Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы

Вайдо, Александр Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.И. ПАВЛОВА

на правах рукописи

РГ5 ОД

ВАЙДО - á MAP 2000

Александр Иванович

ФИЗИОЛОГО-ГЕН ЕТИЧ ЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗБУДИМОСТИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ II ПОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ КРЫСЫ

Специальность: 03.00. 13-физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических паук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Институте физиологии им. И.П.Павлова РАН (лаборатория генетики высшей нервной деятельности)

Научный консультант: д. б. к., профессор П.Г. Лопатииа

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Доетор биологических наук К. Б. Шаповалова Доктор биологических наук , профессор Л.. Ф. Смирнов Доктор биологических наук , профессор Ю.ГШушкарев

Ведущее учреждение: Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины АМНР (физиологический отдел нм. И.П.Павлова), Санкт-Петербург.

3 ,г> -с?

Защита состоится ^ЛЛ-О-/*'^-^ 2000 г., в ^ час.

На заседании Диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой

степени доктора наук (Д 002.36.01 ) при Институте физиологии им. И.П.Павлова РАН

( 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 )

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. И.П.Павлова РАН.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических паук

II, N1. Вавилова

:)БЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ЧКТУАЛЬНОС'ГЬ ПРОБЛЕМЫ. Одной из основных задач биологии является изучение генетической изменчивости - фундаментального механизма эволюционного процесса. Учитывая то, ■то отбор в конечном счете идет по поведению, исследования в области генетики поведения способны внести существенный вклад в расшифровку механизмов эволюции в результате детального (сслсдовання цепи событий ведущих от гена к поведению и исчерпывающего объяснения природа наследственных индивидуальных (типологических) различий. Адекватным методом для такого юда исследований является разложение исходных популяций па отдельные линии, различающиеся по поведению с последующим их тщательным комплексным анализом. При этом отбор по 1ромежуточным переменным с ясной физиологической основой определяющим фунюшонирова-ше мозга предпочтительнее прямого отбора по поведению, поскольку позволяет изучать меха-гизмы наследственной изменчивости адаптивных процессов на основе целенаправленной страте-ии. При анализе функционирования нервной системы различают три основных понятия: про-1есс, структуру и состояние( Соколов,1975 ). Процесс следуег рассматривать как нейродинамиче-:кий эквивалент поведения, не только одновременный ему, но и составляющий с ним единое це-гае. Под структурой можно понимать совокупность определенного числа нейронов связанных сонкретным образом. Понятие функционального состояния нервной системы (ФСНС) чаще всего тределяется как фон, на котором развиваются поведенческие акты животных и человека и соот->етствующие им процессы. Несомненно, что состояние зависит прежде всегр от конкретных ха-»актеристик элементов и связей, входящих в ту или иную распределенную систему и должно оце-шваться с помощью структурно-функциональных свойств нейронов и синаптическпх соедине-шй. Одним из важиейпшх показателей ФСНС является возбудимость, существенная роль кото->ой в реализации нормального и патологического поведения впервые была подчеркнута Т.П.Павловым.

Несомненный приоритет по исследованию влияния общей возбудимости нервной системы на формирование поведенческих акгов с применением методов генетики принадлежит 1.В.Крутинскому ( 1938, 1960 ). По инициативе М.Е. Лобашева в нашей стране была начата ра->ота по исследованию влияния генетического полиморфизма по возбудимости па изменчивость ю поведению объектов разного филогенетического уровня развития. Многочисленными иссле-(ованиями был достигнут значительный прогресс в понимании генетически детерминированных связей ФСНС с различными аспектами поведения, сформулирована гипотеза нейроэндокрннной >егуляции реализации генетической информации (Пономаренко, 1975), в рамках представлений

М.Е.Лобашева (1967) о системном контроле генетических процессов. Вместе с тем нормальный поведенческий репертуар животных, снизанный с возбудимостью нервной системы исследован далеко не полно. Практически не изучены генетические корреляции ФСНС с реакцией животного организма на действия экстремальных факторов и длительность ее сохранения. Не выяснено влияние возбудимости нервной системы на работу мозга и не ясна степень генерализованности генетических влияний на ФСНС различных отделов нервной системы. Мало что известно о мо-лекулярно-клеточных и гормональных механизмах, изменение которых в ходе отбора способно модифицировать исходную возбудимост ь и создать предпосылки для трансформации функционирования мозга и поведения. И наконец, не известно влияние ФСНС на протекание эпигенетических процессов непосредственно в нервной системе, лежащих в основе адаптации. Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель работы- исследование генетически детерминированных связей базового параметра функционального состояния нервной системы - возбудимости с особенностями поведения крыс в норме и при действии экстремальных факторов. Задачи исследования состояли в следующем:

1. Создать модель для изучения генегичсских корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением, отвечающую современным требованиям к точности постановки эксперимента.

2. Проанализировать у 4-х селектированных по возбудимости нервной системы линий крыс возможно более ншрокпй набор инстинктивных (индивидуальных и социальных) особенностей поведения, включающих как уже изученные на других объектах признаки, так и новые, связь которых с ФСНС не известна.

3. Оценить с использованием созданной модели способности к обучению в широком диапазоне градащш возбудимости нервной системы практически полностью перекрывающих существующую изменчивость по этому признаку в исходной популяции крыс пинии Wistar.

4. Изучить паттерн реакций селектированных линий крыс на действие экстремальных факторов, обращая особое внимание на длительность сохранения наблюдаемых изменений.

5. Исследовать степень генерализованности изменений возбудимости в различных отделах нервной системы в ходе селекции и их влияние на особенности функционирования мозга.

6. Проследить влияние отбора на молскулярно-клеточные и гормональные параметры,изменение которых способно модифицировать исходную возбудимость.

7. Предпринять анализ некоторых трнггсрных механизмов опосредующих влияние возбудимости на дифференциальную адаптацию крыс в условиях стресса и длительность сохранения наблюдаемых альтераций поведения. ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ ПЛ ЗАЩИТУ.

1. Для решения задач, стоящих перед генетикой поведения, перспективным является подход генетического выделения возбудимости в качестве промежуточной переменной критичной для реализации многих поведенческих признаков. Цозбудимость рассматривается в качестве базового параметра функционального состояния нервной системы. Для нее характера нолш еиная детерминация при принципиальной возможности выделения олигогенов, чго открывает перспективы для генетического анализа этого и связанных с ним признаков в рамках мелделевской парадигмы. Адекватной моделью для изучения генетически детерминированных корреляций между функциональным состоянием нервной системы, функционированием мозга п поведением, способствующей пониманию механизмов адаптации и эволюционного процесса является набор из чегырех линий крыс, селектированных по возбудимости нервной системы.

2. Реализация широкого спектра индивидуальных и социальных особенностей инстинктивного поведения крыс, организация процессов обучения И памяти, фундаментальные характеристики функционирования мозга в существенной степени определяются базовой генетически детерминированной возбудимостью нервной системы. Дифференциальная экспрессия "генов возбудимости" в различных отделах мозга может являтся основой существования общих и частных свойстп нервной системы. Генетически детерминированный полиморфизм по ФСНС оказывает значительные влияния на адаптацию организма к действию экстремальных факторов среды, а крайние варианты нормы в пределах существующей пнутрипопуляционпой изменчивости могут рассматриваться как факторы рнска при возникновении певрозоподобиых состояний.

3. Конгруэнтно с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов, механизмов сигнальной гранедукции, функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов, что с одной стороны объясняет конкретные механизмы селекции крыс но возбудимости нервной системы, а с другой открывает широкие возможности для детального целенаправленного, комплексного анализа процессов специфической и неспецифической адаптации, определяемой ФСНС.

4. Существенную роль в долгосрочных эффектах стресса играют эпигенетические модификации генома. Дифференциальные изменения структуры хромосом в нейронах различных отделов мозга, интенсивность которых определена генетическим компонентом возбудимости, способны влиять на протекание основных матричных процессов, модифицируя экспрессию генов, и приводить к нарушению гармоничного функционирования мозга, вызывая синдром дезинтеграции, лежащий в основе невротических и неврозоподобных состояний. НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Впервые проведена успешная селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости (юлыпебер-цового нерва и создана адекватная отвечающая современным требованиям к точности эксперимента, модель для разработки генетических аспектов теории ФСНС и детального анализа генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением.

2. Анализ генетических связей возбудимости с эмоциональностью и способностью к обучению при оборонительном подкреплении проводившийся ранее на других объектах не только подтвердил наличие корреляций между исследованными признаками, но и впервые позволил установить, что их направленность зависит от величины диапазона порогов возбудимости используемой в эксперименте. В ходе исследований были получены оригинальные данные о влиянии ФСНС на показатели "пснхотицнзма"( по терминологии Айзенка ) животных - агрессивность и чувствительность к крику боли другой особи, а также на организацию стратегии поведения линейных крыс в условиях стресса.

3. Получены приоритетные данные о влиянии возбудимости нервной системы на паттерн поведения крыс при стрессе и длительность возникающих изменений ответных реакций.

4. Оценка параметров ФСНС в различных отделах нервной системы как периферических, так и центральных показала, что изменения порогов возбудимости имеют генерализованный однонаправленный характер во всех изученных отделах за исключением обонятельной коры.

5. Впервые установлено влияние селекции по возбудимости нервной системы на базовые особенности функционирования центральной нервной системы: параметры ФП, особенности развития процессов ДПП/ДПД в различных отделах мозга и фракционный состав гуморальных факторов пептидной природы модулирующих развитие пластических процессов в мозге.

6. Для объяснения долгосрочных эффектов стресса сформулирована гипотеза дифференциальных постстрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов может вносить существенный вклад в развитие синдрома дезинтеграции, лежащего в основе

патогенеза неврозоподобных состоянии. Возбудимость нервной системы оказывает значительное влияние на этот процесс, определяя его качественные характеристики и индивидуальные различия объектов. Получены первые экспериментальные доказательства, подтверждающие гипотезу, при изучении уровня однонитевых разрывов ДНК в различных отделах мозга крыс, различающихся но возбудимости нервной системы. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Работа посвящена важной и малоисследованной проблеме - изучению генетических корреляций возбудимости нервной системы с особенностями поведения в норме и патологии. Исследование имеет междисциплинарный характер, выполнено на стыке этологии, физиологии, нейрохимии и генетики, что и определяет возможности применения результатов в различных областях.

Теоретическое значение работы состоит в расширении представлений о влиянии генетически детерминированной возбудимости нервной системы на формирование стратегии поведения в условиях стресса и особенности социального поведения, определяемые такой типологической чертой как психотицизм. Данные об особенностях генерализованного изменения возбудимости в различных частях нервной системы в ходе селекции позволяют понять существование общих и частных свойств нервной системы. Особое значение имеет установление фактов влияния генетических аспектов ФСНС на паттерн реакций и длительность их сохранения при действии экстремальных факторов, что позволило сформулировать и экспериментально обосновать гипотезу о дифференциальных постстрессорных модификациях хромосом лежащих в основе дезинтеграции функционирования мозга при неврозах. Расширение этой гипотезы создает основу для развития нового направления по изучению эпигенетических механизмов специфической и неспецифической адаптации. Результаты комплексного исследования линий крыс, позволившие обнаружить широкий спектр различий на всех уровнях от молекулярного до органиэменного открывают широкие возможности для детального генетического анализа полигонной системы детерминирующей возбудимость и связанные с ней признаки с помощью современных методов генетического анализа с использованием микросателитных маркеров. Продолжение исследований на созданной батарее линий по изучению влияния экспериментальных факторов несомненно имеет и прикладное значение ибо будут способствовать разработке методов коррекции патологических состояний с контролем базовых г енетических механизмов лежащих в основе их патогенеза.

Полученные данные вошли в руководство по физиологии (Физиология поведения. Нейробио-логические закономерности. Л.: Наука. 1987,с. 9-59.) и могут быть использованы при 'пенни

лекций по курсу "Генетика поведения" на кафедре генетики биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертации были представлены и доложены на: 26, 27, 28 Всесоюзных совещаниях по ВИД ( Ленинград 1978,1984,1989 ), 4-5-м Съездах Всесоюзного общества Генетиков и Селекционеров им. Н.В. Вавилова ( Кишинев,1981; Москва,1987 ), 14-м Международном конгрессе ( Москва, 1978 ), 19-20-м съездах физиологического общества им. И. П. Павлова ( Баку, 1983; Кишинев,1987 ), Симпозиуме "Стресс, адаптация и функциональные нарушения" ( Кншинев.1981 ), 4-й Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" (Москва, 1985), 4-м Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1986 ), Международном совещание "Онтогенетические и генгтико-эволюционные аспекты нейроэндокринной регуляции стресса"( Новосибирск, 1988 ), Всесоюзных Симпозиумах "Медиаторы и поведение" и "Медиаторы в генетическом контроле поведения" (Новосибирск, 1986, 1988 ), Всесоюзном Совещании "Коммуникативные механизмы регуляции структуры сообществ млекопитающих" ( Москва, 1988 ), Всесоюзной конференции "Сравнительная физиология ВИД человека и животных" ( Москва, 1988 ), 24-м Международном Симпозиуме по биологическим моделям ( Прага, 1988 ), Всесоюзной конференции "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффекторные клетки" (Суздаль,1989 ), Школе по генетике и селекции животных ( Бийск,1989 ), Международном Симпозиуме"Механизмы памяти и науче-ння"(Магдебург,1990), конференции "Принципы и механизмы деятельности мозга"( Ленинград, 1990 ), 3-й Всесоюзной конференции по нейронаукам ( Киев, 1990 ), Международном конгрессе по патофизиологии ( Москва, 1991 ), конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" ( Москва, 1991 ), Международном Симпозиуме "Физиология гипофизарно-адренокортикалыгай системы"( Ленинград, 1991 ), 4-й Всесоюзной конференции "Эндокринные системы и вредные факторы окружающей среды" ( Иваново, 1991 ), Всесоюзном Симпозиуме "Условный рефлекс в системе нейронаук"( Ленинград, 199 l),Four-IBR.O World Congress of Neuroscience, Kyoto, Japan,1995, First FEPS Congres( Maastricht, 1995 ), конференции "Физиологические механизмы развития экстремальных состояний" ( Санкт-Петербург, 1995), 11-м Международном Совещании по эволюционной физиологии ( Санкт-Петербург, 1996 ), 1- IBRO-FAONS Congress ( Thailand, 1996 ),конференции "Современные концепции эволюционной геяетики"( Новосибирск, 1997 ),33-м Международном Конгрессе по физиологическим наукам( Санкт-Петербург, 1997 ), Forum ofEurop.ofNeuroscience(Berlin,1998),Физиологическом Съезде ( Ростов на Дону, 1998 ), Международном Симпозиуме, посвященном 150-летию И.П. Павлова "Молекулярно-генетические ме-

ханизмы адаптивного поведения"( Санкт-Петербург, 1999),2-м Съезде Вавшювского общества ге-нетнков и селекционеров (Санкт-Петербург,2000).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 105 научных работ в отечественной и зарубежной печати.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литератры, описания методов исследования, четырех глав результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов и библиографии. Диссертация изложена на *f страницах печатного текста, иллюстрирована SO рисунками и ¿¡Ü таблицами. Список литературы включает^^Срусских и иностранных источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты были проведены на 4-х линиях крыс : Bill, Hill, ВП2, 11112, селектированных нами по порогу возбудимости большеберцового нерва к действию электрического тока и различающихся по возбудимости других отделов периной системы как периферических, так и центральных. Линии были получены в ходе выполнения 2-х независимых селекционных программ. Исходным материалом для селекции послужила аутбредная популяция крыс-альбиносов WIstar из питомника "Рапполово",численностью 327 особей для первой селекционной программы (СШ) и 225- для второй(СШ). Из аутбредных популяций были отобраны в качестве родителей для соответствующих линий крысы с высоким (BI1) и низким (ИП) порогами возбудимости. В первых поколениях селекции скрещивались полные сибсы. Так как тесный инбридинг приводит к депрессии, а также уменьшает наследственную изменчивость, снижая эффективность отбора, то начиная с F3 в каждой селекции скрещивание проводилось в случайном порядке. К настоящему времени эксперименты проводятся в СП1 на 42-м поколении, а в СП2 на 32-м поколении селекции. Животные выращивались в условиях вивария при 12-часовом световом дне на стандартном рационе дававшемся неограниченно. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Метод определения порогов возбудимости и скорости проведения потенциалов действия в болыиеберцовом (п.tibialis) и хвостовом (n.caudalis) нервах.

Пороги возбудимости большеберцового нерва у линий крыс определяли: но двигательной реакции задней конечности при введении активного электрода в икроножную мышцу и действии одиночных прямоугольных импульсов длительностью 2мсек ( Поиомаренко и др.,1969 ). Для определения скорости проведения нервных импульсов и порогов возбудимости каудального нерва была использована методика Хегмана (1972). О скорости проведения потенциалов действия по большеберцовому нерву судили косвенно по латентному периоду ответа нервного ствола во вре-

мя регистрации суммарной импульсной активности при механическом раздражении стопы крысы в центре рецептивного поля п.ИЬЫв.

2. Метод определения порогов возбудимости ретикулярной формации среднего мозга. Опыты проводили на нснаркотизированных животных с вживленными в мезэнцефалическую ретикулярную формацию биполярными нихромовыми электродами. Отведение ЭЭГ проводили от сенсо-моторной коры. Пороги активации мозга определяли при непосредственном электрическом раздражении РФ прямоугольными импульсами тока в течение 3 сек, частотой 200 гц ( Александрова и др., 1981 ).

