервала до 100 мс гыраженность тормозной паузы, следующей за первичным разрядом, уменьпалась. Дальнейиее отставление тестирующего раздражения до 500 мс приводило к полному исчезновению тормозной паузы. Таким образом, латентный период модулирующего влияния был практически равен латентному периоду ответа нейронов коры на раздражение седалищного нерва, продолжительность модулирукщего серотонинергического влияния в конце вторе1* недели постнатальной жизни составляла менее ЬОО мс.

У котят 15-30 дневного возраста тонические ответы на раздражение седалищного нерЕа тан же приобретали Форму фазных после одиночной стимуляции ДЯЗ. Однако, в данный возрастной период увеличение интерзала между раздражениями не приводило к столь быстрому исчезновению фазной реакции, как у 10-12 дневных животных. При интервале 500 ыс тормозная ¿аза сменяющая первичный активааионный ответ, была хорошо выражена.

Таким образом, стимуляция ДЯЗ, как и аппликация о-ОТ, вызывала торможение íohoeoü активности и кондиционирующее серото-нинергическое раздражение обусловливало появление фазных ответов на сенсорную стиыуляцию. Варьирование интервала между кондиционирующим и тестирующим раздражениями показало, что тормоз-

ная пауза во всех случаях выявлялась после первичного актива-ционного разряда на раздражение седалищного нерва. Это, по нашему мненип, свидетельствует о том, что в основе данной фазной реакции лежит возвратное торможение. Первичный разряд, распространяющейся по коллатеоалям, активирует тормозный интернейрон, который в свою очередь, вызывает торможение активности регистрируемой клетки. Роль серотонинергической иннервации в данном случае заключается в модуляции возбудимости тормозного нейрона, что создает условия для распространения возбуждения, в возвратной цепи. В связи с этим, можно предполагать, что 4 нейрона, зарегистрированные у котят 10-12 дневного возраста и отвечавшие высокочастотным разрядам на аппликацию 5-0Т, представляют те тормозные инетрнейроны, которые обеспечивают появление фазных реакций. Принципиальный вывод, вытекающий из предлагаемой гипотезы заключается в том, что серотонин не вызывает непосредственно торможения активности нейронов коры, а наблюдаемые реакции тормозного типа являются следствием серотонинергической активации тормозных интернейронов. Наиболее вероятными кандидатами в последние являются ГАМК-ергические нейроны.

Для выяснения правомерности нааи.х предположений была выполнена серия экспериментов на котятах 10-15 пнеьного еозраста. Предполагалось, что тормозный э<Мект, вызванный серотонинергической стимуляцией, если он опосредован ГАМК-ергичесяини интернейронами, должен одинаково хорошо купироваться блокаторами се-ротнин- и ГЛНК-ергической синаптической передачи.

Показано, что у котят 10-15 дневного возраста Фазная реакция, обусловленная серотонинергической стимуляцией в 81% случаев блокируется би: укуллином (блокатором РАМКа-рецепторов). Следовательно, появление фазной реакции под влиянием кондиционирующей стимуляции ДЯЛ связано с кооператиЛым участием серотонин- и ГАЧК-еощческих механизмов. Кы предполагаем, что се-ротонинергическая стимуляция облегчает проведение возбуждения в возвратной цепи, обеспечивающей тормозные реакции по принципу возвратного (латерального) торможения. Такому представлению о роли серотонинергической системы в регуляции нейронной активности неокортекса соответствуют и морфологические данные о

преимущественной локализации серотониновых синапсов на звездчатых клетках в 1У слое~коры (иогМаоп •.«., 1982), которые по своим характеристикам соответствуют ГАНК-ергическим интернейронам.

В связи с этим, можно заключить, чт* серотонинергическая система обусловливает консолидацию внутрикорковых сетей нейронов, обеспечивающих возвратное/латеральное торможение, регулирующее эфферентную функцию неокортекса.

