Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Функциональная организация соматосенсорного входа в стриатум у крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Функциональная организация соматосенсорного входа в стриатум у крыс"

, о ^

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ имени И. М. СЕЧЕНОВА

На правах рукописи

ГОЛУБЕВ

Александр Васильевич

УДК 612.826.2 :599.323.4

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СОМАТОСЕНСОРНОГО ВХОДА В СТРИАТУМ У КРЫС

03.00.13 — физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ЛЕНИНГРАД

1989

Работа выполнена в лаборатории интегративных функции мозга Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова АН СССР.

Научный руководитель — доктор медицинских наук, профессор Б. Ф. Толкунов.

Официальные оппоненты — доктор медицинских наук, профессор Н. Ф. Суворов; доктор биологических наук, вед. науч. сотр. Л\. Г. Бе-■лехова.

Ведущее учреждение — Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет, г. Ленинград.

Защита состоится « » 19 г. в часов на

заседании Специализированного совета Д 002.89.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова АН СССР (194223, Ленинград, пр. М. Тореза, д. 44).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова АН СССР.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор биологических наук, профессор

М. Н. Маслова

, ,. -з-

w , I ' ... •

j'n"J ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность работы. Стриатум (CT) является объектом исследований уже более 100 лет, начиная с экспериментов Мажанди ( Magandi, 1839), обнаружившего, что повреждение хвостатого ядра у кролика вызывает настойчивое движение вперед. Однако, несмотря на накопление большого количества экспериментальных фактов, вопрос о его функциональной принадлежности остается дискуссионным.

Традиционно CT рассматривают как высший подкорковый центр экстрапирамидной двигательной системы (Jung, Hassler, I960; Свердлов, Максимова, 1969; Schade, Ford, 1976; Бадалян, 1984). Разрабатываются гипотезы о тормозной функции CT (Buchwald et al., 1961; Buaer, 1966; Бутхуэи, 1971; Черкес, 1978;Beigado, 1979b

Имеются также данные о том," что CT контролирует поступление в модг сенсорной информации (Krauthamer, 1979). В последние десятилетия стал накапливаться материал о преимущественном участии CT в сенсорно-интегративных функциях мозга (Толкунов, 1978} Шаповалова, 1978; Суворов, 1980;Grows, 198.3; bidsky et al., 1985).

На, основании анализа кортико-стриатальных отношений было разработано представление о CT как структуре, где осуществляется обобщение результатов анализа информации, выполняемого корой больших полушарий (Толкунов, 1978). Основой таких представлений является то, что CT получает прямые связи почти от всех областей норы (Carman et al., 1965;Webster, 1965; Отедлин, 1970; Kemp; 1970; Kemp, Powell, 1971; Goldman-Rakic, Selemon, 1986) и то, что развитие сенсорных реакций в CT определяется поступлением в него импульсных потоков из сенсорных областей коры (Encabo, Buger, 1964; Бутхузи, Í97I; Толкунов, 1978).

Изучение распространения в CT сенсорных реакций и, особенно, кортикофугальных эффектов имеет большое значение для оценки воз-

можности взаимодействия на его нейронах сигналов из разных отделов коры больших полушарий. Исследователи, изучавшие реакции в СТ на сенсорные стимулы не отмечают локального характера этих ответов (Лобанова, 1970; Бутхузи, I97I; Толкунов, 1972, 1978; Lidsky et al., 1985; Родионова, Пигарев, 1984; Schneider et al,, 1984), хотя известно, что кортикофугальные волокна из разных проекционных зон поступают в разные отделы СТ ( Webster, 1961; Carman et al., 1965; Webster, 1965; Martin, Hamel, 1967; Martin, 1968;Kempv Powell, 1970), По-видимому» это связано с тем, что СТ представляет собой структуру с относительно однородным клеточным составом и обильным ветвлёнием аксонов вблизи от тел нейронов'и на всем протяжении их хода в ткани ядра (Pasik et al., 1979), а кортикофугальные волокна, входя в ядро, также дают многочисленные коллате-рали ( Goldman-Rakic, Selemon, 1986). В ТО же время в СТ отмечают некоторую ыоэаичность организации: группировки нервных клеток, получающих волокна из разных зон коры. Кроме того, у обезьян обнаружено подобие топически организованного моторного представительства тела в СТ в виде перекрывающихся зон распределения нейронов, преимущественно связанных с движением разных конечностей (Delong, 1972; Delong, Georgopoulos, I981; Alexander, Delong,

1985).