3. Метод определения базисных нейрофизиологических характеристик обонятельной коры мозга крыс. Опыты проводились на тангенциальных срезах обонятельной коры крыс толщиной 500- 600 мкм. Регистрировали пороги активации пре-и постсинаптических структур, параметры фокальных потенциалов, возникающих в препириформной коре при раздражении латерального обонятельного тракта в норме, после тетанизации и на фоне влияния перфузатов, собранных с тетаннзированных срезов- доноров ( Мокрушин, 1997 ).

4. Метод оценки длительной постгтапической потенциацнн в срезах гшшокампа крыс. Опыты проводили на поперечных срезах гиппокампа толщиной 300-350 мкм. Внеклеточное отведение электрической активности пирамидных нейронов поля САЗ гиппокампа осуществляли с помощью стеклянного микроэлеюрода с подломанным кончиком, заполненного физиологическим раствором. Для стимуляции мшистых волокон использовали биполярные вольфрамовые электроды. Вызванные потенциалы регистрировали перед и спустя 30 минут после окончания тетанизации ( Хиченко, 1993).

5. Метод оценки Са4*- зависимого транспорта ионов К* в эритроцитах крыс. Для изучения структурно-функциональных особенностей клеточной мембраны эритроцитов был использован феномен Гардоса, согласно которому во многих типах клеток рост концентрации кальция ведет к активации К* проводимости плазмолеммы. Для увеличения внутриклеточного содержания кальция проводили инкубацию эритроцитов с пропранололом. Выход К' рассчитывали после определения концентрации калия в среде на плазменном фотометре ( Хрусталева, Гусельников, 1987 ).

БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

1. Метод определения фосфолипидного состава синаптических мембран головного мозга крыс. В основу выделения синаптических мембран головного мозга были положены используемые для этих целей методы ( Ос Ш>Ьег1Ь>,1962; СоШшт,Таи1ог,1972). Экстракцию и очистку общей фракции липидов проводили по методу Мс!) е1 а1., (1972 ). Разделение фосфолипидов

осуществляли методом двумерной тонкослойной хроматографии ( РатпрЬгеу, 1969 ). Для идентификации отдельных фракций фосфолинидов использовали метод ИК- спектроскопии ( Флеров,1975), а содержание фосфолипндов определяли методом Бартлетга ( ВатМеН, 1959 ). Метод определения активности АТФ-аз в нейронах и глиоцитах поля САЗ гиппокампа. Активность АТФ-аз определяли на нефиксированных свежезамороженных срезах гиппокампа, толщиной Юмкм гистохимическим методом "МасЬЯст, \'е)яе1 (1957) в модификации Кленни-копой и Тараловой ( 1988 ), которая позволяет количественно оцепить активность АТФ-аз в отдельных клетках головного мозга крысы.

Методы определения содержания кальмодулина, моиоамннов в мозге, тнреоидкых гормонов и кортнкостерена в сыворогке и плазме крови крыс. Определение содержания кальмодулина производили в сенсомоторной коре и гиппокамне радиоиммунологическим методом (Ткачева и др., 1983). Для оценки содержания моноаминов в мозге использовали высокочувствительный метод для одновременного определения дофамина, норадреналина и серотонина ( 8сЫитрГе1 а1.,1974 ) в модификации Кудрявцевой (1989 ). Определение содержания грийодтиронина и тироксина в сыворогке и кортикостерона в плазме крови осуществляли радиоиммушшлегическим методом (Ткачева и др., 1983; Морозов и др., 1988 ). Метод фракционирования пептидов, выделяющихся в межклеточное пространство мозга и модулирующих процессы длительной иосттетаннческой потенцнации/депрессии. Анализ пептвдов, выделяющихся в межклеточное пространство проводили в перфузагах собранных со срезов-доноров находящихся в различном функциональном состоянии: покое, активации, посттетанической потенциации/депрессии. Фракционирование пептидов осуществляли с помощью электрофореза в полиакриламидном геле. Фракции визуализировали красителем Кумасси ярко-голубым ( Остерман,1981 ).

Метод определения одноиитевых разрывов ДНК в структурах мозга крыс. Уровень однони-тсвых разрывов ДНК в сенсомоторной коре, гиппокампе и среднем мозге крыс определяли с помощью метода ник-трансляции ( Батпег (.4 а1.,1990 ) с небольшими модификациями ( Паткин, 1995).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ

Исследование поведения крыс с помощью метода "открытого поля". Эмоциональность, ориентировочно-исследовательскую активность и ряд других видов поведения определяли с помощью различных модификаций методики "открытого поля", которая впервые была предложена Холлом ( На11,1934 ). В первой установке ( Кулагин,Федоров, 1969) при освещенности 2000 люкс в центре регистрировали двигательную активность и эмоциональность. Во втором варианте ( Забродин,1989 ) при освещенности в 100 люкс в течение 7 дней оценивали: локомоцию (0), обню-

хиваяие (1), вертикальную стойку (2), груминг (3), неподвижность (4), движение на месте (5), за-глядывание в норку (6), стойку на стенку (7). Но результатам опытов вычисляли матрицы одно-шаговых вероятностей и финитные вероятности исследуемых единиц поведения, далее производили анализ поведения с целью вычленения фрагментов, состоящих из статистически зависимых пар и триад событий.

2. Метод оценки агрессивности, вызванной раздражительностью. Тестирование проводили помещая пару крыс в прозрачную камеру с электрифицированным полом при действии электрического тока ( На1сЫпзоп е1 а!.. 1965), определяя вначале эксперимента пороги вздрагивания и агрессии, а также число агрессивных атак в течении серии из 100 ударов электрического тока кратного двум порогам вздрагивания.

3. Исследование социального поведения методом "эмоционального резонанса". Тестирование крыс проводили по общепринятой методике Н.В.Симонова (1981), предусматривающей выбор животным одной из двух конкурирующих мотиваций: нахождение либо в светлом (90 люкс ), либо в темном ( 30 люкс ) отсеке, пол которого представлял педаль автоматически включавшую счетчик времени и болевое раздражение лап другой крысы, находившейся за звуко непроницаемой перегородкой. Регистрировали время нахождения в темном отсеке при длительности опыта ЗООсек. После привыкания и стабилизации поведения, крыс можно было разбить на три группы. В первую вошли животные с наиболее выраженной реакцией "эмоционального резонанса" - переставшие заходить в темный отсек. Ко второй- были отнесены крысы заходившие в темный отсек несколько раз. К третьей группе - крысы, заходившие одни раз в темный отсек и проводившие там все время.

4. Метод выработки условного рефлекса активного избегания (УРАН). Условный рефлекс активного избегания вырабатывали в камере типа шатл-бокс в модификации В.К. Федорова ( 1974 ). Регистрировали число условных побежек из 100 сочетаний условного (свет) и безусловною (ток) стимулов и латентные периоды избегания.

5. Метод выработки условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ). Выработку условного рефлекса пассивного избегания производили на основе однократного элсктрокожного подкрепления по методу Федорова и др. ( 1972 ). Через 24 часа после выработки рефлекса проверяли его сохранение, которое состояло в том, что животное не заходило в малую камере ("нору"), где при выработке рефлекса накануне подвергалось электроболевому воздействию. Условия выработки этого рефлекса позволяли также изучать безусловнорефлекторное "норковое" поведение крыс.

6. Метод лишения парадоксальной фазы сна (ПФС). Для депривации быстрого сна у подопытных животных использовали классический метод- площадки в водном бассейне (.Тои¥е( с1 а1., 1969 ).По этому методу животное помещают на небольшую площадку со всех сторон окруженную

водой, причем размеры площадки таковы, что крыса не падает в воду лишь в том случае, если ее мышечный тонус поддерживается на достаточно высоком уровне. При наступлении быстрого сна мышечный тонус налает до нуля, животное оказывается в воде, немедленно пробуждаегся и вновь поднимается на площадку. Так удастся почти полностью лишить крысу быстрого сна, тогда как функция медленного сна при этом не нарушается.

Метод нензбсгаемого эмоциональио-болсвого стресснрования ( ЭНС ). Однократное и длительное ( ¡5 дней) стрессирование крыс осуществляли н прозрачной камере с электрифицированным полом путем сочетанного воздействия электрического тока и света с вероятностью подкрепления 0.5 по стохастической схеме К.Гехта ( 1972 ),создающей ситуацию, способствующую возникновения состояния подобного неврозу ожидания.

Метод исследования "тревожности". "Тревожность" изучали по методу Сандры Файл ( File et al., 1979). Крысу помещали в камеру, разделенную на два отсека- большой, светлый ( 90 люкс ) и малый, темный ( 30 люкс ). Тестирование проводили 5 минут. Регистрировали латентный период ухода из большого отсека, число переходов между отсеками и время пребывания в каждом из них.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ. Статистический анализ полученных экспериментальных данных проводился с использованием стандартных пакетов компьютерных программ STAT1STICA 4.5, STATGRAPHICS plus 2.1, SPSS 8.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Селекция линий крыс по возбудимости большеберцового нерва.

Основная цель нашей работы заключалась в изучении генетических корреляций возбудимости нервной системы с поведением животных. Для решения этого вопроса необходимо было иметь линии животных, различающихся по возбудимости нервной системы и константно воспроизводящих свои признаки в ряду поколений. В связи с этим нами были выполнены две селекционных программы. Параллельная селекция линий из одного источника рассматривается как гарантия того, что обнаруженные впоследствии корреляции истинны, а не являются результатом случайной фнхеации аллелей ( Blizard,1992). Ход селекции представлен на рисунке 1. Достоверные межлинейные различия по порогам возбудимости появились уже в Fl в обеих селекционных программах. Начиная с F10 в CHI и с F6 в СИ2 межлинейные различия резко возросли после чего во всех селекционных программах селекция вышла на плато. Такой ход селекции говорит полигенной детерминации возбудимости и возможности выделения олигогенов, что соответствует данным литературы (Пономаренко и др.,1975; Лопатина и др.,1975; Савватеева,1979; Вайдо,1981; Дмитриев,1988), полученным на различных объектах. Таким образом была создана батарея линий

крыс, которые могут быть ранжированы по возростанию пороха возбудимости следующим обра зом: НП2<ЫП1<ВП2<ВШ .Следует отмстить, что пороги возбудимоеги селектируемых линий

Рис 1. Ход селекции по высокому и низкому порогу возбудимости у 4-х линий крыс 2-х селекционных программ: ( СШ )- ВШ, НП1 и ( СГ12 )- ВП2 и НП2.

перекрывают диапазон индивидуальной изменчивости в популяции практически полностью. При этом крайние линии отличаются друг от друга более чем в 4 раза, что даст существенные преимущества при исследовании генетических корреляций между возбудимостью и поведением, по скольку существующие линии крыс, селектированные по другим признакам различаются по уровню возбудимости крайне незначительно. Различия между ними не превышают разницы по порогам между линиями НГ11 и 1Ш2. Следует отмегить, что набор генов отобранных в ходе каждой селекции уникален. Поэтому несмотря на развитие современных генетических методов, позволяющих целенаправленно устанавливать связи между отдельными генами и поведением, такими как сайтнаправленный мутагенез, создание трансгенных линий, использование антисмысловых последовательностей ДНК, селекционный метод продолжает широко использоваться и в настоящее время известно более 80 селекционных программ по поведению, многие из которых выполнены по одному и тому же признаку.

Исследование генетически детерминированных связей между возбудимостью нервной систем и особенностями поведения селектированных линий крыс в норме и при стрессе.

Поведение крыс линий И111 и 11112 в тсстс "открытого поля"

Результаты исследования двигательной активности и эмоциональности » различных методических условиях позволили прийти к выводу, что селектированные линии крыс не различаются по суточной двигательной активности (Вайдо и др., 1983 ). Различия между линиями по возбудимости влияют или па двигательную активность в условиях высокой ( 2000лк) освещенности "открытого поля", что может рассматриваться с учетом двойственной ее природы (\УЫтЬеу,1)епепЬе^Л967) как реакция бегства при действии очень сильных раздражителей ( 1й^ап,1965) , или же на стратегию поведения при исследовании адаптации к условиям "открытого ноля " в течение длительного срока. В этом случае в высоковозбудимой линии достоверно ( Р<0.05 ) больше число животных, поведение которых строится высоковероятными стереотипами по сравнению с низковозбудимой линией, организующей свое поведение более пластично и разнообразно ( Рис.2. А,Б ).

°2 °2 о2

I'pynilAIV

Рис.2. Графы структуры поведения крыс линий НП1 (А) и ВП1 (Б) в первом,третьем и пятом опытах экспериментальной серии. В вершинах графа-вероятности состояний (диаметр кружка пропорционален значению финитной вероятности); ребра графа-ранговые значения переходных

вероятностей 1-го и 2-го ранга между статистически значимыми событиями; сплошная стрелка-псрвый ранг, прерывистая-второй; 0-7-акты поведения. ГРУППА IV-крысы с максимальной энтропией поведения.

Стереотипность поведения была отмечена для высоковозбудимых животных Алехиной ( 1994 ) при регистрации активности моторных подсистем, определяемых но методике Тсйтсльбаума (1982). Что же касается эмоциональности, то в большинстве исследуемых случаев, как правило, при действии экстремальных раздражителей: высокой освещенности, звонке (Алехина и др.,1994), криков "жертвы" (Вайдо и др.,1987 ) линии крыс НП1 и 11112 демонстрируют выраженные реакции страха. Таким образом влияние генетически детерминированной возбудимости на эмоциональность представляется несомненным. Вопрос в другом, в направленности, знаке обнаруженной связи. Во всех случаях, когда мы можем сопоставить возбудимость нервной системы с эмоциональным поведением корреляции отрицательны. Это выявляется при сравнении крыс линий Wistar и КМ ( Кулагин, 1982 ), КХА и КЛЛ ( Рыжова и др.,1983) и ЯНА, RLA ( Driscoll, Bat-tigl982 ). В наших же экспериментах высокая возбудимость соответствует повышенной эмоциональности. Наиболее вероятная причина этого-существенно более значительные различия по порогам возбудимости между исследуемыми нами линиями, которые в 7 раз превосходят межлинейную разницу крыс, изученных другими авторами и наличие инвертированной U-образной зависимости между "уровнем неспецифической возбудимости" и эффективностью осуществления той или иной реакции, постулированной Латом (1965) в ходе этологических исследований индивидуальных различий на беспородных крысах.

Исследование агрессивности, вызванной раздражительностью (irritable aggression), у крыс линий ВШ и Ш11. Если связь генетически детерминированной возбудимости нервной системы с особенностями индивидуального поведения, по крайней мере на феноменологическом уровне, исследована достаточно полно, то из видоспсцифических форм социального поведения в этом плане была изучена только одна из форм сложного общественного сигнального поведения , связанного с передачей и приемом информации о пространственном расположении источника пищи- "танец" или "язык " пчел ( Пономаренко,Лопатина ,1975). Поэтому нами были исследованы на селектированных линиях крыс особенности группового поведения характеризующие параметр психотицизма по типологии Айзенка (Eysenck,1976 У агрессивность и чувствительность к крику боли другой особи. Агрессивное поведение- один из видов мотнвационного поведения исследуется очень интесивно, что связывают с социальными факторами. Существует несколько селекционных программ, выполненных с использованием различных критериев оценки агрессивности и на различных объектах ( Ghul et al.,1960; Craigl965; Lagerspetz,Lagerspetz,1971; Ebert,1976; Hyde,1979; Sundnabba,1997 ). Однако связь этого

признака с параметрами ФСПС не исследована. Показатели агрессивного поведения крыс представлены п таблице 1. Как видно из таблицы порог подрагивания и порог агрессин ( животные принимают "позу боксеров" ) у крыс линии 13111 достоверно выше, и в тоже время при предъявлении партнерам серии из 100 ударов электрического тока не наблюдается существенной разницы в числе атак. Таким образом , крысы высокопозбудимой линии обладают более низким порогом агрессивною поведения.

ГЛБЛИЦА1. Показатели агрессивности крыс линии Ш1! и 1Ш1.

Пиния (п) Порог вздрагивания (В) Порог агрессии (В) Число атак (%)

ВП1(16) 2.03+0.27* 8.57+2.15* 52

ШП(19) 0.90+0.12 2.63+0.36 54

Примечание: *- межлинейные различия достоверны, 1'<0.05.

Особенности данной методики являющиеся довольно искусственными и редко встречающимися в природных условиях не позволили нам выявить различий по собственно агрессивному поведению (число атак). Однако было показано, что при создании смешанных групп состоящих из высоко- и низковозбудимых крыс доминирующее положение занимают в подавляющем большинстве случаев возбудимые животные (Жданова, 1987).

Исследование социального поведения методом "эмоционального резонанса". Изучение социальною (альтруистического) поведения показало (Рис. 3.),что селекция по возбудимости периферического отдела нервной системы ведет к повышению вероятности возникновения определенного тина социального поведения, а именно у высоковозбудимых линий крыс преобладают животные третьей группы- неспособные к выработке реакции "эмоционального резонанса".

Рис.3. Распределение крыс четырех линий двух селекционных программ (СП1 и СГ12) при тестировании по методике "эмоционального резонанса". По оси абсцисс-группы крыс. По оси ординат-крысы, относящиеся к данной группе (%). Светлые столбикн-ГЩ; темные-НП.