ГАМК-ергическая система

Вопрос о ГАИК-ергической синаптической передаче в неокортексе уже поднимался нами при изучении влияния серотонин- и холинергической стимуляций на активность нейронов соматосенсорной коры. Было показано, что различные виды ГАНК-ергического торможения (бикукуллин чувствительного и нечувствительного) модулируются разными медиаторными системами, формирующимися в процессе постнатального онтогенеза гетерохронно. Однано, приведенные данные не характеризуют непосредственно степень зрелости ГАИК-ергической синаптической передачи на разных этапах онтогенетического развития.

Наиболее точно о созревании ГАМК-ергических нейронов можно судить по динамике глютаматдекарбоксилазы (ГДК) - фермента, обеспечивающего синтез медиатора в ГАМК-ергических нейронах. Онтогенетические исследования этого фермента показали, что в течен.е перрой недели постнатального развития уровень ГДК в неокортексе весьма низкий. Основное увеличение количества ГДК происходит в промежутке между 8 и 24 днями после рождения (показано на крысах) (нсОопа1<1 е. а., 1937). В этот период содержание фермента достигает дефинитивного уровня. \

ГАМК-рецепторы появляются в мозгу в эмбринальнои периоде развития, однако, концентрация их у новорожденных низкая и остается без изменений в течение первых 7 дней жизни, затем на протяжении второй и третьей недель она значительно увеличивается, приближаясь К дефинитивному уровню ( Соу1е, Сппа, 1976).

Как видно, динамика созревания ГАМК-рецепторов в постна-

тальном периоце хорошо соответствует изменению активности ГДК. которая отражает формирование пресииаптичесхих участков ГА1К-ергической системы.

Синаптическая ГАМК-ергическая передача исследовалась нами на основе тех же теоретических предпосылок, что и синаптиче-кие передачи других медиаторных специфичностей. А именно, на основе модели пресинаптической ГАИК-ергической стимуляции.

Так как ГАМК-ергические нейроны в коре имеют малые размеры, короткие аксоны и организованы в диффузную сеть, применение электрической стимуляции для нанесения пресинаптического ГАМК-ергического раздражения затруднено. Поэтому мы применили химический способ стимуляции ГАКК-ергических нейронов. Как известно, обратное превращение ГАМК в ЦИС осуществляется под влиянием ГАМК-трансаминазы (ГАМК-Т). Блокада ГАМК-Т обусловливает увеличение эндогенной ГАМК и выделение ее в синаптическую цель. Поэтоыу используя ыикроионофоретическое введение этанола-мин-о-сульфата (ЭОС) - блокатора ГАМК-Т, мы воспроизводили вполне приемлемую, на нас взгляд, пресинаптическуп ГАМК-ерги-ческую стимуляцию. Данная модель позволяла анализировать функцию пре- и постсинаптических отделов ГАМК-ергической системы, а именно, способность гинтрзироаать медиатор в пресинапти-ческих окончаниях, выделение ГАМК и взаимодействие последней с клеткой-мишенью.

Хотя мы рассматриваем выделение ГАМК в предложенном эксперименте как модель пресинаптической стимуляции, следует иметь ввиду, что выделение ГАМК при синаптической передачи в естественных условиях иыеет свои отличительные черты. Поэтому считаем более коррек-чым характеризовать реакции нейронов после аппликации ЭОС как ответы на эндогенную ГАМК, допуская что в нашем случае ГАМК может выделяться не только в пресинаптическом участке, но и в других областях терминалей ГАМК-ергических нейронов.

Чувствительность нейронов соматосенсорной зоны коры к эндогенной ГАМК У котят 5-10 дневного возраста аппликация ЭОС приводила к торможению импульсной активности у 25X нейронов коры. Эта реак-

ция достоверно воспроизводилась при микроионофоретическом введении ГЛМК, что позволяло предполагать ГАМК-ергическую природу тормозной реакции под влиянием ЭОС.

В этот период фоновая ритмика нейронов неокортвкса характеризуется эпизодическим типом активности и крайне нестабильна, что значительно затрудняет выявление тормозных реакций. Поэтому, как правило, перец аппликацией ЭОС ыы активировали нейроны микроионофоретической аппликацией глютамата.