Таким образом, в СТ имеются предпосылки как для локальных, так и для распространенных реакций. От того какие из них имеют место в действительности, зависит представление о возможности СТ .интегрировать поступающие в него сигналы.

Цель работы; Целью работы было изучение в разных отделах СТ динамики сенсорных ответов, связанной с изменением поступающей в него кортиКофугальной импульсации. Для этого использовали феномен модификации сенсорных реакций в СТ в результате локального воздействия на ограниченный участок коркового отдела соответствующего

анализатора (Толкунов, 1972, 1978).

В качестве объекта исследования выбран представитель грызунов - крыса, «гладкая" кора которой облегчает локальное воздействие на нужное сенсорное представительство. Отсутствие характерных для высших млекопитающих развитых кортико-стриатальных проекций из ассоциативных полей позволяет предполагать у грызунов более простые отношения между-отделами СТ и поступающими в них афферентными волокнами из сенсорных областей коры. Задача сравнения отве- • тов на периферический стимул в разных отделах СТ облегчалась также тем, что у грызунов он не дифференцирован на хвостатое ядро и • скорлупу и представлен единым образованием, которое обозначают как каудопутамен. Показателем реакции на соматосенсорный стимул выбран вызванный потенциал (ВП), как обобщенная характеристика возбуждения нейронов в изучаемом отделе СТ. ВП регистрировали в двух отделах СТ: в среднем, где наблюдается.наибольшая плотность окончаний корковых проекций из сенсорного представительства передней конечности в области С1 неокортекса, и в ростральном, где окончания этих волокон практически отсутствуют.

Конкретные задачи эксперимента состояли в следующем:

1. Изучить характер ВП в среднем и ростральном отделах СТ при моделировании кортикофугального сигнала электрическим раздражением области коркового представительства передней конечности животного, подвергаемой электрокожной стимуляции.

2. Изучить характер ВП в разных отделах СТ при нарушении поступающего к нему натурального кортикофугального сигнала при помощи охлаждения зоны его формирования в соматосенсорной области С1 коры больших полушарий.

3. Изучить импульсную активность нейронов коры в зоне охлаж-

- б -

дения для получения данных о характере возникающих в нем изменений кортикофугального сигнала.

Научная новизна исследования.В работе впервые был исследован характер взаимодействия кортикофугальных влияний и периферического сигнала в разных отделах СТ: в' той его части, куда приходят корти-кофугальные волокна и там, где они отсутствуют. Детально изучено изменение сенсорных реакций в СТ во время холодового облегчения первичного ответа (ПО) в коре и изменение вызванной активности нейронов в охлаждаемой области коры.

Установлено, что при нарушении условий взаимодействия корти-кофугального и периферического сигналов из-за окклюзии непосредственно на нейронах СТ, в нем наблюдартся локальные изменения сенсорных реакций. Изменение кортикофугального сигнала вследствие охлаждения зоны егес формирования в коре приводит к одинаковым изменениям Ш на этот стимул в разных отделах ипси-.и контрлатерального СТ. Установлено, что изменения ответов в СТ во время охлаждения коры, являющиеся прямым следствием этого охлаждения, тем не менее имеют иную динамику и большую величину, чем холодовые изменения ПО на этот же стимул. Получены данные о том, что величина сенсорного ответа определяется не только интенсивностью, но и паттерном кортикофугального сигнала.

Научно-практическая значимость. Установленный факт равной зависимости сенсорных реакций в разных отделах ОТ от локальных изменений переработки данного сигнала в коре, больших полушарий важен для понимания роли СТ и кортико-стриатальных взаимоотношений в процессах сенсорной интеграции у млекопитающих. Он показывает, что .в СТ может иметь место широкое взаимодействие кортикофугальных влияний из различных областей коры. В результате такого взаимодействия в СТ может формироваться обобщенный результат выполняемых в разных отделах коры больших полушарий специализированных форм сен-