Такое влияние может быть, в частности, связано с различным уровнем эмоциональной реактивности у исследуемых линий. Изучение реакции дефекации показало, что эмоциональность высоковозбудимых животных выше в течение всего периода эксперимента (Вайдо и др., 1987). Исследование выработки условного рефлекса активного избегания (УРАИ). Связь способности к обучению с уровнем функциональной активности нервной системы прослеживается достаточно четко на самьис разных объектах ( Пономаренко,1976; Дмитриев, 1988 ),что соответствует представлениям И.П.Павлова о роли тонуса головного мозга в реализации условнорефлекторпой деятельности. Как следует из рисунка 4. низковозбудимые линии ВП1 и ВП2 обладают повышенной способностью к выработке УРАИ. Эги данные указывают на то, что связь возбудимости и обучения может иметь более сложный характер нежели прямая линейная зависимость, так как в отличие от данных других авторов низковозбудимые животные обладают большей способностью к обучению. Это может быть связано с тем, что зависимость между активацией нервной системы и эффективностью выполнения той или иной задачи может иметь характер инвертированной II-образной кривой-закон Иеркса-Додсона. Сходные теоретические соображения о связи неспецнфической общей возбудимости нервной системы с эффективностью деятельности подтвержденные экспериментальными данными, полученными на беспородных животных, высказывались Латом (1^,1965).

УРАИ к

ПОКОЛЕНИЕ

Рис.4. Способность к обучению УРАИ у крыс линий: НП2.ВП2.НП1.ВП1. По оси ррдинат-количество УРАИ (%); по оси абсцисс- порядковый номер поколения.

Учитывая то, что различия но возбудимости между нашими линиями многократно превышают различия по возбудимости между объектами исследованными другими авторами можно полагать,

что наличие такой криволииейиой зависимости и объясняет противоречия между нашими данными и данными литературы. В то же время несомненно, что связь возбудимости с обучением при разном подкреплении и в разных методический условиях не одинакова. Так в нашем случае при обучении в U-образном лабиринте с пищевым подкреплением критерий обученности в первый же день опыта у крыс линии НШ (плохо обучались УРЛИ) достигал 75% ,тогда как у крыс линии ВШ (хорошо обучались УРЛИ) лишь 30% ( Р< 0.05). Более способными к обучению высоковозбудимые крысы были и при выработке УРПИ. Можно полагать, что для каждого вида обучения существует свой оптимальный уровень ФСИС, что соответствует теоретическим представлениям Лата (1965). Пси. миого оснований утверждать, что низкое общее функциональное состояние мозга способствует развитию или углублению патологических состояний. Известно также, что животные, различающиеся по особенностям проявления реакции "эмоционального резонанса" отличаются по реактивности к действию невротизирующнх факторов. Поэтому нами была предпринята серия экспериментов,посвященная изучению влияния различных стрессирующих ситуаций на поведение, функционирование мозга и гормональный статус у селектированных линий крыс.

Влияние депривации парадоксальной фазы сна (НФС) на сохранение УРПИ у селектированных лииий крыс. Выработку условного рефлекса пассивного избегания ( УРПИ ) проводили непосредственно перед началом депривации ПФС. Сохранение УРПИ проверяли дважды: через 15 минут и 20 часов после прекращения депривации НФС. Параллельно тестировали по всем методикам контрольных крыс. Соответствующие данные предстаплены на рис.5. Как видно из представленных данных в норме животные линии НП2 превосходят по показателю сохранения УРПИ крыс линии ВП1.

Рис.5. Влияние 24-х часовой депривации ПФС на сохранение УРПИ у крыс линий ВП1 и НП2. По оси ординат-% крыс,заходивших в малую камеру установки, светлые столбики-конгроль, темные-опыт; 1-через 15 минут после опыта, Ц-через 20 часов после опыта.

Депривация ПФС резко, почти в 2 раза ухудшила способность к сохранению УРПИ у животных линии ВП1 по сравнению с контрольным уровнем. Этот эффект оказался длительным и его можно было наблюдать спустя 20 часов после депривации ПФС. У крыс линии Н112 также наблюдается тенденция к снижению степени сохранения УРПИ, однако, не значительное не достигающее уровня значимости.С целью расшифровки механизмов такого влияния нами было исследовано изменение в функциональном состоянии нервной системы как периферических отделов, так и центральных. Показано, что лишение крыс ПФС в течение 24 часов приводит к снижению порогов возбудимости большеберцового нерва в существенно большей степени выраженному у крыс линии ВП1. Эти изменения коррелируют с динамикой сдвигов по мор-фотинкториальным и метаболическим характеристикам рецепторных окончаний боль-шеберцового нерва (Вайдо и др., 1990). У крыс линии ВП1 достоверно снижается интенсивность суправитальной окраски метиленовым сидим концевых бляшек, площадок деления рецепторов и увеличивается диаметр нервных волокон, что полностью соответствует резкому снижению порогов возбудимости у крыс этой линии после депривации ПФС. Оценка изменения функционального состояния центральных структур мозга была проведена с помощью измерения активности АТФ-аз нейронов и глнощггов гиппокампа. Депривация ПФС вызвала резкое повышение активности N3* ,К* АТФ-азы в нейронах гиппокампа крыс линий Ш12 и ВП1, в то же время активность Мё"- АТФ-азы достоверно снизилась как в нейронах, так и в глиоцитах, но только у крыс с низкой возбудимостью, что составляет главное отличие функционального ответа АТФаз, этих мембранносвязанных ферментов клеток гиппокампа на такую длительную функциональную нагрузку как 24 часовое лишение ПФС. Поскольку АТФаза обеспечивает захват

нейротрансмиттеров в сннаптические везикулы, то снижение ее активности в нейронах гиппокампа у крыс линии ВП1, по-видимому, может привести к угнетению синаптических процессов. Известно, что депривация ПФС вызывает у крыс ряд изменений биоэлектрической активности мозга, в том числе исчезновение фазнческого компонента тега-ритма гиппокампа, появление ирритативных знаков и перераспределение пиков мощности в спектрограммах активации и пространственной синхронизации гиппокампа, то есть сопровождается нарушением необходимых условий для процессов образования и упрочения условнорефлекторных связей и для извлечения информации из памяти. Это позволяет думать,что отмеченное нами снижение способности к сохранению УРПИ у крыс линии ВП1 в значительной мере обусловлено угнетением тета-ритма и изменением уровня активации нейронов гиппокампа. Исследование влияния неизбегаемого эмоционально-болевого стресса (ЭБС) на поведение крыс сразу н в отдаленные сроки после воздействия.

Серия экспериментов была выполнена по исследованию поведения линейных крыс после 15-дневного ЭБС. Известно, что зга процедура вызывает целый комплекс поведенче-ских,соматических и вегетативных нарушений, позволяющих расценивать его как проявление экспериментального невроза (Вальдман,Александровский, 1987). При исследовании животных сразу после окончания длительного стрессирования наблюдали сопряженные изменения болевой чувствительности, поведения в открытом иоле, латентных периодов переходов в тесте "тревожности" и в условиях выработки рефлексов активного и пассивного избегания, а также нарушения инстинкта захождения в малую камеру ("нору") в основном у крыс высокопороговой линии. Однако через 2 недели после невротизациии изменения появились у экспериментальных крыс не только высокопороговой, но низкопороговой линии. При этом как безусловно-, так и условнорефлекторные компоненты поведения менялись независимо как друг от друга ,так и от возбудимости периферической нервной системы, оцениваемой по болевой чувствительности. М.Г. Айрапетянц и A.M. Вейн (1982) в своей монографии отмечают две основные особенности, характерные для неврозов, а именно, повышенную активацию и синдром дезинтеграции. Полученные данные в целом подтверждают этот вывод. При этом, если сразу же после стрессирования наблюдаемые изменения в поведении можно связать с усилением деятельности восходящих и нисходящих активирующих систем мозга, то спустя 2 недели наблюдаются эффекты, напоминающие синдром дезинтеграции, при котором изменения функционирования центральных и периферических частей нервной системы не коррелируют друг с другом. Через 6 месяцев после иевротизации тенденция, наметившаяся при исследовании поведения крыс в ходе изучения влияния ЭБС непосредственно после его окончания, выразившаяся в росте неподвижности преимущественно у крыс линии ВГ11 в целом не только сохранилась, но и усилилась дойдя до состояния " депрессии " у низковозбудимых животных с полным подавлением "норкового рефлекса ".существенным падением эмоциональных проявлений и стереотипных движений. Что же касается крыс линии НП2, то у них был обнаружен только рост, свонственой им и в норме стереотипии. Характерно,что более высокая реактивность к длительному невроти-зирующему воздействию наблюдалась у линии ВП1 и при исследовании функционирования мозга с помощью биохимических и электрофизиологичсских методов. Так у крыс этой линии происходил рост K\Na+- А'ГФ-азы в гиппокампе, фосфодиэстеразы в гипоталамусе и содержания каль-модулина в нем же ( Глущенко и др.,1992; Ширяева и др.,1992 ). Через 2 месяца после окончания долгосрочного ЭБС только у низковозбудимых животных было отмечено снижение способности к формированию длительной посттетанической потенциации в г иппокампе ( Рис.6.).

Рис.б.Увеличеиие амплитуды популяционного спайка спустя 30 минут после тетанизации срезов гиппокампа линейных крыс. По оси ординат- отношение амплитуды популяционного спайка после тетанизации к этой же величине в контроле. I- Hill (контроль); II- НП1 (ЭБС); III- ВП1 (контроль); IV- ВП1 (ЭБС).

Несмотря на феноменологическую очевидность роли индивидуальных психологических особенностей для возникновения состояний дезадаптации и на установленную И.П. Павловым и его последователями зависимость развития экспериментального невроза от типа высшей нервной деятельности, конкретных объективно-научных данных, которые объясняли бы сущность этого феномена нет, механизмы дифференциальной чувствительности к невротизирующему воздействию не ясны. Паши данные позволяют преположить, что одной из существенных причин дифференциальной чувствительности к длительному стрессированию является уровень возбудимости нервной системы, детерминированный генетически. Как показало настоящее исследование базовый уровень ФСНС определяет реактивность к действию экстремальных факторов, характерный паттерн ответа при всех использованных процедурах невротизации и длительность сохранения при действии ЭБС альтераций функционирования мозга и поведения. Исследование возбудимости в различных отделах нервной системы и особенностей функционирования мозга у линейных крыс. Тщательный анализ литературных данных показал, что при изучении генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением, во-первых, не проводилась оценка порогов возбудимости в различных отделах нервной системы, а во-вторых не изучались особенности функционирования мозга у животных с различной возбудимостью, и таким образом, исследования велись только на феменологическом уровне, без проникновения в сущность исследуемых связей. Серия экспериментов проведенная нами позволила восполнить этот пробел. Результаты определения порогов возбудимости и скорости проведения

нервных импульсов в каудалыюм и большеберцовом нервах линий ВП1 и НП1 позволили показать, что селекция приводит к изменению порогов возбудимости не только той части периферической нервной системы, по порогам возбудимости которой проводилась селекция, но также и по возбудимости других ее отделов. Параллельно изменению возбудимости происходит изменение скорости проведения нервных импульсов. Следует полагать, что в детерминации обоих признаков принимают участие общие или тесно сцепленные гены, вследствие чего селекция по возбудимости в порядке коррелятивной изменчивости приводит к изменению скорости проведения. Исследование порогов возбудимости ретикулярной формации среднего мозга линейных крыс продемонстрировало, что у животных липни НП1 обнаруживаются и более низкие пороги активации ЭЭГ по сравнению с крысами противоположного направления селекции. Существенно, что в ходе морфологического анализа лимбических структур у крыс линий ВП1 и Ш11 было показано, что размеры нейронов в гипокампе, гипоталамусе и амигдале меньше у высоковозбудимых животных ( Дмитриева и др.,1985;1988). Поскольку нейроны небольшого размера имеют высокое входное сопротивление, а соответственно этому повышенную возбудимость можно было ожидать,что селекция привела к генерализованному изменению функционального состояния нервной системы, захватывающему все се отделы. Ситуация оказалась,однако,более сложной. Оценка линейных различий по порогам активности пре- и постсинаптических структур обонятельной коры у крыс линий НП1,ВП1,НП2 и ВП2 не выявила достоверных различий. Таким образом различия по возбудимости возникают в ходе селекции во многих отделах нервной системы, но не во всех. Так в филогенетически более новых отделах обонятельной коры, нам не удалось обнаружить различий по порогам возбудимости. Однако исследование фокальных потенциалов (ФП) в срезах обонятельной коры в норме и после тетанизации у крыс первой селекционной программы позволили установить несколько важных фактов. Анализ амплитудно-временных характеристик компонентов ФП между линиями НП1 и ВИ1 максимально отличающимися по форме ФП показал существенную разницу по параметрам ТПСПб. Известно, что данный компонент обусловлен активацией ГАМКа рецепторов, связанных с С1-каналами на телах пирамидных нейронов обонятельной коры. Таким образом, найденные межлинейные различия могут быть результатом структурно-функциональной дифференциации линий ВП1 и НП1 по этому комплексу. После тетанизации латерального обонятельного тракта в срезах обонятельной коры линий НП1 и ВП1 возникали 3 типа реакций: потенциация, депрессия и отсутствие ответа. При этом в срезах линии НП1 количественное соотношение этих реакций было: потенциация-60%, депрессия-25%, отсутствие реакции-15%. В линии ВП1-потенциация-10%,депрессия-78%, отсутствие реакцин-12%. Следовательно, селекция крыс по возбудимости нервной системы приводит к изменению пластических свойств обонятельной коры. А именно, селекция на повышенный уровень

возбудимости благоприятна для развития Д11П, тогда как селекция на низкую возбудимость способствует развитию ДПД. Поскольку известно ( Мокрушин 1997 ), что тетаиизация срезов сопровождается выбросом во внеклеточную среду пептидов, способных индуцировать в интакгных срезах-реципиентах реакции ДПП и ДПД , нами было изучено возникновение этих реакций в срезах-реципиентах под влиянием перфузатов, собранных со срезов-доноров соответствующих линий. Изестно, что потенциация связана с активацией главным образом НМДА рецепторов и в меньшей степени с функционированием АМПА рецепторов. Поэтому мы исследовали индукцию развития ДПП/ ДПД раздельно анализируя амплитуды АМПЛ и НМДЛ компонентов ВПСП. С этой целью оценивали средние значения амплитуд АМПЛ и НМДА компонентов ВПСП за все время действия перфузатов. Полученные данные представлены на рисунке 7.

Рис.7. Изменение амплитуд АМПА (светлые столбики) и НМДА (темные столбики) компонентов ВПСП в интактных срезах-реципиентах при действии на них перфузатов, собранных с тетапизированных срезов-доноров; а- потенциированпых перфузатов и б-денрессивных перфузатов,оцененных по НМДА компоненту ВПСП в срезах-донорах.: По оси ординат: амплитуда АМПА и НМДА компонентов ВПСП, % к контролю.

Наиболее существенный вывод, который можно сделать на основании представленных результатов заключается в достоверно более сильном стимулируюшем действии депрессивных перфузатов крыс линии ВП1, чем аналогичных перфузатов крыс линии ШИ, особенно на НМДА компонент ВПСП ( Р<0.05). Необходимо отметить, что этот компонент ВПСП у крыс линии ВП1 при действии депрессивного перфузата увеличивается в большей степени, чем АМПА ВПСП (Р<0.05). Определение ДПП в поле САЗ гиппокампа показало существенное различие по амплитуде популяционного спайка после тетанизации мшистых волокон Рис.6. , а именно ДПП была существенно больше выражена в линии ВП1. Таким образом селекция но возбудимости больше-

HH1

вш

нш

В111

возбудимости может служить разный абсолютный и относительный фосфолипидный состав мембран нервных элементов у крыс изучаемых линий.

Функциональная роль Na*, К.* и Mg+t-ATO-a3 в поддержании трансмембранного потенциала и в транспорте медиаторов хорошо изучена. Нами показано, что у крыс линии ВП1 активность Na+, К'- АТФ-аз в нейронах па 50% выше, чем у крыс с низким порогом возбудимости. Активность Mg**- А'ГФ-азы и в нейронах и в глиоцитах у этих животных также достоверно повышена. Известно, что более высокий уровень АТФ-аз глни обеспечивает поддержание более высокого трансмембранного потенциала глиалышх клеток по сравнению с нейронами. Можно полагать, что к таким же функциональным последствиям приводит межлинейная разница по АТФ-азам, внося свой вклад в различия по возбудимости.

Исследование содержания кальмодулина в сенсомоторной коре и гиппокампе показало, что оно выше у высоковозбудимых крыс линии ИП2. Эти различия достоверны в гиппокампе. Кальмодулин относится к числу высоко консервативных белков и содержит 4 домена, каждый из которых способен связывать кальций. Известно, что кальмодулин участвует в регуляции разнообразных биологических процессов. Например, секреции тиреоидных гормонов, гормонов гипофиза и надпочечников, высвобождении нейромедиаторов, клеточной пролиферации. Очень высокая концентрация кальмодулина в мозге, а также необычно высокая консервативность аминокислотной последовательности при эволюции указывают на значимость этого белка. Принимая активное участие в функционировании нейронов кальмодулин работает как медиатор кальциевой регуляции аденилатциклазы, фосфодиэстеразы, фосфорилазы, киназы и фосфори-лирования многочисленных мембранных белков. Известна, существенная роль кальмодулина в реализации поведенческих актов и прежде всего обучения ( ТепперменДеппсрмен ,1989; Хухо, 1990; Tully, 1998 ). Учитывая то, что у высоковозбудимых крыс повышено содержание кальция в головном мозге ( Ширяева и др., 1984 ) можно полагать, что обнаруженные биохимические различия могут служить основой для повышенной функциональной активности нервной системы крыс НТО и более высокого их гормонального статуса.