У 12-17 дневных котят чувствительность нейронов соматосен-сорной зоны коры к эндогенной ГАМК повышалась. Аппликация ЭОС вызывала тормохение у 52% зарегистрированных нейронов.

Влияние 'Олокатсрое на тормозные реакции, вызванные эндогенной ГАУК

Показано, что пикротоксин и бикукуллин блокируют торможение, вызванное аппликацией ЭОС, но их эффективность не равнозначна и меняется в процессе развития.

У 6-10 дневных хивотных пикротоксин прерывал тормохение, вызванное эндогенной ГАЧК (аппликация ЭОС) в 54Я, а бикукуллин в 22% случаев. В этом и более стаопем возрасте бикукуллин чувствительные ГАНК-оргические реакции были, как правило, и пикротоксин чувствительными.

Чувствительность синаптических реакций к специфическим блокаторам является разным тестом медиаторной специфичности ответов. Полученные результаты показывают, что по данному критерию ГАЧК-ергичРские синаптические реакции обнаруживается у 5.Ь-13% нейронов (первая цифра основана на количестве тормозных реакций блокированных бикукуллином, вторая - пикросином). В связи с этим, следует констатитросать, что количество ГАЧК-ер-гических синаптических реакций в неокортексе в данный возрастной период чрезвычайно мало.

У 12-17 дневных котят эффективность действия блокаторов увеличивалась. Пикротокс^к препятствовал развитию торможения при аппликации ЭОС у 6'.гГронов. Бикукуллин блокировал 51% тормозных реакций, вызванных эндогенной ГАМК. Если принять во внимание, что количество тормозных реакций на введение ЭОС в этом возрасте увеличивалось, то количество нейронов реагировав-

■их на пресинаптическу» стимуляцию ГАМК-ергической системы по критерия чувствительности тормозных реакций к бикукуллину и пикротоксину составляло 26,5Х и 35,4% соответственно.

На основании имеющихся данных мохно заключить: Во-первых, ГАМК-ергическая синаптическая передача в неокортексе способна функционировать у недельных котят. Во-вторых, эта передача отличается низкой чувствительностью к бикукуллину и, следовательно, реализуется без участия ГАЫКа-рецеп-торов. В-третьих, количество ГАИК-ергических реакций, блокируемых бикукуллином, пятикратно увеличивается в конце второй, начале третьей недели. В совокупности с биохимическими данными эти результаты*свидетельствуют, что данный период является критическим в становлении ГАМК-ергической синаптической передачи в неокортексе. С этого момента ГАЫК, как медиатор, принимает заметное участие в регуляции активности нейронов коры мозга.

0Б«15Е ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ созревания медиаторных систем, предпринятый нами, позволяет заключить, что их развитие протекает разновременно и если ориентироваться на критерий участия восходящих аминерги-ческих систем мозга в синаптической передаче, то мохно установить следующую последовательность созревания: I - норадренерги-ческая, 2 - холинергическая, 3 - серотонинергическая системы. Это иллюстрирует хорошо установленный и неоднократно продемонстрированный принцип гетерохроннии.

Последовательность формирования синаптической передачи различной ергичност: не коррелирует с созревонием медиаторных систем. Так норадренергические и серотонинергические нейроны созревают в эмбриогенезе практически одновременно, однако но-радренергическая синаптическая передача в неокортексе начинает Функционировать значительно раньше. Известно, что на ранних стадиях развития серотонин оказывает влияние на дифференцировку нейробластов и созревание нейронов (Laudar, КгвЬа, 1978), идентифицировано участие и других медиаторов в регуляции структурного формирования нейронов ( eallojrannia а. *, 1982). ПОЭТОМУ

биохимические данные не могут служить основанием для заключения о начале функционирования синаптической передачи соответствующей ергичности.