сорного анализа. Полученные результаты имеют теоретическое значение и могут быть использованы в неврологической клинике для более полного понимания роли СТ в патогенезе заболеваний, связанных с нарушением моторных и психических функций мозга, и в курсах лекций по нейрофизиологии.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на конференции Чехословацкого физиологического общества (Прага, 1966), на втором Всемирном конгрессе по нейронаукам (Будапешт, 1987), на научных семинарах Лаборатории интегративных функций мозга ИЭФиБ им.И.М.Сеченова АН СССР (Ленинград, 1986, 1997) и на заседании секции эволюции ЦНС этого же Института (Ленинград, 1987).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,' обзора литературы, описания материала и методики исследования, изложения результатов собственных исследований и их обсуждения в трех главах, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация содержит страниц печатного текста, 29 рисунков, таблицы, список литературы включает работ, из них на русском языке и на Иностранных языках.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Всего было проведено 90 острых опытов на белых беспородных крысах, весом 250-300 г, обездвиженных тубокурарином. Трахеотомии для проведения искусственного дыхания и трепанацию черепа в местах установки электродов -осуществляли под слабым эфирным наркозом. В ходе эксперимента края раны и точки давления обкалывались 0.5-1% раствором новокаина.

Для регистрации фокальных ВП из подкорковых структур исполь-

зовали стеклянные электроды, заполненные 4% раствором проционо-вого красного (диаметр кончика электродов 10-15 мкм, сопротивление не более 200 кОм). Индифферентным электродом служила стальная игла, укрепленная в лобной кости. Электроды вводились по координатам стереотаксического атласа Фифковой и Маршала ( УИ'кта, Uarsala, 1960) в следующие структуры: в симметричные точки средней (Р:0.5 мм, ь:3.5 мм, Н:4 мм/ и ростральной / А:1.5-2.5 мм, l:2-3 мм, Н:4-5 мм/ частей обоих СТ, в ретикулярную формацию продолговатого мозга CP: II .5 мм, L: I мм, Н:7.35 мм/ и в наружную часть вентрального ядра таламуса, которая соответствует веит-ро-баэальному комплексу ядер таламуса у высших млекопитающих (Р:1.5 мм, vL:2.5 мм, Н:5.5 мм).

Шариковым серебрянным электродом, диаметром 0.3 мм, от поверхности сенсомоторной коры (твердая мозговая оболочка удалялась) в области CI отводили ПО на электрокожное раздражение контрлатеральной передней конечности. В зоне фокуса ПО на стимуляцию конечности через стеклянный микроэлектрод, заполненный проционовым красным (диаметр кончика не более I мкм, сопротивление не более 25 мОм) регистрировали спонтанную и вызванную активность нейронов разных слоев коры.

Фокальные ВП и ПО после усиления (постоянная времени 0.3 с, верхняя граница частот 500 Гц) обрабатывали на анализаторе сигналов Ф-37. В одном цикле усреднения, 32-64 реализации, поочередно" с интервалом 1.25 с регистрировали ответы на стимуляции правой и левой передних конечностей. Активность нейронов после усиления . (постоянная времени 0.1 с, верхняя граница частот I кГц) записывали на стереомагнитофоне. По полученным записям на анализаторе $-37 строили гистограммы текущей средней частоты разрядов нейронов и перистимульные гистограммы. В части опытов была проведена

фоторегистрация одиночных ВЛ и ПО на фоторегистраторе ФОР-2. Все сравниваемые процессы регистрировались и усреднялись одновременно.

Поочередную стимуляцию передних конечностей проводили через биполярные игольчатые стальные электроды (диаметр 0.3 мм) импульсами тока от 0.5 до 2 ыА. Электроды вводили в подошвы на расстоянии 3-4 мм. Поверхность коры раздражали через биполярный концентрический макроэлектрод (диаметр внешнего электрода 0.5 ми ), током от 50 до 250 мкА. Для микростимуляции неокортекса в точке фокуса ПО на электрокожное раздражение передней конечности применяли биполярный концентрический электрод, центральна» полюсом которого служил микроэлектрод из угольного волокна в стеклянной изоляции (диаметр кончика 10-12 мкм), вставленный в стеклянную микропипетку (диаметр кончика 100 мкм), заполненную солевым раствором, сгущенным агаром. Центральный электрод был вццвинут из пипетки на 120 мкм. В этих опытах интенсивность раздражения составила от 3 до 50 мкА. Стимуляцию проводили одиночными импульсами тока длительность!) 0.5 мс.

Локальное охлаждение поверхности коры в зоне фокуса ПО на раздражение передней контрлатеральной конечности осуществляли с помощью камеры, имеющей форму пустотелого усеченного конуса, через которую пропускали охлаждающую жидкость с температурой °т 0° до -»50С. Вершина конуса, касающаяся поверхности мозга, имела диаметр 3.5 мм. Поверхность контакта камеры с мозгом была покрыта тонким слоем эпоксидной смолы. В камере имелось центральное отверстие диаметром I мм для погружения микроэлектрода, через который регистрировали активность нейронов разных слоев коры во время ее охлаждения. Ко.дну камеры у ее центра был приклеен электрод для регистрации ПО. Степень охлаждения коры контролировали по изменению амплитуды ПО. Требуемую по условиям эксперимента, сте-

пень изменения Ш поддерживали на постоянном уровне в течение времени регистрации потенциалов, регулируя скорость протока охлаждающей жидкости.

По. окончанию эксперимента мозг животного фиксировали в 10/6-м растворе нейтрального формалина. Локализацию кончиков электродов определяли по-электрофоретическим меткам проционового красного на фронтальных срезах толщиной 60 мкм по атласам Головного мозга крысы (Pifkova, Marsala, 1960,- König, Klippel, 1963).

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Взаимодействие в СТ возбуждений, возникших при сочетанном раздражении 'передней конечности и соматосенсорной коры. Электрокожное раздражение рередней конечности крысы вызывало в СТ ответы в виде положительного колебания, длительностью 30-50 мс, за которым следовало отрицательное колебание потенциала длительностью 60-80 ыс. Стимуляция неокортекса в зоце фокуса ПО на раздражение передней конечности крысы вызывало в СТ ответы сходные по форме с ВП на периферический стимул, но меньшей длительности и с более коротким латентным периодом. Амплитуда компонентов ВП как на периферическую так и на корковую стимуляцию зависела от величины тока раздражения и могла меняться от нескольких десятков до сотен микровольт.

Амплитуда ответа в СТ, вызванного сочетанным раздражением коры и конечности, была больше, чем амплитуда ВП на раздельное применение этих стимулов, ко в тоже время меньше алгебраической сумму ответов на каждый стимул. Таким образом, мы наблвдали окклюзию возбуждений, величину которой оценивали разностной кривой, получаемой на анализаторе Ф-37 путем поточечного вычитания ВП на сочетанную стимуляцию коры и конечности животного из суммы ВП на раздельное применение этих стимулов. .

При исследовании окклюзии в различных отделах обоих СТ установлено, что максимальная ее величина регистрируется в месте входа в СТ нервных волокон из раздражаемой зоны коры - в среднем отделе СТ, ипсилатерального по отношении к стимулируемой зоне неокортекса. Меньшая величина окклюзии наблюдалась в ростральном отделе того же СТ, не имеющего.прямых связей со стимулируемой зоной. В контрлатеральном СТ окклюзия была меньше, чем в ипсилатеральном, причем в среднем его отделе больше, чем в ростральном. При очень слабой стимуляции коры (3 мкА) и небольшой силе раздражения конечности окклюзия наблюдается только в средней части ипсилатерального СТ.

Такому же анализу были подвергнуты ВП в соматосенсорном релейном ядре таламуса и в ретикулярной формации продолговатого мозга. В условиях одновременной регистрации ВП в этих структурах и в СТ обнаружено, что в ретикулярной формации величина окклюзии-меньше, чем в СТ, в среднем в 3.9 раза. При низкой интенсивности раздражения конечности и коры окклюзии можно было видеть только в СТ. Окклюзия в релейном таламическом ядре развивалась лишь в поздних компонентах ответа с временем-максимума амплитуды 6080 мс, тогда как окклюзия во всех исследованных отделах СИ возникала уже в первом положительном компоненте ВП с временем максимума амплитуды 30-40 мс.

Ответы в СТ на электрокожное раздражение во время поверхностного локального охлаждения соматосенсорной коры. Слабое локальное охлаждение поверхности соматосенсорной области С1 коры в зоне фокуса ПО на раздражение передней конечности вызывало увеличение амплитуды этого ПО в 1.5-2 раза без значительного изменения временных параметров ответа. Одновременно 6 среднем и ростральном отделах ипси- и контрлатерального СТ происходило увели-

ченив БП на тот же стимул, причем нарастание амплитуда стриаталь-ных ответов происходило значительно быстрее корковых и могло превысить 300$ от исходных значений. Изменения, вызванные охлаждением неокортекса, в большей степени были выражены в первом положительном компоненте ВП во всех исследованных точках СТ.

При усилении охлаждения коры происходило падение амплитуды ПО до исходного уровня, увеличение латентного периода и длительности ответа. У стриатальных ВП в этой стации охлаждения сохранялась высокая амплитуда, достигнутая в предыдущей стадии охлаждения. Временные параметры ответов изменялись также как у ПО,

При еще более интенсивном охлаждении неокортекса амплитуда ПО снижалась вплоть до полного исчезновения ответа. В этой стадии охлаждения ответы в СТ также уменьшались по амплитуде. Блокирование ПО в коре и Ш во всех отделах обоих СТ наступало одновременно.

Как облегчение, так и угнетение вызванных ответов в СТ происходило только на раздражение той конечности, переключение сигнала от которой в зоне ее сенсорного представительства в области С1 было нарушено холодом. В той же самой точке СТ ответы на .раздражение конечности с интактной зоной сенсорного представительства в хоре не изменились.

В коре под действием холода наибольшие изменения амплитуды наблюдались у отрицательного компонента ПО. При среднем его увеличении до 15<$ основной положительный компонент ВП в каудопутаме-не вырастал по амплитуде до 269 - 322%. Различия в относительном приросте амплитуды БП во всех отделах обоих СГ статистически недостоверны. Облегчение положительного компонента Ш в ипеилате-ральном охлаждаемой коре СТ было больше, чем следующего за ним отрицательного. В контрлатеральном СГ эти различия были недостоверны. Временные параметры Ш в ипсилатеральном СТ увеличились

практически одинаково с увеличением временных параметров отрицательного компонента.ПО (153%). Увеличение длительности ВП я контрлатеральном СТ было несколько меньшим (126%).

По данным измерения параметров ПО в коре и ВП в каудопутаме-не, зарегистрированных во время одного и того же цикла охлаждения были построены кривые регрессии и расчитаны коэффициенты корреляции. Высокие коэффициенты корреляции между динамикой временных параметров ПО и ВП в разных отделах СТ (0.967 и 0.928) во время охлаждения коры указывают на то, что между этими параметрами имеется прямая положительная зависимость. Иную картину представляют собой отношения амплитуд ПО иВП. В этом случае наблюдался большой разброс точек и больший угол наклона оси регрессии, отражающий более высокую степень облегчения стриатальных Ш по сравнению с ПО. Коэффициенты корреляции амплитуд ПО и ВП также были положительны, но были ниже (0.597 и 0.483) и имели очень большие доверительные интервалы. Достоверных различий ме*ду зависимостью параметров Ш в разных отделах СГГ от степени охлаждения коры обнаружено не было.

В контрольных экспериментах было исследовано холодовое облегчение ВП в ретикулярной формации продолговатого мозга и в со-матосенсорном релейном япре таламуса. Анализ всей совокупности ■ данных, полученных при исследовании облегчения ВП в ретикулярной формации показал, что рост размаха амплитуд в ретикулярной формации составил в среднем 120-130%, что намного меньше увеличения размаха амплитуд в СТ, которое составило в среднем 260-290$ от исходного уровня. Облегчение в релейном соматосенсорном ядре таламуса происходило лишь по поздним компонентам ответа, совершенно не затрагивая начальные, совпадающие по времени с развитием облегченного положительного компонента стриатального ВП.

Фоновая и вызванная активность нейронов соматосенсорной коры во время ее охлаждения. В 26 опытах с охлаждением поверхности коры была зарегистрирована активность 30 нейронов, отвечавших на периферический стимул. 25 из них находились в 5-6 слоях неокор-текса, откупа исходит основная масса кортикофугальных волокон к СТ, остальные - в 3-4 слоях.

Охлаждение коры до стации облегчения ПО у 12 клеток, расположенных во всех слоях неокортекса, вызывало падение фоновой час-Фоты разрядов в среднем в 2 раза. Увеличение фоновой импульсации при этой степени охлаждения наблюдали только у двух клеток. У 12 клеток частота разрядов колебалась при охлаждении в пределах + 20% от исходного уровня. При сильном охлаждении коры,.когда амплитуда ПО становилась ниже, исходного уровня, средняя частота разрядов нейронов мозга могла уменьшиться (у двух клеток) или увеличиться. Су двух клеток). Изменения фоновой частоты разрядов не обнаруживали прямой зависимости от степени изменения формы и амплитуды ПО, генерируемого в зоне охлаждения. При угнетении ПО частота разрядов клетки снижалась вплоть до полного блокирования импульсной активности.