Кроме молекулярно-клеточных механизмов, оказывающих влияние на возбудимость нервной системы нами было изучено функционирование гормональных систем чье влияние на возбудимость хорошо известно. При исследовании содержания тиреоидных гормонов в сыворотке крови было продемонстрировано повышенное содержание трииойдгиронииа у крыс лиши НП2 . Эти данные были подтверждены с помощью морфологических методов, которые показали, что высоковозбудимые крысы, как первой, так и второй селекционной программы имеют более активно функционирующую щитовидную железу. Определение содержания кортикостероидов также убедительно продемонстрировало более высокое содержание

кортикостерона у крыс высоковозбудимых линий. Итак, можно полагать, что в состав полигенной системы, затронутой отбором по возбудимости, входят гены, определяющие функционирование тиреоидной и гипофизарно-надпочечниковой системы, различия в активности которых вносят свой вклад в межлинейную рашицу по возбудимости нервной системы и поведению.

Одним из возможных механизмов трансформации кратковременных базисных нейрофизиологических процессов возбудимости, которыми оперирует нервная система, в долговременные как это происходит при формировании ДПП, а также синхронизации активности популяций нейронов может быть процесс выделения клетками при их активации гуморальных факторов пептидной природы (Мокрущин,1997). Учитывая показанную нами разницу во влиянии перфуза-тов собранных с тетанизированных срезов-доноров линий крыс ВП1 и ИП1 нами было проведено фракционирование пептидов содержащихся в перфузатах собранных со срезов-доноров с различным исходным состоянием методом гель-электрофореза. Было показано,что различия по фракционному составу между линиями имеют прежде всего количественный характер и достоверные различия проявляются только по вероятности появления пептидной фракции в районе соответствующем реперу с молекулярным весом в 67 кД. Под влиянием тетанизации и при возникновении ДПП/ДПД в срезах -донорах , состав перфузата претерпевал качественные изменения заключавшиеся и появлении/исчезновении отдельных фракций по сравнению с активным контролем. Эти изменения зависили как от функционального состояния среза-донора, так и от линейных характеристик крыс. В частности различия между депрессивными перфузатами, при влиянии которых на параметры ФП срезов-реципиентов были обнаружены максимальные различия,заключались в наличии в перфузатах срезов линии ВП2 дополнительных фракций в области 94 и 43 кД и отсутствии пептидной фракции в районе репера с молекулярным весом 20кД. Таким образом селекция линий крыс по возбудимости нервной системы привела к изменению количественных характеристик фракционного состава секретируемых пептидов в покое и к его качественному изменению при активации.

Исследование некоторых механизмов определяющих етрессорную модификацию поведения крыс. Расшифровка конкретных механизмов, посредством которых генетически детерминированное функциональное состояние нервной системы определяет структурную модификацию поведения представляет собой актуальную задачу. В данном исследовании мы проанализировали три аспекта этой проблемы: 1) Изменение возбудимости непосредственно сразу после окончания действия экстремальных факторов. 2 ) Изменение активности гипофизарно-надпочечниковой системы при действии однократного эмоционально-болевого стресса. 3) Изменение уровня од-нонитевых разрывов ДНК в структурах мозга премированных крыс. Было показано,что во всех

исследованных случаях непосредственно после окончания стрессирования происходит повышение возбудимости периферического отдела нервной системы, зависимое от базового уровня возбудимости. Так лишение крыс в течение 24 часов ПФС приводит к снижению порогов возбудимости большеберцового нерва: в линии Hill - порог снизился в 2 раза, а в линии Bill- в 7.7 раза. Наблюдаются различия также и динамике восстановления исходного уровня возбудимости. Через 3 часа в линии НП1 порог не только достигает первоначального значения,но и достоверно его превосходит. У крыс линии ВШ через этот же промежуток времени порог только еще начинает приближаться к исходному уровню. В контрольных группах обеих линий наблюдаются несущественные колебания возбудимости. Что же касается влияния 15 дневной иевротизации, то сразу после ее окончания происходило резкое падение порогов чувствительности к действию электрического тока, определяемых по появлению реакций вздрагивания и агрессии, только у линии ВП1. Таким образом, обе процедуры воздействия приводят к изменению возбудимости периферической нервной системы преимущественно у крыс линии ВП1.

Исследование динамики изменения уровня кортикостерона в плазме крови линейных крыс после однократного ЭБС ( Рис.8.) позволило установить, что крысы линии НП1 и 1Ш2 обладают более высокой реактивностью к действию стресса по сравнению с крысами противоположного направления селекции. Пик секреции кортикостерона у высоковозбудимых животных приходился на часовой интервал, тогда как у крыс линий противоположного направления селекции- на 3-х часовой. Кроме того у крыс линий НП высокий уровень кортикостерона сохранялся на протяжении всего периода наблюдения. А у крыс линий ВП уровень кортикостерона через сутки снижался и не отличался от исходного значения. Одинаковый уровень стресреактивности и динамики стрессорного ответа ГАС высоковозбудимых крыс линий НП позволяет сделать следующее заключение: 1) животные имеющие низкий порог возбудимости большеберцового нерва и ретикулярной формации среднего мозга, характеризуются повышенной стрессреактивностью ГАС и ускоренным развитием гормонального стрессорного ответа; 2) растянутый во времени гормональный стрессорный ответ высоковозбудимых крыс свидетельствует о том, что эти животные имеют сниженную чувствительность ГАС к сигналам обратной связи. Длительное сохранение последствий иевротизации известно еще по работам И.П.Павлова и его учеников ( Павлов, 1951). Известно оно и клиницистам. Следовые реакции в патологии Сперанский определил как общепатологтческую закономерность. Высказывались соображения о возможном участии в длительном существовании устойчивого патологического процесса генетического аппарата (Бехтерева,197б;Крыжановский,1997).Однако систематической разработки этого вопроса не велось, хотя теоретические и экспериментальные предпосылки для

Содержаний юргюсостеронв, имоль/л *

800-1

600

400

200

НП-1

НП-2

ВП-1 ВП-2

Рие.8. Динамика изменения уровня кортикостсрона в плазме крови 4-х линий крыс: НП1, НП2, ВП1, ВП2. По оси абсцисс-время после применения ЭБС; но оси ординат- содержание коргикостерона (нмоль/л).

его решения были созданы усилиями ленинградской и новосибирской школ ( Лобашев,1967; Пономарснко,1975; Беляев,1985). Результаты оценки уровня однонитевых разрывов ДНК в сен-сомоторной коре, гиппокампе и среднем мозге линий крыс ВП1 ,11П2 и контрольной аутбредной популяции Wistar показали, что в норме во всех изученных отделах мозга уровень однонитевых •разрывов ДНК выше у крыс линии ВШ. Эти различия достоверны в гиппокампе. Однократное (13 мин) применение неизбегаемого эмоционально-болевого стресса приводит к дифференциальным изменениям количества однонитевых разрывов, зависящим как от исследуемого отдела мозга, так и от линейных характеристик животных, и достигающим уровня достоверности в среднем мозге крыс Wistar. Долгосрочное стрессирование в течение 15 дней оказывает достоверное влияние только на крыс линии ВП1 подавляя процесс возникновения разрывов ДНК в гиппокампе и среднем мозге и не вызывая его существенного изменения в коре головного мозга животных.

Полученные данные позволили нам сформулировать гипотезу дифференциальных постстрессорных модификаций хромосом, согласно которой различные паттерны эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов, зависящий как от базовой генетически детерминированной возбудимости нервной системы, так и от структурно-функциональных параметров конкретных нейронов лежат в основе

синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и неврозоподобных состояний. Основные положения этой гипотезы получили подтверждение в наших экспериментах при исследовании влияния ЭБС на уровень однонитевых разрывов ДНК в одиночных нейронах разных отделов головного мозга селектированных линий крыс и в экспериментах на тех же лнннлх крыс и при аналогичных способах невротизации в ходе исследования характеристик хроматина (Дюжикова и др., 1996,1997), а также на модели пренаталыюго стресса при изучении динамики уровня хромосомных аберраций в нервной системе эмбрионов ( Вайдо и др.,1998). ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог полученным данным, отметим, что для решения задач, стоящих перед генетикой поведения, перспективным является подход генетического выделения порогового уровня возбудимости как базового параметра ФСНС. Предложенный нами набор из 4-х линий крыс, является адекватной моделью для изучения генетически детерминированных связей между функциональным состоянием нервной системы, деятельностью мозга и поведением.

Показано, что реализация широкого спектра индивидуальных и социальных особенностей инстинктивного поведения животных, процессов обучения и памяти, фундаментальные характеристики функционирования мозга в существенной степени определяются базовой генетически детерминированной возбудимостью нервной системы. Тем самым представления И.П.Павлова, Л.В.Крушанского, М.Е. Лобашева о роли тонуса ЦНС, общей возбудимости нервной системы, возбудимости подкорковых центров в реализации поведения получают дальнейшее подтверждение с использованием генетических методов и при прямой оценке возбудимости нервной системы. Приобретает черты реальности и гипотеза Меннинга о роли возбудимости нервных центров в микроэволюционных процессах. В качестве возможных перспектив дальнейших исследований могут быть выделены две основных. В последнее десятилетие развитие методической базы генетики позволило значительно усовершенствовать методы генетического картирования. В частности использование QTL (quantitative traits locus analysis) метода позволяет локализовать с помощью микросаггелитных маркеров, которых для крыс известно более 5000 , олигогены, отвечающие за основную долю изменчивости по тому или иному количественному признаку. Картированные гены могут быть клонированы и секвеиированы.что позволит с достаточно высокой вероятностью судить о тех структурных белках и ферментах, которые они детерминируют. Реализация этого подхода на селектированных пиниях в рамках функциональной геномики будет способствовать детальному анализу нормального и патологического поведения, контролируемого генетически детерминированной возбудимостью нервной системы и заполнению генетической карты R.norvegicus- основного объекта исследований нейрофизиологов и этологов.

Существенное развитие может получить и гипотеза о дифференциальных постстрессорных структурных модификациях хромосом. В настоящее время эпигенетические, происходящие под влиянием средовых воздействий, модификации генома служат объектом пристального внимания исследователей. Они классифицируются на этшмутагенегические и эпигенетические в узком смысле слова, причем под последними понимаются процессы не изменяющие структуру нуклсо-тидной последовательности ( Мс11еп5спД^Б5,199б; МасРЬее, 1998). Основной акцент при исследовании процессов адаптации делается на изучение экспрессии генов. В то же время события, нарушающие структуру ДНК и широкий класс эпигенетических процессов непосредственно не входящих в цепочку ДНК-РНК-белок, но активно на нее влияющих, непосредственно в нервной системе почти не изучаются. Полученные нами результаты позволяют считать перспективным направление исследований, связанных с оценкой этого класса эпигенетических показателей в разных отделах мозга, при действии разнообразных экстремальных факторов среды и в условиях многообразных парадигм обучения.

ВЫВОДЫ.

Проведена селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости большеберцового нерва. Ход селекции свидетельствует о полигенной детерминации признака и возможности выделения олиго-генов для осуществления генетического анализа возбудимости, параметров ее определяющих и признаков поведения зависящих, от функционального состояния нервной системы в рамках мен-делевской парадигмы. Созданная батарея линий предложена в качестве перспективной модели для экспериментальной разработки генетических аспектов теории функционального состояния нервной системы.

Исследование поведения 4-х линий крыс, моделирующих определенные варианты уровней возбудимости нервной системы в пределах внутрипопуляционпой изменчивое! и позволило продемонстрировать влияние генетически детерминированного ФС11С на вероятность проявления широкого спектра инстинктивных реакций и особенностей поведения: эмоциональности, организации стратегии поведения животных, агрессивности, чувствительности к крику боли другой особн того же вида (альтруизма).

Установлены генетические корреляции между базовым уровнем возбудимости нервной системы и способностью к выработке условных рефлексов в различных методических условиях. Направленность корреляций зависит как от особенностей применяемых методик, так и от диапазона порогов возбудимости в котором эти связи исследуются.

Г енетически детерминированная возбудимость нервной системы определяет паттерн ответа крыс селектированных линий на действие экстремальных факторов. При действии краткосрочного

эмоционально-болевого стресса наблюдается более выраженная реакция гипофизарно-адренокортикальной системы у животных высоковозбудимых линий. Использование стресси-рующих процедур большей длительности (лишение ПФС в течение 24 часов, долгосрочное ЭБС в течение 15 дней) приводит к более существенным изменениям функционирования мозга и поведения у низковозбудимых линий крыс.

5. Последствия воздействия экстремальных факторов сохраняются в течение нескольких месяцев ( до 6 месяцев в наших экспериментах) , что предполагает длительную модификацию генетического аппарата нейронов.

6. Селекция линий крыс по возбудимости большеберцового нерва приводит к однонаправленным изменениям функционального состояния других отделов периферической нервной системы и к аналогичным модификациям возбудимости ЦНС распространяющимся , в основном, на филогенетически более древние подкорковые структуры. Наблюдаемые генерализированные изменения по порогам возбудимости лежат в основе установленных корреляций с особенностями поведения.

7. Вызванные селекцией сдвиги по функциональному состоянию различных отделов нервной системы приводят к изменению функционирования мозга, модифицируя параметры фокальных потенциалов в обонятельной коре, развитие длительной посттетанической потенциащш при действии депрессивных перфузатов там же и влияя на количественные параметры ДПП в нейронах поля САз гиппокампа.

8. Количественные характеристики фракционного состава пептидов, секретируемых клетками срезов обонятельной коры мозга крыс во внеклеточное пространство в покое и его качественные изменения при активации зависят от линейных характеристик нервной системы экспериментального объекта.

9. В соответствии с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов, механизмов сигнальной транедукции, функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов. Эти изменения лежат в основе генетически детерминированный генерализованной изменчивости по ФСНС.

10. Для объяснения долгосрочных эффектов стресса предложена гипотеза дифференциальных пост-стрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов, зависящий как от базовой возбудимости нервной системы, так и от особенностей исследуемых структур ЦНС может лежать в основе синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и нев-

розоподобных состояний. Основные положения этой гипотезы получили подтверждение прн исследовании влияния ЭБС на уровень однонитевых разрывов Д11К в одиночных нейронах разных отделов головного мозга крыс.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Вайдо А.И.. Ситдиков М.Х. Селекция линии крыс по долгосрочному порогу возбудимости нервно-мышечного аппарата.//Генетика, 1979, Т.15, N.1, С.59-62.

2. Дмитриев Ю.С., Вайдо А.И. Исследование некоторых параметров функционального состояния нервной системы и особенностей поведения в связи с их наследственной обусловленностью у ин-бредных линий мышей. Сообщение 1. Анализ наследования порога возбудимости нервно-мышечного аппарата у инбредных линий мышей.// Генетика 1981а, Т.17, N. 2.С.282-290.

3. Дмитриев Ю.С., Вайдо А.И. Исследование некоторых параметров функционального состояния нервной системы и особенностей поведения в связи с их наследственной обусловленностью у инбредных линий мышей. Сообщение 2. Корреляция порога нервно-мышечной возбудимости с некоторыми поведенческими показателями у мышей.// Генетика, 19816,Т. 17, N.2, С.291-297.

4. Вайдо А.И.. Дмитриев Ю.С., Кулагин Д.А.,Ситднков М.Х. Сравнительно-генетический анализ возбудимости нервной системы и некоторых видов двигательной активности у крыс.// Генетика, 1983, Т. 19, N.9, С. 1446-1450.

5.Вайдо А.И.. Енин Л.Д.,Ширяева Н.В. Скорость проведения потенциалов действия по хвостовому и большеберцовому нервам у линий крыс, селектированных по возбудимости нервно-мышечного аппарата. // Генетика, 1985,Т.21 ,N.2, С.262-264.

6.Вайдо А.И., Ширяева Н.В.,Вшивцева В.В.,Лукашин В.Г., Майоров В.Н. Морфологические различия рецепторов кожи низковозбудимых и высоковозбудимых линий крыс.// Архив анат. гист. и эмбриол., 1986, Т.91, N. 12, С.33-37.

7.Ширяева Н.В., Вайдо А.И.. Петров Е.С.,Хофманн Г.Ю.,Забродин И.Ю.,Макарова 'Г.М. Поведение в открытом поле крыс с различным уровнем возбудимости нервной системы. //Журн. ВИД, 1987,Т.37, В.6, С.1064-1069.

8.Вайдо А.И.. Жданова И.В., Ширяева Н.В. Реакция" Эмоционального резонанса " у крыс с разным уровнем возбудимости нервной системы. //Журн. ВИД,1987, Т.31,13.3, С.575-580.

9.Гофман М.А., Вайдо А.И.. Ширяева Н.В. Морфофункциональные различия по щитовидной железе у двух линий крыс.// Пробл. эндокрин. 1987, Т.ЗЗ, N.4, С.57-59.

Ю.Ширяева Н.В., Вайдо А.И.. Вшивцева В.В.,Лукашин В.Г. Структурно-функциональные и метаболические изменения нервной системы у низко- и высоковозбудимых крыс при лишении парадоксальной фазы сна.// Журн.ВНД, 1990, Т.40, В.З, С.518-523.