Норадренергическая система мозга, созревающая наиболее рано, в первые дни после рождения животного характеризуется рядом признаков избыточности развития: большое число норадренергичес-ких синапсов в коре существенно превыоает количество таковых у взрослых животных, почти все нейроны в течение первого месяца постнатальной жизни реагируют на пресинаптическую норадренерги-ческую стимуляцию. Такая избыточность обеспечивает с одной стороны надежность функционирования саыой норадренергической системы непосредственно после рождения, а с другой создает условия для эффективного использования ее при реализации разных функций в условиях структурного дефицита, связанного с гетерохронным развитием. Т.е. избыточность в развитии созреввих медиаторных систем компенсирует минимальное обеспечение функции на ранних стациях развития.

Наряду с гетерохронным принципом формирования медиаторных систем мозга было установлено, что некоторые из них развиваются синхронно, что проявляется в тех случаях, когда они взаимодействуют при реализации какой-либо функции. Холинергическая система начиная с конца 1-й недели после рождения регулирует афферентный приток к нейронам коры, блокируя сенсорный рход по принципу пресинаптйческого торможения. В этом случае эффект хо-линергической стмиуляции опосредован Оикукуллин нечувствительной РАМК-ергической синаптической пеоедрчей. К указанному периоду постнатального развития обе системы оказываются достаточно зрелыми, но РАКК-ергическая система реализующая свое действие через разные типы рецепторов в конце 1-й недели жизни характеризуется, односторонностью развития. Пикротонсин-чувстви-тельные эффекты ГАЧК в данном возрасте выявляются достоверно чаще, чем бикукуллин-чувствительные.

Викукуллин-чувствитильное ГАМК-ергическое торможение выявляется позднее, в конце второй недели постнатального развития и обусловливает на этой стации онтогенеза реализацию латерального и/или возвратного торможения, которое модулируется серотонинер-

гическими восходящими влияниями. Именно к концу второй недели жизни серотонинергические терминали прорастают в толщу неокор-текса и устанавливают синаптические контакты с клетками-мишенями. По срокам это соответствует значительному увеличению числа тормозных бикукуллин-чувствительных ГАМК-ергических реакций в коре мозга. Таким образом, медиаторные системы мозга, кооперативно участвующие в регуляции активности нейронов неокортекса, созревает синхронно.

Аминергические системы иозга осуществляют консолидирующие влияния на нейроны неокортекса. Консолидирующая функция изученных систеы проявляется на разных этапах постнатального онтогенеза и обеспечивает различные виды интеграции нейронов коры мозга.

Наиболее рано реализуется норааренергический механизм консолидации, обусловливают^ вовлёчениц нейронов з реакции на разные сенсорные стимулы.

Позднее (2-я неделя хизни) начинает проявляться холинерги-ческая консолидация, запускающая знутрикорковый аппарат селекции а'йерентнкх возбуждений.

В конце 2-й недели включаются сеготонинергические консолидирующие влияния, обеспечивавеир функционирование механизма регуляции эф^екторной деятельности коры.

Последовательное включение консолидирующих Факторов, обеспечивающих различные уровни интеграции определяет оптимальное Нормирование приспособительного повегени.я неропожденного на ранних стадиях онтогенетического развития.'

ВНВ'Ш

I. Активность нейронов соматосенсорноЯ зон# коры у котят в течение первых двух недель постнатального оазвития является незрелой по ряду признаков:

- йонова.: активность представлена в основном эпизодическим паттерном <флкктуирупцие по количеству спайков разряды чередуются длительными периодами "молчания").

- Амплитуда и длительность потенциалов действия неста-

бильны за счет изменчивасти величины задержки мешу НС и СД потенциалами и амплитуды последнего.

- Вызванная активность на раздражение сенсорных нервов представлена в основном нестабильными одиночными разрядами. Латентный период ответов флюктуирует в преде..« 90 - 400 мс.

2. К концу первого месяца после рождения активность нейронов соматосенсорной зоны коры приобретает дефинитивные характеристики:

- Эпизодический паттерн фоновой активности сменяется непрерывным и групповвым.