У 25 клеток реакция на периферический стимул включала в себя ранний компонент в виде вспышки импульсов с латентным периодом от 6 до 17.5 мс (в среднем I2+I мс), длительностью от 3 до 30 мс (в среднем 13 + 1мс ), за которым после тормозной паузы в 30100 мс мог следовать поздний компонент в виде ритмической или неритмической серии импульсов. У остальных нейронов ранний компонент отсутствовал или наблюдалось начальное угнетение активности.

Охлаждение коры до стадии облегчения ПО вызывало небольшое, в пределах от 2 до 4 мс, увеличение латентного периода реакции нейронов, который становился равным в среднем 14 + I мс (120 +

•$). Наряду с изменением латентного периода происходило увеличение длительности раннего компонента реакции в среднем до 19 + 2 мс (155 + 8%). Интенсивность раннего компонента реакции нейронов верхних слоев коры при охлаждении практически не изменялась (96.4 + 15.1%), тогда как у клеток 5-6 слоя неокортекса ранний компонент увеличивался в среднем до 158.6 + 20%. Корреляции между изменением интенсивности раннего компонента реакции нейронов глубоких слоев коры на периферический стимул и изменением амплитуды положительного компонента Ш на тот же стимул в СТ не обнаружено (коэффициент корреляции равен - 0.181).

Другим эффектом охлаждения коры было изменение временной структуры раннего компонента нейрональных реакций. В перистимуль-ной гистограмме появлялись дополнительные максимумы, возникала или усиливалась периодичность нейрональных разрядов (19 нейронов). Из 13 нейронов с исходным ритмическим ранним компонентом реакции подавление ритмичности наблюдали только в двух случаях.

В поздних компонентах реакций нейронов на периферическое раздражение, также как и в ранних могло наблюдаться появление или изменение периодичности разрядов; общее увеличение или ослабление реакции. Поздние компоненты нейрональных реакций развивались позже изменяемых холодом компонентов стриатальных ЕПГ наблюдаемых параллельно, следовательно, они не могли быть связаны с облегчением ВП и нами не рассматривались.

Все описанные изменения в перистимульной гистограмме не коррелировали со степенью охлаждения коры, кроме случаев полного подавления активности клетки при сильном охлаждении.

ОБСУЖДЕНИЕ

В опытах с сочетании* раздражением передней конечности и зо-

ны ее сенсорного представительства в области С1 сенсомоторной коры установлено, что вызванные ответы в СТ на сочетанное раздражение меньше по величине, чем алгебраическая сумма Ш на раздельную стимуляцию конечности и коры. Известно, что нервные окончания .. всех трех главных оферентов СТ: таламо-стриатальных, нигро-стриа-тальных и кортико-стриатальных - образуют синапсы на дендритах одних и тех же нейронов и мало того на одних и тех же шипиках, располагаясь на них без видимого порядка - вперемешку (кзла! et а1., 1976; КосзХэ вt а1., 1977). Таламическпе и корковые окончания в СТ вызывают сходный постсинаптический эффект в виде возникновения начального возбуждавшего и следующего за ним тормозного постсинаптического потенциала ( ВисЬигам е4 а1., 1961, 1973). В соответствии с этим одновременное возбуждение этих двух входов в СТ во время сочетанного раздражения коры и передней конечности вызывало в СТ окклюзию возбуждений.

Контрольные експерименты показали, что в релейном ядре тала-муса окклюзия в наших условиях наблюдалась только у вторичных компонентов ВП, развивающихся в таламусе позже, чем в СТ, в то время как специфический коротколатентный компонент релейного Ш окклюзии не обнаруживал. Следовательно, это явление не определяется кортикофугальным подавлением проведения сигнала от периферического стимула в специфических соматосенсорных путях.