П.Таранова Н.П.,КленннкоЕа В.А., Вайдо А.И., Ширяева Н.В.,Лопатина Н.Г.,Кулагин Д.А. Влияние нарушений сна на активность АТФ-аз нейронов и глиоцитов гиппокампа у крыс,селектированных по порогу возбудимости нервной системы.// Нейрохимяя,1990, Т.9, N.I.C. 24-31.

12. Ширяева Н.В., Лукашин В.Г., Вшивцева В.В., Вайдо А.И. Структурно-функциональные и метаболические изменения нервной системы у низко- и высоковозбудимых крыс при лишении парадоксальной фазы сна. //Журн.ВНД,1992, T.40,B.3,C.518-523.

13. Ширяева Н.В., Вайдо А.И.. Левкович Ю.И.,Лопатина Н.Г. Поведение в открытом поле невро-тизированных крыс. //Журн.ВНД,1992, Т.42, В.4,С.754-757.

14.Вайдо А.И.. Ширяева Н.В., Хичеико В.И., Любославская П. Н., Старостина М.В. Развитие длительной посттетапической потенциации и изменение содержания белка S-1Q0 в срезах гиппокампа крыс с различным функциональным состоянием нервной системы.// Бюлл. экспер.биол.и мед.,1992,T.I 13,N.6,C.645-648.

15. Глущенко 'Г.С., Ширяева Н.В., Вайдо А.П.. Лопатина Н.Г., Таранова Н.П.,Кудрявцева И.Н. Активность Na* и К+-АТФ-азы в структурах головного мозга невротизированиых крыс, различающихся по порогу возбудимости нервной системы. // Физиол. журн. СССР, 1992, Т. 78, N.2, С.71-77.

16. Глущенко Т.С., Вайдо А.И.. Ширяева Н,В., Таранова П.П., Лопатина Н.Г. Влияние длительной невротизации на содержание опиоедных пептидов в различных отделах головного мозга крыс,селектированных по порогу возбудимости нервной системы. // Биол.мембраны, 1992, Т.9, N.10-11, С.1096-1098.

17.Шарагина Л.М., Савватеева Е.В., Вайдо А.И.. Ширяева Н.В.,Алехина Т.А.,Лопатина Н.Г. Состояние системы вторичных посредников головного мозга крыс различных лшшй в норме и после певротизации.// Биол.мембраны, 1992, Т.9, N 10-11, С. 1102-1105.

18. Ширяева Н.В., Вайдо А.И.. Лопагана Н.Г.,Кулагин Д.А., Глущенко Т.С.,Таранова Н.П. Дифференциальная чувствительность к невротизирующему воздействию линий крыс,различающихся по порогу возбудимости нервной системы. Журн. ВНД, 1992, Т.42, В.1, С.137-143.

19. Vavdo АЛ., Shiryaeva N.V., Lopatina N.O. Divergency of reactivity to long-term stressing of rat lines selected to the functional states of the nervous system. // Behavior Genetics, 1993, v.23, N.499-503.

20. Алехина T.A., Вайдо А.И.. Ширяева H.B.,Лопатина Н.Г. Общие характеристики поведения крыс, селекционированных по длительности пассивно-оборонительной реакции и порогу нервао-мышечной возбудимости. //Журн.ВВД, 1994, Т.44, В. 3, С.597-603.

21. Дмитриева Н.И.,Идрисова Д.А., Вайдо А.И.. Ширяева П.В.,Арутюнян H.A. Лопатина Н.Г.,Шаляпина В.Г. Морфофункциональные показатели щитовидной железы в отдаленные сроки

после длительного стрессирования у линий крыс.сслектиронянных по возбудимости нервной системы.// Пробл-эвдок. 1994, Т.40, N.l, С.50-51.

22. Ефимов С.В., Вайдо А.И.. Ширяева И.В., Шаляпина 11.Г. Ппококортикоидные рецепторы в гиппокамне у крыс с разной возбудимостью нервной системы. // Физиол. журн. СССР. 1994, Т.80. N.11, С.51-55.

23. Вайдо А.И..Вшивцева В.В.,Ширяева Н.В.,Лукашин В.Г.,Замураев ИЛ!. Структурные и метаболические изменения в периферической нервной системе низко- я высоковозбудимых крыс спустя разные сроки после окончания невротизнруюшего воздействия. // Журн. ВИД , 1994, Т. 44, В.6, С. 1137-) 139.

24. Алехина Т.А.,Шульга В.А.,Лопатина Н.Г.,Шнряева II.В.. Вайдо А.И. Нейрогормональные характеристики крыс селекционнроватшых по длительности пассивно-оборонительной реакции и порогу нервно-мышечной возбудимости.//Журн.ВНД, 1994. Т.44, В.4-5, С.837-841.

25. Vaido A.I..Mokrushin A.A.,Karpova l.V.Basis neurophysiological characteristics of the olfactory cortex slices in rat lines selected for the excitability of the nervous system.// J. of Neuroscience methods

1994, P.23.N.3.C.113.

26. Ширяева H.B.,Семенова С.Г., Вайдо А.И.. Лопатина Н.Г. Особенности эффектов морфина и налоксона у линий крыс,различающихся но порогу возбудимости нервной системы.// Журн.ВИД,

1995,Т.45, В.5, С.976-980.

27. Vaido A..Mokrushin A. Neurophysiological characteristics of the olfactory cortex slices in rat lines selected for the excitability of the nervous system.// Abstr.Fourth 1BRO Congress of Neuroscience 9-14 July Kyoto, Japan, 1995.BL.77, P.169.

28. Ширяева H.B., Вайдо А.И.. Лопатина Н.Г. Влияние невротизации спустя длительные сроки после ее окончания на поведение крыс, различающихся по возбудимости нервной системы.// Журн.ВНД, 1996,Т.46, В.1, С.157-162.

29. Дюжикова Н.А.,Быковская 1I.B.. Вайдо А.И.. Ширяева Н.В.,Лопатина И..Г.,Шварцман П.Я. //Частота хромосомных нарушений, индуцированных однократным стрессорным воздействием у крыс селектированных по возбудимости нервной системы // Гемстнка. 1996.T.32.N.6.C.851-853.

30. Быковская Н.В.,Дюжикова Н.А., Вайдо Ail.. Лопатина Н.Г., Шварцман П.Я. Частота хромосомных аберраций индуцированных стрессорным воздействием и циклофосфаном в клетках костного мозга крыс,селектированных по порогу возбудимости нервной системы.// Генети-Ka,1995,T.30,N.9, С.1224-1228.

31. Vaido А.1.. Mokrushin А.А. Peculiarities of LTD/LTP development in olfactory cortex slices of rat lines selected for different nervous system excitability// Abstr.l 1BRO-FAONS Congress. 1996, P. 33.

32. Райзе Т.Е., Ширяева Н.В., Вайдо А.И. Изменение метаболизма фосфоинозитидов в мозгу крыс,различающихся по порогу нервно-мышечной возбудимости,при иевротизирующем воздействии и при действии антиоксиданта.//Рос.физиол.журн.1997, T.83,N,3, С.122-128.

33.Gerassimova I.F., Fletov М.А., Vavdo A.I.. Tolstukhina T.L. Phospholipid composition of brain synaptosomes in the high-and low-excitable rats.// Abstr.Sat.Symp. of the 33 Intem-Congress of Physiol.Sciences . St.Petersburg,1997, P. 16.

34. Дюжикова H.A., Вайдо А.И.. Ширяева Н.В.,Нилова Н.С. Влияние краткосрочного эмоционально-болевого стресса на частоту хромосомных нарушений, уровень кортикостероидов и содержание продуктов перекисного окисления липидов в костном мозге крыс в связи с особенностями возбудимости нервной системы // В сб.: Современные концепции эволюционной генетики Новосибирск, 1997.СЗ 1-33.

35.DvuzhikovaN.A..Vaido A.I.. Levlcovich Yu.I.,Lopatina N.G., Tokmacheva E.V., Shiryaeva N.V. Structural-functional organization of chromosomal apparatus in connection with genetically determined excitability of the nervous system // Abstr.Satell.symp. of the XXXIII Int.Congi. Physiol.Sci.,St.Petersburg, 1997.P. 11.

36. Shiryaeva N.V., Vaido A.I.. Vsliivtscva V.V. Short-term female stress and cytogenetics traits of hyp-pocampus of rat lines embryos with different nervous system excitability // Europ.J.of Neu-rusci.1998. V. 10.Supp. 10.,P.9.

37. Vaido A.I.. Mokrushin A.A., LTD/LTP of oliactory cortex slices of rat lines sciected for different nervous system excitability.// Abstr.Forum of Europ. Neurosci. 1998, Berlin, V.10.,Supp.l0 P.63.

38. Ордян Н.Э., Вайдо А.И.Ракицкая B.B.,Ширяева Н.В.,Проймина Ф.И. .Лопатина Н.Г.,Шаляпина В.Г. Функционирование гипофизарно-адренокортикальной системы у крыс, селектированных по порогу чувствительности к электрическому току. Бюл, экспер. биол.и мед. 1998, Т.4.С.443-445.

39.Дюжикова Н.А., Ширяева Н.В., Вайдо А.И.. Вшивцева В.В.,Лопатина Н.Г., Левкович Ю.И. Пролиферативная активность и особенности структурно-функциональной организации хромосом в клетках развивающегося мозга в связи с генетически детерминированной возбудимостью нервной системы крыс.//Рос.физиол.журн. 1999, Т.85, N. 1. С.93-98.

40. Vaido A.I- Dyuzhikova N.A., Shiryaeva N.V.,Sokolova N.E.,Lopatina N.G. Mechanisms of epige-netic regulation of functioning brain and behavior.// Abstr. Intern.Symp. dedicated I.Pavlov's 150-anniversary. Mechanisms of adaptive behavior 7-9 dec. St.Petersburg, 1999 P.76.

Подписано в печать 10. 02 .2000. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. псч. л. 2,09. Тираж 100 экз. Заказ № 38.

ЦОП типографии Изд-ва СПбГУ. 199034, С-Петербург, наб. Макарова, 6.

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Вайдо, Александр Иванович

СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2 .1. Характеристика линий крыс,различающихся по возбудимости большеберцового нерва (п.tibialis).

2.2.Исследование поведения крыс с помощью метода "открытого поля".

2.3. Метод оценки агрессивности вызванной раздражительностью.

2 . 4 . Исследование социального (альтруистического) поведения методом "эмоционального резонанса".

2.5. Метод выработки условного рефлекса активного избегания.

2.6. Метод выработки условного рефлекса пассивного избегания.

2. 7. Метод лишения парадоксальной фазы сна.

2.8. Метод неизбегаемого эмоционально-болевого стрессирования.

2.9. Метод исследования "тревожности".

2.10.Метод определения порогов возбудимости и скорости проведения потенциалов действия в большеберцовом (п. tibialis) и хвостовом п. caudalis) нервах.

2.11.Метод определения порогов возбудимости ретикулярной формации среднего мозга.

2.12.Метод определения базисных нейрофизиологических характеристик обонятельной коры мозга крыс.

2.13.Метод оценки длительной посттетанической потенциации в срезах гиппокампа крыс,

2.14.Метод оценки Са -зависимого транспорта ионов К в эритроцитах крыс.

2.15.Метод определения фосфолипидного состава синаптических мембран головного мозга крыс.

2.16.Метод определения активности АТФ-аз в нейронах и глиоцитах поля СА3 гиппокампа у крыс.

2.17.Метод определения содержания кальмодулина в различных отделах головного мозга крыс.

2.18.Метод оценки содержания моноаминов в мозге крыс.

2.19.Определение содержания трийодтиронина и тироксина в сыворотке крови крыс.

2.20.Определение содержания кортикостерона в плазме крови крыс.

2.21.Метод фракционирования пептидов ,выделяющихся в межклеточное пространство мозга.

2.22.Метод определения одиночных разрывов ДНК в структурах головного мозга крыс.

2.23.Статистическая обработка результатов.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1.СЕЛЕКЦИЯ ЛИНИЙ КРЫС ПО ВОЗБУДИМОСТИ БОЛЫПЕБЕРЦО-ВОГО НЕРВА.

3.2.ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СВЯЗЕЙ

МЕЖДУ ВОЗБУДИМОСТЬЮ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ И ОСОБЕННО СТЯМИ ПОВЕДЕНИЯ СЕЛЕКТИРОВАННЫХ ЛИНИЙ КРЫС В НОРМЕ И ПРИ СТРЕССЕ.

2.1.Поведение селектированных линий крыс в тесте "открытого поля" в различных методических ус ловиях.

2.2.Исследование выработки условного рефлекса активного избегания

2.3.Исследование агрессивности, вызванной раздражительностью (irritable aggression), у селектированных линий крыс.

2.4.Исследование социального поведения методом "эмоционального резонанса".

2.5.Влияние лишения парадоксальной фазы сна на сохранение условного рефлекса пассивного избегания у селектированных линий крыс.

2.6.Исследование влияния неизбегаемого эмоциональноболевого стресса на поведение крыс селектированных линий сразу и в отдаленные сроки после воздействия.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗБУДИМОСТИ В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОЗГА У ЛИНЕЙНЫХ КРЫС.

3.1. Возбудимость и скорость проведения потенциалов действия в большеберцовом и каудальном нервах.

3.2. Возбудимость ретикулярной формации среднего мозга линейных крыс.

3. Результаты определения межлинейных различий по порогам активности пре- и постсинаптических структур обонятельной коры.

4. Анализ фокальных потенциалов в срезах обонятельной коры мозга крыс.

5. Анализ влияния на фокальные потенциалы срезов обонятельной коры крыс тетанизации латерального обонятельного тракта и перфузатов, собранных со срезов-доноров с разным фунциональным состоянием.

6. Исследование феномена длительной посттетаниче-ской потенциации в гиппокампе в норме и после длительного эмоционально-болевого стрессирова-ния.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН, ПРИВЕДШИХ К ДИВЕРГЕНЦИИ ЛИНИЙ КРЫС ПО ВОЗБУДИМОСТИ.

1. Влияние селекции по возбудимости нервной системы на кальций зависимый транспорт ионов калия в эритроцитах селектированных линий крыс.

2. Фосфолипидный состав синаптических мембран головного мозга линейных крыс.

3. Изучение активности АТФ-аз в пирамидных нейронах поля СА3 гиппокампа и в перинейрональных сателлитных глиоцитах у крыс селектированных линий.

4.Исследование содержания кальмодулина в гиппокампе крыс селектированных линий.

3.4.5.Исследование содержания моноаминов в различных отделах мозга крыс

3.4.6.Содержание трийодтиронина,тироксина и кортикостерона в плазме крови селектированных линий крыс.

3.4.7.Исследование пептидов, выделяющихся в межклеточное пространство мозга и модулирующих процессы ДПП/ДПД.

3.5. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТРИГГЕРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНУЮ СТРЕССОРНУЮ МОДИФИКАЦИЮ ПОВЕДЕНИЯ У КРЫС.

3.5.1. Изменение возбудимости периферической нервной системы в условиях длительного стресса различной модальности.

3.5.2.Изменение активности гипофизарно-надпочечни-ковой системы в условиях однократного эмоционально-болевого стресса.

3.5.3.Исследование однонитевых разрывов ДНК в структурах головного мозга стрессированных крыс.

Глава 4 . ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы"

Актуальность проблемы.

Одной из основных задач биологии является изучение генетической изменчивости - фундаментального механизма эволюционного процесса. Учитывая то, что отбор в конечном счете идет по поведению, исследования в области генетики поведения способны внести существенный вклад в расшифровку механизмов эволюции в результате детального исследования цепи событий ведущих от гена к поведению и исчерпывающего объяснения природы наследственных индивидуальных (типологических) различий. Адекватным методом для такого рода исследований является разложение исходных популяций на отдельные линии, различающиеся по поведению с последующим их тщательным комплексным анализом. При этом отбор по промежуточным переменным с ясной физиологической основой определяющим функционирование мозга предпочтительнее прямого отбора по поведению, поскольку позволяет изучать механизмы наследственной изменчивости адаптивных процессов на основе целенаправленной стратегии. При анализе функционирования нервной системы различают три основных понятия: процесс, структуру и состояние( Соколов,1975 ). Процесс следует рассматривать как нейродинамический эквивалент поведения, не только одновременный ему, но и составляющий с ним 8 единое целое. Под структурой можно понимать совокупность определенного числа нейронов связанных конкретным образом. Понятие функционального состояния нервной системы чаще всего определяется как фон, на котором развиваются поведенческие акты животных и человека и соответствующие им процессы. Несомненно, что состояние зависит прежде всего от конкретных характеристик элементов и связей, входящих в ту или иную распределенную систему и должно оцениваться с помощью структурно-функциональных свойств нейронов и синапти-ческих соединений. Одним из важнейших показателей ФСНС является возбудимость, существенная роль которой в реализации нормального и патологического поведения впервые была подчеркнута И.П.Павловым.