- Латентный период вызванных реакций сокращается и стабилизируется

3. Синаптическая передача разной мециаторной специфичности в неокртексе формируется в постнатальном онтогенезе гетерохрон-но. Первой созревает норадренергическая иннервация коры, второй холинергическая и затем серотонинергическая.

4. Стимуляция синего пятна вызывает реакцию абсолютного большинства нейронов соматосенсорной зоны коры у котят в течение 1-го месяца после рождения. Эти реакции воспроизводятся аппликацией норадреналина и блокируются пропранололом (бета-ад-реноблокатор), что указывает на их норадрене; гическое происхождение. Количество нейронов, реагирующих на норадренергическую стимуляцию, уменьпается к концу второго месяца жизни вдвое.

Норадренергическая синаптическая передача обеспечивает избирательное вовлечение нейронов коры в реакции на разномо-цальные стимулы.

В течение первого месяца после рождения Функционируют две Формы норадренергической модуляции вызванных ответов нейронов коры - коротколатентная непродолжительная и длиннолатентная продолжительная. К концу второго месяца жизни коротколатентная модуляция редуцируется.

5. Стимуляция базальн- х ядер вызывает реакцию 18Х нейронов соматосенсорной коры у 10-12-цневных котят. У котят 15-20 дневного возраста стимуляция БЯ равновероятно вызывает активацион-ные и тормозные ответы. Эти реакции воспроизводятся аппликацией ацетилхолина и блокируются атропином (И-холиноблокатор), что

свидетельствует о их холинергическом происхождении, в течение месяца ' после рождения количество нейронов, реагирующих на холи-нергичвскув стимуляцию увеличивается во 34Х, при этом количество активационных реакций превалирует.

Холинергическая стимуляция на всех стациях развития равновероятно обусловливает облегчение и тормохение реакций на сенсорную стимуляцию.

Тормохение, вызванное холинергической стимуляцией блокируется ГАИК-ергическим блокатором пикротоксином, но не бикукул-лином, что указывает на вовлечение в тормозную регуляцию под влиянием холинергической стимуляции ГАМК-ергических механизмов, которые реализуются помимо ГАМКа-рецепторов..

6. Стимуляция ядер вва вызывает тормохение фоновой активности нейронов коры у котят начиная с.11.-12 дневного возраста. Реакции воспроизводятся аппликацией 5-ОТ и блокируются метизер-гицом (блокатор серотонинергической синаптической передачи), т.е. являются-серсгонинергическими.

Кондиционирующая серотонинергическая стимуляция обусловливает появление вторйчных тормозных компонентов в реакции нейронов коры на сенсорное раздрахение.

Тормохение, вызванное серотонинергической стимуляцией блокируется бикукуллином, т.е. реализуется при кооперативном участии серотонин- и ГАМК-ергических систем опосредовано ГАМКа-ре-цепторами.

7. Аппликация ЭОС (блокатора ГАМК-Т) и ГАМК вызывает тормохение нейронов коры в начале 2-й недели после рохдения у 25% и 60Х нейронов соответственно.

Чувствительность нейронов коры к ЭОС и ГАМК возрастает в процессе развития и составляет у 3-х недельный животных 52Х и 72% соответственно. 4

У Ь-Ю дневных котят пикротоксин более эффективно, чем би-кукуллин блокирует тормозные реакции вызванные ГАМК.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕПЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Study of neurocheaical ■echenlaaa in activity of the central neurons in phyla- and ontogeneels* 42 — th Intern« Meet* of the Intern* Soci. for Neurochea. Tokyo, 1973, Abatr. 606 (COaBT. p. K. Anokhln A* N. Kravtzov I. »• Orlo* S. A. Oaipovaky V.V. Shtretnev)

2. Ыикроионофоретическая характеристика нейронов плооа кошки. Кури. эвол. физиол. и биохимии. 1974, б, 617-622 (соавт. К.В.Яулейкина)

3. Hlcroionophoratlc study of brain atea naurona In fetal and newborn cat* In. Ontogeneeia of the brain, Praga,UK, 1974, 2, 67-76 (соавт. К.V.Shuleiklna)

