Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование электрической обратной связи в химических синапсах гиппокампа

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Касьянов, Александр Михайлович

Введение.

Обзор литературы. .и

Материалы и методы.

Краткое описание структуры гиппокампа.

Приготовление срезов и электрофизиологическая регистрация ответов в переживающих срезах.

Экспериментальный протокол.

Измерение амплитуды ответов и компонентный анализ.

Оценка количества „выпадений".

Квантовый анализ.

Методика вызова антидромных потенциалов.

Статистическая оценка данных.*.

Компьютерное моделирование эфаптической обратной связи.

Результаты экспериментов.

Раздел I. Теоретический взгляд на эфаптическую связь.

Положительная обратная связь в „больших" химических синапсах.34 Действие внутриклеточного приложенного тока на синапсы с положительной обратной связью.

Эффект подсоединения новых синапсов.

Раздел II. Компьютерное моделирование.

Положительная обратная связь.

Изменение зависимости амплитуды ВПСТ от МП при наличии обратной связи.

Влияние положительной обратной связи на парную фасилитацию.

Влияние дополнительных синапсов на величину обратной связи.

Влияние соседних синапсов на величину парной фасилитации.

Раздел III. Электрофизиологические эксперименты на нейронах области CAI гиппокампа.

Влияние гиперполяризации нейрона на параметры синаптической передачи.

Компонентный анализ минимальных ВПСП области CAI гиппокампа.

Раздел IV. Электрофизиологические эксперименты на нейронах области САЗ гиппокампа.

Зависимость амплитуды суммарных ВПСТ от постсинаптического мембранного потенциала.

Зависимость парной фасилитации суммарных ВПСТ от постсинаптического мембранного потенциала.

Влияние гиперполяризации на амплитуду и количество „выпадений" при регистрации минимальных ВПСТ.

Зависимость амплитуды минимальных ВПСТ от МП

Зависимость парной фасилитации минимальных ВПСТ от МП постсинаптического нейрона.

Раздел V. Генерация потенциалов действия в окончаниях коллатералей Шаффера во время долговременной потенциации в области CAI гиппокампа.

Обсуждение результатов.

Компьютерные эксперименты.

Изменение амплитуды ВПСТ при смещении МП в синапсах с положительной обратной связью.

Зависимость парной фасилитации от изменения МП.

Активация множества синапсов.

Физиологические эксперименты.

Изменение параметров синаптической передачи нейронов области

CAI гиппокампа при гиперполяризации сомы нейрона.

Изменение количества „выпадений" во время гиперполяризации нейронов области САЗ гиппокампа при минимальной стимуляции.

Зависимость амплитуды минимальных ВПСТ и их ПФ от изменения

Сравнение минимальных и суммарных ВПСТ.

Генерация ПД в окончаниях коллатералей Шаффера.

Возможность химической обратной связи в синапсе.

Физиологическое значение электрической обратной связи в синапсах.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Исследование электрической обратной связи в химических синапсах гиппокампа"

Актуальность проблемы

Изучение механизмов, лежащих в основе синаптической передачи, является одним из основных направлений исследований в современной нейробиологии. Согласно классическому представлению, синаптическая передача в химическом синапсе является поляризованной, так как сигнал передаётся в одном направлении - от пресинаптической части синапса к постсинаптической. Однако в последние годы большое внимание привлекают так называемые ретроградные мессенджеры -химические вещества, выходящие из постсинаптического нейрона и влияющие на выброс медиатора из пресинапса (Alger and Pitler, 1995; Fitzsimonds and Poo, 1998; Garthwaite and Boulton, 1995; Sanchez-Prieto et al., 1996). Другим возможным механизмом влияния постсинаптического нейрона на пресинаптическую часть является внутрисинаптическая электрическая (эфаптическая) обратная связь, которая появляется во время возбуждающего постсинаптического тока (ВПСТ) (Вызов 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1977; Byzov and Sura-Bura, 1986; Maximov and Byzov, 1996; Voronin et al., 1995). Гипотеза А.Л. Вызова об эфаптической обратной связи предполагает, что ВПСТ может дополнительно увеличивать пресинаптический выброс медиатора, благодаря деполяризации места пресинаптического выброса при условии, что сопротивление синаптической щели достаточно велико. Согласно этой гипотезе, внутриклеточная гиперполяризация постсинаптического нейрона должна вызывать эффект, сходный с ВПСТ, т.е. увеличивать пресинаптический выброс медиатора. Эффект гиперполяризации должен быть более сильным в больших синапсах с протяженной синаптической щелью. Такие условия существуют в синапсах, образованных между фоторецепторами и нейронами второго порядка (Вызов 1994), однако убедительных данных о существовании эфаптической обратной связи в центральных химических синапсах до настоящей работы не существовало.

Считается, что гиперполяризация постсинаптической мембраны увеличивает величину ВПСТ в результате отклонения мембранного потенциала (МП) от равновесного, что увеличивает электродвижущую силу для соответствующих катионов (Katz, 1969). Однако при наличии положительной обратной связи гиперполяризация постсинаптического нейрона может увеличивать выброс передатчика. Увеличение выброса передатчика должно влиять на квантовые параметры синаптической передачи, на пресинаптическую парную фасилитацию (ПФ) и на зависимость амплитуды ВПСТ от МП. При наличии эфаптической обратной связи такая зависимость должна быть нелинейной. Вместе с тем, в многочисленных работах, выполненных на различных структурах центральной нервной системы (ЦНС), включая спинной мозг (Flatman et al., 1982), неокортекс (Deisz et al., 1991; Stern et al., 1992; Sutor and Hablitz, 1989), область CA1 (Buhl et al., 1994; Hestrin et al., 1990) и САЗ гиппокампа (Barrionuevo et al., 1986; Brown and Johnston, 1983; Griffith, 1990; Griffith et al., 1986; Gaiarsa et al., 1994; Jonas et al., 1993) не описано каких-либо отклонений от линейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП. Кроме того, при регистрации ВПСТ, опосредованных глутаматными рецепторами AMP А ( alpha- amino-3-hydroxy-5-methy 1-4-isoxalepropionate) - типа при двух различных МП (МП покоя и МП выше 0 мВ), не было обнаружено зависимости коэффициента вариации (Manabe et al., 1993; Kullmann, 1994) или ПФ от изменений МП (Clark et al., 1994; Manabe et al., 1993).

Таким образом, имеющиеся к настоящему времени данные показывают линейную зависимость ВПСТ от изменения МП и потенциал-независимую ПФ. Эти экспериментальные результаты противоречат гипотезе А.Л. Вызова, следствия из которой предполагают отклонение зависимости ВПСТ от линейной при гиперполяризационном смещении МП (супралинейная зависимость) и потенциал-зависимую ПФ. Разрешение данной проблемы позволит глубже понять основные процессы, лежащие в основе синаптической передачи и пластических перестроек в синапсах ЦНС.

Цель и задачи исследования

Целью работы была проверка гипотезы о существовании положительной электрической обратной связи в химических синапсах головного мозга и выявление причины противоречий между предсказаниями этой гипотезы о нелинейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП и известными литературными данными о линейности такой зависимости. Такая работа предполагала решение следующих основных задач:

- анализ параметров синаптической передачи (количество „выпадений", т.е. отсутствий ответов, N0, коэффициент вариации, СУ"2 квантовый состав, т, величина кванта, у) при различных МП постсинаптического нейрона;

- сравнительный анализ зависимости амплитуды ВПСТ от МП при "минимальной" тестирующей стимуляции, когда ответы на стимул появляются не каждый раз, и при достаточно сильной стимуляции, когда „выпадения" отсутствуют;

- анализ изменений ПФ во время смещения МП постсинаптического нейрона от равновесного при регистрации суммарных и минимальных ВПСТ.

Научная новизна

1) Показано, что гиперполяризация постсинаптического нейрона изменяет такие параметры синаптической передачи, как количество „выпадений" (N0), коэффициент вариации амплитуды (СУ-2) и квантовый состав.

2) Впервые экспериментально показано, что зависимость амплитуды ВПСТ от МП отклоняется от классической линейной в области гиперполяризации постсинаптического нейрона при активации небольшого количества синапсов.

3) Выявлена зависимость ПФ от изменений МП постсинаптического нейрона при регистрации минимальных ВПСТ.

4) Впервые показано, что после индукции долговременной потенциации (ДП) в окончаниях аксонов могут возникать потенциалы действия (ПД), которые распространяются антидромно.

Таким образом, впервые получены данные, подтверждающие гипотезу А.Л. Вызова о существовании электрической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

Теоретическая и практическая значимость

Данное исследование представляет первую работу, в которой электрофизиологическими и компьютерными модельными методами доказано существование электрической положительной обратной связи в химических синапсах гиппокампа. Эти данные расширяют представления о механизмах синаптической передачи. Результаты работы позволили разрешить противоречия между предсказаниями гипотезы А.Л. Вызова о нелинейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП и известными литературными данными о линейности такой зависимости.

Обзор литературы

ЦНС характеризуется такими двумя свойствами, как реактивность и пластичность. Реактивность - это способность системы активно отвечать на воздействия внешней среды; пластичность - это свойство системы изменять реактивность, как результат её активации (Konorski, 1967). Нейронная пластичность лежит в основе модификации нейронной сети при развитии организма и формировании следов памяти (Костюк, 1972; Eccles, 1953; Hughes, 1958; Kandel, 1976; Lloyd, 1949; Sutherland and Donald, 1990).

В настоящее время считается, что одним из основных механизмов нейрональной пластичности являются изменения в синаптической передаче (Collier et al., 1987; Doty, 1990; Horel, 1978; Isaacson, 1974; Marr, 1971). Одной из наиболее популярных моделей для изучения синаптической пластичности является ДП (Buzsaki, 1989; Yeckel et al., 1999; Sahgal, 1980; Schmajuk, 1990; Squire, 1986; Squire and Butters, 1984; Voronin, 1993), которая представляет собой увеличение эффективности синаптических входов после их кратковременной высокочастотной афферентной активации (Bliss and Gardner-Medwin, 1973; Bliss and Collingridge, 1993; Bliss and Lomo, 1973). ДП условно можно разделить на декрементную, раннюю фазу и недекрементную, позднюю фазу (Bliss and Collingridge, 1993; Voronin et al., 1995). Как предполагают, ранняя фаза основана на увеличении вероятности выброса медиатора из пресинаптической терминали (Воронин и др., 1998; Voronin, 1993). Поздняя фаза трактуется в литературе различным образом. Одна из основных гипотез, объясняющая позднюю фазу потенциации, предполагает повышение чувствительности постсинаптических рецепторов к химическому передатчику (Malenka and Nicoll, 1993). Другая гипотеза объясняет ДП морфологическими перестройками синапсов. (Edwards, 1995; Geinisman et al., 1993; Voronin et al., 1995). Такие изменения синаптического контакта (Бериташвили, 1968; Fifkova and Harreveld, 1977; Wickens, 1988) могут увеличивать число активных мест выброса, и тем самым влиять на эффективность синаптической передачи.