Несомненный приоритет по исследованию влияния общей возбудимости нервной системы на формирование поведенческих актов с применением методов генетики принадлежит Л.В.Крушинскому (1938,1960).По инициативе М.Е. Лобашева в нашей стране была начата работа по исследованию влияния генетического полиморфизма по возбудимости на изменчивость по поведению объектов разного филогенетического уровня развития. Многочисленными исследованиями был достигнут значительный прогресс в понимании генетически детерминированных связей ФСНС с различными аспектами поведения, сформулирована гипотеза нейроэндокринной регуляции реализации генетической информации (Пономаренко, 1975) , в рамках пред9 ставлений М.Е.Лобашева(1967) о системном контроле генетических процессов. Вместе с тем нормальный поведенческий репертуар поведения животных,связанный с возбудимостью нервной системы исследован далеко не полно. Практически не изучены генетические корреляции ФСНС с реакцией животного организма на действия экстремальных факторов и длительность ее сохранения. Не выяснено влияние возбудимости нервной системы на работу мозга и не ясна степень генерализованности генетических влияний на ФСНС различных отделов нервной системы. Мало что известно о молекулярно-клеточных и гормональных механизмах, изменение которых в ходе отбора способно модифицировать исходную возбудимость и создать предпосылки для трансформации функционирования мозга и поведения. И наконец, не известно влияние ФСНС на протекание эпигенетических процессов непосредственно в нервной системе, лежащих в основе адаптации. Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи исследования.

Цель работы- исследование генетически детерминированных связей базового параметра функционального состояния нервной системы - возбудимости с особенностями поведения крыс в норме и при действии экстремальных факторов.

Задачи исследования состояли в следующем:

1. Создать модель для изучения генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением, отвечающую современным требованиям к точности постановки эксперимента.

2.Проанализировать у 4-х селектированных по возбудимости нервной системы линий крыс возможно более широкий набор инстинктивных (индивидуальных и социальных) особенностей поведения, включающих как уже изученные на других объектах признаки, так и новые, связь которых с ФСНС не известна.

3. Оценить с использованием созданной модели способности к обучению в широком диапазоне градаций возбудимости нервной системы практически полностью перекрывающих существующую изменчивость по этому признаку в исходной популяции крыс линии Wistar.

4.Изучить паттерн реакций селектированных линий крыс на действие экстремальных факторов, обращая особое внимание на длительность сохранения наблюдаемых изменений .

5.Исследовать степень генерализованности изменений возбудимости в различных отделах нервной системы в ходе селекции и их влияние на особенности функционирования мозга.

6.Проследить влияние отбора на молекулярно-клеточные и гормональные параметры,изменение которых способно модифицировать исходную возбудимость.

7.Предпринять анализ некоторых триггерных механизмов опосредующих влияние возбудимости на дифференциальную адаптацию крыс в условиях стресса и длительность сохранения наблюдаемых альтераций поведения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Для решения задач, стоящих перед генетикой поведения, перспективным является подход генетического выделения возбудимости в качестве промежуточной переменной критичной для реализации многих поведенческих признаков. Возбудимость рассматривается в качестве базового параметра функционального состояния нервной системы. Для нее характерна полигенная детерминация при принципиальной возможности выделения олигогенов, что открывает перспективы для генетического анализа этого и связанных с ним признаков в рамках менделев-ской парадигмы. Адекватной моделью для изучения генетически детерминированных корреляций между ФСНС, функционированием мозга и поведением, способствующей пониманию механизмов адаптации и эволюционного процесса является набор из четырех линий крыс, селектированных по возбудимости нервной системы.

2. Реализация широкого спектра индивидуальных и социальных особенностей инстинктивного поведения крыс, организация процессов обучения и памяти, фундаментальные характеристики функционирования мозга в существенной степени определяются базовой генетически

12 детерминированной возбудимостью нервной системы. Дифференциальная экспрессия "генов возбудимости" в различных отделах мозга может являтся основой существования общих и частных свойств нервной системы. Генетически детерминированный полиморфизм по ФСНС оказывает значительные влияния на адаптацию организма к действию экстремальных факторов среды, а крайние варианты нормы в пределах существующей внутрипопуляци-онной изменчивости могут рассматриваться как факторы риска при возникновении неврозоподобных состояний.

3. Конгруэнтно с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов, механизмов сигнальной трансдукции, функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов, что с одной стороны объясняет конкретные механизмы селекции крыс по возбудимости нервной системы, а с другой открывает широкие возможности для детального целенаправленного, комплексного анализа процессов специфической и неспецифической адаптации, определяемой ФСНС.

4. Существенную роль в долгосрочных эффектах стресса играют эпигенетические модификации генома. Дифференциальные изменения структуры хромосом в нейронах раз

13 личных отделов мозга, интенсивность которых определена генетическим компонентом возбудимости, способны влиять на протекание основных матричных процессов, модифицируя экспрессию генов, и приводить к нарушению гармоничного функционирования мозга, вызывая синдром дезинтеграции, лежащий в основе невротических и нев-розоподобных состояний.

Научная новизна.

1.Впервые проведена успешная селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости большеберцового нерва и создана адекватная, отвечающая современным требованиям к точности эксперимента, модель для разработки генетических аспектов теории ФСНС и детального анализа генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением.

2.Анализ генетических связей возбудимости с эмоциональностью и способностью к обучению при оборонительном подкреплении проводившийся ранее на других объектах не только подтвердил наличие корреляций между исследованными признаками, но и впервые позволил установить, что их направленность зависит от величины диапазона порогов возбудимости используемой в эксперименте. В ходе исследований были получены оригинальные данные о влиянии ФСНС на показатели "психотицизма"( по терминологии Айзенка ) животных - агрессивность и чувствительность к крику

14 боли другой особи, а также на организацию стратегии поведения линейных крыс в условиях стресса. 3.Получены приоритетные данные о влиянии возбудимости нервной системы на паттерн поведения крыс при стрессе и длительность возникающих изменений ответных реакций.

4.Оценка параметров ФСНС в различных отделах нервной системы как периферических, так и центральных показала, что изменения порогов возбудимости имеют генерализованный однонаправленный характер во всех изученных отделах за исключением обонятельной коры.

5.Впервые установлено влияние селекции по возбудимости нервной системы на базовые особенности функционирования центральной нервной системы: параметры ФП, особенности развития процессов ДПП/ДПД в различных отделах мозга и фракционный состав гуморальных факторов пептидной природы модулирующих развитие пластических процессов в мозге.

6.Для объяснения долгосрочных эффектов стресса сформулирована гипотеза дифференциальных пост-стрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов может вносить существенный вклад в развитие синдрома дезинтеграции, лежащего в основе патогенеза неврозоподобных состояний. Возбудимость нервной системы оказывает значительное влияние на этот

15 процесс, определяя его качественные характеристики и индивидуальные различия объектов. Получены первые экспериментальные доказательства, подтверждающие гипотезу, при изучении уровня однонитевых разрывов ДНК в различных отделах мозга крыс, различающихся по возбудимости нервной системы.

Теоретическое и практическое значение работы.

Работа посвящена важной и малоисследованной проблеме - изучению генетических корреляций возбудимости нервной системы с особенностями поведения в норме и патологии. Исследование имеет междисциплинарный характер, выполнено на стыке этологии, физиологии, ней-рохимии и генетики, что и определяет возможности применения результатов в различных областях.

16 факторов, что позволило сформулировать и экспериментально обосновать гипотезу о дифференциальных пост-стрессорных модификациях хромосом лежащих в основе дезинтеграции функционирования мозга при неврозах. Расширение этой гипотезы создает основу для развития нового направления по изучению эпигенетических механизмов специфической и неспецифической адаптации. Результаты комплексного исследования линий крыс, позволившие обнаружить широкий спектр различий на всех уровнях от молекулярного до организменного открывают широкие возможности для детального генетического анализа полигенной системы детерминирующей возбудимость и связанные с ней признаки с помощью современных методов генетического анализа с использованием микроса-телитных маркеров. Продолжение исследований на созданной батарее линий по изучению влияния экспериментальных факторов несомненно имеют и прикладное значение так как будут способствовать разработке методов коррекции патологических состояний с контролем базовых генетических механизмов лежащих в основе их патогенеза .

Полученные данные вошли в руководство по физиологии (Физиология поведения. Нейробиологические закономерности. Л.: Наука. 1987,с. 9-59.) и могут быть использованы при чтении лекций по курсу "Генетика поведения" на кафедре генетики биолого-почвенного факуль

17 тета Санкт-Петербургского государственного университета.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации были представлены и доложены на: 2 6, 27, 28 Всесоюзных совещаниях по ВИД ( Ленинград 1978,1984,1989 ), 4-5-м Съездах Всесоюзного общества Генетиков и Селекционеров им. Н.В. Вавилова (Кишинев,1981;Москва,1987),14-м Международном генетическом конгрессе ( Москва, 1978 ) , 19-20-м съездах физиологического общества им. И. П. Павлова ( Баку, 1983; Кишинев,1987 ), Симпозиуме "Стресс, адаптация и функциональные нарушения" ( Кишинев,1981 ) , 4-й Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов"(Москва, 1985), 4-м Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1986 ), Международном совещание "Онтогенетические и генетико-эволюционные аспекты нейроэндокринной регуляции стресса"( Новосибирск, 1988 ), Всесоюзных Симпозиумах "Медиаторы и поведение" и "Медиаторы в генетическом контроле поведения" (Новосибирск, 1986,1988 ), Всесоюзном Совещании "Коммуникативные механизмы регуляции структуры сообществ млекопитающих" ( Москва, 1988 ) , Всесоюзной конференции "Сравнительная физиология ВНД человека и животных" ( Москва, 1988), 24-м Международном Симпозиуме по биологическим моделям ( Прага, 1988 ), Всесоюзной конференции

Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффек-торные клетки" (Суздаль,1989 ), Школе по генетике и селекции животных ( Бийск,1989 ), Международном Симпозиуме "Механизмы памяти и научения"(Магдебург,1990), конференции "Принципы и механизмы деятельности мозга" ( Ленинград, 1990 ) , 3-й Всесоюзной конференции по нейронаукам ( Киев, 1990 ) , Международном конгрессе по патофизиологии ( Москва, 1991 ) , конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" ( Москва, 1991 ) , Международном Симпозиуме "Физиология гипофи-зарно-адренокортикальной системы"( Ленинград, 1991 ) , 4-й Всесоюзной конференции "Эндокринные системы и вредные факторы окружающей среды" ( Иваново,1991 ), Всесоюзном Симпозиуме "Условный рефлекс в системе нейронаук"( Ленинград,1991),Four-IBRO World Congress of Neuroscience, Kyoto, Japan,1995, First FEPS Congres ( Maastricht, 1995 ) , конференции "Физиологические механизмы развития экстремальных состояний" ( Санкт-Петербург,1995 ), 11-м Международном Совещании по эволюционной физиологии ( Санкт-Петербург,1996 ), 1 IBRO-FAONS Congress ( Thailand, 1996 ),конференции "Современные концепции эволюционной генетики"( Новосибирск, 1997 ),33-м Международном Конгрессе по физиологическим наукам( Санкт-Петербург, 1997 ) , Forum of Europ.of Neuroscience(Berlin,1998),Физиологическом Съезде ( Ростов на Дону, 1998 ) , Международном Симпо

19 зиуме, посвященном 150-летию И.П. Павлова "Молекуляр но-генетические механизмы адаптивного поведения" ( Санкт-Петербург, 1999),2-м Съезде Вавиловского об щества генетиков и селекционеров (Санкт

Петербург,2000).

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Вайдо, Александр Иванович

выводы

1.Проведена селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости большеберцового нерва. Ход селекции свидетельствует о полигенной детерминации признака и возможности выделения олигогенов для осуществления генетического анализа возбудимости, параметров ее определяющих и признаков поведения зависящих от функционального состояния нервной системы в рамках менделевской парадигмы. Созданная батарея линий предложена в качестве перспективной модели для экспериментальной разработки генетических аспектов теории функционального состояния нервной системы.

2.Исследование поведения 4-х линий крыс, моделирующих определенные варианты уровней возбудимости нервной системы в пределах внутрипопуляционной изменчивости позволило продемонстрировать влияние генетически детерминированного ФСНС на вероятность проявления широкого спектра инстинктивных реакций и особенностей поведения: эмоциональности, организации стратегии поведения животных, агрессивности, чувствительности к крику боли другой особи того же вида (аль труизма).

3.Установлены генетические корреляции между базовым уровнем возбудимости нервной системы и способностью к выработке условных рефлексов в различных методических условиях. Направленность корреляций

164 зависит как от особенностей применяемых методик, так и от диапозона порогов возбудимости, в котором эти связи исследуются.

4.Генетически детерминированная возбудимость нервной системы определяет паттерн ответа крыс селектирован ных линий на действие экстремальных факторов.При действии краткосрочного эмоционально-болевого стресса наблюдается более выраженная реакция гипофи зарно-адренокортикальной системы у животных высоковозбудимых линий. Использование стрессирующих процедур большей длительности (лишение ПФС в течение 24 часов, долгосрочное ЭБС в течение 15 дней) приводит к более существенным изменениям функционирования мозга и поведения у низковозбудимых линий крыс.

5.Последствия воздействия экстремальных факторов сохраняются в течение нескольких месяцев (до 6 месяцев в наших экспериментах), что предполагает длительную модификацию генетического аппарата нейро нов.

6.Селекция линий крыс по возбудимости большеберцового нерва приводит к однонаправленным изменениям функционального состояния других отделов периферической нервной системы и к аналогичным модификациям возбудимости ЦНС распространяющимся, в основном, на филогенетически более древние подкорковые структуры. Наблюдаемые генерализирован

165 ные изменения по порогам возбудимости лежат в основе установленных корреляций с особенностями поведения

7.Вызванные селекцией сдвиги по функциональному состоянию различных отделов нервной системы приводят к изменению функционирования мозга, модифицируя параметры фокальных потенциалов в обонятельной коре, развитие длительной посттетанической потенциации при действии депрессивных перфузатов там же и влияя на количественные параметры ДПП в нейронах поля САз гиппокампа.

8.Количественные характеристики фракционного состава пептидов, секретируемых клетками срезов обонятельной коры мозга крыс во внеклеточное прстранство в покое и его качественные изменения при активации зависят от линейных характеристик нервной системы экспериментального объекта.

9.В соответствии с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов,механизмов сигнальной транс-дукции,функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов . Эти изменения лежат в основе генетически детерминированной генерализованной изменчивости по ФСНС.

166

10.Для объяснения долгосрочных эффектов стресса предложена гипотеза дифференциальных постстрессор ных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов, зависящий как от базовой возбудимости нервной системы, так и от особенностей исследуемых структур ЦНС может лежать в основе синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и неврозоподобных состояний. Основные положения этой гипотезы получили подтверждение при исследовании влияния ЭБС на уровень однонитевых разрывов ДНК в одиночных нейронах разных отделов головного мозга крыс.

167

Глава 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одной из основных задач биологии является изучение генетической изменчивости-базисного механизма эволюционного процесса.Теория естественного отбора возникла на широком фундаменте практической селекции. Учитывая то,что отбор в конечном счете идет по поведению, исследования в области генетики поведения способны внести существенный вклад в расшифровку механизмов эволюции в результате детального исследования цепи событий ведущих от гена к поведению и исчерпывающего объяснение природы наследственных,индивидуальных различий. Селекция лабораторных животных по поведению может быть использована для понимания процессов микроэволюции. Этот термин применяют для описания наиболее ранних этапов дивергенции между популяциями. Существуют теоретические попытки связать изменения в поведении,обусловленные микроэволюцией групп с генетическими модификациями возбудимости нервной системы. Так, согласно Меннингу(1982) при сравнении поведения животных близких видов,как правило,можно обнаружить у них сходные комплексы фиксированных действий . Эти комплексы гомологичны-все они восходят к общему предку. Однако под действием отбора они изменяются по разному. Наиболее часто эти изменения затрагивают, во-первых частоту выполнения комплексов действий и,во-вторых, их форму. Подобная трансформация мо

150 жет иметь количественный характер и предположительно связана с изменениями в порогах реакций.Сходную позицию применительно к эволюционным преобразованиям механизмов коммуникации занимает Е.Н.Панов(1978). Следует отметить, что описанные выше теоретические соображения о роли генов, влияющих на пороги возбудимости в микроэволюционном процессе,создающим поразительное многообразие комплексов фиксированных действий в результате накопления малых количественных изменений, не имеет достаточных экспериментальных подтверждений. Наиболее адекватным методом в этом случае является селекция по возбудимости нервной системы, сопровождаемая дополнительным отбором по плодовитости, с последующим анализом возникших различий по поведению. Такой подход наиболее приближен к реальному микроэволюционному процессу с тем отличием,что оценка адаптивности,полезности происходящих изменений осуществляется не природой, а экспериментатором. Важным моментом для доказательства гипотезы является наличие генетически детерминированной связи между возбудимостью и поведением. Проведенная нами селекция четырех линий крыс привела к накоплению генетических различий по полигенной системе,детерминирующей возбудимость. В результате этого в порядке коррелятивной изменчивости происходит появление межлинейных различий по особенностям функционирования мозга и поведения, и таким образом гипотеза Меннинга о роли возбу

151 димости нервных центров в микроэволюционных процессах приобретает черты реальности.Безусловно она нуждается в дальнейшей как экспериментальной,так и теоретической разработке, поскольку вряд ли возможно изолированное изменение отдельного типа реакций связанных с возбудимостью нервных центров. Скорее всего будет наблюдаться скореллированное очень сложное изменение как нормальных,так и патологических форм поведения, подлежащее оценке естественным отбором.