4. Hechanlsaa of evaluating the reaulta of feeding bevlor of the new born kitten Aote nerv* «up- 1977, 19, I, 26-28 (соавт. Г.Chernlkov K* Shuleiklne C.OlJchkova)

5. Аппарат пля микроионофоретического введения биологически активных веществ. I. выси, нервн. деят., 1977, 27, вып. I, 2II-2I4 (соавт. В.В.Перстнев)

6. Онтогенетический аспект супраспинального контроля движений. В кн.: Мозг и движение. Ереван, 1977, II6-I24 (соавт. К.В.Пулейкина Н.Г.Глапкович О.С.Тарасова)

7. Чувствительность развивающихся нейронов к биологически активным веществам. В кн.: Нейронные механизмы развивающегося мозга. М. Наука, 1979, 244-254

8. Влияние стимуляции синего пятна на фоновую активность корковых нейронов. X. выси, нервн. деят., 1979, 29, вып. 4, 861-863 (соавт. С.О.Сркевич)

9. Электрофизиологические и хемореиептивные характеристики понтомедулярных и таламических нейронов в процессе онтогенеза. Нейрофизиология 1979, II, I, 43-54 (соавт. К.В.Пулейкина О.С.Раевская)

10. О роли ядер ива в формировании активности нейронов со-матосенсорной коры котенка. I. выси, нервн. деят. 1981, 31, вып. 2, 349-357

II. Ceoaetry and electrophyaiology of developing neurona of

the brain «tea reticular foraatioiv If« Ontogeneala of the brain Prag^ UK 1980, 3, 97-104 ( СОЭВТ. (С V. Shuleikina N. Q, Cladkovlch Т. \ Leontovich) ,

12. Adrenergic aechanlaaa of the developing brain IrC Onto-geneals of the braii\ Praga, UK I960, 3, 205-211

13. Потенциал действия нейронов соыатосенсорной коры у 5-7-цневного котенка. ДАН СССР, 1982 267, I, 15-21 (соавт. К.П.Буд-ко К.В.Шулейкина)

14. Взаимосвязь геометрических и электрофизиологических характеристик нейронов ствола иозга котенка. Нейрофизиология 1982, 14, 2, 140-146 (соавт.К.В.Иулейкина Н.Г.Гладкович)

15. Quantltve analyaea of the dendritea geoaatry end aplke activity of the neurona in the brain atea reticular formation. Neuroaci. 1982, Suppl. to v.7, 193 (COaBT. К. V. Shuleikina N. С. Cladkovlch)

16. Чейроонтогенез M. "Наука",1985, 270 с.(соавт.К.В.Иулейкина Е.В.Максимова Н.Г.Гладкович К.Л.Будко)

17. Functional aignificance of the aerotoninerglc Influence on neuronel activity оГ the aoaatoaenaory cortex in I2-day-old kittena. Phyalol. Doheao- elovace, 1986, 35, 4, 340-343 (COaBT.

4 "

R. Rokyta)

18. Холинергическая регуляция активности нейронов сомато-сенсорной. коры в раннем постнатальном онтогенезе кошки. Я. выев, нервн. деят. 1986, 36, вып. Ь, 919-924 (соавт. К.П.Будко)

19. Формирование серотонин- и ГАМК-ергических медиаторных систем в раннем онтогенезе кошки. В кн.:Роль сенсорного притока в созревании функций мозга. »."Наука", 1987, 30-34

20. Серотонинергические влияния в раннем онтогенезе у кошек реализуются в неокортексе через тормозные интернейроны. I. выев, нервн. деят. 1987, 37, ывп. 2, 362-364

21. Две формы норадренергической модуляции нейронов неокор-текса в раннем онтогенезе у кошки. S. высш. нервн. деят. 1987, 37, вып. 3, 003-555

22. Формирование серотонин- и ГАМКергических механизмов си-наптической передачи в неокортексе кошки в раннем онтогенезе. I. выев, нервн. деят. 1987, 37, вып. 4, 720-726