В ретикулярной формации, через которую в СТ поступает восходящий ПОТОК соматосенсорных импульсов ( А1Ье-Реззаг<1 еЪ а1., 1960), величина окклюзии была всегда меньше, чем в СТ, а при определенных интенсивностях стимулов окклюзия была только в СТ. Кроме того, важен тот факт, что окклюзия могла быть ограничена только той частью СТ, куда приходят кортикофугальные волокна из раздражаемой зоны коры. Восходящая посылка из ретикулярной формации

достигает СТ через парафаецикулярный комплекс ядер таламуса, который богат внутренними связями и дает афферентные волокна к раз-*-ным отделам СТ. Поэтому связанные с внутриретикулярным взаимодействием эффекты не были бы ограничены какой-либо частью СТ, тем более его отделом, который связан с местом приложения стимула к коре мозга.

Таким образом, можно заключить, что явление окклюзии, наблюдаемое в СТ, по крайней мере, в среднем отделе ипсилатерального СТ, где оно проявляется локально, обусловлено процессами взаимодействия возбуждений, происходящими в самом ядре.

Поверхностное локальное охлаждение области С1 неокортекса в зоне фокуса ПО на раздражение передней конечности, вызывающее увеличение амплитуды и длительности у этого ПО, сопровождается увеличением амплитуды и длительности стриатального ВП на тот же стимул. Наблюдаемое при этом облегчение ВП в ретикулярной формации продолговатого мозга было выражено в меньшей степени, а в релейном ядре таламуса облегчение наступало позжз, чем в СТ. Следовательно, вызываемое охлаждением коры облегчение ВП в каудопутамене происходит благодаря взаимодействию модифицированной холодом кортикофу-гальной посылки и восходящего периферического сигнала непосредственно на нейронах СТ.

При исследовании эффекта холодового облегчения ВП в ростральном 15 среднем отделах ипси- и контрлатерального СТ между ними не было обнаружено статистически достоверных различий в среднем приросте амплитуд компонентов ВП. При определении зависимости изменений параметров ВП а среднем отделе ипсилатерального СТ, имеющего прямые связи с охлаждаемой зоной коры, и в ростральном отделе, не имеющего этих связей, 'от холодэвых изменений параметров ПО было установлено, что ВП в этих отделах одинаково коррр-

лированы по временным показателям и в равной степени не обнаруживают корреляции по амплитуде. Это свидетельствует о том, что в CT действуют нервные механизмы, обеспечивающие равномерное распределение эффекта по всему ядру, очевидно, за счет многочисленных кол-латералей кортикофугальных ВОЛОКОН ( Goldman-Rakic, Sfelemon, 1986) и собственных клеток CT, длинные аксоны которых отдают множественные коллатерали на пути своего распространения, образуя как бы магистральные линии связи по всему объему CT ( Pasik et al., 1979; Леонтович, 1984).

Облегчение корковых потенциалов связывают с тем, что при охлаждении в первую очередь страдают внутрикорковые процессы торможения и повышается активность глубоких слоев -коры (Дуринян, Рабин, 1954; Brooks, 1983). Образовавшийся таким образом усиленный поток кортикофугальных импульсов может активировать нейроны подкорковых структур мозга. Однако, облегчающий эффект в CT оказался значительно сильнее, чем облегчение ПО на тот же стимул, а динамика облегчения ВП в каудопутамене не повторяла динамику ПО во время охлаждения коры с разной интенсивностью.

Кроме того, исследование фоновой активности нейронов пятого слоя, откуда исходит основная масса кортико-стриатальных волокон из сенсомоторной коры крысы (v/ise, Jones, 1977), показало, что охлаждение поверхности неокортекса до стадии облегчения ПО либо не изменяло, либо снижало среднюю частоту разрядов. Из этого следует, что охлаждение коры, вызывающее увеличение амплитуды ПО, не сопровождается общей тенденцией к увеличению уровня активности нейронов глубоких слоев.

Исследогание вызванной активности нейронов показало, что во время охлавдения неокортекса до стадии облегчения ПО ранний компонент реакции нейронов на периферическую стимуляцию увеличивал-

ся. Однако, корреляции между этими изменениями и степенью облегчения вызванного ответа в СТ не обнаружено.

Следует отметить закономерные изменения паттерна раннего ответа, который по времени своего развития предшествовал облегченному ВП в СТ. Он становился как бы более упорядоченным, более четко ритмически организованным. Интервал между последовательными группами спайков в постстимульной гистограмме возрастал. То есть в раннем ответе корковых нейронов действие холода проявлялось в виде перестройки его в иную последовательность импульсов.

Таким образом, можно предположить, что кортикофугальное влияние на суммарную реакцию нейронов СГ на сенсорный стимул определяется не только количественной, но и качественной характеристикой кортикофугального сигнала.

В пользу этого свидетельствует также факт отсутствия корреляции мевду Холодовыми изменениями амплитуды ПО и амплитуды Ш в каудопутамене при высоких коэффициентах корреляции между изменениями временных параметров ответов в коре и СТ.

Полученные результаты показывают, что у крыс локальные процессы кортикофугального взаимодействия можно видеть в условиях прямого электрического раздражения коры. Однако, собственные механизмы СТ, прежде всего присущие ему внутренние длинные связи, обеспечивают широкое и равномерное распределение по всему объему СТ хортикофугальных эффектов, вызванных изменением условий переключения в неокортексе сигнала от периферического стимула. Иными словами, нарушение условий переключения в коре одного иэ периферических сигналов приводит к одинаковому изменению реакции на него как в той части СТ, которая получает прямые связи от этой области коры, так и в других его отделах.

Таким образом, сенсорные реакции в разных отделах СТ прак-

\

тически в равной, степени зависят от локальных изменений переработки данного сигнала в коре больших полушарий. Эта особенность *

СТ, обусловленная характером его внутренних свярей, является, по-видимому, одной из наиболее существенных фунш юнальных характеристик СТ и подкрепляет представление о кортико-стриатальном механизме сенсорной интеграции у млекопитающих.

ВЫВОДЫ

1. Сочетанное электрическое раздражение соматоеенсорной коры в зоне представительства контрлатеральной передней конечности крысы и электрококное раздражение этой же конечности сопровождаются взаимодействием возбуждений от этих стимулов в стриатуме (СТ), происходящему по типу окклюзии, которое максимально выражено в той части СТ, куда поступают кортикофугальные волокна из раздражаемой области коры. При микростимуляции коры окклюзия может быть ограничена исключительно этой областью СТ.

2. Поверхностное локальное охлаждение соматоеенсорной коры

в зоне представительства передней конечности крысы, которое вызывает увеличение амплитуды и длительности у генерируемого в охлаждаемой зоне первичного ответа (ПО) на раздражение этой конечности, сопровождается увеличением амплитуды и длительности регистрируемого в СТ вызванного ответа на тот же стимул. Обнаружено, что облегчение стриатальных ВП значительно превышает' по своей величине облегчение ПО и отличается от него по своей, динамике.

3. Все количественные изменения временных и амплитудных параметров ВП в СТ при охлаждении коры, включая корреляцию с аналогичными параметрами ПО в зоне охлаждения, были статистически оди-наковьии в той части СТ, куда поступают кортикофугальные волокна

из охлаждаемой зоны, и s других отделах СТ.

4. Анализ импульсной активности нейронов коры в зоне охлаждения показал, что во время действия холода, вызывающего облегчение ВП в СТ, частота разрядов увеличивается у единичных нейронов. У остальных фоновая импульсация снижается или остается без существенных изменений. Ответы нейронов на электрокожное раздражение меняют свой паттерн. При этом общее количество импульсов в раннем компоненте реакции нейронов на периферическое раздражение увеличилось во время облегчения ПО в среднем в 1,6 раза, однако, корреляции межцу этим увеличением и облегчением Ш в СТ не обнаружено.

5. Локальное изменение условий переключения афферентного сигнала в соматосенсорной коре может менять реакцию на соответствующий стимул не только в месте входа в СТ соответствующих кортико-фугальных волокон, но и в других его отделах, куда приходят нервные волокна из других корковых областей. Это указывает на то, что в СТ имеются условия для широкого взаимодействия кортикофугальных влияний из функционально различных областей коры между собой и с восходящими афферентными сигналами.

Список работ, опубликованных по материалам, диссертации:

I; Ziiravin Х.А.,- Golubev A.V., Dobrelico А.К. Interaction of periferal and 'corticofugal signais in the atriatum and reticular formation-of the rat braiii. - Physiol. Bohemoelovaca, 1997.-V. 36, H. 5. - p.393. . '

2. Tolkunov B.P., Srtemova V.V., Golubev A.V. Striatmn as a . field of the, corticofugal interaction. - Neuroscience,'1987. -

jV.22, Suppl, IBRO. - p.1192. .■•'',

3. Толкунов Б.Ф., Голубев A.В. Вызванные потенциалы в нео-стриатуме крысы при локальном охлаждении коры в зоне первичного