Вопрос о корреляциях был и остается одним из традиционных в эволюционном учении.В связи с полученными нами данными целесообразно вспомнить теоретические представления И.Й.Шмальгаузена(1969) о роли корреляций в онтогенезе и эволюции,развитые по отношению к морфологическим признакам. Было выделено три типа корреляций:геномные,морфогенетические и эргонтиче-ские. Геномные корреляции представляют зависимости в формировании частей,обусловленные наследственными факторами развития и основаны на взаимодействии и сцеплении генов в генотипе и плейотропии. Морфогенетические корреляции это взаимозависимости в эпигенетических факторах индивидуального развития, при которых изменение одной части с необходимостью влечет за собой определенные изменения в других частях развивающегося организма. Они основаны на взаимодействии клеток или частей друг с другом в процессе их дифференциации в эмбриогенезе. Геномные и морфогенетиче

152 ские корреляции подвергаются шлифовке эргонтическими, функциональными корреляциями,при помощи которых устанавливаются функциональные зависимости между уже сформированными структурами. Предполагается,что геномные корреляции являются основой, на которой в процессе онтогенеза и эволюции вырабатываются и другие формы взаимозависимостей. В наших экспериментах исследовались физиологические связи, для которых генетически детерминированный согласованный морфогенез частей организма является фундаментом и поэтому приведенная выше классификация применима также и к ним.

Исследования,выполненные нами на четырех линиях крыс показали, что плейотропный эффект генов детерминирующих возбудимость нервной системы проявляется по-разному в различных ее частях. Так изменения возбудимости соответствовали направлению отбора по порогам п. tibialis в других частях периферической нервной системы,стволовой части мозга и подкорковых его областях. В тоже время в обонятельной коре межлинейных различий не было. Здесь уместно вспомнить закономерность выявленную при исследовании генетической детерминации ЭЭГ человека ( Мешкова,1981). Оказалось, что наиболее слабые влияния со стороны генотипа на ЭЭГ были продемонстрированы для левой височной области филогенетически нового специфически человеческого образования, являющегося центральным ядром организации речевых функций. Не исключено, что структурно

153 функциональные особенности корковых образований у крыс также в меньшей степени генетически детерминированы. Это положение может относиться, в частности, к области обонятельного мозга, где пролиферативная активность прослеживается на высоком уровне до двух месяцев постнатального развития. Возможно также,что экспрессия генов возбудимости идет в обонятельной коре по пути альтернативного сплайсинга и приводит к иным функциональным последствиям. Так например, если в гиппокампе выраженность длительной посттетаниче-ской потенциации усилена у низковозбудимых крыс, по сравнению с животными противоположного направления селекции, то в обонятельной коре таких различий нет при тетанизации электрическим током,но наблюдаются различия по ДПП при добавлении депрессивных перфуза-тов. В целом можно полагать, что в основе зафиксированных нами межлинейных различий по инстинктивному и условнорефлекторному поведению лежат плейотропные эффекты генов возбудимости на особенности функционирования различных отделов мозга. Судя по всему связь возбудимости с поведением не носит характер простой линейной зависимости, а имеет вид перевернутой и-образной кривой, и для каждого вида поведения существует свой оптимум функционального состояния нервной системы,что соответствует закону Йеркса-Додсона и двум постулатам Лата в отношении неспецифической возбудимости нервной системы. В связи с этим трудно ожи

154 дать простого решения вопроса о связи ДПП с особенностями обучения. Так, например, по нашим данным во-первых существуют особенности ДПП,характерные для разных отделов мозга, и во вторых повышенная способность к проявлению ДПП хотя и соответствует росту скорости выработки УРАИ у низковозбудимой линии,но сопровождается снижением способности к обучению с пищевым подкреплением и к сохранению УРПИ.

Кроме изменения количественных характеристик и вероятности проявления нормальных форм поведения селекция по возбудимости повлияла и на процессы адаптации животных к влиянию экстремальных средовых воздействий.

По литературным данным низкое общее функциональное состояние мозга способствует развитию или углублению патологических состояний (Хананашвили,1978). Как правило модуляция функционального состояния достигалась путем изменения освещения или с помощью других воздействий на организм. Во всех случаях наряду со специфическими эффектами наблюдали и неспецифический синдром изменений высшей нервной деятельности,который отражает низкое функциональное состояние мозга, трактуемое как астенизация нервной системы. Предполагается, что механизм возникновения невроза при низком уровне общего функционального состояния мозга состоит в трудности перестройки этого уровня на новый более высокий,необходимый для решения тех задач психогенно

155 го характера,которые предъявляются нервной системе в виде условных раздражителей. Факторы астенизации, нарушая механизмы такой перестройки, создают трудности или приводят к невозможности формирования подготовительных процессов,которые обеспечивают адекватное реагирование мозга на новые более сложные психогенные раздражители. Трудность приспособления нервных клеток к новым психогенным воздействям, понижение их работоспособности вследствии перегрузок является конкретной причиной,вызывающей патологию. Психогенный фактор невротизации оказывается лишь стимулом,направляющим патологию в сферу высших нервных функций. Наш подход отличался от вышеизложенного тем,что модуляция функционального состояние нервной системы достигалась с помощью генетических методов.

Результаты проведенных исследований позволили показать, что на острый стресс отвечают более активной реакцией высоковозбудимые крысы. Для них характерно ускоренное развитие гормонального стрессорного ответа. Растянутый во времени выброс кортикостерона, свидетельствует о том, что эти животные имеют сниженную чувствитльность ГАС к сигналам обратной связи. Эти данные находят подтверждение в экспериментах с применением дексаметазонового теста (Ордян и др.,1998) и при определении относительного числа кортикостероид-ных рецепторов у крыс наших линий(Ефимов идр.,1995). В последнем случае показано,что у высоковозбудимых

156 крыс при однократном эмоционально-болевом стрессиро-вании наблюдается уменьшение диапазона активного кор-тикостеронрецепторного комплекса в гипоталамусе и гипофизе подопытных животных. Более энергичный ответ на острый стресс характерен для них и на хромосомном уровне. Оценка роста числа хромосомных аберраций в клетках костного мозга показала существенное увеличение их общего числа у высоковозбудимых линий крыс (Дюжикова и др.,1997). По-видимому эти реакции можно рассматривать как адаптивные, поскольку использование более длительных процедур, а именно лишение парадоксальной фазы сна в течение 24 часов и 15-ти дневная невротизация приводили к альтерациям поведения более выраженным у крыс с низким наследственным функциональным состоянием нервной системы,что соответствует результатам полученным при внешнесредовой модуляции ФСНС. Депривация ПФС приводила к существенному нарушению процессов консолидации памяти при выработке УРПИ у низковозбудимых крыс,что по-видимому было связано с резким возростанием возбудимости нервной системы. Более сильное воздействие вызывало у этих же линий нарушение безусловнорефлекторных компонентов поведения с ясно выраженным ступорозным состоянием, сопровождаемым ростом неподвижности и подавлением "норкового рефлекса".

Отдельного обсуждения заслуживает показанное нами длительное сохранение последствий невротизации как на

157 уровне функционирования мозга,так и на поведенческом более выраженное у животных с низким генетически детерминированным функциональным состоянием нервной системы. Длительное сохранение последствий невротизации известно еще по работам И.П.Павлова и его учеников (Павлов,1951). Высказываются предположения о возможном участии в длительном существовании устойчивого патологического состояния генетического аппарата ( Бехтерева,1988; Крыжановский,1997). В теоретическом плане эта проблема была, пожалуй, наиболее детально разработана в серии статей и монографий Меерсона (1963;1967;1981;1993),который полагает,что в развитии большинства адаптивных реакций просматриваются два этапа: начальный этап-срочной, но несовершенной адаптации и последующий этап- долговременной адаптации. Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и реализуется на основе готовых,ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Важнейшая черта этого этапа состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей,при почти полной мобилизации функционального резерва и далеко не в полной мере обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Адаптация в этом случае оказывается не совершенной. Аналогичным образом при адаптации к новым сложным ситуациям окружающей среды, реализуемой при участии пластических процессов в ЦНС, этап сроч

158 ной адаптации в начале осуществляется на основе готовых механизмов и проявляется хорошо известным в физиологии высшей нервной деятельности периодом "генерализованных двигательных реакций" или периодом"эмо-ционального поведения". При этом необходимый адаптационный эффект,диктуемый потребностями организма может остаться неосуществленным или обеспечиваться случайным удачным движением. Именно переход от срочного этапа к долговременному представляет узловой момент адаптационного процесса и происходит на фоне достаточно сильного стресса, при этом должен реализоваться важный процесс,обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем с увеличением их мощности до уровня диктуемого средой или упрочение новой поведенческой реакции. . В том случае, когда требования среды не могут быть удовлетворены с помощью специфических поведенческих или иных реакций формирование адекватной среде функциональной системы и системного структурного следа не происходит. Более того возможно формирование матрицы устойчивого патологического состояния (Бехтерева,1988), лежащего в основе невротических реакций. Можно полагать, что образование как нормального,так и патологического структурного следа основано на постоянно функционирующей взаимосвязи между функцией и генетическим аппаратом клетки (Меер-сон,1963; Лобашев,1967 ; Пономаренко,1975). Если роль генетического аппарата нейронов в формировании струк

159 турного следа памяти исследуется с конца 50-х годов, начиная с работ Хидена(Нус1еп et а1.,1964), то изменения функционирования генов при адаптации к стрессу изучены в меньшей степени. Известно,что стресс как системная неспецифическая реакция на экстремальные изменения среды сопровождается структурнофункциональными альтерациями генома клеток соматических и генеративных тканей( Беляев, Бородин,1982; Ме-ерсон,Малышев,1993;Е1зЬтап et а1.,1996).Однако процессы, происходящие непосредственно в геноме нейронов при адаптации к стрессорным воздействиям изучены в очень малой степени. Влияние стресса на генетический аппарат нервной системы исследуется прежде всего на молекулярном уровне. Изучаются матричные процессы, экспрессия генов раннего действия,генов,кодирующих молекулы гормонов,рецепторов, белков стресса и других биологически активных веществ, (Явич и др.,1990; БепЬа, Уеуаша,1997; Уе11иссз, Рагго-Ы:, 1997; LeGreves et а1., 1997; Еикис1о et а1.,1997; Аи^еНапо. 1998 ) .

В настоящее время эпигенетические, происходящие под влиянием средовых воздействий, модификации генома классифицируются на эпимутагенетические и эпигенетические в узком смысле слова, причем под последними понимаются процессы не изменяющие структуру нуклео-тидной последовательности. Основной акцент при исследовании процессов адаптации,как было сказано выше, делается на изучение экспрессии генов. В то же

160 время события, нарушающие структуру ДНК и широкий класс эпигенетических процессов непосредственно не входящих в цепочку ДНК-РНК-белок, но активно на нее влияющих, непосредственно в нервной системе почти не изучены.

В наших экспериментах был использован один из показателей эпигенетических процессов- уровень одноните-вых разрывов ДНК,который оценивался в нейронах различных областей мозга крыс линий ВП1 и НП2 и близкой по возбудимости нервной системы к последней контрольной аутбредной линии Wistar. Было показано,что острый стресс влияет преимущественно на высоковозбудимую линию Wistar( средний мозг), в то время как долгосроч^ ное стрессирование оказывает достоверное влияние только на крыс линии ВП1,подавляя процесс возникновения разрывов ДНК в гиппокампе и среднем мозге и не вызывая его существенного изменения в коре.

Полученные данные позволили нам сформулировать гипотезу дифференциальных постстрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов,зависящий как от базовой генетически детерминированной возбудимости нервной системы,так и от структурно-функциональных параметров конкретных нейронов лежат в основе синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и неврозоподобных состояний. Основные положения

161 этой гипотезы получили подтверждение как в наших исследованиях, так и в экспериментах на тех же линиях крыс при аналогичных способах невротизации в ходе исследования характеристик гетерохроматина ( Дюжико= ва и др.,1996;1997;1999), а также на модели прена-тального стресса при изучении динамики хромосомных аберраций в нервной системе эмбрионов (Shiryaeva et al.,1998). На основании вышеизложенного можно считать перспективным направление исследований эпигенетических механизмов контроля процессов специфической и неспецифической адаптации,связанное с оценкой множества эпигенетических показателей в разных отделах мозга в условиях различных парадигм обучения и при действии разнообразных экстремальных факторов среды с параллельной оценкой особенностей функционального состояния соответствующих отделов ЦНС и параметров поведения.

Иное перспективное направление связано с тем, что в последнее десятилетие развитие методической базы генетики позволило значительно усовершенствовать методы генетического картирования. В частности использование QTL(quantitative traits locus analysis) метода позволяет локализовать с помощью микросаттелитных маркеров, которых для крыс известно более 9000,олигогены, отвечающие за основную долю изменчивости по тому или иному количественному признаку. Картированные гены могут быть клонированы и секвенированы,что позволит с

163

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Вайдо, Александр Иванович, Санкт-Петербург

1. Агроскин Л.С.,Папаян .В.Цитофотометрия,Л.:Наука,1977. 159 С.

2. Александрова Н.П., Ширяева Н.В., Кратин Ю.Г., Лопатина Н.Г. Порог активации мозга у крыс, селектированных по возбудимости нервно-мышечного аппарата.// ДАНСССР, 1981,Т.259, N.5, С.1233-1235.

3. Алехина Т.А.,Вайдо А.И.,Ширяева Н.В. Сравнительный анализ состояния моноаминоэргических систем мозга крыс линий ГК,ВП,НП.// Конф."Физиол.и биохим.медиат. процессов",М.,1991,С.46.

4. Алехина Т.А.,Вайдо А.И.,Ширяева Н.В.,Лопатина Н.Г. Общие характеристики поведения крыс, селекционированных по длительности пассивно-оборонительной реакции и порогу нервно-мышечной возбудимости.// Журн.ВНД, 1994,Т.44,В.3,С.597-603.

5. Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М.:Медицина,1968,120С.

6. Блок В. Уровни бодрствования и внимания в экспериментальной психологии. В кн.:Экспериментальная патология. М. .-Прогресс, 1970, В. 3, С. 97-146.

7. Браверман Э.М.,Мучник И. Б. Структурные методы обработки эмпирических данных.1983,М.:Наука,155С. Бродхэрст П.Л. Биометрический подход к анализу исследования поведения. В кн.:Актуальные проблемы генетики поведения. Л.:Наука,1975,С.39-58.

8. Вайдо А.И.,Вшивдева В.В.,Лукашин В.Г.,Ширяева Н.В. Структурно-функциональные и метаболические изменения нервной системы у низко- и высоковозбудимых крыс при лишении парадоксальной фазы сна.//Журн.ВНД, 1990, Т.40,В.3, С.518-523.

9. Гофман М.А.,Дмитриева Н.И.,Лопатина Н.Г. Плотность нейронов в различных областях головного мозга Мышей с трисомией и транслокацией по аутосоме Т6.//Физиол. журн.СССР,1980, Т.66, С.594-596.

10. Гофман М.А.,Вайдо А.И.,Ширяева.В.Морфофункциональные различия по щитовидной железе у двух линий крыс.// Пробл.эндокрин.1987,Т.33,№ 4,С.57-59.170

11. Данилова H.H. Функциональные состояния:механизмы и диагностика.М.:МГУ,1985,285С.

12. Дубровский Д.И.Психика и мозг.Результаты и перспективы исследований. В сб.:Мозг и разум.М.: Наука, 1994, 175С.

13. Дюжикова H.A.,Ширяева Н.В.,Вайдо А.И.,Вшивцева

14. Дятловицкая Э.В. Сфиголипиды и малигнизация.// Биохимия 1995,Т.60,№.б,С.843-856.

15. Ефимов C.B., Вайдо А.И., Ширяева Н.В., Шаляпина Н.Г. Глюкокортикоидные рецепторы в гиппокампе у крыс с разной возбудимостью нервной системы.// Физиол. журн. СССР,1994,Т.80.N.11,С.51-55.

16. Жданова И.В. Влияние цереброспинальной жидкости больных маниакально-депрессивным психозом на эмоциональный статус животных-реципиентов. Автореферат дисс. на соиск.уч. ст.кбн., JI, 1987 .

17. Ильюхина В. А. Нейрофизиология функциональных состояний человека.Л.:Наука,198 6,171С.

18. Ильюченко Р.Ю.,Гилинский М.А.,Лоскутова

19. Котляр Б.И. Нейрофизиологические основы памяти: системные аспекты. В кн.:Механизмы памяти. Л.:Наука, 1987,С.172-196.

20. Крыжановский Г.Н. Общая патофизиология нервной системы.М. :Медицина, 1997, 349С.

21. Крушинский Л.В. Исследование по феногенетике признаков поведения у собак. //Биол.журн.1938,Т.7,№. 4,С.29173

22. Крушинский Л.В.Формирование поведения животных в норме и патологии.М.:МГУ,1960,264С.

23. Кудрявцева Н.Н.,Бакситановская И.В.Влияние опыта агрессии и подчинения на состояние медиаторных систем в различных отделах головного мозга у мышей.//Препринт. Новосибирск,ИЦИГ СОРАН,1989,35С.

24. Кулагин Д.А.,Федоров В.К. Исследование эмоциональности у крыс линий Вистар и Крушинского-Молодкиной мнтодом открытого поля. В кн.: Генетика поведения.Л.: Наука,1969,С.35.

25. Кулагин Д.А.,Ширяева Н.В.,Вайдо А. И. Физиолого-генетические основы индивидуальной изменчивости по зоосоциальному поведению у лабораторной популяции крыс Wistar. В сб. .'Коммуникативные мех.регул.попул. структ. млекоп.,М.1988,С.17.

26. Купалов П.С. Организация нервных процессов головного мозга при условнорефлекторной деятельности. В кн.:Электроэнцефалографическое исследование высшей нервной деятельности. Л.,1962,С.9-17.