Целью данного обзора является представление имеющихся сведений о химическом и электрическом взаимодействии внутри синаптического контакта, анализ существующих проблем и в связи с этим постановка задачи исследования. Литературные данные демонстрируют, что пре- и постсинаптические мембраны, а также дендриты и сома пирамидных нейронов гиппокампа и неокортекса содержат следующие основные типы каналов: тетродотоксин-чувствительные N+ каналы; низко- и высокопороговые Са2+ каналы и различные типы К+ и С1~ каналов (Andreasen and Lambert, 1995; Huguenard et al., 1989; Huguenard, 1996; Magee and Johnston, 1995a, 1995b, Markram and Sakmann, 1994; Spruston et al., 1995; Stuart and Sakmann, 1994; Wong and Stewart, 1992). Представленные типы каналов открываются во время смещения МП от равновесного, либо при активации их различными химическими агентами. Единый метаболизм клетки (принцип Дейла), предполагает, что во всех окончаниях нейрона содержится один и тот же медиатор или набор медиаторов (Dale, 1935). Это позволяет классифицировать нервные клетки по медиаторной специфичности (эргичности). В настоящее время выделяют три типа медиаторов: аминокислоты, амины, пептиды. Аминокислоты (глутамат, аспартат, ГАМК и глицин) - наиболее распространённый тип нейропередатчика. Основным возбуждающим передатчиком является глутамат, количество которого в мозге измеряется микромолями на грамм ткани. Основное действие глутамата характеризуется как „ионотропное": глутамат взаимодействует с рецепторами на постсинаптических структурах и вызывает изменения проницаемости мембраны для различных ионов, обусловливливая быстрый активационный или тормозной эффект. Вместе с тем, для глутамата кроме ионотропных рецепторов (действие которых опосредуется мембранными каналами) (Bliss and Collingridge, 1993; Gozlan et al., 1995; Collingridge and Lester, 1989; Lisman, 1989; Murphy et al., 1995) обнаружены и "метаботропные" (мембрано-связанные протеины, которые влияют на различные системы вторичных мессенджеров) (Bockaert et al., 1993; Duvoisin et al., 1995; Fasolato et al., 1994; Saugstad et al., 1995; Schoepp and Conn, 1993; Schoepp et al., 1992; Tanabe et al., 1992). Глутамат связывается также с пресинаптическими ауторецепторами, где он способен регулировать синаптическую передачу, увеличивая или уменьшая высвобождение пресинаптических везикул. Пептиды, несмотря на широкое распространение в нервной системе, выполняют, вероятнее всего, функцию сопутствующего медиатора (ко-трансмиттера). Они обнаружены в нейронах, содержащих классические медиаторы (Eckenstein and Boughwan, 1984). Амины (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин) представлены в мозге в 1000 раз меньшей концентрацией, чем аминокислоты. Основная форма их влияния в ЦНС - метаботропная (McGeer et al., 1978). Они не вызывают существенного изменения проницаемости мембраны, но инициируют химические изменения системы вторичных мессенджеров в постсинаптических структурах. Это приводит к длительным трофическим и пластическим перестройкам функции нейронов. В настоящее время известны немногочисленные пути передачи сигналов в клетке с участием вторичных мессенджеров, количество которых ограничено: Са2+, сАМР, cGMP, инозитолтрифосфат, диацилглицерол, арахидоновая кислота и окись азота (NO) (Костюк и Чазов, 1988; Реутов и др., 1997). Аминергические нейроны в ЦНС образуют достаточно компактные скопления и проводящие пути, проникающие во многие отделы мозга. Особенностью аминергической иннервации является то, что одна нервная клетка за счёт значительного ветвления аксона устанавливает контакты с большим количеством нейронов, расположенных в различных отделах мозга. Такой принцип связей является морфологическим признаком „регуляторной" („модуляционной") функции. Он обеспечивает взаимодействие нейронов ЦНС, что является основой консолидирующих влияний (Раевский, 1991).

Модуляция синаптической передачи может происходить не только на клеточном уровне, но и в синаптической щели. Как показали многочисленные исследования, синаптическая щель заполнена рыхлым электронно-плотным веществом, ориентированным параллельно контактирующим поверхностям (Косицын, 1976; Bloom and Aghajanian, 1968). Вещество щели состоит из крупных макромолекул белка, связанных с ганглиозидами. Ганглиозиды - это сложные липиды, в состав которых входит сиаловая (нейроминовая) кислота, обеспечивающая, по-видимому, прочные адгезивные свойства синаптического контакта. Вероятно, наряду со склеивающими свойствами, вещество синаптической щели может служить также для обеспечения поляризованной и регулирующей работы синапса. Разная пространственная ориентация составных частей щели позволяет сделать предположение, что крупные макромолекулы по приходу импульса в бляшку заряжаются и, ориентируясь в вертикальной плоскости по отношению к контактным зонам, обеспечивают доступ медиатора к постсинаптической мембране. В неактивном состоянии вещество синаптической щели располагается гомогенно и служит препятствием для направленного распространения сигнала (Косицын, 1976).

В литературе описано обратное взаимодействие между постсинаптической и пресинаптической частью мембраны, осуществляемое различными химическими агентами (Матюшкин и др., 1980; Матюшкин, 1989; Fitzsimonds and Poo, 1998). В настоящее время ретроградные сигналы в синапсе разделяются на три группы, которые связаны по принципу выделения химических агентов и передачи их от постсинаптической части нейрона к пресинаптической. К первой группе ретроградных сигналов относятся вещества, свободно проникающие через постсинаптическую мембрану. Среди различных мембран-проницаемых агентов арахидоновая кислота (АА) - основной кандидат в ретроградные сигналы (Lazarewicz et al., 1988). АА освобождается из мембраны постсинаптического нейрона через активацию фосфолипазы А2 и фосфолипазы С, последние активируются внутриклеточным Са2+, который входит через открытые NMDA (N-methyl-D-aspartate) каналы при достаточно сильной активации постчинаптического нейрона (Reymann et al., 1988; Dumuis et al., 1988). NMDA каналы активируются при взаимодействии глутамата с постсинаптической мембраной, после снятия Mg2+ блока при деполяризации мембраны. Синтезированная АА проходит через постсинаптическую и пресинаптическую мембраны и в последней вызывает активацию вторичных мессенджеров, которые способствуют увеличению выброса медиатора. Два других кандидата в мембран-проницаемые диффузные ретроградные мессенджеры - это газы: NO и монооксид углерода (СО). NO синтезируется энзимом NO синтетазы из аминокислоты L- аргинина и зависит от концентрации внутриклеточного Са2+ (Garthwaite and Boulton, 1995). CO синтезируется в постсинаптическом нейроне с помощью энзим-гем оксигеназы (Dawson and Snyder, 1994). NO и CO, так же как и АА, выделяются из постсинаптической мембраны и воздействуют на вторичные мессенджеры пресинаптической терминали, которые влияют на выброс медиатора.

Ко второй группе относят вещества, которые выделяются из постсинаптической мембраны с помощью секреции. Нейротрофин, один из многих ретроградных мессенджеров, может выделяться из постсинаптического нейрона и взаимодействовать с рецепторами, расположенными на пресинаптическом нейроне (Berninger and Poo, 1996).

Постсинаптические мембранные протеины, которые прямо или косвенно связаны с пресинаптическими рецепторами через молекулы экстраклеточного матрикса, относятся к третьей группе сигнальных факторов (Lisman and Harris, 1993).

Таким образом, роль химических факторов в природе синаптической передаче хорошо известна. Однако некоторые экспериментальные данные указывают на возможность электрической взаимосвязи между окончаниями (Броун и Ильинский, 1984). В нервной системе позвоночных и беспозвоночных обнаружены возбуждающие электрические синапсы, которые наиболее полно изучены у беспозвоночных и низших позвоночных (Shapovalov, 1980). Всем синапсам этого типа свойственны очень узкая синаптическая щель (около 5 нм) и очень низкое удельное сопротивление сближенных пре- и постсинаптических мембран для проходящего через них электрического тока. Такое низкое сопротивление, как правило, связано с наличием поперечных каналов, пересекающих обе мембраны, т. е. идущих из клетки в клетку. Диаметр каналов составляет около 1 нм. Каналы образуются белковыми молекулами каждой из контактирующих мембран, которые соединяются комплементарно. Эта структура легко проходима для электрического тока. Важно отметить, что поперечные каналы объединяют клетки не только электрически, но и химически, так как они проходимы для многих низкомолекулярных метаболитов. Поэтому возбуждающие электрические синапсы с поперечными каналами формируются, как правило, между клетками одного вида специализации (Faber and Korn, 1989). Электрические синапсы, передающие возбуждение, являются не вполне однородной группой. Они различаются по значению коэффициента передачи электрического сигнала, т. е. по отношению получаемого изменения потенциала на постсинаптической мембране к задаваемому на пресинаптической мембране, а также по отсутствию или наличию выпрямляющих свойств, т. е. как передаётся в них электрический сигнал - двусторонне или односторонне (Jefferys, 1995).

Описанные выше взаимодействия между синапсами основаны на химической или электрической связи. В литературе описан ещё один тип взаимодействия между нейронами, который появляется благодаря различным „полевым эффектам" (Faber and Korn, 1989; Pinault, 1995; Jefferys, 1995). Один из примеров „полевого эффекта" описан в спинном мозге кошек, который проявлял себя как короткое

0.3 мс) бифазное изменение возбудимости терминалей в ответ на антидромную стимуляцию мотонейронов (Gutnick et al., 1975). Подобные эффекты на мотонейронах кошек продемонстрированы другими авторами (Decima, 1969; Decima and Goldberg, 1969a; 1969b; 1973). „Полевые эффекты" известны и для гиппокампа (Taylor et al., 1984). Они особенно выражены при эпилептических состояниях (Taylor and Dudek, 1982; 1984а; 1984b).

Электрические взаимодействия внутри синапса посредством электрической обратной связи подобны „полевым эффектам". В соответствии с определением, данным Джефферисом (Jefferys, 1995), такие обратные связи можно назвать „эфаптическими" для того, чтобы отличить их от связи в электрических или в "смешанных" синапсах.

Теоретическая оценка эффективности положительной электрической обратной связи в химических синапсах была сделана А.Л. Бызовым (Вызов, 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1977; 1978; Byzov and Shura-Bura, 1986). А.Л. Вызов и его сотрудники изучали синапсы, образованные соединением фоторецепторов с дендритами горизонтальных клеток. Падение потенциала Vg, вызванное ВПСТ на сопротивлении синаптической щели, является причиной появления положительной обратной связи. Vg описывается как функция потенциала постсинаптической мембраны Vps

Vg = Vps * Rg/(Rg + Rs), (1) где Rs = 1/G сопротивление активной постсинаптической мембраны. Поэтому величину К= Rg/(Rg + Rs) можно условно назвать „коэффициентом внутрисинаптической положительной обратной связи". А.Л. Вызов (Byzov and Shura-Bura, 1986) оценивал величину К при условии, когда ширина синаптической щели равна 20 нм (Katz, 1966) и Rs = 1 Ом/см2 . Для небольших синапсов, с диаметром синаптической щели около 0.3 мкм, К может быть около 0.01, и поэтому положительная обратная связь незначительна. Однако при наличии тонких (0.1 мкм) постсинаптических инвагинаций глубиной 1 мкм внутрь пресинаптической мембраны обратная связь может быть большой (К > 0.5). В этом случае дополнительная деполяризация пресинаптической мембраны, благодаря положительной обратной связи, увеличивает амплитуду ВПСТ на 50% и более.

Данные электронной микроскопии (Hamlyn, 1961; Claiborne et al., 1986; Petukhov and Popov, 1986) показали, что в stratum lucidum области САЗ имеются большие пресинаптические бутоны, диаметр которых около 4 мкм, с инвагинациями, глубоко проникающими внутрь пресинаптического окончания. Опубликованные рисунки (Petukhov and Popov, 1986) демонстрируют типичный диаметр инвагинаций около 0.4 мкм ( от 0.2 до 1 мкм). Предполагая, что ширина синаптической щели равна 20 нм и сопротивление внутри щели варьирует от 50 до 200 Ом/см2, можно оценить верхнюю и нижнюю границу Rg. Соответствующая оценка была произведена в работе Викенса (Wickens, 1988), где показано, что для „тонких" инвагинаций (0.2 мкм в диаметре) Rg может варьировать в пределах от 177 до 708 МОм. Эта величина зависит от сопротивления щели и от того, как глубоко проникает инвагинация в пресинаптический бутон. Rg может варировать от 84 до 335 МОм для инвагинаций диаметром 0.4 мкм и от 32 до 130 МОм для „толстых" инвагинаций (1 мкм). Принимая сопротивление Rs равным 3 ГОм, что соответствует эффекту одного кванта передатчика (Jonas et al.,1993), можно предположить, что при наличии тонких инвагинаций существенная часть постсинаптического потенциала падает на синаптическую щель (К варьирует от 0.01 до 0.24).

Нужно отметить, что произведённая оценка Rg носит приближённый характер. Дополнительные факторы могут влиять на Rg, тем самым изменяя коэффициент внутрисинаптической положительной обратной связи. Например, увеличивать Rg и К могут высокое сопротивление экстраклеточного матрикса в синаптической щели (Korn and Faber, 1975), присутствие „пробок", создаваемых глиальными клетками (Voronin et al., 1995) и мультиквантовый выброс, который до лжет уменьшать Rs. В этих случаях положительная обратная связь будет эффективной даже в случае коротких инвагинаций большого диаметра.

Таким образом, хотя некоторые положения гипотезы А.Л. Вызова о существовании положительной обратной связи в химических синапсах не бесспорны и вопрос о её роли в модуляции синаптической передачи не является решенным, сама гипотеза о существовании электрической взаимосвязи между пост-и пресинаптическими частями нейронов представляется достаточно обоснованной. Вместе с тем, каких-либо экспериментальных проверок существования такой связи в ЦНС не проводилось. Прямым доказательством существования обратной связи в синапсах являлись бы опыты, в которых можно искуственно увеличить сопротивление синаптической щели. Однако такие эксперименты напрямую выполнить довольно сложно. Одним из следствий гипотезы А.Л. Вызова является то, что приложение гиперполяризующего тока через внутриклеточный электрод, вызывает падение напряжения вдоль синаптической щели, подобно тому, как внутрисинаптический ток создаёт падение напряжения на Rg. Поэтому участок щели, расположенный напротив места выброса, приобретет отрицательный потенциал относительно внеклеточного пространства, деполяризуя тем самым пресинаптическую мембрану. Это значит, что гиперполяризация постсинаптического нейрона должна увеличивать выброс передатчика из пресинаптического окончания.

При модификации синаптической передачи могут изменятся два основных параметра: квантовый состав (т), отражающий среднее число квантов (порций) передатчика, выбрасываемых каждым пресинаптическим импульсом, и величина кванта (v), отражающая эффект, вызванный одним квантом. Оценка изменений этих параметров может разрешить проблему пре- или постсинаптических изменений, происходящих при модификации синаптической передачи (Башкис и др,. 1980; Katz, 1966; Korn and Faber, 1991). Анализ литературных данных показывает, что коэффициент вариации амплитуды ответов CV"2 не зависит от изменения МП (Manabe et al., 1993; Kullmann, 1994). Изменения в синаптической передаче должны также влиять на зависимость амплитуды ВПСТ от МП в области гиперполяризации постсинаптического нейрона, делая её нелинейной. Вместе с тем, в многочисленных работах проделанных на различных структурах ЦНС, включая спинной мозг (Flatman et al., 1982), неокортекс (Deisz et al., 1991; Stern et al., 1992; Sutor and Hablitz, 1989), область CA1 (Buhl et al., 1994; Hestrin et al., 1990) и САЗ гиппокампа (Barrionuevo et al., 1986; Brown and Johnston, 1983; Griffith, 1990; Griffith et al., 1986; Gaiarsa et al., 1994; Jonas et al., 1993) не описано каких-либо отклонений зависимости амплитуды ВПСТ от линейной во время гиперполяризации.

Увеличение амплитуды ответа после второго стимула называют ПФ. ПФ наблюдается во многих синапсах (Zucker, 1989), включая гиппокамп (Voronin,

1993; Sokolov et al., 1998; Wang and Kelly, 1996; 1997). Феномен ПФ объясняют увеличением вероятности выброса передатчика на второй стимул. Таким образом, ПФ является чисто пресинаптическим феноменом (Zucker, 1989). Одно из следствий гипотезы об эфаптической обратной связи в химических синапсах является то, что ПФ должна быть потенциал-зависимой при достаточно сильной положительной обратной связи. Однако литературные данные описывают только потенциал-независимую ПФ (Clark et al., 1994; Manabe et al., 1993).

Таким образом, обширная литература, посвящённая исследованию синаптической передачи, не согласуется с существованием эфаптической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

С одной стороны, есть данные, подтверждающие возможность существования положительной обратной связи в химических синапсах ЦНС, а, с другой стороны, результаты многих исследований свидетельствуют против этого. Для проверки гипотезы и анализа причин имеющихся расхождений в экспериментальных данных в нашей работе предполагалось получить ответы на три вопроса:

- каким образом изменяются параметры синаптической передачи при различных мембранных потенциалах постсинаптического нейрона?

- как влияет активация дополнительных синапсов на зависимость амплитуды ВПСТ от изменения МП?

- при каких условиях ПФ зависит от изменения МП?

Приведённые в обзоре литературные данные о механизмах синаптической передачи в ЦНС и анализ существующих проблем определили следующий круг основных задач нашего исследования: Б

KB MBl MB2

Рисунок 1. Схема расположения регистрирующих (per. элек.) и стимулирующих (С1,С2,КВ,МВ1,МВ2) электродов при регистрации возбуждающих постсинаптических токов и потенциалов из областей CAI и САЗ гиппокампа. (А и Б, соответственно)

- анализ параметров синаптической передачи (количество „выпадений" (N0); коэффициент вариации; квантовый состав (те); величина кванта (v)) при различных МП постсинаптического нейрона;

- сравнительный анализ зависимости амплитуды ВПСТ от МП при минимальной силе стимуляции, когда ответы на стимул составляют примерно только половину от общего количества зарегистрированных ответов, и большой, когда „выпадения" отсутствуют;

- сравнение ПФ во время изменения МП на постсинаптическом нейроне при регистрации суммарных и минимальных ВПСТ.

С этой целью проводились электрофизиологические эксперименты на гиппокампе и компьютерные модельные эксперименты.

Материалы и методы

Краткое описание структуры гиппокампа

Главными цитоархитектоническими структурами гиппокампальной формации является следующие: regio superior (CAI); regio inferior (CA2-CA3), которую можно условно назвать САЗ, если принять во внимание, что граница СА2 четко не определена; dentate gyrus (зубчатая извилина (ЗИ)), а также hilus (СА4), занимающий промежуточную часть между структурами ЗИ и САЗ (рис. 1А).

Область CAI содержит небольшие, пирамидной формы нейроны диаметром 20 мкм (Ishizuka et al., 1990). САЗ-СА4 включает в себя большие, диаметром 30 мкм, пирамидные нейроны (Finch et al., 1983; Turner and Schwartzkroin, 1983). Гранулярные нейроны ЗИ имеют диаметр меньше чем 18 мкм. Гиппокампальная формация имеет ламинарную структуру (Amaral and Witter, 1989; Andersen et al, 1971). Каждая ламина ориентирована (примерно) перпендикулярно продольной оси гиппокампа, и содержит трисинаптическую цепь (Lorente de No, 1934; Miles and Wong, 1986).

Приготовление срезов и электрофизиологическая регистрация ответов в переживающих срезах

Эксперименты проводили на погружённых срезах гиппокампа, приготовленных от молодых крыс линии Вистар (от 18 дней до 5 недель), согласно методу, описанному в литературе (Edwards et al., 1989; Sokolov et al., 1998; Volgushev et al., 1995). Животных декапитировали, предварительно анестезировав эфиром или внутрибрюшинной инъекцией уретана (2 г/кг). Мозг извлекали из черепной коробки и помещали в охлаждённую (4° С) оксигенированную искусственную цереброспинальную жидкость (ИЦСЖ). Поперечные срезы толщиной 400-600 мкм приготовлялись с помощью вибротома и содержались в прединкубационной камере при комнатной температуре (22-24° С). ИЦСЖ оксигенировалась (95% О2 + 5 % СО2) и имела следующий состав (в мМ): NaCl 124; KCl 1.5 - 3; СаС12 1.3 - 2.45; MgCl2 0.3 - 1.3; КН2Р04 1.25; NaHC03 25 - 26; D-глюкоза 10; pH = 7.2 - 7.4. Через 1 час после инкубации срезы гиппокампа переносили в рабочую камеру с постоянной перфузией (2-3 мл/мин) при температуре 32-33° С. В части экспериментов пикротоксин (50 мкМ, Sigma) и CsCl (2 мМ) постоянно присутствовали в ИЦСЖ для того, чтобы блокировать ГАМ К а рецепторы и ограничить ток "аномального выпрямления" (Ih) (Halliwell and Adams, 1982; Hopkin and Johnston, 1988; Spruston et al., 1994; 1995; Williams and Johnston, 1988). Тетродотоксин (2-10 нМ, Affinity Research Product) также присутствовал в некоторых сериях экспериментов для того, чтобы уменьшить эпилептическую активность. В нескольких экспериментах нами использовались также: (alpha)-3-(2-carboxy-piperazin-4-yl)-propy-l-phosphonic (СРР, 20 мкМ) и D-2-amino-5-phosphono-pentanoic (АР5, 50 мкМ Cambridge Research Biochevicals), которые добавлялись во внеклеточный раствор для блокады NMDA рецепторов. Для избирательной блокады возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП) нами применялись 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX, 10 мкМ, Tocris) и D(-)-2-amino-5-phosphonopentanoic (АР5, 50 мкМ, Cambridge Research Biochemicals), которые селективно блокируют АМРА и NMDA компоненты ВПСП, соответственно.

Внутриклеточный регистрирующий электрод изготовлялся из 2 мм боросиликатного стекла и имел сопротивление 2-5 МОм при заполнении внутриклеточным раствором. Внутриклеточный раствор имел следующий состав в режиме фиксации потенциала (в мМ): CsMeS03 140; MgCl2 2; HEPES 10; EGT А 0.2; D-глюкоза 20 (pH = 7.2). В части опытов добавлялся QX-314 5-10 мМ для блокады потенциал-зависимых Na+ каналов (Hirsch and Gilbert, 1991; Huguenard et al., 1989; Stuart and Sakman, 1995; Sutor and Hablitz, 1989). При регистрации ВПСП в режиме фиксации тока использовался внутриклеточный раствор следующего состава (в мМ): K-gluconate 127; KCl 20; MgCl2 2; Na2ATP2, HEPES 10; EGTA 1; D-глюкоза 20; pH = 7.2.

ВПСП и ВПСТ регистрировались от пирамидных нейронов области СА1 и САЗ, используя „пэтч-регистрацию" от целой клетки (Blanton et al., 1989; Hamill et al., 1981) (рис. 1А,Б, регистрирующий электрод). Мембранный ток регистрировали с помощью стандартного „пэтч кламп" усилителя (Axoclamp 2А, Axon Instruments, Дармштадт, Германия) после компенсации последовательного сопротивления и ёмкости. Последовательное (10-30 МОм) и мембранное входное сопротивление определялось с помощью анализа ступеньки потенциала (амплитуда 5 мВ и длительность 200 мс) или тока (амплитуда 5 пА и длительность 200 мс), пропускаемого через регистрирующий электрод. Стимуляция афферентных волокон производилась с помощью частично обломанного „пэтч" электрода (500 Юм - 1МОм) или биполярными скрученными металлическими электродами диаметром 50-200 мкм.

Схема расположения стимулирующих электродов при регистрации от области CAI представлена на рис. 1А. Обычно, при регистрации ВПСТ в режиме фиксации потенциала использовали один стимулирующий и регистрирующий электрод (рис. 1А). В ряде экспериментов в режиме фиксации тока при регистрации ВПСП использовали два стимулирующих электрода, которые размещались на проксимальных и дистальных участках коллатералей Шаффера (КШ) по обе стороны от регистрирующего электрода (рис. 1А, С1 и С2 соответственно). На рисунке 1Б показана типичная позиция электрода МВ1, для stratum lucidum поля САЗ, т.е. для активации мшистых волокон (MB), образованных аксонами гранулярных клеток ЗИ. В части экспериментов использовались два стимулирующих электрода, которые активировали два входа (МВ1 и МВ2, на рисунке 1Б) , образованных MB. Область САЗ имеет сложные возвратные цепи (Claiborne et al., 1986; Johnston et al., 1992) . Таким образом, при стимуляции MB возможна активация комиссуральных волокон (KB), идущих от нейронов САЗ к другим нейронам этой же области. Для того, чтобы отличить активацию MB от активации KB, в некоторых экспериментах (п = 6) при регистрации суммарных ВПСТ нами применялись селективные агонисты метаботропных глутаматных рецепторов типа 2/3 (DCG-IV 1 мкМ или LCCG1 10 мкМ, Tocris). Эти рецепторы (MGluR 2/3) локализованы только на окончаниях MB, и отсутствуют на КВ. Соответственно показано, что активация MGluR 2/3 редуцирует ответы только в MB (Kamiya et al., 1996; Salin et al., 1996). Как ожидалось, DCG-IV (1 мкМ) или LCCG1 (10 мкМ) обратимо уменьшали ВПСТ (рис. 23Б), показывая, что стимулирующие электроды, положение которых показано на рисунке 1Б, действительно активировали MB.

Нами применялись однократные парные (50 мс) или одиночные стимулы (1-10 V, 0.04-1 мс) с интервалом стимуляции 8-15 с. Тестирующие стимулы подбирались таким образом, чтобы вызывать либо минимальные ВПСТ, с „выпадениями" (примерно 50% „выпадений") в ответ на первый стимул в паре либо суммарные ВПСТ, когда „выпадения" отсутствовали.

Эффект изменения МП оказался специфичным не для нейронов, а для отдельных входов. Поэтому в дальнейшем будут ссылки на „входы", а не на „нейроны".

Экспериментальный протокол

От нейронов области СА1, после стабилизации ответов, регистрировались ВПСТ или ВПСП при двух различных МП: потенциале „покоя" (-70 мВ) и гиперполяризации, когда МП находился в пределах от -100 мВ до -130 мВ. При обоих уровнях МП регистрировали 75-100 ответов, вызванных стимуляцией КШ.

От нейронов области САЗ регистрировались ВПСТ при различных МП, начиная с МП покоя (-63 мВ). Обычно, 8-20 одиночных ВПСТ регистрировались при каждом МП и усреднялись. Для контроля стабильности ответов после изменения МП потенциал мембраны возвращался к МП покоя, и вновь регистрировались ВПСТ. Записи с нестабильным контролем исключались из анализа. Нестабильность ответов в некоторых наблюдаемых нейронах можно объяснить депрессией при низкочастотной стимуляции или потенциацией при деполяризации мембраны (Bliss and Collingridge, 1993). В части экспериментов на области САЗ гиппокампа применялся протокол, как в области CAI. С помощью этого протокола были записаны ВПСТ от 7 нейронов, при минимальной стимуляцией MB, и два, вызваных минимальной стимуляцией KB: МП „покоя" (50 мВ или -63 мВ) и гиперполяризация (-80 мВ или -93 мВ).

Усиленные и отфильтрованные (1,3 или 10 кГц) потенциалы или токи отцифровывались с частотой 5-25 кГц и сохранялись на магнитном диске компьютера с разрешением 12 бит для последующего анализа.

Измерение амплитуды ответов и компонентный анализ

Измерение амплитуды суммарных ВПСТ производилось на усреднённых ответах. Измерялась разница токов между базовой линией и пиком ВПСТ (рис. 17Б, прерывистая линия).

Для лучшего выделения сигнала из шума при регистрации минимальных ВПСТ нами использовалось ковариационное измерение, основанное на статистическом методе главных компонент (Harmon, 1979; Jackson, 1991; Glaser and Ruchkin, 1976). Разработанный метод позволяет выделять ответы по их латентностям и форме (Astrelin et al., 1998). Первая главная компонента сильно коррелирует с общепринятым измерением амплитуд (рис. 17Б). Такая „ковариационная амплитуда" пересчитывалась в пА. Для пересчёта использовали сравнение пика амплитуды со значениями соответствующих компонент. В дальнейшем, в тексте для простоты „ковариационная амплитуда" называется „амплитудой". Для 4 входов при минимальных ВПСТ мы сравнивали зависимости амплитуды и "ковариационные амплитуды" ВПСТ от МП. Зависимости амплитуд ВПСТ от МП для обоих измерений статистически не различались. Для разделения компонент минимальных ВПСТ был использован специальный алгоритм (Astrelin et al., 1998). Этот алгоритм позволял разделять компоненты, которые имели различные латентности и время нарастания. В связи с различными латентностями и кинетикой каждую компоненту принимали как отдельный вход.

Оценка количества „выпадений"

Для оценки количества „выпадений" при регистрации минимальных ВПСТ нами использовалось два метода: „субъективный" и „объективный" (Voronin et al., 1992; Voronin, 1993). С помощью первого метода визуально разделяли „выпадения" и ответы (рис. 11В, Г и рис. 21В, Г, выпадения и ответы). Усреднённые „выпадения" (рис. IIA и рис. 21 В, Г, усреднение) и наложенные ответы (рис. ИГ и рис. 21 В, Г, ответы) служили контролем правильного разделения (Kandel, 1976). Суть второго метода заключалась в том, что количество "выпадений" определялась как удвоенное количество ответов с отрицательной амплитудой в режиме фиксации тока или положительной амплитуде в режиме фиксации напряжения. Между двумя методами наблюдалась высокая корреляция оценки N0 (рис. 11Б, рис. 21Б, рис. 24Б и 25Б). Вычислялась доля „выпадений" (N0/N), как отношение количества „выпадений" (N0) к общему числу ответов, (N) и натуральный логарифм такого отношения (In NO/N). Статистическая оценка различий N0 производилась с помощью X2 теста.

Квантовый анализ

Коэффициент вариации определялся при помощи „вариационного анализа", который основан на равенстве средней амплитуды и её вариаций для Пуассоновского распределения (Auerbach, 1972; Del Castillo and Katz, 1954; Martin, 1966; Strieker et al., 1996; Voronin, 1993). Для более точного определения квантового состава, неограниченного рамками строгой модели выброса передатчика, применяясь деконволюционная процедура (Astrelin et al., 1998; Барт и др., 1988; Edwards et al., 1976; Jack et al., 1981; Redman, 1990; Wong and Redman, 1980), которая основана на гистограммном методе (Воронин и др., 1990; Voronin, 1993) и позволяет использовать наиболее полно всю информацию, заключённую в измерениях амплитуд.

Методика вызова антидромных потенциалов

При вызове антидромных потенциалов нами применялась стимуляция проксимальных (КШп) и дистальных (КШд) участков аксонов пирамидных нейронов области САЗ (КШп и КШд, соответственно; рис. 30). Для этого через биполярные нихромовые электроды диаметром 0.2 мм пропускали прямоугольные двухфазные импульсы тока с длительностью фаз 50-100 мке и амплитудой ± 50200 мкА (50% от той, при которой возникал максимальный ответ).

Регистрировали внеклеточио ПД нейронов области САЗ гиппокампа (стеклянный микроэлектрод 10-20 МОм, заполнен 2М NaCl) и суммарные вызванные потенциалы (ВП) в радиальном и пирамидном слое области CAI (стеклянный микроэлектрод 2-4 МОм, заполнен ИЦСЖ). Для получения усреднённых ВП в области CAI КШп стимулировали сериями из 10 импульсов тока с частотой 0.1 Гц. ДП в области CAI вызывали тетанизацией КШп в тета-ритме (5 групп импульсов тока с интервалом 200 мс; в группе 4 импульса с интервалом 10 мс). Стимуляцией КШп вызывали также антидромные ПД нейрона области САЗ. Для оценки величины порога возбудимости окончаний КГЦ, расположенных в радиальном слое области CAI, КШд стимулировали сериями из 10 импульсов тока с частотой 0.1 Гц и вычисляли вероятность возникновения антидромного ПД нейрона области САЗ как отношение числа стимулов, вызвавших ПД, к общему числу (п = 10) стимулов. Для стимуляции КШ использовали многоканальный стимулятор соединённый с персональным компьютером (PC АТ/386). Регистрируемые потенциалы подавались на преду си лители MZ-4 с высоким входным сопротивлением, а затем на многоканальный усилитель MG440, связанный с компьютером через аналого-цифровые преобразователи. Компьютер управлял стимуляцией и регистрацией в ходе эксперимента.

Статистическая оценка данных

При статистической обработке данных использовали t-критерий Стьюдента, критерий X2 и Колмогорова-Смирнова. Все статистические данные представлены как ошибка средних. Различия считались статистически значимыми при Р < 0.05 (если этот уровень не указан специально). А

Пре (1) Б

Пост (2)

Рисунок 2. Схемы, иллюстрирующие положительную обратную связь в химическом синапсе

А: Пресинаптическая (Пре (1)) и постсинаптическая (Пост (2)) части клетки с соответствующими входными сопротивлениями (Ш и И2) и сопротивлением пресинаптической мембраны (Ир). Непрерывная стрелка показывает направление возбуждающего тока, который создаёт падение напряжения на сопротивлении синаптической щели (И^). Прерывистой стрелкой показан компонент тока Ь, проходящий через пресинаптическое окончание.

Б: На эквивалентной электрической схеме показаны мембранные потенциалы покоя (Е1 и Е2); проводимость постсинаптической мембраны (О) и падение напряжения создваемое током к.

Компьютерное моделирование эфаптической обратной связи

Программное обеспечение было подобно описанному в литературе (МахЛтоу апс! Вугоу, 1996). Программа позволяла конструировать различные модели из стандартных программных модулей. Соответствующий алгоритм описан в разделе „Компьютерное моделирование".

Результаты экспериметов

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Касьянов, Александр Михайлович

Выводы

1. Постсинаптическая гиперполяризация влияет на такие параметры синаптической передачи в ЦНС, как количество „выпадений", коэффициент вариации амплитуды постсинаптического ответа и средний квантовый состав. Эти изменения в синаптической передаче указывают, что при постсинаптической гиперполяризации происходит увеличение вероятности выброса синаптического передатчика из пресинаптического окончания.

2. В опытах с минимальной стимуляцией при гиперполяризации постсинаптического нейрона зависимость амплитуды ВПСТ от МП является более сильной, чем это предсказывается на основании классического механизма, основанного на возрастании электродвижущей силы, т.е. становится супралинейной". ПФ проявляет зависимость от изменений МП постсинаптического нейрона.

3. Компьютерное моделирование показало, что активация большого количества синапсов приводит к тому, что зависимость амплитуды ВПСТ от МП становится линейной. При этом зависимость ПФ от смещений МП уменьшается или полностью исчезает. В соответствии с этим, в электрофизиологических экспериментах показано, что активация большого количества входов, вызванная сильной стимуляцией МВ области САЗ гиппокампа, делает зависимость амплитуды ВПСТ от МП линейной, и ПФ становится независимой от смещений МП.

4. С помощью статистического анализа, основанного на методе главных компонент, установлено, что гиперполяризация постсинаптического нейрона может приводить к появлению новых коротко латентных компонент, что свидетельствуют об активизации дополнительных, ранее "молчащих", синапсов.

5. Индукция ДП в области CAI гиппокампа приводит к состоянию повышенной возбудимости мембраны пресинаптических частей аксонов и, как следствие, к возникновению в окончаниях аксонов ПД, распространяющихся антидромно в область САЗ.

6. Таким образом, впервые получены данные, подтверждающие гипотезу А.Л. Вызова о существовании электрической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

Тезисы конференций:

Ezrokhi, V.L., Kasvanov, A.M. and Alexandrov, Y.I. (1996) Ectopic pacemaker generator in axon terminals associated with epileptiform activity and LTP. 26-th Annual Meeting of the Society for Neurosciense, November 16-21, Washington, D.C. v. 22, 2, p. 1520

Kasvanov. A.M. and Kleschevnikov, A.M. (1997) Colocalization of functionally active AMPA and NMDA receptors in excitatory synapses on the CA1 pyramidal cells in hippocampal slices. 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, L075.29

Kasvanov, A.M. Zosimovsky, V.A. and Ezrokhi, V.L. (1997) Changes in excitability and triggering of action potentials in axon terminals of rat's hippocampal slices. 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, P075.49

Voronin, L.L., Kleschevnikov, A.M., Sokolov, M.V., Kasvanov. A.M., Astrelin, A.V. and Rossokhin, A.V. (1997) Sinaptic mechanisms of the early and late phases of hippocampal long-term potentiation (LTP). 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, L075.03

Статьи:

Эзрохи, В.Л., Касьянов, A.M., Зосимовский, В.А. (1999) Генерация потенциалов действия в окончаниях коллатералей Шаффера во время длительной потенциации в области СА1 гиппокампа. Ж.В.Н.Д. 1:127-131

Воронин, Л.Л., Волгушев, М., Соколов, М.В., Касьянов. A.M., Чистякова, М. (1999) Эффекты постсинаптической гиперполяризации подтверждают наличие внутрисинаптической эфаптической обратной связи в центральных синапсах. Доклады Академии наук (принято к печати)

Voronin, L.L., Volgushev, М., Sokolov, М., Kasyanov. A. Chistiakova, М., and Reymann, K.G. (1999) Evidence for an ephaptic feedback in cortical synapses: postsynaptic hyperpolarization alters the number of response failures and quantal content. Neuroscience 2:399-405

Заключение

Согласно гипотезе А.Л. Вызова (Вызов 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1978; Вызов и Полищук, 1987; Byzov and Sura-Bura, 1986), в химических синапсах существует положительная электрическая обратная связь, которую можно представить следующим образом: отрицательный относительно внеклеточной среды потенциал, возникающий в результате прохождения тока через синаптическую щель, может деполяризовать пресинаптическую часть нейрона. Достаточно большая деполяризация может вызывать вход кальция в пресинаптическое окончание через потенциал-зависимые кальциевые каналы и вследствие этого увеличивать выброс передатчика. Такая обратная связь незначительна в типичных маленьких центральных синапсах с низкой величиной сопротивления щели, но может быть существенной в больших (перфорированных) синапсах с инвагинациями. В таких синапсах вклад обратной связи в амплитуду

ВПСТ может составлять существенную часть от общего сигнала. Обратная связь может появиться в синапсах, в которых происходят структурные изменения (появление „спинул" и инвагинаций) как при их развитии, так и при функциональной активности.

Пресинаптическая деполяризация во время внутриклеточной гиперполяризации, также как пресинаптическая деполяризация во время ВПСТ, может влиять на вероятность выброса медиатора и, таким образом, модифицировать классическую зависимость амплитуды ВПСТ от МП, делая её нелинейной. Однако в случае генерации суммарных ВПСТ, возникающих в результате активации большого количества волокон, ВПСТ соседних синапсов взаимодействуют таким образом, что ток деполяризации, направленный от соседних синапсов, уменьшает гипрполяризацию и, следовательно, снижает нелинейность зависимости ВПСТ от МП.

Так как гиперполяризация постсинаптической мембраны увеличивает синаптическую передачу в синапсах с положительной обратной связью, можно ожидать, что ПФ будет уменьшаться при гиперполяризации и увеличиваться при деполяризации. Однако это справедливо в определённых пределах и при определённых условиях. В общем случае, как показали компьютерные эксперименты, при сильной положительной обратной связи зависимость ПФ от изменения МП является сложной. Во время гиперполяризации, сильно превышающей уровень потенциала покоя, ПФ может не зависеть от изменений МП. Сильная зависимость ПФ от МП наблюдается при небольшой гиперполяризации и деполяризации от уровня МП покоя.

Из наших данных, полученных при регистрации минимальных и суммарных ВПСТ, следует, что положительная обратная связь полностью функционирует только в том случае, когда синхронно активируется небольшое количество синапсов. Когда синапс активирован совместно с большим количеством соседних синапсов, внутрисинаптическая обратная связь действует при условии, если затруднена электротоническая передача тока от активного синапса вдоль дендрита.

Наши эксперименты с идентификацией антидромных разрядов в нейронах области САЗ дали основание полагать, что при индукции ДП внутрисинаптическая обратная связь может оказаться настолько сильной, что приводит к генерации ПД в окончаниях аксонов.

В целом, наши электрофизиологические и компьютерные эксперименты дают первые доказательства существования внутрисинаптической обратной связи в нейронах головного мозга. Положительная обратная связь может объяснить такие феномены, как ответы типа „всё или ничего" в зрительной коре (Volgushev et al., 1995; Stratford et al., 1996), когда происходит синхронный выброс синаптического передатчика из нескольких мест выброса (Voronin et al., 1995; Astrelin et al., 1997; 1998); спонтанные синхронные мультиквантовые синаптические потенциалы (Korn et al., 1993); высокую надёжность синаптической передачи в больших синапсах трапециевидного тела (Chuhma and Ohmori, 1998); появление больших „перфорированных" синапсов после формирования ДП (Voronin et al., 1995; Geinisman et al., 1993; Edward, 1995; Muller, 1997); и в других ситуациях, предполагающих усиление синаптических реакций, в том числе после формирования условнорефректорных связей (Calverley and Jones, 1990)

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Касьянов, Александр Михайлович, Москва

1. Башкис, A.B., Воронин, Л.Л. и Гусев, А.Г. (1980) Элементарные постсинаптические потенциалы гиппокампальных нейронов. Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 90:643-646

2. Бериташвили, И.С. (1968) Память позвоночных животных, ее характеристика и происхождение. Метсниереба, Тбилиси, стр. 74-78

3. Броун, Г.Р. и Ильинский, О.Б. (1984) Физиология электрорецепторов. Л.

4. Бызов, А.Л. (1967) Горизонтальные клетки сетчатки регуляторы синаптической перидачи. Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова 9:1115-1124

5. Бызов, А.Л. (1994) Управляемые синапсы. Природа 3:72-83

6. Бызов, А.Л. и Голубцов, К.В (1977) Модель механизма обратной связи через электрический ток в химическом синапсе. Биофизика 22:1081-1086

7. Бызов, А.Л. и Голубцов, К.В. (1978) Модель нейрона регулятора эффективности синаптической передачи. Биофизика 1:119-125

8. Бызов, А.Л. и Полищук, H.A. (1987) О механизме обратной связи от горизонтальных клеток к фоторецепторам: химическая или электрическая гипотеза? Сенсорные системы 4:344-352

9. Воронин, Л.Л., Кунт, У. и Хесс, Г. (1990) Квантовый анализ длительной потенциации суммарных постсинаптических потенциалов нейронов переживающих срезов гиппокампа. Нейрофизиология 4:465-472

10. Косицын, Н.С. (1976) Микроструктура дендритов и аксодендритических связей в центральной нервной системе. М.:Наука

11. Костюк, П.Г. (1972) Синаптические механизмы пластичности в центральных нервных системах. В: Саморегуляция нейрофизиологических механизмов интегративной деятельности. Материалы симпозиума. Наука, Ленинград, стр. 2526

12. Костюк, П.Г. и Чазов, Е. И. (1988) Внутриклеточная сигнализация: биологические и медицинские аспекты праблемы. Успехи физиол. наук 4:3-11

13. Матюшкин, Д.П. (1989) Обратные связи в синапсе. М.:Наука

14. Матюшкин, Д.П., Драбкина, Т.М. и Шабуева, И.А. (1980) Количественная оценка функции пресинаптического аппарата в одиночных и множественных синапсах. Успехи физиол. наук 11:49-70

15. Раевский, В.В. (1991) Онтогенез медиаторных систем мозга. М.:Наука

16. Реутов, В.П., Сорокина, Е.Г., Охотин, В.Е. и Косицын, Н.С. (1997) Циклические превращения оксида азота в организме млекопитающих. М.:Наука

17. Эзрохи, В.Л., Гречушникова, Л.С., Чепкова, А.Н. и Шаронова, И.Н. (1979) Антидромные потенциалы действия как проявление следового возбуждения. Журн. высш. нервн. деят. 3:381

18. Эзрохи, В.Л. и Шаронова, И.Н. (1977) Идентификация и свойства коллазальных нейронов сенсомоторной коры кролика. Журн. высш. нервн. деят 3:600

19. Alger, В.Е. and Pitler, Т.А. (1995) Retronrade signalling at GAABA-receptor synapses in the mammalian CNS. Trends in Neurosciences 18:333-340

20. Amaral, D.G. and Witter, M.P. (1989) The three-demensional organization of the hippocampal formation: a review of anatomical data. Neuroscience 31:571-591

21. Andreasen, M. and Lambert, J.D.C. (1995) Regenerative properties of pyramidal cell dendrites in area CA1 of the rat hippocampus. J. Physiol. 483:421-441

22. Andersen, P., Bliss, T.V.P. and Skrede, K.K. (1971) Laminar organization of hippocampal excetatory pathways. Exp. Brain Res. 13:222-238

23. Astrelin, A.V., Sokolov, M.V., Behnisch, T., Reymann, K.G. and Voronin L.L.1997) Noise deconvolution based on Ll-metric and decomposition of discrete distributions of postsynaptic responses. J. Neurosci. Meth. 71:17-27

24. Astrelin, A.V., Sokolov, M.V., Behnisch, T., Reymann, K.G. and Voronin, L.L.1998) Principal component analysis of minimal excitatory postsynaptic potentials. J. Neurosci. Meth. 79:169-186

25. Auerbach, A.A. (1972) Transmitter release at chemical synapses. In: Pappas, G.D., Purpura, D.P. (eds) Structure and Function of Synapses. Raven, New York, pp 137159

26. Barrionuevo, G., Kelso, S.R., Johnston, D. and Brown, T.H. (1986) Conductance mechanism responsible for long-term potestiation in monosynaptic and isolated excitatory synaptic inputs to hippocampus. J. Neurophysiol. 55:540-550

27. Berninger, B. and Poo, M. (1996) Fast actions of neurotrophic factors. Curr. Opin. Neurobiol. 6:324-330

28. Berretta, N., Rossokhin, A.V., Cherubini, E., Astrelin, A.V. and Voronin, L.L. (1997) Intracellular tetanization of CA3 neurones induces long-term potentiation (LTP) of mossy fibres synapses in juvenile rat hippocampal slices. J.Physiol. 504:180181

29. Blanton, M.G., Lo Turco, J.J. and Kriegstein, A.R. (1989) Whole cell recording from neurons in slices of reptilian and mammalian cerebral cortex. J. Neuroscience Methods 30:203-210

30. Bliss, T.V.P. and Collingridge, G.L. (1993) A synaptic model for memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature 361:31-39

31. Bliss, T.V.P. and Gardner-Medwin, A.R. (1973) Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the unaneasthetized rabbit following stimulation of the perforant path. J. Physiol. 232:357-374

32. Bliss, T.V.P. and Lomo, T. (1973) Long-lasting potentiatian of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. J. Physiol. (Lond) 232:331-356

33. Bloom, F.E. and Aghajanian, G.K. (1968) Fine structural and cytochemical analysis of the staining of synaptic junctions with phosphotungstic acid. J. Ultrastr. Res. 22:361-375

34. Bockaert, J., Pin, J. and Fagni, L. (1993) Metabotropic glutamate receptors: as ariginal family of G protein- coupled receptors. Fundam. Clin. Pharmacal. 7:473-485

35. Brown, T.H. and Johnston, D. (1983) Voltage-clamp analysis of mossy fiber synaptic input to hippocampal neurons. J. Neurophysiol. 50:487-507

36. Buhl, E.H., Han, Z.-S., Stezhka, V.V., ICarnup, S.V. and Somogyi, P. (1994) Physiological properties of anatomically identified axo-axonic cell in the rat hippocampus. J. Neurophysiol. 71:1289-1307

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

38. Byzov, A.L. and Shura-Bura, T.M. (1986) Electrical feedback mechanism in the processing of signals in the outer plexiform layer of the retina. Vision Res. 26: 33-34

39. Calverley, R.K.S. and Jones, D.G. (1990) Contributions of dendritic spines and perforated synapses to synaptic plasticity. Brain Res. Rev. 15:215-249

40. Chuhma, N. and Ohmori, H. (1998) Postnatal development of phase-loched high-fidelity synaptic transmission in the medial nucleus of the trapezoid body of the rat. J. Neurosci. 1:512-520

41. Claiborne, B.J., Amaral, D.J. and Cowan, W.M. (1986) A light and electron microscopic analysis of the mossy fibers of the rat dentate gyrus. Journal of Comparative Neurology 246:435-458

42. Clark, K. A., Randall, A. D. and Collingridge, G.L. (1994) A comparison of paired-pulse facilitation of AMPA and NMDA receptor-mediated excitatory postsynaptic currents in the hippocampus. Exp. Brain Res. 104:272-278

43. Collier, T.J., Quirk, G.J., Routtenberg, A. (1987) Separable roles of hippocampal granule cell in forgetting and pyramidal cells in remembering spatial information. Brain Res. 409:316-328 (14)

44. Collingridge, G.L. and Lester, R.A.J. (1989) Excitatory amino acid receptors in the vertebrate neuvous system. Physiol. Rew. 40:143-210

45. Collingridge, G.L. and Singer, W. (1990) Excitatory amino acid receptors and synaptic plasticity. Trends Pharm. Sci. 11:290-296

46. Dale, H.H. (1935) Pharmacology and nerve endings. Proc. Roy. Soc. Med. 28: 319332

47. Dawson, T.M. and Snyder, S.H. (1994) Gases as biological messengers: nitric oxide and carbon monoxide in the brain. J.Neurosci. 14:5147-5159

48. Decima, E.E. (1969) An effect of postsynaptic neurons upon presynaptic terminals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 63(l):58-64

49. Decima, E.E. and Goldberg, L.J. (1969a) Antidromic firing of primary afferent fibers induced by motoneuron activation. Bull. LosAngeles Neurol. Soc. 34(l):67-69

50. Decima, E.E. and Goldberg, L.J. (1969b) Time course of excitability changes of primary afferent terminals as determined by motoneuron-presynaptic interection. Brain Res. 15(l):288-290

51. Decima, E.E. and Goldberg, L.J. (1973) Andtidromic electrical interaction between alpha motoneurons and presynaptic terminals. Brain Res. 57(1): 1-14

52. Deisz, R.A., Fortin, G. and Zieglgansberg W. (1991) Voltage dependence of excitatory postsynaptic potentials of rat neocortical neurons. J Neurophysiol. 65:371382

53. Del Castillo, J. and Katz, B. (1954) Quantal component of the end plate potential. J. Physiol. 124:560-573

54. Denk, W., Sugimori, M. and Llinas, R. (1995) Two types of calcium response limited to single spines in cerebellar Purkinje cells. Prog. Natl. Acad. Sci. USA 92:8279-8282

55. Denk, W., Yuste, R., Svoboda, K. and Tank, D.W. (1996) Imaging calcium dynamics in dendritic spines. Curr. Opin. Neurobiol. 6:372-378

56. Doty, R.W. (1990) Time and memory. In: McGaugh, J.L. et al. (eds) Brain Organization and Memory: Cell, Systems and Cercuits. Oxford University Press, New York, pp 145-158

57. Dumuis, A.M., Sebben, L., Haynes, J.P. Pin and Bockaert, J. (1988) NMDA receptors activate the arachidonic acid cascade system in striatal neurons. Nature 336:68-70

58. Duvoisin, R.M., Zhang, C. and Ramonell, K. (1995) A novel metabotropic glutamate receptor expressed in the retina and alfactory bulb. J. Neurosci. 15:3075-3083

59. Eccles, J.C. (1953) The Neurophysiological Basis of Mind. Clarendon, Oxford pl94

60. Eckenstein, F. and Boughwan, R.W. (1984) Two types of cholinergic innervation in cortex, one colocalized with vasoactive intertinal polypeptide. Nature 309:153-155

61. Edwards, F.A. (1995) Anatomy and electrophysiology of fast central synapses lead to structural model for long-term potentiation. Phsiol. Rev. 75:759-787

62. Edwards, F.A., Konnerth, A. and Sakmann, B. (1990) Quntal analysis of inhibitory synaptic transmission in the dentate gyrus of rat hippocampal slice: a patch clamp study. J. Physiol. 430:213-249

63. Edwards, F.A., Konnerth, A. Sakmann, B. and Takahashi, T.A. (1989) Thin slice preparation for patch clamp recordings from neurones of the mammalian central nervous system. Pfluegers Arch. 414:600-612

64. Edwards, F.R., Redman, S.J. and Walmsley, B. (1976) Statistical fluctuation in charge transfer at la synapses on spinal motoneurones. J. Physiol. 259:665-668

65. Faber, D.S. and Korn, H. (1989) Electrical field effects: their relevance in central neural networks. Physiol. Rev. 69:821-863

66. Fasolato, С., Innocenti, В. and Pozzan, Т. (1994) Receptor- activated Ca2+ influx: how many mechanisms for how many channels? Trends Pharmacol. Sci. 15:77-83

67. Fifkova, E. and Van Harreveld (1977) Long-lasting morphological changes in dendritic spines of dentater granular cells following stimulation of the entorhinal area. J. Neurocytol. 6:211-230

68. Finch, D.M., Nowlin, N.L. and Babb, T.L. (1983) Demonstration of axonal projections of neurons in the rat hippocampus and subiculum by intracellular injection of HRP. Brain Res. 271:201-216

69. Fitzsimonds, R.M. and Poo, M.-M. (1998) Retrograde signaling in the development and modification of synapses. Physiological Reviews 78:143-170

70. Flatman, J.A., Engberg, I. and Lanbert, J.D.C. (1982) Reversibility of Ia EPSP investigated with intracellularly iontophoresed QX-222. J. Neurophysiol. 48:419-430

71. Gaiarsa, J.L., Zagrean, L. and Ben-Ari, Y. (1994) Neonatal irradiation prevents the formation of hippocampal mossy fibers and the epileptic action of kainate on rat CA3 pyramidal neurons. J. Neurophysiol. 71:204-215

72. Garthwaite, J. and Boulton, C.L. (1995) Nitric oxide signaling in the central nervous system. Annual Review of Physiology 57:683-706

73. Gillessen, T. and Alzheimer, C. (1997) Amplification of EPSPs by low Ni2+ and amiloride-sensitive Ca2+ channels in apical dendrites of rat CA1 pyramidal neurons. J. Neurophysiol. 77:1639-1643

74. Glaser, E.M. and Ruchkin, D.S. (1976) Principles of Neurobiological Signal Analysis. New York: Academic Press

75. Glitsch, M., Llano, I. and Marty, A. (1996) Glutamate as a candidate retrograde messenger at interneurone Purkinje cell synapses of rat cerebellum. J. Physiol. 497:531-537

76. Gozlan, H., Khazipov, R., Diabira, D. and Ben, A.Y. (1995) In CA1 hippocampal neurons, the rodex state of NMD A receptors determines LTP expressed by NMD A but not AMPA receptors. J. Neurophysiol. 73:2612-2617

77. Griffith, W.H. (1990) Voltage-clamp analysis of posttetanic potentiation of the mossy fiber to С A3 synapse in hippocampus. J. Neurophysiol. 63:491-501

78. Griffith, W.H., Brown, Т.Н. and Johnston, D. (1986) Voltage-clamp analysis of synaptic inhibition during long-term potentiation in hippocampus. J. Neurophysiol. 55:767-775

79. Gutnick, M., Rudomin, P., Wall, P.D. and Werman, R. (1975) Is there electrical interation between motoneurons and afferent fibers in the spinal cord? Brain Res. 93(3):507-510

80. Halliwell, J.V. (1990) K+ channels in the central nervous systm. In Potassim Channels. Structure, Classification, Functon and Therapeutic Potential. Halsted Press, Ellis Horwood Ltd, Chichester, U.K., pp. 348-381

81. Halliwell, J.V. and Adams, P.R. (1982) Voltage-clamp analysis of muscarinic excitation in hippocampal neurons. Brain Res. 250:71-92

82. Hamill, O.P., Marty, A., Neher, E., Sakmann, B.and Sigworth, F.J. (1981) Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches. Pfluegers Arch. 391:85-100

83. Hamlyn, L.H. (1961) The fine structure of the mossy fibre endings in the hippocampus of the rabbit. Journal of Anatomy 96:112-120

84. Harmon, H.H. (1979) Modern Factor Analysis, 3rd. Chicago: University of Chicago Press

85. Hestrin, S., Nicoll, R.A., Perkel, D.J. and Sah, P. (1990) Analysis of exitatory synaptic action in pyramidal cells using hole-cell recording from rat hippocampal slices. J. Physiol. 422:203-225

86. Hirsch, J.A. and Gilbert, G.D. (1991) Synaptic physiology of horizontal connection in the cat's visual cortex. J. Neurosci. 11:1800-1809

87. Hopkin, W.F. and Johnston, D. (1988) Noradrenergic enhancement of long-term potentiation at mossy fiber synapses in the hippocampus. J. Neurophysiol, 59:667-687

88. Horel, J.A. (1978) The anatomy of amnesia. Brain 101:403-445 (16)

89. Hughes, J.R. (1958) Post-tetanic patentiation. Physiol. Rev. 38:91-113

90. Huguenard, J.R. (1996) Low-threshold calcium currents in central nervous system neurons. Annu. Rev. Physiol. 58:159-168

91. Jack, J.J., Redman, S.J. and Wong, K. (1981) The components of synaptic potentials evoked in cat spinal motoneurones by impulses in single group la afferents. J. Physiol. 321:65-96

92. Jackson, J.E. (1991) User's Guide to Principal Components. New York: John Wiley

93. Jaffe, D. and Johnston, D. (1990) Induction of long-term potentiation at hippocampal mossy-fiber synapses follows a Hebbiab rule. J. Neurophysiol. 64:948960

94. Jefferys, J.G. (1995) Nonsynaptic modulation of neuronal activity in the brain: electric currents and extracellular ions. Physiol. Rev. 75:689-723

95. Johnston, D., Williams, S., Jaffe, D. and Gray, R. (1992) NMDA-receptor independent long-term potentiation. Annual Review of Physiology 54:489-505

96. Jonas, P. and Burnashev, N. (1995) Molecular mechanisms controlling calcium entry through AMPA-type glutamate receptor channels. Neuron 15:987-990

97. Jonas, P., Major, G. and Sakmann, B. (1993) Quantal components of unitary EPSCs at the mossy fibre synapse on CA3 pyramidal cells of rat hippcampus. J. Physiol. 472:615-663

98. Kamiya, H., Shinozaki, H. and Yamamoto, C. (1996) Activation of metabotropic glutamate receptor type 2/2 suppresses transmission at rat hippocampal mossy fibre synapses. J. Physiol. 493:447-455

99. Kandel, E.R. (1976) Cellular Basis of Behavior. Freeman, San Francisco

100. Katz, B. (1966) Nerve, Muscle and Synapse. McGraw-Hill, New-York

101. Katz, B. (1969) The Release of Neural Transmitter Substance. Charles C Thomas, Springfield, 111

102. Katz, B. and Miledi, K. (1979) Estimates of guantal condsent during chemical potentiation of transmitter release. Prog. Rog. Soc. 205:365-378

103. Komatsu, Y. and Iwakiri, M. (1992) Low-threshold Ca2+ channels mediate induction of long-term potentiation in kitten visual cortex. J. Neurophysiol. 67:401-410

104. Konorski, J. (1967) Integrativ Activity of the Brain. An Interdisciplinary Approach. University of Chicago Press, Chicago p.7

105. Korn, H. and Faber, D. S. (1975) An electrically mediated inhibition in goldfish medulla. J. Neurophysiol. 38:452-471

106. Korn, H. and Faber, D.S. (1991) Quantal analysis and synaptic efficacy in the CNS. Trends Neurosci. 14:439-445

107. Korn, H., Barsela, F., Charpier, S. and Faber, D.S. ( 1993) Synaptic noise and multiquantal release at dendritic synapses. J. Neurophysiol. 70:1249-1254

108. Kuhnt, U., Kleschevnikov, A.M. and Voronin, L.L. (1994) Long-term enhancement of synaptic transmission in the hippocampus after tetanization of single neurones by short intracellurar current pulses. Neuroscience Research Communications 14:115-123

109. Kullmann, D.M. (1994) Amplitude fluctuations of dual component EPSCs in hippocampal pyramidal cells: implications for long-term potentiation. Neuron 12:1111-1112

110. Kullmann, D.M. and Nicoll, R.A. (1992) Long-term potentiation is associated with increases in quantal constent and quantal amplitude. Nature 357:240-244

111. Magee, J.C. and Johnston, D. (1995a) Characterization of single voltage-geted Na+ and Ca2+ channels in apical dendrites of rat CAI pyramidal neurons. J. Physiol. 487:67-90

112. Magee, J.C. and Johnston, D. (1995b) Synaptic activation of voltage-gated channels in the dendrites of hippocampal pyramidal neurons. Science 268:301-304

113. Malenka, R.C. and Nicoll, R.A. (1993) NMDA-receptor-dependent synaptic plasticity: multiple forms and mechanisms. Trends Neurosci. 16:521-527.

114. Manabe, Т., Wyllie, D.J.A., Perkel, D.J. and Nicoll, R.A. (1993) Modulation of synaptic transmission and long-term potentiation: effects on paired pulse facilitation and EPSC variance in the CA1 region of the hippocampus. J Neurophysiol. 70:14511459

115. Markram, H. and Sakmann, B. (1994) Calcium transients in dendrites of neocortical neurones evoked by single subthreshold excitatory postsynaptic potentials via low-voltage-activated calcium cannels. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:5207-5211

116. Marr, D. (1971) Simple memory: theory for archicortex. Phil. Trans. Roy. Soc B262:23-81

117. Martin, A.R. (1966) Quantal nature of synaptic transmission. Physiol. Rew. 46:51-66

118. Maximov, V.V. and Byzov, A.L. (1996) Horizontal cell dynamics: what are the main factors? Vision Research 36:4077-4087

119. McGeer, P.L., Eccles, J.C. and McGeer, E.G. (1978) Molecular neurobiology of the mammalian brain. N.Y.: Plenum press 774p

120. McGehee, D.S. and Role, L.W. (1996) Presynaptic ionotropic receptors. Curr. Opin. Biol. 6:342-349

121. Miles, R. and Wong, R.K.S. (1986) Excitatory synaptic interactions between CA3 neurones in the guineapig hippocampus. J. Physiol. (Lond) 373:397-418

122. Muller, D. (1997) Ultrastructuarl plasticity of excitatory synapses. Reveiws in the Neurosciences 8:77-93

123. Murphy, Т.Н., Baraban, J.M. and Wier, W.G. (1995) Mapping miniature synaptic currents to single synapses using calcium imaging reveals heterogeneity in postsynaptic output. Neuron 15:159-168

124. Petukhov, V.V. and Popov, V.L. (1986) Quantitative analysis of ultrastructural changes in synapses of the rat hippocampal field CA3 in vitro in different functional states. Neuroscience 18:823-835

125. Pinault, D. (1995) Backpropagation of action potentials generated at ectopic axonal loci: hypothesis that axon terminals integrate local environmental signals. Brain Res. Brain Res. Rev. 21:42-92

126. Radpour, S. and Thomson, A. (1991) Coactivation of local circuit NMD A receptor mediated EPSPs induces lasting enhancement of minimal Schaffer colateral EPSPs in slices of rat hippocampus. European Journal of Neuroscience 3:602-613

127. Redman, S. (1990) Quantal analysis of synaptic potetials in neurons of the central nervous system. Physil. Rev. 70:165-198

128. Reuter, H. (1996) Diversity and function of presynaptic calcium channels in the brain. Curr. Opin. Neurobiol. 6:331-337

129. Reymann, K.G., Frey, U., Jork, R. and Matthies, H. (1988) Polymixin B, an inhibitor of protein kinase C, prevents the maintenance of synaptic long-term potentiation in hippocampal CA1 neurons. Brain Research 440:305-314

130. Sahgal, A. (1980) Functions of the hippocampal system. Trends. Neuroscience 3:116119

131. Salin, P.A., Scanziani, M., Malenka, R.C. and Nicoll, R.A. (1996) Distinct short-term plasticity at two excitatory synapses in the hippocampus. Proceedings of National Academy of Sciences of the USA 93:13304-13309

132. Sanchez-Prieto J,. Budd, D.C., Herrero I., Vazquez, E. and Nicholls, D.C. (1996) Presynaptic receptors and the control of glutamate exocytosis. Trends Neurosci. 19:235-239

133. Saugstad, J.A., Segerson, T.P. and Westbrook, G.L. (1995) Modulation of ion channels and synaptic transmission by metabotropic glutamate receptors. In: Thomson, W. editor. Excitatory amino acids and synaptic transmission. New York: Academic Press

134. Scanziani, M., Salin, P.A., Vogt, K.E., Malenka, R.S. and Nicoll, R.A. (1997) Use-dependent increases in glutamate concentration activate presynaptic metabotropic glutamate receptors. Nature 385:630-634

135. Schmajuk, N.A. (1990) Role of the hippocampus in temporal and spatal navigaton: and adaptive neural network. Behav. Brain Res. 39:205-229

136. Schoepp, D.D. and Conn, P.J. (1993) Metabotropic glutamate receptors in brain function and pathology. Trends Pharmacol. 14:13-20

137. Schoepp, D.D., Johnson, B.G. and Monn, J. A. (1992) Inhibition of cyclic AMP formation by a selective metabotropic glutamate receptor agonist. J. Neurochem. 58:1184-1186

138. Shapovalov, A.I. (1980) Interneuronal synapses with electrical, dual and chemical mode of transmission in verteb rates. Neuroscience 5:1113-1124

139. Sokolov, M.V., Rossokhin, A.V., Behnisch, T., Reymann, K.G. and Voronin, L.L. (1998) Interaction between paired-pulse facilitation and long-term potentiation of minimal EPSPs in rat hippocampal slices: a patch clamp study. Neuroscience 85:1-13

140. Somjen, G.G. (1980) Stimulus-evoked and seizure-related responses of extra-cellular calcium activity in spinal cord compared to those in cerebral cortex. J. Neurophysiol. 2:617

141. Spruston, N., Jaffe, D.B. and Johnston, D. (1994) Dendritic attenuation of synaptic potentials and currents: the role of passive membrane properties. Trends Neurosci. 17:161-166

142. Spruston, N., Schiller, Y., Stuart, G. and Sakmann, B. (1995) Activity dependent action potential invasion and calcium influx into hippocampal CA1 dendrites. Sience 268:297-300

143. Squire, L.R. (1986) Mechanisms of memory. Science 232:1621

144. Squire, L.R. and Butters, N. (1984) Neuropsychology of Memory. Guilford, New York

145. Stasheff, S.F., Hines, M. and Wilson, W.A. (1993a) Axon terminal hyperexcitability associated with epileptogenesis in vitro. I. Origin of ectopic spike. J. Neurophysiol. 3:961-975

146. Stasheff, S.F., Mott, D.D. and Wilson, W.A. (1993b) Axon terminal hyperexcitability associated with epileptogenesis in vitro. II. Pharmacological regulation by NMDA and GABAa receptors. J. Neurophysiol. 3:976-984

147. Stern, P., Edwards, F.A. and Sakmann, B. (1992) Fast and slow components of unitary EPSCs on stellate cell elicites by focal stimulation in slices of rat visual cortex. J. Physiol. 449:247-278

148. Stratford, K.J., Tarczy-Hornoch, K., Martin, K.A., Bannister, N.J. and Jack, J.J.B. (1996) Excitatory synatic inputs to spiny stellate cells in cat visual cortex. Nature 382:258-262

149. Strieker, C., Field, A.C. and Redman, S.J. (1996) Changes in quantal parameters of EPSPs in rat CA1 neurones in vitro after the induction of long-term potention. J. Physiol. 490:443-454

150. Stuart, G. and Sakmann, B. (1995) Amplification of EPSPs by axo-somatic sodium in neocortical pyramidal neurons. Neuron 15:1065-1076

151. Stuart, G.J. and Sakmann, B. (1994) Active propagation of somatic action potentials into neocortical pyramidal cell dendrites. Nature 367:69-72

152. Sutherland, R.J. and Donald, R.J. (1990) Hippocampus, amygdala and memory deficits in rats. Behav. Brain Res. 37:57-79

153. Sutor, B. and Hablitz, J.J. (1989) EPSPs in rat neocortical neurons in vitro 1. Electrophysiological evidence for two distinct EPSPs. J. Neurophysiol. 61:621-634

154. Takeuchi, A., Takeuchi, N. (1961) Changes in potassium concentration araund motor nerve terminals, produced by current flow, and their effect on neuromuscular transmisión. J. Physiol. (Lond) 155:46-58

155. Tanabe, Y., Masy, M., Ishii, Т., Shigemoto, R. and Nakanishi, S. (1992) A family of metabotropic glutamate receptors. Neuron 8:169-179

156. Taylor, C.P. and Dudek, F.F. (1982) Synchronous neural afterdis changes in rat hippocampal slices without active chemical synapses. Science 218:810-812

157. Taylor, C.P. and Dudek, E.E. (1984a) Excitation of hippocampal pyramidal cells by electrical field effect. J. Neurophysiol. 52(1):126-142

158. Taylor, C.P. and Dudek, E.E. (1984b) Synchronization without active chemical synapses during huppocampal afterdischarges. J. Neurophysiol. 52(1):143-155

159. Taylor, C.P., Krnjevic, K. and Ropert, N. (1984) Facilitation of hippocampal CA3 pyramidal cell firing by electrical fields generated antidromically. Neuroscience 11(1):101-109

160. Traub, R.D., Colling, S.B. and Jefferys, G.R. (1995) Cellular mechanisms of 4-aminopiridine-induced synchronized after-discharges in the rat hippocampi slice. J.Physiol. 1:127

161. Turner, D.A. and Schwartzkroin, P.A. (1983) Electrical characteristics of dendrites and dendritic spines in intracellular ly stained С A3 and dentate hippocampal neurons. J.Neurosci. 11:2381-2394

162. Volgushev, M., Voronin, L.L., Chistiakova, M., Artola, A. and Singer, W. (1995) All-or-none excitatory postsynaptic patentials in the rat visual cortex. Eur. J. Neurosci. 7:1751-1760

163. Voronin, L., Byzov, A., Kleschevnikov, A., Kozhimyakin M., Kuhnt, U. and Volgushev, M. (1995) Neurophysiological analysis of long-term potentiation in mammilian brain. Behav. Brain Res. 66:45-52

164. Voronin, L.L. (1993) Synaptic Modifications and Memory. Springer, Berlin

165. Voronin, L.L., Kuhnt, U. and Gusev, A. (1992) Analysis of fluctuations of „minimal" excitatory postsynaptic potentials during long-term potentiation in guinea pig hippocampal slices. Exp. Brain Res. 89:288-299

166. Voronin, L.L., Volgushev, M, Chistiakova, M., Kuhnt, U. and Singer, W. (1996) Involvement of silent synapses in the induction of LTP and LTD in hippocampal and neocortical neurones. Neuroscience 74:323-330

167. Wang, J.-H. and Kelly, P.T. (1996) Regulation of synaptic facilitation by postsynaptic Ca2+/CaM pathways in hippocampal CAI neurons. J. Neurophysiol. 76:276-286118

168. Wang, J.-H. and Kelly, P.T. (1997) Attenuation of paired-pulse facilitation associated with synaptic potentiation mediated by postsynaptic mechanisms. J.Neurophysiol. 78:2707-2716

169. Wickens, J. (1988) Electrically coupled but chemically isolated synapses: dendritic spines and calcium in a rule for synaptic modification. Progr. Neurobiol. 31:507-528

170. Williams, S. and Johnston, D. (1988) Muscarinic depression of long-term potentiation in CA3 hippocampal neurons. Science 242: 84-87

171. Wong, K. and Redman, S. (1980) The recovery of a random variable from a noise record with application to the study of fluctuations in synaptic potentials. J. Neurosci. Meth. 2:389-409

172. Wong, R.K.S. and Stewart, M. (1992) Different firing patterns generated in dendrites and somata of CA1 pyramidal neurones in guinea-pig hippocampus. J. Physiol. 457:675-687

173. Yeckel, M.F., Kapur, A. and Johnston D. (1999) Multiple forms of LTP in hippocampal CA3 neurons use a common postsynaptic mechanism. Nature Neuroscience 7:625-633

174. Yuste, R. and Denk, W. (1995) Dendritic spines as basic functional units of neuronal integration. Nature 375:682-684

175. Zucker, R.S. (1989) Short-term synaptic plasticity. Annual Review of Neuroscience 12:13-31