27. Кузьмина Л. А. Влияние генов,контролирующих обмен триптофана,на сигнальное поведение и некоторые нейро-логические признаки медоносной пчелы.//Автореферат канд.дисс.,Л.,1979.

28. Лазаренко Н.С.,Петров Е.С.,Забродин И.Ю. Вероятностные характеристики поведения крыс в условиях открытого поля.//Журн.ВНД,1982,Т.32,№. 6,С.1096-1099.174

29. Линдсли Д. Б. Внимание,сознание,сон и бодрствование.В кн.: Нейрофизиологические механизмы внимания. М., 1979,С.15-50.

30. Меерсон Ф.З. Адаптация,стресс и профилактика.М.: Наука, 1981,С.277.

31. Меерсон Ф.З.,Малышев И.Ю. Феномен адаптационной стабилизации структур и защита сердца. М. 1993.159 с.175

32. Мешкова Т.Н. Наследственная обусловленность некоторых параметров электроэнцефалограммы человека. В сб.:Проблемы генетической психофизиологии человека. М. :Наука,1978,С.48-71.

33. Мокрушин А.А.,Вайдо А.И.,Карпова И.В. Базисные нейрофизиологические характеристики срезов обонятельной коры мозга крыс,селектированных по функциональному состоянию нервной системы.// Успехи физиол.наук. 1994, Т.25, N.3,0.113.

34. Муравьева Н.П. Условнорефлекторные стереотипы.М.: Медицина. 187С.

35. Небылицин В. Д. Психофизиологические исследования индивидуальных различий. М.:Наука,1976,335С. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование .М. : Наука, 1981, 275С .176

36. Павлов И.П. Лекции о работе больших полушарий головного мозга.М.-Л.:АНСССР,1951,Т.4.

37. Панов Е.Н.Механизмы коммуникации у птиц. М.:Наука, 1978,304С.

38. Пономаренко В.В.,Савватеев В.Б.,Смирнова Г. П. О наследовании порога возбудимости(реобаза)нервно-мышечного аппарата у кур в связи с силой возбудительного процесса.//Генетика поведения.Л. : Наука, 1969, С.43-50.

39. Рокицкий П.Ф.Введение в статистическую генетику. Минск:Высшая школа,1978,317С.177

40. Генетика, 197 6,Т.12,№. 12, С.95-99.

41. Середенин С.В., Дурнев А.Д., Ведерникова A.A.

42. Влияние эмоционального стресса на частоту хромосомных аберраций в клетках костного мозга мышей // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1980. Т. 253. N.3. С.727-729.

43. Симонов П.В.Мотивированный мозг.М.:Наука,1987,237С. Соколов E.H. Введение к сб. .'Функциональные состояния мозга.M.:МГУ,1975,С.3-5.

44. Стреляу Я. Роль темперамента в психическом развитии.М. :Прогресс,1982,175С.

45. Тейтельбаум Ф.,Шалерт Е., деРик, Уишоу Я.,Голани И. Моторные подсистемы в мотивированном поведении.В кн.:Нейрофизиологические механизмы поведения.М., 1982,С.38-54.

46. Теплов Б.М. Типологические свойства нервной системы и их значение для психологии. В сб.:Философские вопросы физиологии высшей нервной деятельности и психологии.М. 1963,С.35-56.

47. Теппермен Дж.,Теппермен X.Физиология обмена веществ и эндокринной системы.М.:Мир,1989,65ЗС.

48. Ткачева Г.А.,Балаболкин М.И.,Ларичева И.П. Радиоимму-нохимические методы исследования.М.:Медицина,1983, 192С.

49. Федоров В.К.,Ситдиков М.Х.,Ширяева Н.В. Выработка условного рефлекса пассивного избегания у крыс.// Журн. ВНД,1972,Т.22,В.3,С.624-631.

50. Федоров В.К.,Ситдиков М.Х. Автоматическое устройство для выработки и регистрации условных рефлексов мелких лабораторных животных.// Журн. ВНД, 1974,Т.24, N.2, С.431-433.

51. Флеров М.А.Влияние 5-гидрокситриптофана на метаболизм фосфолипидов в нейронах и нейроглии.//Нервная система, 1991,№. 30,С.102-107.

52. Фогель Ф.,Мотульски А. Генетика человека.М.:Мир., 1990,Т.3,364С.

53. Хананашвили М.М. Экспериментальная патология высшей нервной деятельности. М.:Медицина,1978,364С.179

54. Хоничева Н.В.,Ильина Вильяр. Характер поведения в ситуации избегания как критерий оценки типологических особенностей крыс.//Журн.ВНД.,1981,Т.31,№.5,С.975983.

55. Ходжкин А.Нервный импульс.М.:ИЛ,1965,406С. Ходоров Б. И. Общая физиология врзбудимых мембран. М. : Наука, 1975, 40 6С.

56. Хухо Ф. Нейрохимия.Основы и принципы. М.:Мир.,1990, 383С.

57. Ширяева Н.В.,Лукашин В.Г.,Вшивцева В.В., Вайдо А. И. Структурные и метаболические изменения в периферической нервной системе низко- и высоковозбудимых крыс при невротизирующем воздействии.//Журн.ВНД.1992, Т.42,В.3,С.607-608.

58. Ширяева Н.В.,Вайдо А.И.,Левкович Ю.И.,Лопатина Н.Г. Поведение в открытом поле невротизированных крыс. //Журн.ВНД,1992, Т.42, В.4,С.754-757.

59. Эдельман Дж.,Маунткасл В. Разумный мозг.М.:Мир,1981, 133С.181

60. Aspide R.,Girone J.,Carnevale U.A.,Sergeont S.A.,Sadile A.G. Non-selective attention and nitric oxide in putative animal models of Attention-Dificit Hiperactivity Disorder.// Behav.Brain Res.,1998,V.95, N.l,P.123-133.

61. Blizard D.A. Analyzing phenotypic correlations in studies with selected lines.//Behav.Genet.,1992, V.22,N.l,P.29-33.

62. Broadhurst P.L. Analysis of maternal effects in the inheritance of behavior.//Animal Behav.,1961,V.9,N. 3-4,P.129-141.182

63. Broadhurst P.L. An introduction to the diallel cross. In.rBehavior genetic analysis.N-Y.McCraw-Hill,1967, P.287-304.

64. Bignami G. Selection for high rates and low rates of avoidance conditioning in the rat.// Animal.Behav., 1965,V.13,N.3,P.221-227.

65. Chang S.Y.,Kung C. Genetic analyses of heat-sensitive pawn mutants of Paramecium aurelia.// Genetics,1973b, V.75,N. 1,P.49-59.

66. Chang S.Y.,Van Houten J.,Robbes L.J.,Lui S.S.,Kung C. An extensive behavioral and genetic analysis of the pawn mutants in Paramecium aurelia.//Genet.Res., 1974, V.23,N.2,P.165-173.183

67. Cofman C.W.,Taylor D. Isolation and structural studies on synaptic complexes from rat brain. J.Cell Biol.V.55,N.3,P.696-711.

68. Cowan T.M.,Siegel R.W. Drosophila mutations that after ionic conduction disrupt acquisition and retention of conditioned odor avoidance response. // J.Neurogenet., 1986,V.3,N4,P.187-201.

69. Crable S.C. Selected line differencies. //Behav. Genet., 1992,V.22,N.l,P.21-23.

70. Craig S.V.,Ortman L.L.,Guhl A.V.Genetic selection for social dominance ability in chiken.//Animal.Behav., 1965,V.13,N.l,P.114-131.

71. Duffy E. The psychological significance of the concept of "arousal" or "activation".// Psychol. Rev., 1957,V.64,N.5,P.265-275.

72. Driscoll P.,Batting K. Behavioral,Emotional and Neurochemical Profiles of Rats Selected for Extreme differences in Active, Two-Way Avoidance Performance. In.: Genetics of the Brain.,Amsterdam,Elsevier, 1982, P.96-123.184

73. Ebert P.D.,Hyde S.S. Selection for agonistic behavior in wild female Mus musculis.//Behav.Genet.,1976, V.6, N.3,P.291-304.

74. Eleftheriou B.E. A gene influencing hyphothalamic norepinephrine levels in mice.// Brain Res., 1974, V.70, N.3,P.538-540.

75. Fukudo S., Abe K., Hongo M., Utsumi A., Itoyama Y. Brain-gut induction of heat shock protein (HSP) 70 mRNA by psychophysiologicalstress in rats.// Brain Res. 1997.V.16.N.57(1) .S.146-48.185

76. Frankova S. Maternal behavior in females of the laboratory rat selected for high and low activity and defecation rates.//Act.Nerv.Super.,1985,V.27, N.3, P.186-198.

77. Frankova S.,Mikulecka A. Ontogeny of social behavior of pups of laboratory rats genetically selected for activity level. // Act. Nerv. Super., 1990,V.32,N. 3, P.167-173.

78. Green W.N.,Millar N.S. Ion-channel assembly.//Trends in Neuorosci.,1995,P.280-297.186

79. Griffith L.C.,Verselis L.M.,Aitken K. M.,Kyriacou C.P.,Danko W.,Greenspan R.S.Inhibition of calcium / calmodulin-dependent protein kinase in Drosophila disrupts behavioral plasticity.//Neuron 1993,V.10, N.3,P.501-509.

80. Griffith L.C.,Wang S.,Zhong Y.,Wu C.F., Greenspan R.S. Calcium/ calmodulin-dependent protein kinase and potassium channel subunit eag similarly affect plasticity in Drosophila.// Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1994, V.91,N.21,P.1044-1048.

81. Grisham W., Kerchner M., Ward I.L. Prenatal stress alters sexually dimorphic nuclei in the spinal cord of male rats.//Brain Res.1991.V.14.N. 551(1-2) .S. 126-131.

82. Hall C.S. Emotional Behavior in the rat. Defecation and urination as measures of individual differences in emotionality. //J.Comp.Psychol., 1934, V.18, P.385-403.

83. Hatchinson R.R.,Ulrich R.E.,Asrin N.H.Effect of age and related factors of the pain-aggression reation.// J.Comp.Physiol.Psychol.,1965,N.3,P.365-369.187

84. Hegmann J. P. Physiological function and behavioral genetics.I.Genetic variance for peripheral conduction velocity in mice.// Behav.Genet.,1972,V.2,N.1,P.55-67.

85. HegmannJ.P. The response to selection for altered conduction velocity in mice.// Behav.Biol., 1975, V.13, N.4,P.413-423.

86. Hegmann J.P. A gene-imposed nervous system difference influencing behavioral covariance.//Behav.Genet., 1979,V.9,N.3,P.165-173.

87. Hinrichsen R.D.,Fraga D.,Reed M.W.31-modified antisense oligodeoxyribonucleotides complementary to calmodulin mRNA after behavioral responses in Paramecium. //Proc .Natl .Acad. Sci . USA, 1992,V.89,N. 18,P.8 6018605.

88. Hogan J.A. An experimental study of conflict and fear: an analysis of behavior of young chicks toward a mealworm///Behavior,1965,N.25,P.45-97.188

89. Hyden Y.Egyhazi E. Nuclear RNA changes of nerve cells during a learning experiment in rats.//Proc.Nat.Acad. Sci.1964,V.48,P.1366-1378.

90. Jennings H.S. Behavioral of Lower Organisms. Bloom-ington,Indiana Univ.Press.,1906,157 P.

91. Joels M.,Karten Y.,Hesen W., de Kloet E.R. Corticosteroid effects on electrical properties of brain cell:temporal effects and role of antiglucocorti-coids.//Psychoneuroendocrinol.,1997,V.22,Suppl,1:S81-86.

92. Jones H.E., Ruscio M.A., Keyser L.A., Gonzalez C., Billack B.,Rowe R., Lambert R.G., Kinsley C.H. Prenatal stress alters the size of the rostral anterior commissure in rats.//Brain. Res. Bull. 1997 V. 42. N.5.S.341-346.

93. Jouvet D.,Viamon T.P.,Delorme F. Jouvet M. Etude de la privation selective de la phase paradoxole de sommeil chez le chat.//C.R.Soc.Biol.,1964,V.158,P.756-759.189

94. Kaplan W.D.,Trout W.E. The behavior of four neurological mutants of Drosophila.//Genetics,1969,V.61, N. 2, P.399-409.

95. Kimura D. Multiple response of visual cortex of the rat to photic stimulation//EEG and Clin. Neuro-physiol.,1962,V.14,N.l,P.115-122.

96. Konig J.F. Klippel R. A. The rat brain. Baltimore, 1963,173P.

97. Kung C. Genie mutants with altered system of excitation in Paramecium aurelia. I. Phenotypes of the behavioral mutants.//Z.Vergl.Physiol.,1971a,V.71, N.2, P.142-164.

98. Kung C. Genie mutants with altered system of excitation in Paramecium aurelia. II. Mutagenesis,screening and genetic analysis of the mutants.//Genetics,1971b, V.69, N.l, P.29-45.

99. Kung C.,Eckert R. Genetic modification of electric properties in an excitable membrane.// Proc.Natl. Acad. Sci.USA,1972,V.69,P.93-97.190

100. Peters D.A. Effects of maternal stress during different gestational periods on the serotonergic system in adult rat offspring.// Pharmacol. Biochem. Behav. 1988 . V.31.N.4.S.839-843.

101. Pevzner L.Oligodendrocytes.In.:Hadbook of Neurochem-istry,1983,V.1,P.357-395.

102. Pickenhain L.,Klingberg F. Behavioral and electrophysiological changes during avoidance conditioning to light flashes in the rat.// EEG aand Clin. Neuro-physiol., 1965,V.18,N. 5,P.479-485.

103. Pumphrey M. Incorporation 32P. orthophosphate into brain-slices phospholipids and their precursors.Effects of electrical stimulation.// Biochem.J., 1969, V.112,P.61-70.

104. Rhodes L.E.,Fleming D.E. Sensory restriction in the albino rat:photically evoked after-discharge correlates.//EEG and Clin.Neurophysiol.,1970,V.29,N5,488-495.

105. Robb N.G.,Hegmann J.P. Nervous system function behavioral influences of gene effects on peripheral nerve conduction velocity in mice.//Behav.Biol., 1974, V.11,N.2,P.281-283.

106. Sadile A.G., Pellicano M.P.Sagvolgen T.,Sergeant S.A. NMDA and non-NVDA sesitiveL-3H. glutamate receptor binding in the brain of the Naples high-and low ex193citability rats ran autoradiographic study// Behav. Brain Res.,1976, V.78,N.2,P.163-174.

107. Satinder K.P. Sensory responsiveness and avoidance learning in rats.// J.Comp.Physiol.Psyhol.,1976, V.90, N.10,P.946-957.

108. Satow Y.,Chang S.Y.,Kung C. Membrane excitability: made temperature dependent by mutations.//Proc.natl. Acad.Sci.USA.,1974,V.71,P.2703-2706.

109. Satow Y.,Kung C. A mutant of Paramecium with increased resting potassium permeability.//J.of Neuro-biol., 1976a,V.7,N.4,P.325-338.

110. Satow Y.,Kung C. Mutant with reduced calcium activation in Paramecium aurelia.//J.MembraneBiol., 1976b, V.28,N.213,P.277-294.194

111. Senba E., Veyama T. Stress-induced expression of immediate early genes in the brain and peripheral organs of the rat.// Neurosci.Res. 1997. 29(3): 183-207.

112. Suzuki D.T.Behavior in Dr.melanogaster. A geneticist's view.//Canad.J.Genet.Cyt.,1974,V.16,P.713-735. Szentagothai S., Structuro-functional Considerations of the Cerebellar Neuron Network.//Proc.IEEE,1968, V.6,N.56,P.960-968.

113. Vargo M.,Hirsch S. Selection for central excitation in Drosophila melanogaster .J.Comp.Psychol.,1985a, V.99, N.l,P.81-86.

114. Vargo M.,Hirsch S. Behavioral assesment of lines of Drosophila melanogaster selected for central excitation. //Behav.Neurosci ., 1985b, V.99, N.2, P.323-332.196

115. Vellucci S.V.,Parrott R.F. Vasopressin and oxytocin gene expression in the porcine forebrain under basal conditions and following acute stress// Neuropeptides. 1997. V.31.N.5.S. 431-438.

116. Vogel F. The genetical basis of the normal human electroencephalgram.// Hum. Genetic,1970, V.10, N.2, P.91-14.

117. Vogel F.,Schalt E,Kruger G. The electroencephalogram (EEG) as a research tool in human behavior genetics: psychological examinations in healthy males with various inherited EEG variants.II.Results. //Hum. Genet., 1979b,V.47,N.l,P.47-80.

118. Vogel F.,Schalt E.The electroencephalogram (EEG) as a research tool in human behavior genetics: psychological examinations in healthy males with various inherited EEG variants.Ill.Interpetation of the results.// Hum.Genet., 1979c,V.47,N. 1,P.81-111.

119. White J.E.,Hegmann J.P. Development of nervous system function in mice:normative data and gene effects, //Behav.Biol.,1974,V.11,N. 1,P.83-88.197

120. Williams M.T., Hennesy M.B., Davis H.N. Stress during pregnansy alters rat offspring morphology and ultrasonic vocalizations.// Physiol Behav. 1998.V.l. N. 63 (3) .S.337-343.

Информация о работе

Вайдо, Александр Иванович
доктора биологических наук
Санкт-Петербург, 2000
ВАК 03.00.13

Диссертация

Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы