Исследование морфологии маутнеровских нейронов в связи с ориентационной асимметрией моторного поведения золотой рыбки

Михайлова, Гульнара Зульфатовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Исследование морфологии маутнеровских нейронов в связи с ориентационной асимметрией моторного поведения золотой рыбки
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Исследование морфологии маутнеровских нейронов в связи с ориентационной асимметрией моторного поведения золотой рыбки"

На правах рукописи

Михайлова Гульнара Зульфатовна

ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ МАУТНЕРОВСКИХ НЕЙРОНОВ В СВЯЗИ С ОРИЕНТАЦИОННОЙ АСИММЕТРИЕЙ МОТОРНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЗОЛОТОЙ РЫБКИ

Физиология 03.00.13

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пущино 2006

Работа выполнена в лаборатории ультраструктуры нейрона Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино

Научные руководители:

Доктор биологических наук, профессор Дмитрий Алексеевич Мошков Кандидат биологических наук Надежда Романовна Тирас

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Владимир Иванович Архипов

Доктор биологических наук, профессор Олег Евгеньевич Лебедев

Ведущая организация:

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Защита состоится «1» февраля 2006 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 002.093.01 в Институте Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭБ РАН по адресу: 142290, г.Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета,

Надежда Федоровна Ланина

/мобА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Взаимосвязь между функциональной моторной асимметрией и анатомически симметричными полушариями мозга животного, особенно на клеточном уровне, представляет собой современную проблему нейробиологии [Bisazza et al., 2001; Фокин, 2004]. С ней связана другая важная проблема - расшифровка механизмов обучения, адаптации и памяти, благодаря которым животное воспринимает, хранит и воспроизводит информацию, необходимую для взаимодействия с окружающей средой [Конорски, 1970]. Решение обеих этих проблем связано с изучением взаимосвязи функциональной активности нейронов и их морфологии [Tailby et al., 2005]. По имеющимся в настоящее время гипотезам [Виноградова, 2001; Thompson, 2001] различия в нервных центрах, возникающие под воздействием предшествующего опыта (адаптация и память) и управляющие поведением, могут быть обусловлены либо возникновением новых, либо изменением уже существующих нейронов. Все эти вопросы составляют основу функциональной нейроморфологии.

Одной из форм функциональной моторной асимметрии является предпочтение стороны поворота животного при свободном движении в пространстве. Двигательные центры рыб организованы проще, чем у высших позвоночных животных. Поэтому использование рыб в качестве объекта для исследования морфофункциональной асимметрии мозга имеет определенное преимущество. Известно, что в Маутнеровских нейронах (МН) золотой рыбки, командных нейронах, которые вовлекаются в совершение индуцированной реакции страха [Zottolí et al, 1999], наблюдаются морфологические изменения, связанные с индукцией утомления и адаптации к нему [Мошков, 1985; Тирас и др., 2002], с хирургически вызванным изменением микроокружения в процессе эмбрионального развития, а также с дисфункцией зрительного входа, связанной с односторонней энуклеацией глаза [Мошков и др., 1992; Безгина и др., 1999, 2000]. Более того, было показано наличие структурной асимметрии МН золотой рыбки [Moulton, Barron, 1967]. Однако в целом остается неизвестным, как проявляются в поведении рыбки обнаруженные структурные различия МН и для чего рыбам, не обладающим, по устоявшемуся представлению, латерализацией моторного поведения [Kleerekoper et al, 1969; Korn, Faber, 2005], нужны эти гигантские нейроны. Для ответа на эти вопросы необходимы сравнительные морфофункциональные исследования на клеточном и системном уровнях, включающие избирательные воздействия на МН и коррелятивное изучение поведения рыбок.

Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы было исследовать морфологию Маутнеровских нейронов в норме и при некоторых физиологических воздействиях. Были поставлены следующие задачи: 1. Изучить методом трехмерной реконструкции морфологию МН интактных золотых рыбок. Исследовать причину структурных различий между правыми и левыми МН по поведенческим признакам, в частности по ориентированности

моторного поведения. 2. Изучить возможн

.ной индукции

i ОЭ yzff j

ОЭ 7(

морфологической асимметрии МН, используя физиологические модели утомления и адаптации к нему. 3. Исследовать влияние на морфологическую асимметрию МН изменения двух афферентных входов: вестибулярного и зрительного. 4. Выяснить роль цитоскелета в изменчивости морфологии МН. Научная новизна. Разработана методика для оценки моторной асимметрии золотой рыбки. Впервые показано, что золотые рыбки при свободном движении в узком канале проявляют свойство предпочитать при поворотах правую или левую сторону, т.е. проявляют моторную асимметрию. Впервые установлен факт, что контралатеральная клетка достоверно крупнее ее двойника, расположенного ипсилатерально относительно предпочитаемой стороны поворота. Нами впервые показано полутора и более кратное уменьшение объемов МН после 2 час стимуляции рыбок. Выработка у рыбок резистентности к 2 час стимуляции, как впервые нами установлено, не сопровождается реактивными изменениями морфологии МН под действием стимуляции. Данные настоящей работы впервые позволяют предположить, что части МН морфологически асимметричны и изменяются автономно, независимо друг от друга.

Научно-практическая значимость работы. Проведенное исследование имеет общебиологическое значение. Полученные данные расширяют представление о различиях правшей и левшей при обучении и воздействии факторов внешней среды, что актуально при изучении ЦНС. Результаты работы имеют теоретическое значение, расширяя представление о вентральном дендрите МН как тормозном, чей размер находится в реципрокной связи с функциональной активностью МН. Экспериментально индуцированное уменьшение объема вентрального дендрита сопровождается усилением исходной моторной асимметрии рыбки, и наоборот, сохранение размера вентрального дендрита при различных воздействиях на МН снижает функциональную активность МН.

Интерес к этой проблеме имеет как научно-фундаментальный характер, так и прикладной. Связано это с тем, что функциональная симметрия полушарий мозга коррелирует с различными видами соматовисцеральной и нервно-психической патологии. Результаты работы можно применить при разработке подходов повышения стрессоустойчивости организма, а также медикаментозных коррекций тяжелых синдромов психических расстройств. Данные результаты имеют определенную практическую значимость при разработке подходов к управлению адаптивными процессами через воздействие на нейрон фармакологическими веществами. Апробация диссертации. Результаты диссертационной работы были представлены на конференции «Научные исследования в наукоградах Московской области» (Пущино, 24-27 октября 2001г.); на Юбилейной Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 25-28 сентября 2002г.); на УП Пущинской конференции молодых ученых «Биология. Наука XXI века» (Пущино, 16-20 апреля 2003г.); на Международной конференции «Фундаментальные и клинические аспекты интегративной деятельности мозга» посвященной 100-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР, акад. АН АрмССР Э.А. Асратяна (Москва, 27-30 мая 2003г); на конференции Украинского товарищества нейронаук, посвященной

75-летию Донецкого государственного медуниверситета им. Горького (Донецк, 24-26 мая 2005 г); на 14-ой Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 27-30 сентября 2005г), на 1 съезде физиологов СНГ (Дагомыс, 19-23 сентября 2005г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 статей в рецензируемых журналах. Из них 1 статья принята к печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 152 страницах, содержит 40_ таблиц и рисунков. Список литературы включает 139 наименований отечественной и зарубежной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты и методы исследований.

Работа проведена на 570 мальках золотых аквариумных рыбок СагаБэшз аигайи Ь. 3-5 месячного возраста около 3 см длины. С каждой рыбкой работали отдельно на протяжении всего эксперимента. Во всех случаях контролем служили те же рыбки до применения к ним физиологических воздействий или другие рыбки с близкими характеристиками моторной асимметрии. Тестирование моторной асимметрии рыбок проводили по специально разработанной методике. У рыбок в одно и то же время суток в течение 20 мин измеряли раздельно количество правых и левых поворотов, спонтанно совершаемых в узком прямолинейном или кольцевом канале. Каждую рыбку, как правило, тестировали пятикратно. Моторную асимметрию рыбок выражали в виде коэффициента моторной асимметрии (КМА), вычисляемого как отношение числа поворотов в правую или левую сторону к суммарному числу поворотов в обе стороны.

Для направленного изменения моторной асимметрии золотой рыбки применяли следующие физиологические воздействия. 1. Контралатеральную и ипсилатеральную стимуляцию длительностью 30 мин, 1 час и 2 часа проводили в пластиковом барабане, вращающем рыбок со скоростью 30 об/мин вокруг ростро-каудальной оси тела. Для рыбок-«правшей» контралатеральной (КС) считали стимуляцию по часовой стрелке, ипсилатеральной - стимуляцию против часовой стрелки, если смотреть со стороны хвостового плавника. Соответственно, для рыбок-«левшей» контралатеральной была стимуляция против часовой стрелки, ипсилатеральной - стимуляция по часовой стрелке. 2. Адаптацию (АКС) к контралатеральной 30 мин, 1 час и 2 час стимуляции. Проверку адаптированного состояния осуществляли в том же барабане однократной проверочной стимуляцией (длительностью 30 мин, 1 или 2 часа). 3. Билатеральную стимуляцию (БС) длительностью 2 часа проводили в установке, вращающей рыбок в индивидуальных барабанах одновременно вокруг ростро-каудальной и дорзо-вентральной осей тела со скоростью 42 об/мин. 4. Адаптацию (АБС) к 2 час билатеральной стимуляции [Мошков, 1985]. Проверку адаптированного состояния осуществляли в той же установке однократной двух часовой проверочной стимуляцией.

Проводили ипсилатеральные (ИЗД) деафферентации хирургическим путем с помощью энуклеации правого глаза для рыбок-«правшей» и левого -для рыбок-«левшей». Контралатеральиые зрительные деафферентации (КЗД) выполняли аналогично с помощью энуклеации левого глаза для рыбок-«правшей» и правого - для рыбок-«левшей», соответственно. Проводили ипсилатеральную вестибулярную деафферентацию (ИВД) или контралатеральную вестибулярную деафферентацию (КВД) повреждением рецепторной выстилки лабиринта. Это была правая или левая выстилка у рыбок-«правшей» и левая или правая - у рыбок-«левшей». Перед проведением любой операции рыбок анестезировали на льду. Во всех вариантах деафферентаций каждая рыбка тестировалась до, в течение и спустя 14 дней после операции.

Для гистологических исследований часть контрольных и подопытных рыбок декапитировали при холодовой анестезии (тающий лед), быстро выделяли мозг и сразу помещали его в каплю фиксирующего альдегидного раствора под бинокуляр. Из продолговатого мозга вырезали участок, содержащий Маутнеровские нейроны, и немедленно погружали его в фиксирующий раствор большого объема, составленный по прописи Piccard [1976] с некоторыми модификациями, разработанными в нашей лаборатории [Мошков, 1985]. Фиксацию в этом растворе продолжали около 12 часов при комнатной температуре. После промывки 0.1 М какодилатным буфером, кусочки мозга дополнительно фиксировали 4 часа в 2 % растворе четырехокиси осмия на том же буфере, обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации и в 100 % ацетоне. Затем образцы пропитывали и заключали в эпон 812. В полученных эпоновых блоках продольно центральной оси мозга выше расположения МН сверлили реперные отверстия диаметром 0,2 мм. Обработанные таким образом эпоновые блоки резали фронтально на пирамитоме LKB для гистологического изучения. Серийные срезы продолговатого мозга толщиной 3 мкм, содержащие части МН, фотографировали при увеличении 120х последовательно с помощью цифрового фотоаппарата Nikon Coolpix 995, установленного на напольном световом микроскопе NU-2E, Carl Zeiss (Германия). Конструкцию держателей любезно предоставил проф. А.Ю. Буданцев (ИТЭБ РАН). Изображения срезов выравнивали относительно друг друга полуавтоматически, используя программу IGL Align sEM Align. Трехмерные объекты получали с помощью программы IGL Trace, любезно предоставленной д.б.н. В.И. Поповым (ИБК РАН). При калибровке учитывали коэффициент сжатия мозга во время его фиксации и проводки, который был определен нами в предварительных экспериментах на 30 рыбках. На каждом срезе вручную рисовали контуры клеточных компонентов МН. Границы сомы МН между латеральным и вентральным дендритами проводили одинаково во всех случаях перпендикулярно средней линии мозга на расстоянии 357±22мкм и 146±7мкм (рис.1). У латеральных (ЛД) и вентральных (ВД) дендритов контуры прорисовывали до места их бифуркации. Трехмерные объекты формировали при помощи программы IGL Trace [Fiala and Harris, 2002]. Количественные данные получали в программе 3D View 3.5. любезно предоставленной д.б.н.

В.И. Поповым (ИБК РАН). Вычисляли раздельно объемы сомы, ЛД, ВД, аксона. Суммарный объем МН представляли как сумму этих объемов. Кроме того, определяли объемы аксонных чаш. Дня выявления асимметрии МН и их частей рассчитывались коэффициенты структурной асимметрии (КСА) в виде отношения объема нейрона (или любой его части), контралатералъно расположенного к предпочитаемой рыбкой стороне поворота, к сумме объемов обоих МН (или их частей) рыбок. Вычисляли также средне арифметические КСА объемов обоих МН или их частей, полученных на основании количественной обработки структуры МН нескольких рыбок. В этом случае вычисляли и средне арифметические значения КМА рыбок. Для определения взаимосвязи моторной асимметрии золотой рыбки и структурной асимметрии ее правого и левого МН вычисляли коэффициент корреляции (КК) между КСА и КМА.

Для исследования фракции яда скорпиона с целью идентификации среди них вещества, проникающего в МН in vivo и полимеризующего актин, изучали взаимодействие субфракций с хроматографически чистым мышечным актином, используя электронномикроскопическую методику негативного контрастирования 1% раствором уранилацетата. Препараты

электрофоретически гомогенного F- и G-актина из мышцы кролика, выделенные по методу Spudich, Watt [1971], были любезно предоставлены к.б.н. С.Н.Удальцовым (лаб. проф. З.А.Подлубной, ИТЭБ РАН). Нами в данной работе был идентифицирован в яде скорпиона пептид 1012, полимеризуюший актин in vitro и in vivo. Работа проводилась совместно с чл.-корр., проф. Е.В. Гришиным (ИБХ РАН) и его сотрудником С.Н. Козловым. Внутримозговые инъекции и аппликапии на МН исследуемых и контрольных растворов проводили под микроскопом МПСУ-2, при 30-ти кратном увеличении, микрошприцем вручную. Рыбку придерживали в мокрой вате на льду (для анестезии) на дне чашки Петри. Проколов череп и мозговые оболочки, иглу подводили под мозжечок и на уровне слухового нерва в продолговатом мозге разливали вещество в область расположения Маутнеровских нейронов. Обычно объем вводимой микрошприцем жидкости составлял 4 или 5 мкл. Точно таким же образом апгагацировали растворы дофамина и глутамата в концентрации ! О*3-105 М. Для статистических расчетов использовали программу Statistica. Для проверки соответствия полученного распределения параметра КМА нормальному использовали критерий хи-квадрат. Так как исследование моторной асимметрии проводилось на индивидуальном уровне, статистические тесты были проведены для каждой рыбки индивидуально. Достоверность различий данных определяли при помощи теста One-Way ANOVA, уровень достоверности р<0.05. Количественные данные представлены значениями среднего арифметического ± ошибка среднего. Для выявления статистически значимой зависимости структуры нейрона от его функциональной активности, оцениваемой по значению коэффициента моторной асимметрии рыбки, применялся метод корреляционного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

/. Анализ поведения интактных рыбок в узком канале и морфология их

Первоначальной задачей работы было определение латерализации моторного поведения золотой рыбки в узком канале и взаимосвязи предпочтения стороны поворота с величиной МН. Мы изучили спонтанное движение мальков золотой рыбки в узком кольцевом и прямолинейном каналах. Обнаружено, что среди множества рыбок часть их предпочитает поворачиваться вправо, а другая - влево, в пропорции 1,5:1, соответственно. Часть рыбок поворачивалась в обе стороны равновероятно, т.е. были амбилатеральными. Анализ поведения 100 золотых рыбок сначала в кольцевом, а затем в прямолинейном канале, показал, что в кольцевом канале 20% рыбок предпочитали поворачиваться вправо, 14% влево (1,3:1), и 66% не проявляли предпочтения стороны поворота. При изучении этих же рыбок в прямолинейном канале оказалось, что 50% из них поворачивались вправо, 34% - влево (1,5:1). Амбилатеральных было 16%. Исследования морфологии этих нейронов, выявляемой трехмерной реконструкцией по серийным гистологическим срезам, показали также существование морфологической асимметрии МН (рис.1). Определено, что абсолютные значения объемов сомы, ЛД, ВД, аксона, аксонной чаши и МН в целом рыбок - «правшей» и «левшей» варьируют в определенных пределах, что, по-видимому, связано с индивидуальными различиями рыбок. Тем не менее, было выявлено существенное преобладание размеров сомы и в отдельных случаях ЛД МН, расположенного контралатерально по отношению к предпочитаемой стороне поворота, по сравнению с соответствующими частями ипсилатерально расположенного МН (табл.1). Установлено, что величина КМА рыбки прямо коррелировала (КК составляет 0,9) с величиной КСА соматических частей и латеральных дендритов МН. Таким образом, установлено, что рыбки в своей популяционной массе подразделяются на фенотипических «правшей» и «левшей» в пропорции 1,5:1, близкой к индивидуальной латерализации поведения других животных и человека [Gunturkun et al., 2003]. Такая особенность моторного поведения рыбок коррелирует с анатомическими различиями правого и левого МН, которые участвуют ках командные нейроны в вызванной инициации унилатеральных поворотов тела [Eaton et al., 1977].

МН.

ЛД

Рас 1. Реконструкция МН интактной рыбки-«правши». Масштабная линейка 100 мкм Цифры указывают расстояние в мкм Контралатеральный (левый) МН крупнее ипсилатерального (правого) МН. С - сома, ЛД и ВД -латеральный и вентральный дендриты, соответственно, АЧ - аксонная чаша. Л и П -левая и правая стороны мозга рыбки.

2 Исследование возможности экспериментальной индукции изменчивости морфологической асимметрии МН и моторной асимметрии золотых рыбок. Модели утомления и адаптации к нему.

Следующей задачей работы было изучение причины обнаруженной нами структурной асимметрии МН и определение степени ее изменчивости под влиянием экспериментальных воздействий. Мы использовали физиологические модели утомления и адаптации к нему для того, чтобы экспериментально изменить ориентационную асимметрию моторного поведения золотой рыбки и количественно оценить, взаимосвязано ли изменение функциональной асимметрии со структурной асимметрией МН. Ипсилатеральная стимуляция любой длительности практически не влияла на моторную асимметрию рыбок и на КСА их МН. После контралатеральной стимуляции (КС) рыбок-«правшей» наблюдалось реверсирование моторной асимметрии (табл.1). При этом степень реверсирования КМА рыбок зависела от срока стимуляции. После 30 минутной стимуляции значения КМА рыбок не отличались от исходного интактного уровня. По мере увеличения длительности стимуляции значения КМА рыбок снижались все значительнее. Аналогичным образом стимуляция влияла и на рыбок-«левшей». Анализ структуры МН рыбок после КС показал, что изменение структурной асимметрии МН и их частей зависит от длительности вращения рыбок. После 30 минутного вращения суммарные объемы контралатерального и ипсилатерального МН и КСА практически не изменялись. После 1 часового вращения КСА суммарных объемов МН снижался до 0.53, а сами объемы уменьшались на 20% от контрольного уровня. Наиболее значительным было реверсирование КСА МН после 2 часовой стимуляции (рис.2). Коэффициент корреляции (КК) между КМА рыбок и КСА их МН составлял 0,8. При этом объем контр алатерального МН становился меньше, чем объем ипсилатерального нейрона. Кроме того, существенно снижался суммарный объем обоих МН после стимуляции по сравнению с контролем. Характерной структурной особенностью МН после стимуляции было сохранение размеров начальных сегментов аксонов и аксонных чаш на интактном уровне.

Рис. 2 Реконструкция МН рыбок-«правшей»: интактной рыбки (А), интактной рыбки после стимуляции (2 часа) (Б) и адаптированной рыбки после проверочной стимуляции (2 часа) (В). Суммарные объемы МН у интактной рыбки после стимуляции уменьшаются в объеме, тогда как суммарные объемы МН у адаптированной рыбки после стимуляции не изменяются.

Полученные экспериментальные данные по адаптации рыбок-«левшей» и рыбок-«правшей» к утомительной вестибулярной стимуляции продемонстрировали, что рыбки-«левши» быстро приобретают резистентность к стимуляции, вне зависимости от ее длительности (30 мин, 1 час или 2 часа). Поэтапного изменения сопротивляемости рыбок-«левшей» утомлению не наблюдали, в отличие от рыбок—«правшей», у которых наиболее эффективной была адаптация к 2 часовой стимуляции. Кроме того, было показано, что процесс адаптации к 30 и 60 минутной стимуляции сам по себе приводил к снижению КМА рыбок-«правшей» (рис.3). Например, проверочная стимуляция (30 и 60 мин) приводила к снижению КМА адаптированных рыбок-«правшей» в 1.8 и 1.9 раз, соответственно, по сравнению с состоянием этих же рыбок до адаптации (не представлено) и в 1.5 и 1.25 раза по сравнению с адаптированным состоянием (рис.3). Адаптация к 2 часовой стимуляции практически не влияла на асимметричность поведения рыбок-«правшей». На клеточном уровне адаптированное состояние выразилось в стабилизации размеров МН и их составных частей на уровне, свойственном интактному. При этом у адаптированных рыбок под действием стимуляции не наблюдали уменьшения размеров МН, несмотря на изменение моторной асимметрии (табл.1).

Таблица 1 Средние объемы МН и их частей до и после контралатеральной (КС) стимуляции рыбок-«правшей», а также после адаптации рыбок-«правшей» к стимуляции и проверочной стимуляции.

Группа Интактные Интактные Интактные Интактные Адаптированные

рыбок «правши»п=15 «левши» п=15 после 2 час КС после адаптации после

п=б к 2 час КС п=б проверочной

2 час КС п=6

КМА 0 59±0 02 0 57±0 02 0 47±0 03 0 60±0 06 0 52±0 03

МН К И К И К и к и К И

Сома 191±20* 109±13 194±18* 116±17 66±3 78±26 182±15» 99±41 156±17* 110*16

_9_

ЛД 85*16* 60*7 76*17 66*16 44*11 49*10 64*6 62*8 64±6 52*6

ВД 84*12 69±18 79*24 68*20 54±7 56*14 59±8 61*10 79=8 61*10

Аксон 185*24 160*25 170*16 155*20 181±16 161*22 188±18 126*35 198±18 176*15

A4 40*6 34*7 47*2 37*9 45*2 42*9 29±4 45±6 58*4 47±5

V1MH 546±48* 399*42 519±48* 406*52 345*22 343*54 480±39* 401*32 483*14* 421*12

I2MH 944*80_924*83_688*64«*_880*34 890*19

КСА 0.58*0.02 0 56*0 03 0 48*0 03 0 57*0 02 0 55*0 01

Примечания здесь и далее: п - число рыбок, £1МН - суммарный объем одного МН, ^2МН - суммарный объем двух МН, К и И - контралатеральное и ипсилатеральное расположение МН относительно стороны предпочтения поворота, соответственно. КМА и КСА - коэффициент моторной и структурной асимметрии, соответственно. 2 час КС - контралатеральная стимуляция длительностью 2 часа. ЛД и ВД - латеральный и вентральный дендриты, A4 - аксонная чаша. В таблице указаны значения объемов в мкм3 х103мкм3. * - значения объемов контралатерального МН и его частей достоверно отличаются от соответствующих значений для ипсилатерального МН (р<0.05). ** - значения суммарных объемов обоих МН достоверно отличаются от соответствующих контрольных значений для МН (р<0.05). Количественные данные представлены значениями среднего арифметического ± ошибка среднего.

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

1 1 г гЬ 1 ъ

т т — -

Рис.3 Изменение коэффициента моторной асимметрии (КМА) рыбок-«правшей» во время адаптации к стимуляции. 1-адаптация к 30 минутной стимуляции, 2 и 3 -адаптация к 1 и 2 часовой стимуляции, соответственно.

□ после адаптации в после проверочной стимуляции

После 2 часовой билатеральной стимуляции (БС) двигательная активность рыбок падала почти до нуля [Мошков, 1985]. По причине обездвиживания

определить моторную асимметрию таких рыбок не удалось. На клеточном уровне наблюдалось снижение суммарных объемов обоих МН, аналогичное тому, которое наблюдали при воздействии КС. Результаты опытов по влиянию адаптации к БС на моторную асимметрию золотых рыбок показали, что уменьшения суммарных объемов МН после проверочной БС не происходит. Однако сама по себе адаптация вызывала реверсию моторной асимметрии, что свидетельствует о некотором утомлении рыбок во время этого процесса. Проверочная стимуляция почти не влияла на моторную асимметрию рыбок обеих групп, оставляя КМА на уровне 0.54 ± 0.05 и 0.57 ± 0.03 у рыбок-«правшей» и рыбок-«левшей», соответственно.

Таким образом, обнаружено, что в основе функциональной асимметрии моторного поведения золотой рыбки лежат объемные различия МН, которые подвержены изменчивости, что важно при изучении структурных механизмов утомления, а также адаптации и памяти. Определено, что адаптация к длительной вестибулярной стимуляции стабилизирует структуру МН: объемы нейронов остаются неизменными при последующей длительной стимуляции.

3. Изучение роли цитоскелетного актина в изменчивости клеточных компонентов клетки под влиянием разных физиологических воздействий и аппликации веществ, влияющих на полимеризацию актина.

Задачей этой части работы было установить причину изменчивости объемов клеточных компонентов нейрона под воздействием утомления. Для этого мы изучили влияние на структуру МН аппликации различных физиологически активных веществ. Показано, что аппликация пептида 1012, идентифицированного нами среди фракций яда скорпиона, полимеризует актин in vitro. Ранее было установлено, что этот пептид защищает от БС ультраструктуру МН [Михеева и др., 2001]. Мы апплицировали это вещество на МН и обнаружили, что объемы клеточных компонентов МН после аппликации и последующей БС не уменьшаются по сравнению с контролем (табл.2).

Таблица 2. Средние объемы МН золотых рыбок после аппликации пептида 1012 и последующей билатеральной стимуляции (БС).

1012 Среда

После После БС После После БС

аппликации аппликации

КМА 0,59±0,02 0,53±0,03 0,58±0,03 -

п=10 п=6 п=6 п=6

МН К И К И К И К И

Сома 190±23 142±32 280±14 243±25 138±27 92±19 125±27 74±27

ЛД 65±34 68±21 47±9 62±19 45±19 20±21 62±20 43±22

вд 55±12 42±18 56±14 59±10 67±23 64±18 53±20 51±17

Аксон 176±29 157±33 150±31 141±19 147±33 132±37 160±28 116±31

АЧ 30±4 26±7 48±8 25±4 34±4 21±7 69±6 42±9

£1МН 486±43 409±28 533±35 505±31 397±32 308±39 400±29 284±37

£2МН 895*45 1038±38_706±30_684±33_

КСА 0,55±0,02 0,51±0,02 0,55±0,01 0,54+0,04

КМА

0,9 0,8

0,7 0,6 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -1

Гпу

ДА

ФР

□ до аппликации 11 после аппликации

В после аппликации и последующей стимуляции (2 часа)

Рис.4 Изменение коэффициента моторной асимметрии (КМА) рыбок после аппликации на МН

физраствора (ФР), дофамина (ДА) и глутамата (Глу) и последующей стимуляции (2 часа)

Рис. 5. Реконструкция

МН рыбок-«правшей»

после аппликации ДА и последующей стимуляции (А) и аппликации Глу и последующей стимуляции (Б). В первом случае не наблюдается никаких изменений от шггактного состояния, контралатеральный (левый) МН крупнее ипсилатерального МН. Во втором случае объем

контралатерального МН снижается.

Аналогичным образом мы апплицировали дофамин и глутамат в продолговатый мозг, в область расположения МН. Показано, что дофамин является полимеризующим актин агентом, а глутамат, напротив, деполимеризует его [Павлик и др., 2004]. В качестве контроля использовались аппликации физиологического раствора (ФР). После аппликации веществ мы оценили у рыбок моторную асимметрию и подвергли часть рыбок КС в течение 2 час. Аппликации дофамина (ДА) не влияют на моторную асимметрию рыбок-«правшей», т.е. ДА проявляет действие, аналогичное пептиду 1012, или выработке у рыбок адаптированного состояния (рис.4).

На клеточном уровне выявлено, что аппликация дофамина не снижает размер контралатерального нейрона и защищает от уменьшения суммарный объем обоих нейронов (рис.5А). Было обнаружено, что аппликации глутамата не приводят к реверсии КМА и КСА, однако после аппликации и последующей 2 часовой стимуляции проявляется эффект, аналогичный утомлению от 2 час КС (рис.5Б).

Таким образом, показано, что все изменения объемов МН и их частей, связанные с изменением моторной асимметрии, сопряжены с изменением состояния нейронального актина. Уменьшение объема - с деполимеризацией, а стабилизация объема - с полимеризацией актина.

4. Изучение влияния унилатеральной вестибулярной и зрительной деафферентаций на моторную асимметрию рыбок и морфологию МН.

Рыбки, которые подвергались энуклеации глаза, не меняли своего предпочтения при выборе стороны поворота в течение 2 и более недель после операции. В случае контралатерального воздействия (например, энуклеация левого глаза у рыбки-«лравши») коэффициент моторной асимметрии даже увеличивался (рис.6). Необходимо отметить, что удаление зрительного входа на МН никак не отражалось на поступательной активности рыб и их

способности поворачиваться в узком канале. Рыбки, которые подвергались воздействию на вестибулярный аппарат, в течение 7 дней при тестировании их двигательной активности лежали в канале на оперированной стороне; в аквариумах они крутились «буравчиком». Через 14 дней двигательная активность и нормальная ориентация (верх-низ) таких рыбок восстановилась и появилась возможность оценить их моторную асимметрию. Показано, что ипсилатеральная деафферентация вестибулярного входа на МН (например, удаление правой рецепторной выстилки лабиринта у рыбки-«правши») приводит к снижению значения коэффициента моторной асимметрии (рис.6); при контралатеральном воздействии изменений предпочтения при выборе стороны поворота не обнаружено.

КМА

0,9

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0,2 0,1 0

— гп Г±-

---

---- -г

Рис. 6. Влияние деафферентации МН на коэффициент моторной асимметрии (КМА) рыбок,

1- ипсилатеральная вестибулярная деафферентация,

2- контралатеральная зрительная деафферентация

□ до деафферентации □ после деафферентации

На клеточном уровне реверсия моторной асимметрии рыбок после ипсилатеральной вестибулярной деафферентации (ИВД) сопровождалась уменьшением объема контралатерального МН (рис.7). Повреждение ипсилатерального лабиринта изменяло КМА рыбок до значения 0.30±0.06, что свидетельствовало о смене предпочтения рыбками стороны поворота по сравнению с интактным состоянием, с 0.66±0.05 до операции или с 0.60±0.07 в случае контралатеральной деафферентации, рассматриваемой как контроль. При этом морфологический анализ МН отдельной рыбки после ипсилатеральной деафферентации выявил почти полное сглаживание структурных различий между двумя МН в целом и их частями (рис. 7). Морфометрические данные по нескольким МН также показывают, что значения объемов обоих МН выравнивались между собой, хотя по абсолютным величинам не отличались от интактных значений (табл.3).

Энуклеация контралатерального глаза увеличивала КМА рыбок в 1,5 раза. При этом структурным изменением МН по сравнению с контролями является уменьшение суммарного объема ВД и ЛД и реверсирование их КСА за счет преимущественного уменьшения объема контралатерального ЛД и ВД.

Таблица 3 Средние объемы МН золотых рыбок после ипсилатеральной (ИВД) и контралатеральной (КВД) вестибулярной деафферентации и ипсилатеральной (ГОД) и контралатеральной (КЗД) зрительной деафферентации.

Группа Интактные После ИВД После КВД После ИЗД После КЗД

рыбок л =4 11=5 и-5 п=5 п=5

КМА 0 66*0 05 0 30*0 06 0 77±0 1 0 59*0 03 0 78*0 03

МН К И К И К И К И К И

Сома 275*35* 80*31 186*34 190±25 191±25» 101*19 129*25* 83*20 160*22 141*15

ЛД 50±32 23*17 40*13 51±11 64±11* 38*9 103*23 81*18 90*21 52*18

вд 48^8 39*21 42*9 49±13 62±17 59±15 62±13* 35*10 20±1I* 83*9

Аксон 207*25* 132±34 242*30 224±45 )44±22 123*29 133*34 120*19 260*33 230*28

АЧ 66*4* 24±5 45*2 40±6 30±4 25*8 23±7 21*9 26*2 34*6

11МН 580*30 274*35 510±31 514±24 461±21 321*13 423*24 319*39 530*31 506*37

12 МН 854*39 974*40 778*25 742±41 1036*37

КСА 0 62*0 06 0 50±0 04 0 59*0 03 0 57*0 03 0 51±0 02

Подробное изучение морфологии МН рыбки (рис. 7) и средних значений объемов МН и их частей нескольких рыбок показало, что объемы ВД контралатеральных МН становились в 4 раза меньше по сравнению с объемами ВД ипсилатеральных МН и в 2-3 раза меньше по сравнению с интактными МН. Структурная асимметрия ВД реверсировалась. Их КСА становился равным 0.19±0.04 после операции по сравнению со значениями 0.65±0.06 и 0.54±0.04 в интактном состоянии и после ипсилатеральной операции, соответственно (вычислено по данным, представленным в табл. 3).

Статистический анализ выявил существование реципрокных отношений между КСА ВД и КМА рыбок после контралатеральной деафферентации (КК=-0.68). Уменьшение объема ВД сопровождалось усилением предпочтения рыбкой контралатеральной стороны поворота, и наоборот, крупный размер ВД характерен для субдоминантных, менее активных МН.

Таким образом, установлено, что изменчивость размеров МН, коррелирующая с изменением КМА рыбок, связана с уровнем активности вестибулярного и зрительного входов МН.

Рис. 7. Реконструкция МН рыбок-«правшей» до (А), после ипсилатеральной вестибулярной деафферентации (Б), и после контралатеральной зрительной деафферентации (В). В случае ипсилатеральной вестибулярной деафферентации наблюдается уменьшение объема сомы (С) контр алатерального (левого) МН. В случае

контралатеральной зрительной деафферентации стрелкой показано уменьшение размера объема вентрального дендрита (ВД) контралатерального (левого) МН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы исследовали вопрос, как функционально проявляются и с чем связаны обнаруженные нами у мальков и известные ранее у взрослых золотых рыбок [Moulton and Barron, 1967] различия в размерах правого и левого МН. При рассмотрении возможных анатомических признаков моторной асимметрии рыб морфологическая асимметричность МН как ее основа отрицалась [Bisazza et al, 1998; Vallortigara, 2000]. Результаты нашей работы показали, что существует тесная связь между морфологией одного нейрона и определенным уровнем его активности, которую он проявляет в поведении как инициатор унилатерального поворота тела рыбки. Можно предположить, что структурная асимметрия двух нейронов реализуется в виде асимметричности моторного поведения. Вместе с тем, обращают на себя внимание три обстоятельства.

живой клетки и размеров отростков основаны на актине и тубулине [Харитонова и др., 2002], состояние которых обусловлено воздействием внешней среды. Поэтому обнаружение закономерной изменчивости МН и их частей в ответ на воздействия открывает путь к дальнейшим исследованиям этого вопроса в нейробиологическом аспекте.

Во-вторых, оказалось, что долговременная модуляция функции -адаптация, которая проявляется как повышенная сопротивляемость длительной стимуляции и рассматривается как клеточная форма памяти [Мошков, 1985], сопровождается стабилизацией структуры (объемов) МН на уровне, характерном для интактных клеток. Недавно было предположено, что стабилизацией белкового состава нейронов, синаптических белков и рецепторов, достигаемой их кластеризацией в плане мембраны, период их жизни удлиняется и становится соизмеримым со временем сохранения памятного следа [Shouval, 2005]. Известно, что адаптированное состояние характеризуется комплексными длительно сохраняющимися ультраструктурными изменениями в химических и смешанных афферентных синапсах МН [Мошков и др., 2003; Moshkov et al, 1998; Михеева и др., 2000], а также стабилизацией белкового состава МН, в том числе актина, на уровне, характерном для интактных клеток [Moshkov et al, 1992]. Наши данные впервые показывают, что все эти изменения происходят на фоне стабилизации объемов МН. Данный эффект, по-видимому, обусловлен изменением цитоскелета. Так, на вовлечение актина, одного из главных компонентов цитоскелета, в процессы адаптации указывают данные об усилении морфофункциональной резистентности МН к электрической или естественной стимуляции после аппликации на них некоторых пептидов [Тирас и др., 2003], полимеризующих актин in vitro. Вовлекается актин и в стабилизацию размеров МН, поскольку аппликация на них указанных пептидов препятствует изменению объемов под действием длительной стимуляции. Поэтому можно предположить, что как изменение объемов МН и их частей после экспериментальных воздействий, так и стабилизация объемов МН при адаптации основаны на изменениях состояния нейронального актина, его деполимеризации и полимеризации, соответственно. Вопрос о морфофункциональной изменчивости и устойчивости нейронов связан с общей проблемой памяти [Виноградова, 2001; Thompson, 2001]. По имеющимся представлениям появление «памятного следа» в ЦНС может быть обусловлено либо возникновением новых, либо изменением уже существующих нейронов. Наши данные показывают, что, с одной стороны, структурные изменения МН после длительной стимуляции являются реакцией на воздействия, изменяющие функциональную активность, то есть относятся к реактивным изменениям. Они, как известно, сопряжены с деполимеризацией и потерей значительной части актина из МН [Moshkov et al, 1992]. С другой стороны, адаптация МН к повторяющейся стимуляции является длительной (многонедельной) стабильной модификацией функции [Мошков, 1985], основанной на длительной депрессии (ДД) и длительной потенциации (ДП), формирование и сохранение которых связано с полимеризацией актина и, как здесь нами показано, не сопровождается реактивными изменениями морфологии МН под

действием длительных стимуляций. Похожие изменения состояния актина, деполимеризация при реактивных сдвигах и полимеризация при ДП наблюдается в шипиковых синапсах гиппокампа [Мошков и Павлик, 2004]. Поэтому можно предположить, что основой структурного «памятного следа» являются изменения уже существующих нейронов. Наши данные позволяют также сделать определенные заключения относительно взаимосвязи эффективности и размера нейрона. Нами показано, что полутора и более кратное уменьшение объемов МН после 2 час контралатеральной стимуляции сопровождается аналогичным снижением их функциональной активности, проявляемой как снижение числа совершаемых рыбками поворотов в мин с 6.0±0.5 в контроле до 3.2±0.4 после стимуляции. Вместе с тем, эффективность МН, по-видимому, связана не только с индивидуальным объемом, но и с превышением объема контралатерального нейрона над объемом ипсилатерального, то есть с разностной величиной объема, которая дает ему определенные функциональные преимущества. Разностная величина в абсолютных размерах иногда была небольшой и затрагивала лишь часть МН, например, вентральный дендрит, но функционально существенной. В этой связи остается непонятной изменчивость размеров триггерной зоны МН, объемов начального сегмента аксона и аксонных чаш, роль которых в латерализации ударов хвоста и в преимуществе проведения сигнала одного нейрона по сравнению с другим обсуждается [Scott et al., 1994; Meyers et al., 1998; Eaton et al., 1998].

В-третьих, при анализе взаимосвязи моторной асимметрии рыбки и размеров различных частей МН было показано, что КСА соматических частей и латеральных дендритов, как правило, прямо коррелируют с КМА рыбки. Взаимоотношение же вентральных дендритов и латерализации моторного поведения рыбки, а, следовательно, и функциональной активности МН, имеет характер отрицательной обратной связи. Такое поведение вентрального дендрита в связи с функцией МН объясняет ранее непонятные дискриминационные соотношения зрительного и вестибулярного сигналов, изменяющих поведение рыбки [Canfield and Rose, 1996; Bisazza and Vallortigara, 1996]. Данные настоящей работы позволяют предположить, что дендриты у МН, по крайней мере, их проксимальные отделы, морфофункционально асимметричны и автономны, хотя они и составляют единое целое с нейроном. Возможно, в этом проявляются реактивные и адаптивные (стабилизационные) свойства одних и тех же нейронов, предсказанные ранее как диффузная (изодендритная) и специфическая (идиодендритная) функции [Korogod et al., 2000], только на уровне отдельных стволов дендритов одного и того же нейрона. Возможно, различия свойств дендритов зависят от различия активности или плотности расположения афферентных синапсов на соме и дендритах [Bras et al., 2003].

В целом данные показывают, что МН являются адекватным объектом для исследования клеточных механизмов асимметрии моторной функции мозга, а также некоторых структурных механизмов адаптации и памяти на клеточном уровне.

ВЫВОДЫ

1. Впервые показано, что размеры Маутнеровских нейронов коррелируют с ориентационной асимметрией моторного поведения при свободном движении золотой рыбки. Коррелятивная изменчивость моторной асимметрии золотой рыбки и структурной асимметрии их Маутнеровских нейронов свидетельствует о безусловном вовлечении этих нейронов в осуществление поворотов тела при свободном движении. Это позволяет считать Маутнеровские нейроны жизненно важным центром реализации ориентировочной реакции рыбок, главную часть которой у рыб в связи с отсутствием у них шеи и конечностей составляют периодически совершаемые спонтанные повороты тела вправо или влево.

2. Установлено, что объемы Маутнеровских нейронов интактных рыбок под действием длительной однократной стимуляции существенно уменьшаются и это происходит коррелятивно с изменением моторной асимметрии рыбок, и обусловлено сдвигом баланса активности вестибулярного и зрительного входов МН.

3. Определено, что адаптация к длительной вестибулярной стимуляции стабилизирует структуру Маутнеровских нейронов: объемы нейронов остаются неизменными при последующей длительной стимуляции.

4. Выявлено, что все изменения объемов Маутнеровских нейронов и их частей, связанные с изменением моторной асимметрии, сопряжены с изменением состояния нейронального актина. Уменьшение объема - с деполимеризацией, а стабилизация объема - с полимеризацией актина.

5. Впервые обнаружено, что величина (степень) моторной асимметрии рыбки прямо коррелирует с величиной сомы и латерального дендрита Маутнеровских нейронов, но находится в реципрокной связи с объемом вентрального дендрита.

Список работ, опубликованных по данной теме

1. Д.А. Мошков, В.Д. Павлик, Н.Р. Тирас, В.Н. Кондратова, Г.З. Михайлова. «Создание стереотаксисных координат топографии Маутнеровских нейронов (МН) золотой рыбки для дальнейших научных и цитотехнологических целей», в сб: От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям. Труды конференции «Научные исследования в наукоградах Московской области», Пущино, ОНТИ ПНЦРАН, с. 82-83 (2001).

2. Н.Р. Тирас, Д.А. Мошков, С.Н. Удальцов, С.А. Козлов, Г.З. Михайлова. «Маутнеровские нейроны (МН) как тест объект для поиска токсинов, взаимодействующих с актином», в сб: От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям. Труды конференции «Научные исследования в наукоградах Московской области». Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, с. 102 (2001).

3. Г.З. Михайлова. В. Д. Павлик, Д. А. Мошков, «Создание стереотаксических координат расположения Маутнеровских нейронов по трехмерной реконструкции головного мозга мальков золотых рыбок», в сб: Проблемы нейрокибернетики (материалы Юбилейной Международной конференции по нейрокибернетике), Ростов-на-Дону, ООО «ЦВВР», т.2, с.269 (2002).

4. Н.Р. Тирас, И.Б. Михеева, Г.З. Михайлова, Д.А. Мошков, «Структурные исследования механизмов адаптации Маутнеровских нейронов с помощью специфических токсинов цитоскелетного действия», в сб: Проблемы нейрокибернетики (материалы Юбилейной Межд. конференции по нейрокибернетике), Ростов-на-Дону, ООО «ЦВВР», т.2, с.283-285 (2002).

5. Н.Р. Тирас, С.Н. Удальцов, Г.З. Михайлова, Д.А. Мошков, «Выявление с помощью электронной микроскопии в яде скорпиона пептидов, взаимодействующих с актином», Биологические мембраны, т. 20, № 1, с.73-77 (2003).

6. Г.З. Михайлова. Д.А. Дзебан, A.B. Арутюнян, Д.А. Мошков, «Маутнеровские нейроны как экспериментальная модель для изучения клеточных механизмов поведенческой пластичности», в сб: Фундаментальные и клинические аспекты интегративной деятельности мозга. Материалы Межд. чтений, посвященных 100-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР, акад. АН АрмССР Э.А. Асратяна, Москва, МАКС Пресс, 27-30мая, с. 161-163 (2003).

7. Г.З. Михайлова, В.Д. Павлик, Д.А. Мошков, «Предпочтение рыбки поворачиваться влево или вправо обусловлено морфологией Маутнеровских нейронов», в сб: «Биология. Наука XXI века», ГП Серпуховская типография, с.ЗЗ (2003).

8. Г.З. Михайлова. В.Д. Павлик, Н.Р. Тирас, Д.А. Мошков, «Корреляция размеров маутнеровских нейронов с предпочтением золотых рыбок поворачиваться вправо или влево», Морфология, т.127, №2, с.16-19 (2005).

9. Г.З. Михайлова, A.B. Арутюнян, И.М. Санталова, В.Д. Павлик, Н.Р. Тирас, Д.А. Мошков, «Асимметрия моторного поведения золотой рыбки в узком канале», Нейрофизиология/Neurophysiology, т.37, №1, с.52-60 (2005).

10 Д.А. Мошков, E.H. Безгина, Г.З. Михайлова. Л.Л. Павлик, Н.Р. Тирас, С.Н. Удальцов, «Ультраструктурные исследования прямого взаимодействия глутамата и дофамина с актином in vitro и с актиновым цитоскелетом in vivo». В сб: Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты. Тезисы докладов и стендовых сообщений научной конференции, стр.116 (2005г).

11. Н.Р. Тирас, Г.З. Михайлова. Е.Б. Баландина, Е. Григорьева, Р.Ш. Штанчаев, Д.А. Мошков, «Маутнеровские нейроны как модельные объекты для исследования нейродегенеративных заболеваний», в сб: Нейронауки: теоретичш та юн'шчш аспекти, ДонДМУ, т.1, №1, с.119-120 (2005).

12. Д.А. Мошков, Н.Р, Тирас, Л.Л. Павлик, E.H. Безгина, Г.З. Михайлова. «Возможная роль цитоскелета Маутнеровских нейронов в интеграции химически или естественно индуцированных модификаций синаптических влияний», в сб: Нейронауки: теоретичш та ioiíhÍ4hí аспекти, ДонДМУ, т.1, №1, с. 79-80 (2005).

13. Г.З. Михайлова. Н.В. Орешкин, Р.Ш. Штанчаев, Е. Григорьева, Е.Б. Баландина, Н.Р. Тирас, Д.А. Мошков, «Морфофункциональное исследование правого и левого Маутнеровских нейронов в связи с моторной асимметрией золотых рыбок», в сб: Проблемы нейрокибернетики (материалы 14-ой Международной конференции по нейрокибернетаке), Ростов-на-Дону, ООО «ЦВВР», т.2, с.186-191 (2005).

14. Д.А. Мошков, Г.З. Михайлова. Н.Р. Тирас, «Исследование механизмов морфофункциональной асимметрии Маутнеровских нейронов как модели межполушарной асимметрии», в сб: Проблемы нейрокибернетики (материалы 14-ой Международной конференции), Ростов-на-Дону, ООО «ЦВВР», т.2, с. 260-262 (2005).

15. Г.З. Михайлова. Н.Р. Тирас, Е.Е. Григорьева, Д.А. Мошков, «Исследование изменчивости моторной асимметрии золотой рыбки при адаптации к утомительной вестибулярной стимуляции», Heйpoфизиoлoгия/Neurophysiology, т.37, №6, с. (2005).

16. Д.А. Мошков, Л.Л. Павлик, Н.Р. Тирас, Е.Н. Безгина, Г.З. Михайлова. Р.Ш. Штанчаев, «Исследование механизмов воздействия глутамата и дофамина на морфофункциональную асимметрию Маутнеровских нейронов золотой рыбки». Научные труды I съезда физиологов СНГ, М.: Медицина-Здоровье, т.1, стр.36-37 (2005).

17. Г.З. Михайлова. Н.Р. Тирас, В.Д. Павлик, Е.Е. Григорьева, Д.А. Мошков, «Исследование морфологии Маутнеровских нейронов при изменении асимметрии моторного поведения мальков золотых рыбок», Нейрофизиология/ЫеигорЬу81о1о§у, принято в печать.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №02-04-48368, руководитель Д.А. Мошков; проект №05-04-48839, руководитель Д.А. Мошков; проект 05-04-48281, руководитель Л.Л. Павлик) и в рамках тематического плана Федерального Агентства по Образованию (руководитель Н.Р. Тирас).

Принято к исполнению 23.12.2005 Исполнено 26.12.2005 Заказ № 001 Тираж 100 экз. г. Пущино, Московская область, ■ тел. 8 (27) 73-94-32 e-mail: nvekshin@rambler.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Михайлова, Гульнара Зульфатовна

введение

1. литературный обзор

1.1. функциональная асимметрия позвоночных животных

1.1.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ на популяционном уровне

1.1.2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ животных на индивидуальном уровне

1.1.3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ МОТОРНУЮ АСИММЕТРИЮ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ 1.1.3.1 МЕТОДЫ ТЕСТИРОВАНИЯ

1.1.3.2. ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ СУТОК

ПРИ ТЕСТИРОВАНИИ МОТОРНОЙ АСИММЕТРИИ

1.1.3.3. ВЛИЯНИЕ СЕНСОРНЫХ ВХОДОВ на моторную асимметрию

1.1.3.4. влияние обучения на формирование

МОТОРНОЙ АСИММЕТРИИ

1.1.3.5. ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ НА ФОРМИРОВАНИЕ МОТОРНОЙ АСИММЕТРИИ

1.1.3.6. влияние медиаторов на моторную асимметрию

1.2. СТРУКТУРНАЯ АСИММЕТРИЯ МОЗГА

ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

1.3. КОРРЕЛЯЦИЯ МОТОРНОЙ АСИММЕТРИИ с морфологическими факторами

1.4. ВЛИЯНИЕ РАЗРУШЕНИЯ СЕНСОРНЫХ ВХОДОВ на морфологическую асимметрию

1.5. изменение моторной асимметрии при стрессе, обучении и адаптации

1.5.1. СТРЕСС И МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ

1.5.2. РОЛЬ ИСХОДНОЙ АСИММЕТРИИ в процессах обучения и адаптации

1.6. влияние стресса и адаптации на морфологию нейронов

1.7. ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТРУКТУРНЫХ ПЕРЕСТРОЕК НЕЙРОНОВ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

1.7.1. перестройка актинового цитоскелета

1.7.2. роль нейротрансмиттеров

1.7.3. влияние физическихфакторов

1.8. морфология и функции маутнеровских нейронов

1.9. структурные перестройки маутнеровских нейронов при экспериментальных воздействиях. роль цитоскелета

1.10. основные сенсорные входы маутнеровских нейронов

2. объекты и методы исследования 2.1. методы исследования

2.1.1. тестирование исходного предпочтения

2.1.2. вестибулярная унилатеральная стимуляция и адаптация

2.1.3. вестибулярная билатеральная стимуляция и адаптация

2.1.4. методика деафферентации 50 2.1.5 аппликации

2.1.6. негативное контрастирование

2.1.7. подготовка образцов для световой микроскопии

2.1.8. методика трехмерной реконструкции

2.1.9. статистический анализ

3. результаты

3.1. тестирование моторной асимметрии золотых рыбок в кольцевом и прямолинейном каналах морфология маутнеровских нейронов интактных рыбок в связи с асимметрией их моторного поведения.

3.1.1. тестирование моторной асимметрии

3.1.2 морфология маутнеровских нейронов интактных рыбок в связи с асимметрией их моторного поведения.

3.2. унилатеральная стимуляция и адаптация к такой стимуляции. физиологические и морфологические данные

3.2.1. унилатеральная стимуляция.

3.2.2. адаптация к унилатеральной стимуляции.

3.2.3. билатеральная стимуляция и адаптация к такой стимуляции. физиологические и морфологические данные.

3.3. изучение роли цитоске летного актина в изменчивости нейронов

3.3.1. взаимодействие пептида с актином.

3.3.2. аппликация пептида

3.3.3. аппликация глутамата и дофамина 100 3.4. вестибулярная и зрительная деафферентация

Введение Диссертация по биологии, на тему "Исследование морфологии маутнеровских нейронов в связи с ориентационной асимметрией моторного поведения золотой рыбки"

Взаимосвязь между функциональной моторной асимметрией и анатомически симметричными полушариями, особенно на клеточном уровне, представляет собой современную проблему нейробиологии (Бианки, 1985; Фокин, 2004). С ней связана другая важная нейробилогическая проблема -проблема памяти, обучения и адаптации, своей целью имеющая решение вопроса диагностики определенного функционального состояния нейронов по их структурным признакам (Виноградова, 2001, Thompson, 2001). Относительно того, сопровождается ли индуцибельная изменчивость функциональной асимметрии мозга морфологическими изменениями, прямых свидетельств нет. Между тем на такую возможность указывают данные о зависимости морфологической изменчивости нейронов от их функциональной активности (Tailby et al., 2005). Решать обе эти проблемы на целостном мозге крайне затруднительно из-за сложности его организации и до конца невыясненных взаимоотношений между его отдельными компонентами.

Одной из форм функциональной моторной асимметрии является предпочтение стороны поворота животного при свободном движении в пространстве, часть врожденной ориентировочной реакции. В отличие от животных, у которых на выполнение этого поведенческого акта существенно влияет поворот головы с помощью шеи, а также асимметричность использования лап, свободное движение и повороты тела рыб осуществляются преимущественно с помощью хвостового плавника, главного движителя рыб. В связи с этим двигательные центры рыб организованы проще, чем у высших позвоночных животных. Поэтому использование рыб в качестве объекта для исследования морфофункциональной асимметрии мозга имеет определенное преимущество. Известно, что в Маутнеровских нейронах (МН) золотой рыбки, командных нейронах, которые вовлекаются в совершение индуцированной реакции страха (Zottoli et al, 1999), наблюдаются морфологические изменения, связанные с индукцией утомления и адаптации к нему (Мошков, 1985; Тирас и др., 2002). Влияют на морфологию МН хирургически вызванное изменение микроокружения в процессе эмбрионального развития, а также дисфункция зрительного входа, связанная с односторонней энуклеацией глаза (Мошков и др., 1992; Безгина и др., 1999, 2000). В последнем случае отмечена избирательная изменчивость структуры одного из нейронов по сравнению с его зеркально расположенным двойником. Кроме того, было показано наличие структурной асимметрии МН золотой рыбки (Moulton, Barron, 1967). Однако в целом остается неизвестным, как проявляются в функции и поведении рыбки обнаруженные структурные различия МН. Кроме того, неясно, для чего рыбам, не обладающим, по устоявшемуся представлению, латерализацией моторного поведения (Kleerekoper et al, 1969; Korn, Faber, 2005), нужны эти гигантские нейроны. Для ответа на эти вопросы необходимы сравнительные морфофункциональные исследования на клеточном и системном уровнях, включающие избирательные воздействия на МН и коррелятивное изучение поведения рыбок.

Целью настоящей работы было исследовать структурные механизмы изменений Маутнеровских нейронов в зависимости от некоторых функциональных состояний, которые проявляются в поведении золотой рыбки.

Были поставлены следующие задачи:

1. Изучить методом трехмерной реконструкции морфологию

МН интактных золотых рыбок. Исследовать причину структурных различий между правыми и левыми МН по поведенческим признакам, в частности по ориентированности моторного поведения.

Изучить возможность экспериментальной индукции морфологической асимметрии МН, используя физиологические модели утомления и адаптации к нему. Исследовать влияние на морфологическую асимметрию изменения двух афферентных входов: вестибулярного и зрительного.

Выяснить роль цитоскелета в индуцированной изменчивости морфологии МН.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ.

Проблема функциональной моторной асимметрии у животных наряду с морфологической асимметрией структур мозга, химической асимметрией содержания медиаторов, асимметрией электрической активности мозговых структур входит в состав общей проблемы асимметрии структуры и функций мозга. Моторная асимметрия долгое время была известна лишь как неравенство рук человека. На самом деле функциональная моторная асимметрия проявляется по-разному. Это может быть как предпочтительное использование правых или левых конечностей в манипуляционных движениях, так и ориентационная асимметрия (предпочтительное использование правой или левой стороны при локомоции, поведении ухаживания, плавании, выборе рычага). Кроме того, моторная асимметрия проявляется в речи человека, в извлечении звуков птицами, грызунами, приматами и некоторыми видами рыб и лягушек. Латерализация может встречаться как на популяционном, так и (или) на индивидуальном уровне (Lehman, 1981; Бианки, 1985). Популяция считается латерализованной, если более чем 50% особей латерализованы в одном и том же направлении. На сегодняшний день доказана функциональная моторная асимметрия как у высших позвоночных животных -млекопитающих (Бианки, 1985; Bradshaw, Rogers, 1993), птиц (Andrew, 1991; Gifntifrku'n, 1997; Rogers, 1996; Vallortigara, 2000), так и у низших позвоночных - амфибий (Bisazza et al.,

1996), рептилий (Deckel, 1995) и рыб (Bisazza et al., 1998; Cantalupo et al., i

1995).

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Михайлова, Гульнара Зульфатовна

ВЫВОДЫ

Впервые обнаружено, что величина (степень) моторной асимметрии рыбки прямо коррелирует с величиной сомы и латерального дендрита Маутнеровских нейронов, но находится в реципрокной связи с объемом вентрального дендрита.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы исследовали вопрос, как функционально проявляются и с чем связаны обнаруженные нами у мальков и известные ранее у взрослых золотых рыбок (Moulton and Barron, 1967) различия в размерах правого и левого МН. При рассмотрении возможных анатомических признаков моторной асимметрии рыб морфологическая асимметричность МН как ее основа отрицалась (Bisazza et al, 1998; Vallortigara, 2000). Результаты нашей работы показали, что существует тесная связь между морфологией одного нейрона и определенным уровнем его активности, которую он проявляет в поведении как инициатор унилатерального поворота тела рыбки. Можно предположить, что структурная асимметрия двух нейронов реализуется в виде асимметричности моторного поведения. Вместе с тем, обращают на себя внимание три обстоятельства.

Во-первых, оказывается, что МН изменяют свои размеры в широких пределах в соответствии с условиями окружающей среды, влияющей на МН через афферентные входы. Главные движущие механизмы регуляции объема живой клетки и размеров отростков основаны на актине и тубулине (Харитонова и др., 2002), состояние которых обусловлено воздействием внешней среды. Поэтому обнаружение закономерной изменчивости МН и их частей в ответ на воздействия открывает путь к дальнейшим исследованиям этого вопроса в нейробиологическом аспекте.

Мошков, 1985), сопровождается стабилизацией структуры (объемов) МН на уровне, характерном для интактных клеток. Недавно было предположено, что стабилизацией белкового состава нейронов, синаптических белков и рецепторов, достигаемой их кластеризацией в плане мембраны, период их жизни удлиняется и становится соизмеримым со временем сохранения памятного следа (Shouval, 2005). Известно, что адаптированное состояние характеризуется комплексными длительно сохраняющимися ультраструктурными изменениями в химических и смешанных афферентных синапсах МН (Мошков и др., 2003; Moshkov et al, 1998; Михеева и др., 2000), а также стабилизацией белкового состава МН, в том числе актина, на уровне, характерном для интактных клеток (Moshkov et al, 1992). Наши данные впервые показывают, что все эти изменения происходят на фоне стабилизации объемов МН. Данный эффект, по-видимому, обусловлен изменением цитоскелета. Так, на вовлечение актина, одного из главных компонентов цитоскелета, в процессы адаптации указывают данные об усилении морфофункциональной резистентности МН к электрической или естественной стимуляции после аппликации на них некоторых пептидов (Тирас и др., 2003), полимеризующих актин in vitro. Вовлекается актин и в стабилизацию размеров МН, поскольку аппликация на них указанных пептидов препятствует изменению объемов под действием длительной стимуляции. Поэтому можно предположить, что как изменение объемов МН и их частей после экспериментальных воздействий, так и стабилизация объемов МН при адаптации основаны на изменениях состояния нейронального актина, его деполимеризации и полимеризации, соответственно. Вопрос о морфофункциональной изменчивости и устойчивости нейронов связан с общей проблемой памяти (Виноградова, 2001; Thompson, 2001). По имеющимся представлениям появление «памятного следа» в ЦНС может быть обусловлено либо возникновением новых, либо изменением уже существующих нейронов. Наши данные показывают, что, с одной стороны, структурные изменения МН после длительной стимуляции являются реакцией на воздействия, изменяющие функциональную активность, то есть относятся к реактивным изменениям. Они, как известно, сопряжены с деполимеризацией и потерей значительной части актина из МН (Moshkov et al, 1992). С другой стороны, адаптация МН к повторяющейся стимуляции является длительной (многонедельной) стабильной модификацией функции (Мошков, 1985), основанной на длительной депрессии (ДД) и длительной потенциации (ДП), формирование и сохранение которых связано с полимеризацией актина и, как здесь нами показано, не сопровождается реактивными изменениями морфологии МН под действием длительных стимуляций. Похожие изменения состояния актина, деполимеризация при реактивных сдвигах и полимеризация при ДП наблюдается в шипиковых синапсах гиппокампа (Мошков и Павлик, 2004). Поэтому можно предположить, что основой структурного «памятного следа» являются изменения уже существующих нейронов. Наши данные позволяют также сделать определенные заключения относительно взаимосвязи эффективности и размера нейрона. Нами показано, что полутора и более кратное уменьшение объемов МН после 2 час контралатеральной стимуляции сопровождается аналогичным снижением их функциональной активности, проявляемой как снижение числа совершаемых рыбками поворотов в мин с 6.0±0.5 в контроле до 3.2±0.4 после стимуляции. Вместе с тем, эффективность МН, по-видимому, связана не только с индивидуальным объемом, но и с превышением объема контралатерального нейрона над объемом ипсилатерального, то есть с разностной величиной объема, которая дает ему определенные функциональные преимущества. Разностная величина в абсолютных размерах иногда была небольшой и затрагивала лишь часть МН, например, вентральный дендрит, но функционально существенной. В этой связи остается непонятной изменчивость размеров триггерной зоны МН, объемов начального сегмента аксона и аксонных чаш, роль которых в латерализации ударов хвоста и в преимуществе проведения сигнала одного нейрона по сравнению с другим обсуждается (Scott et al., 1994; Meyers et al., 1998; Eaton etal., 1998).

В-третьих, при анализе взаимосвязи моторной асимметрии рыбки и размеров различных частей МН было показано, что КСА соматических частей и латеральных дендритов, как правило, прямо коррелируют с КМА рыбки. Взаимоотношение же вентральных дендритов и латерализации моторного поведения рыбки, а, следовательно, и функциональной активности МН, имеет характер отрицательной обратной сеязи. Такое поведение вентрального дендрита в связи с функцией МН объясняет ранее непонятные дискриминационные соотношения зрительного и вестибулярного сигналов, изменяющих поведение рыбки (Canfield and Rose, 1996; Bisazza and Vallortigara, 1996). Данные настоящей работы позволяют предположить, что дендриты у МН, по крайней мере, их проксимальные отделы, морфофункционально асимметричны и автономны, хотя они и составляют единое целое с нейроном. Возможно, в этом проявляются реактивные и адаптивные (стабилизационные) свойства одних и тех же нейронов, предсказанные ранее как диффузная (изодендритная) и специфическая (идиодендритная) функции (Korogod et al., 2000), только на уровне отдельных стволов дендритов одного и того же нейрона. Возможно, различия свойств дендритов зависят от различия активности или плотности расположения афферентных синапсов на соме и дендритах (Bras et al., 2003).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Михайлова, Гульнара Зульфатовна, Пущино

1. Адрианов О.С. О принципах структурно-функциональной организациимозга. Избранные научные труды. М., 1999, с.88-96.

2. Альтман Я.А., Балонов Л.Я., Деглин В.Л., Меншуткин В.В. О роли доминантного и недоминантного полушарий в организации пространственного слуха. Физиология человека, 1981, т.7, №1, с. 12-19.

3. Аршавский В.В. Межполушарная асимметрия в системе поисковой активности (к проблеме адаптации человека в приполярных районах СССР). Владивосток, 1988, 136 с.

4. Безгина Е. Н., Мошков Д. А, Никитин В. А, Савельева Л. Н., Утешев В. К. Морфогенез маутнеровских нейронов головастиков шпорцевой лягушки в условиях ранней односторонней энуклеации глаза. Морфология, 1999, т. 115, № 3, с. 49-52.

5. Безгина Е. Н., Мошков Е. Н., Савельева Л. Н., Никитин В. А, Утешев В. К., Леднева В.Н. Реакция эндоплазматического ретикулума на частичную денервацию Маутнеровских нейронов головастиков шпорцевой лягушки. Цитология, 2000, т. 42, № 5, с. 508-515.

6. Белоус A.M., Землянских Н.Г. Молекулярная динамика белков цитоскелета в норме и при воздействии температурно-осмотических факторов. Проблемы криобиологии, 1994, №1, с. 14-23.

7. Бианки В. Л. Асимметрия мозга животных. Л.: Наука, 1985.

8. Боголепова И.Н., Малофеева Л.И. Структурная асимметрия корковых формаций мозга человека. М.: Изд-во Росс, ун-та дружбы народов, 2003, 155с.

9. Ю.Болотов А.В. Функциональная асимметрия 21 поля у кошки Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии. Матер. Конф.М., 2001. с. 26-27.

10. П.Виноградова О.С. Нейронаука конца 2-го тысячелетия: смена парадигм. Журн. высш. нерв, деят., 2000, т.50, №5, с. 743-774.

11. Габибов И.М., Глезер В.Д. Асимметрия размеров рецептивных полей нейронов 21-го поля коры больших полушарий мозга кошки. Докл. АН СССР, 1985, т.284, №4, с. 1014-1015.

12. Геодакян В.А. Асинхронная асимметрия. Журн. высш. нерв, деят., 1993, т.43, вып.З, с. 543-561.

13. Иоффе М.Е., Плетнева Е.В., Сташкевич И.С. Природа функциональной моторной асимметрии у животных. В кн.: Функциональная межполушарная асимметрия, под ред. В.Ф. Фокина, Научный мир, Москва, 2004, с.80-97.

14. Клячко H.JI. Биологическая подвижность и полимеризация актина.А

15. Соросовский образовательный журнал, 2000, т.6, №10, с. 5-9.

16. Леутин В.П. и Николаева Е.И. Психофизиологические механизмы адаптации и функциональная асимметрия мозга. Новосибирск, 1988, 190с.

17. Леутин В.П. Функциональная асимметрия мозга и адаптация. В кн.: Функциональная межполушарная асимметрия, под ред. В.Ф. Фокина, Научный мир, Москва, 2004, с.481-522.

18. Михеева И.Б., Тирас Н.Р., Мошков Д.А. Десмосомоподобные контакты как мишени действия яда скорпиона. Цитология, 2000, т.42, №7, с. 635646.

19. Мошков Д.А., Подольский И.Я., Кашапова Л.А. Количественная характеристика двигательной активности золотых рыбок Carassius auratus как возможный индикатор состояния Маутнеровских нейронов. Журн. Эволюц. Биохим., 1982, т. 18, № 2, с. 155-160.

20. Мошков Д. А. Адаптация и ультраструктура нейрона. М.: Наука, 1985, 200 с.

21. Мошков Д.А., Савельева Л.Н., Тирас Н.Р., Калистратова Е.Н. Строение ретикулума маутнеровских нейронов головастиков шпорцевой лягушки, выращенных при повышенной силе тяжести. Цитология, 1992, т. 34, №5, с. 49-56.

22. Мошков Д.А., Павлик Л.Л. Ультраструктурные механизмы длительной потенциации синаптической передачи. Журн. высш. нерв, деят., 2004, т. 54, №1, с. 44-58.

23. Ниукканен Н.Л., Мошков Д.А. Маутнеровский нейрон как модель для изучения пластических изменений на клеточном уровне. В кн.: Физиологические и биохимические исследования памяти. Пущино, 1977, с. 155-171.

24. Непомнящих В.А., Гремячих В.А. Связь между структурой траектории и асимметрией выбора направления движений у тиляпий Oreochromys mossambicus Peters (Cichlidae). Журнал общей биологии, 1993, т.54, №5, с. 619-626.

25. Павлик Л.Л., Тирас Н.Р., Пахотина И.Д., Мошков Д.А. Влияние цитохалазина Д на структуру смешанных синапсов и их электротоническую проводимость. Цитология, 1999, т.41, №7, с.590-597.

26. Павлик Л.Л., Безгина Е.Н., Н. Р. Тирас, И. Б. Михеева, Д. А. Мошков, Структура смешанных синапсов маутнеровских нейронов под влиянием веществ, изменяющих проводимость щелевых контактов. Морфология, 2004, т. 125, №2, с. 26-31.

27. Погорелов А.Г., Аксиров A.M., Гольдштейн Д.В., Кантор Г.М., Иваницкий Г.Р. Анализ диффузии и накопления калия в зиготе мыши, обусловленных циклической активностью 240 pS К+ канала. ДАН, 2005, т.400, №5, с. 1-3.

28. Прощина А.Е., Бесова Н.В., Воронов К.А., Гулимова В.И., Серова Л.В., Савельев С.В. Исследование морфогенеза асимметрии ядер головного мозга крысы в норме и условиях микрогравитации. Бюлл. эксп. биол. и мед., 2000, т.130, №9, с. 342-345.

29. Садеков Р.А., Вендрова М.И. Моторная асимметрия и межполушарные взаимодействия при болезни Паркинсона. Журн. Неврологии и психиатрии, 2004, №1, с. 42-46.

30. Саркисян С. Г., Егиазарян М. Л., Минасян С. М. Асимметрия характеристик фоновой активности нейронов медиального вестибулярного ядра крыс после длительной вибрационной стимуляции, Нейрофизиология/Neurophysiology, 2003, т.35, №6, с. 470475.

31. Сорокина Н.Д., Селицкий Г.В., Косицын Н.С. Нейробиологические аспекты функциональной асимметрии полушарий при депрессии. Успехи физиол. Наук, 2005, т.36, №2, с. 84-93.

32. Тирас Н.Р., Мошков Д.А. Поведенческое и ультраструктурное исследование влияния аппликации колхицина на Маутнеровские нейроны золотой рыбки. Журн. Эволюц. биохимии и физиологии, 1978, т. 39, № 5, с. 486-490.

33. Тирас Н.Р., Потемкин В.В., Мошков Д.А. Действие каиновой кислоты на Маутнеровские нейроны адаптированных и неадаптировааных рыб. Цитология, 1990, т. 32, № 8, с. 795-800.

34. Тирас Н.Р., Михеева И.Б., Пахотин П.И., Мошков Д.А., Пашков В.Н., Гришин Е.В. Яд скорпиона содержит фракции, взаимодействующие с нейрональным цитоскелетом. ДАН, 1999, т. 368, № 3, с. 416-419.

35. Тирас Н.Р., Михеева И.Б., Пахотин П.И., Мошков Д.А. Морфофункциональные изменения адаптированных маутнеровских нейронов золотых рыбок при длительной ортодромной стимуляции слухового нерва in vitro. Морфология, 2002, т. 122, вып.6, с. 19-24.

36. Тирас Н.Р., Михеева И.Б., Пахотин П.И., Мошков Д.А., Удальцов С.Н. Морфофункциональные изменения инкубированных маутнеровских нейронов золотых рыбок под влиянием пептидов из яда скорпиона. Морфология, 2003, т. 123, № 3, с. 40-45.

37. Фокин В. Ф., Пономарева Н. В. Энергетическая физиология мозга. М.: Антидор, 2003.

38. Фокин В.Ф. Эволюция центрально-периферической организации функциональной межполушарной асимметрии. В кн.: Функциональная межполушарная асимметрия, под ред. В.Ф. Фокина, Научный мир, Москва, 2004, с.47-79.

39. М.А. Харитонова, Э.М. Левина, Ю.А. Ровенский, «Цитоскелетный контроль регуляции длины клеток», Онтогенез, 33, №1, 50-59 (2002).

40. Хаснуллин В.И., Шестаков С.И., Степанов Ю.М., Скосырева Г.А. Функциональная асимметрия организма и приспособленность человека к жизни и работе в Заполярье. Региональные особенности здоровья жителей Заполярья. Новосибирск, 1983, с. 62-67.

41. Черенкевич С.Н. и Мартинович Г.Г. Регуляция роста нейритов. Успехи физиологических наук, 2001, т.32, №3, с. 23-39.

42. Черноситов А.В., Орлов В.И. Функциональная асимметрия мозга и неспецифическая резистентность. В кн.: Функциональная межполушарная асимметрия, под ред. В.Ф. Фокина, Научный мир, Москва, 2004, с.444-480.

43. Шкорбатова П.Ю., Топорова С.Н., Алексеенко С.В. и Макаров Ф.Н. Межполушарные связи корковых колонок полей 17 и 18 у кошек с унилатеральным косоглазием. Морфология, 2004, т.125, вып.З, с. 60-62.

44. Andrew R.J. The nature of behavioural lateralization in the chick. In Andrew, R.J., ed. Neural and behavioural plasticity. The use of the chick as a model. Oxford: Oxford University Press; 1991, 536-554.

45. Annett M. Handedness and cerebral dominance: The right shift theory. -Journal of Neuropsychiatry, 1998, vol. 4, 459^469.

46. Aydinlioglu A.A., Arslanirliz K.A., Riza Erdogan M.A. The relationship of callosal anatomy to paw preference in dogs. -Eur. J. Morphol., 2000, vol. 38, No.2, 128-133.

47. Bauer R.H. Lateralization of neural control for vocalization by the frog (.Ranapipiens). -Psychobiol., 1993, vol.21, 243-248.

48. Biddle F.G. and Eales B.A. The degree of lateralization of paw usage (handedness) in the mouse is defined by three major phenotypes. -Behavior Genetics, 1996, vol.26, 391-406.

49. Binder J.R., Frost J.A., Hammeke T.A. Function of the left planum temporale in auditory and linguistic processing. -Brain, 1996, vol.119, Pt.4, 1239-1247.

50. Bisazza A. and Vallortigara G. Rotational bias in mosquitofish (Gambusia hoolbrooki'): the role of lateralization and sun-compass navigation. -Laterality, 1996, vol.1, No.2, 161-175.

51. Bisazza A., Cantalupo C., Robins A., Rogers L., Vallortigara G. Rightpawedness in toads. -Nature, 1996, vol.379, 408.

52. Bisazza A. and Vallortigara G. Rotational swimming preferences in mosquitofish {Gambusia holbrooki): Evidence for brain lateralization? -Physiology and Behavior, 1997, vol.62, 1405-1407.

53. Bisazza A., Rogers L.J., Vallortigara G. The origins of cerebral asymmetry: a review of evidence of behavioural and brain lateralization in fishes, amphibians, and reptiles. -Neurosci Biobehav Rev., 1998, vol.22, 411 -426.

54. Bisazza A., Facchina L., Vallortigara G. Heritability of lateralization in fish: concordance of right-left asymmetry between parents and offspring. -Neuropsychologia, 2000, vol.38, 907- 912.

55. Bisazza A., Sovrano V.A., Vallortigara G. Consistency among different tasks of left-right asymmetries in lines of fish originally selected for opposite direction of lateralization in a detour task. -Neuropsychologia, 2001, vol.39, 1077-1085.

56. Bradshaw J.L., Rogers L.J. The evolution of lateral asymmetries, language, tool use, and intellect. New York: Academic Press; 1993.

57. Canfield Y. G., Rose G. Y. Activation of Mauthner neurons during prey captre.- J. Compar. Physiology A, 1993, vol. 172, Iss. 5, p. 611-618.

58. Cantalupo C., Bisazza A., Vallortigara G. Lateralization of predatorevasion response in a teleost fish (Girardinus ^/ca/w^.-Neuropsychologia, 1995, vol.33, 1637-1646.

59. Carlson J.N., Fitzgerald L.W., Keller Jr. R.W., Glick S.D. Lateralized changes in prefrontal cortical dopamine activity induced by controllable and uncontrollable stress in the rat.- Brain Res., 1993, vol. 630, 178-187.

60. Collins RL. On the inheritance of direction and degree of asymmetry. In: Glick SD, editor. Cerebral lateralization in nonhuman species. Academic Press: New York, 1985, 41-71.

61. Concha M.L., Wilson S.W. Asymmetry in the epithalamus of vertebrates. -J.Anat., 2001, vol. 199, Pt 1-2, 63-84.

62. Davenport R., Dou P., Rehder V. A sensory role for neuronal growth cone filopodia.-Nature, 1993, vol. 361, 721-724.

63. Dawson J.L. Alaskan Eskimo hand, eye, auditory dominance and cognitive style.-Psychologia, 1977, vol.20, 121-135.

64. Deckel AW. Laterality of aggressive responses in Anolis.-J. Exp. Zool., 1995, vol. 272, 194- 200.

65. Denenberg V.H. Hemispheric laterality in animals and the effects of early experience.-Behav. Brain Sci., 1981, vol. 4, 1-49.

66. Diamond J. The Mauthner cell. In: Fish physiology N.Y., Acad. Press., 1971, vol. 5, p. 265-346.

67. Dill L.M. 'Handedness' in the Pacific tree frog (Hyla regilla). -Can. J. Zool., 1977, vol. 55, 1926-1929.

68. Eaton R.C., Hofve J.C. and Fetcho J.R. Beating the competition: the reliability hypothesis for Mauthner axon size.-Brain Behav. Evol, 1998, vol. 45, No.2, 183-194.

69. Emoto K., He Y., Ye В., Grueber W.B., Adler P.N., Jan L.Y., and Jan Y.N. Control of dendritic branching and tiling by the tricornered-kinase/fiirry signaling pathway in Drosophila sensory neurons.-Cell, 2004, vol.119, 245256.

70. Fallgatter A.J., Roesler M., Sitzmann L., Heidrich A., Mueller T.J., Strik W.K. Loss of functional hemispheric asymmetry in Alzheimer's dementia assessed with near-infrared spectroscopy.-Cognitive Brain Res., 1997, vol.6, 67-72.

71. Fine M.L., McElroy D., Rafi J., King C.B., Loesser K.E., and Newton S. -Lateralization of pectoral stridulation sound production in the channel catfish. Physiol. Behav., 1996, vol.60, 753- 757.

72. Glick S.D., Shapiro R.M. Functional and neurochemical mechanisms of cerebral lateralization in rats. In: Glick, S.D., ed. Cerebral lateralization in nonhuman species. New York: Academic Press, 1985, 158-184.

73. Green A.J. Asymmetrical turning during spermatophore transfer in the male smooth newt, Triturus vulgaris. Animal Behaviour, 1997, vol. 54, 343-348.

74. Greenberg N., Scott M. and Crews D. Role of the amygdala in the reproductive and aggressive behavior of the lizard {Anolis carolinesis). Physiol. Behav., 1984, vol. 32, 147-151.

75. Grillner S. and Wallen P. On the cellular bases of vertebrate locomotion.-Progr. Brain. Res., 1999, vol. 123, No.3, 297-309.

76. Grishin E.V., Korolkova Yu.V, Kozlov V. Structure and function of the potassium channel inhibitor from black scorpion venom. Pure Appl. Chem., 1996, vol. 68,2105-2109.

77. Gurusinghe C.J. and Ehrlich D. Age, sex, and hormonal effects on structural asymmetry of the medial habenular nucleus of the chicken brain. -Cell. Tiss. Res., 1985, vol. 240,149-152.

78. Gu"ntu"rku"n O. Avian visual lateralization: a review.-NeuroReport, 1997, vol.8, 3-11.

79. Gu"ntu"rku"n O., Hellmann В., Melsbach G., Prior H. Asymmetries of representation in the visual system of pigeons.-Neuroreport, 1998, vol. 9, No. 18, 4127-4130.

80. Gu"ntu"rku"n O. Adult persistence of head-turning asymmetry.-Nature, 2003, vol. 421, No. 6924,711.

81. Hobert O., Johnston Jr. R.J. and Chang S. Left-right asymmetry in the nervous system: the Caenorhabditis Elegans model.-Nature reviews, 2002, vol.3, No. 4, 629-640.

82. Hori, M. Frequency-dependent natural selection in the handedness of scale-eating Cichlid fish.-Science, 1993, vol.260, 216-219.

83. Hopkins W. D., Pilcher D.L. Neuroanatomical localization of the motor hand area with magnetic resonance imaging: the left hemisphere is larger in great apes.-Behav. Neurosci, 2001, vol. 115, No. 5, 1159-1164.

84. Jossea G., Mazoyera В., Crivelloa F., Tzourio-Mazoyera N. Left planum temporale: an anatomical marker of left hemispheric specialization for language comprehension? -Cognitive Brain Research, 2003, vol. 18, 1- 14.

85. Khalfa S., Veuillet E., Collet L. Influence of handedness on peripheral auditory asymmetry.-Eur. J. Neurosci., 1998, vol. 10, No.8, 2731-2737.

86. Kimmel Ch.B., Powell S.L. and Kimmel R.J. Specific reduction of development of the Mauthner neuron lateral dendrite after otic capsule ablation in Brachyodanio rerio.-Develop. Biol., 1982, vol. 91, No.2, 468473.

87. Kimura D. Cerebral dominance and the perception of verbal stimuli. -Canad. J. Psychol, 1961, vol.15, No.l, 166-171.

88. Kleerekoper H., Timms A. M., Westlake G. F., Davy F. В., Malar Т., and Anderson V. M. Inertial Guidance System in the Orientation of the Goldfish (Carassius awra/to).-Nature, 1969, vol.223, No. 5205, 501-502.

89. Koff E., Naeser M.A., Pieniadz J. Computed tomographic scan hemispheric asymmetries in right- and left-handed male and female subjects.-Arch Neurol., 1986, vol.43, No.5,487-491.

90. Kooistra C.A. and Heilman K.M. Motor dominance and lateral asymmetry of the globus pallidus. -Neurology, 1988, vol.38, 388-390.

91. Korichneva I., Hammerling U. F-actin as a functional target for retro-retinoid: a potential role in anhydroretinol-triggered cell death.-J. Cell. Sci., 1999, vol. 112, 2521-2528.

92. Korn H. and Faber D.S. The Mauthner cell half a century later: a neurobiological model for decision-making? -Neuron, 2005, vol. 47, No.l, 13-28.

93. Korogod S.M., Kulagina I.B., Horcholle-Bossavit G., Gogan P. and Tyc-Dumont S. Activity-dependent reconfiguration of the effective dendritic field of motoneurons. -J. Сотр. Neurol., 2000, vol. 422, No.l, 18-34.

94. Marsh L. and Letourneau P. Growth of neurites without filapodial or lamellopodial activity in the presence of cytochalasin B. -J. Cell Biol, 1984, vol. 99, 2041-2047,

95. McEwen B.S. Effects of adverse experiences for brain structure and function. -Biol. Psychiatry, 2000, vol. 48, 721-731.

96. McManus I.C. Are paw preferences differences in HI and LO mice the results of specifc genes or of heterosis and fluctuating asymmetry? -Behavior Genetics 1992;22:435±51.

97. Metzger F., Wiese S., Sendtner M. Effect of glutamate in dendritic growth in embryonic rat motoneurons. -J. Neurosci., 1998, vol.18, 17351742.

98. Moshkov D. A., Tiras N. R., Saxon M. Ye. Phalloidin changes the synaptic contacts ultrastmcture.-Naturwissenschaften, 1980, Bd. 67, 194-195.

99. Moshkov D.A., Saveljeva L.N., Yanjushina G.V., Funtikov V.A. Structural and neurochemical changes in the cytoskeleton of the goldfish Mauthner cells at different functional states.-Acta histochemica, Suppl.-Band XLI, S., 1992, vol.41, 241-247.

100. Moulton J.M. and Barron S.E. Asymmetry in the Mauthner cells of the goldfish brain. -Copeia, 1967, vol.4, No.6, 836-837.

101. Nissanov J., Eaton R. C. and DiDomenico R. The motor output of the Mauthner cell, a reticulospinal command neuron. -Brain Res, 1990, vol. 517, No. 1-2, 88-98.

102. Nottebohm, F. (). Origins and mechanisms in the establishment of cerebral dominance. In M. S. Gazzaniga (Ed.), Handbook of behavioral neurobiology. New York: Plenum, 1979, vol. 2, 295-334.

103. Oda Y., Kawasaki K., Morita M. Inhibitory longterm potentiation underlies auditory conditioning of goldfish escape behavior. -Nature, 1998, vol.394, No. 6689, 182-185.

104. Pardee J.D. and Spudich J. Mechanism of K+-induced actin assembly. -J. Cell Biol, 1982, vol.93, 648-654.

105. Pascual A., Huang K.-L., Neveu J. and Preat T. Brain asymmetry and long-term memory. -Nature, 2004, vol. 427, No. 6975, 605.

106. Praag H. van, Christie B. R., Sejnowski T. J., and Gage F. H. Running enhances neurogenesis, learning, and long-term potentiation in mice. -PNAS, 1999, vol. 96, No.23, 13427-13431.

107. Preuss T. and Faber D. S. Central Cellular Mechanisms Underlying Temperature Dependent Changes in the Goldfish Startle - Escape Behavior. -J. Neurosci., 2003, vol. 23, No. 13, 5617-5626.

108. Reist J.D., Bodaly R.A., Fudge K.J., Cash K.J. and Stevens T.V. External scarring of whitefish, Coregonus nasus and C. clupeaformis complex, from the western Northwest Territories, Canada. -Can. J. Zool., 1987, vol. 65, 1230-1239.

109. Rogers L.J. and Workman L. Footedness in birds. Anim. Behav., 1993, vol.45, 409-411.

110. Rogers LJ. Behavioral, structural and neurochemical asymmetries in the avian brain: a model system for studying visual development and processing. -Neurosci Biobehav Rev, 1996, vol. 20, 487-503.

111. Rosen G.D. Cellular, morphometric, ontogenetic and connectional substrates of anatomical asymmetry. -Neurosci. and Biobehav. Rev., 1996, vol. 20, No.4, 607-615.

112. Ryugo D.K., Wu M.M. and Pongstaporn T. Activity-related features of synapse morphology: a study of endbulbs of held. -J. Сотр. Neurol., 1996, vol. 365, No.3, 141-158.

113. Schmidt U., Pilgrim C., Beyer C. Differentive effects of dopamine on striatal neurons involve stimulation of cAMP/PKA pathway. -Mol. Cell Neurosci, 1998, vol.11, 9-18.

114. Scott J.W., Zottoli S.J., Beatty N.P. and Korn H. Origin and function of spiral fibers projecting to the goldfish Mauthner cell. J. Сотр. Neurol., 1994, vol.339, No. 1,76-90.

115. Shi S.-H., Cox D.N., Wang D., Jan L.Y. and Jan Y.N. Control of dendrite arborization by an Ig family member, dendrite arborization and synapse maturation 1 (Dasml). -PNAS, vol.101, No.36, 13341-13345.

116. Shouval H.Z. Clusters of interacting receptors can stabilize synaptic efficacies. -PNAS, 2005, vol. 102, No.40, 14440-14445.

117. Sin W.C., Haas K., Ruthazer E.S., Cline H.T. Dendrite growth increased by visual activity requires NMDA receptor and Rho GTPases. -Nature, 2002, vol.419, No.3, 475-479.

118. Sousa N., Lukoyanov N.N., Madeira M.D. Reorganization of the morphology of hippocampal neuritis and synapses after stress-induced damage correlates with behavioral improvement. -Neurosci., 2000, vol.97, 253-266.

119. Spudich J., Watt S. The regulation of rabbit skeletal muscle contraction. I. Biochemical studies of the interaction of the tropomiosintroponin complex with actin and the proteolytic fragments of myosin. -J. Biol. Chem., 1971, vol.246, 15, 4866-4871.

120. Sullivan R.M. and Gratton A. Relationships between stress-induced increases in medial prefrontal cortical dopamine and plasma corticosterone levels in rats: role of cerebral laterality. -Neurosci., 1998, vol.83, No.l, 8191.

121. Tailby C., Wright L.L., Metha A.B. Activity-dependent maintenance and growth of dendrites in adult cortex. -PNAS, 2005, vol.102, No. 12, 46314636.

122. Thomson A. M. Facilitation, augmentation and potentiation at central synapses. -Trends Neurosci., 2000, vol.23, No. 7, 305-312.

123. Triggs W.J., Subramanium В., Rossi F. Hand preference and transcranial magnetic stimulation asymmetry of cortical motor representation. -Brain Res., 1999, vol.835, 324-329.

124. Vallortigara G., Regolin L., Pagni P. Detour behaviour, imprinting and visual lateralization in the domestic chick. -Cognit. Brain Res, 1999, vol. 7, 307-320.

125. Vallortigara G. Comparative neuropsychology of the dual brain: a stroll through left and right animals' perceptual worlds. -Brain Lang, 2000, vol.73, 189-219.

126. Vargas J. P., Rodriguez F., Lopez J. C., Arias J. L., Salas C. Spatial learning-induced increase in the argyrophilic nucleolar organizer region of dorsolateral telencephalic neurons in goldfish. -Brain Res., 2000, vol.865, 77-84.

127. Ward J.P., Hopkins W.D. Primate laterality: Current behavioural evidence of primate asymmetries. New York: Springer Verlag., 1993.

128. Waters, N.S. and Denenberg, V.H. Analysis of two measures of paw preference in a large population of inbred mice. -Behav. Brain Res., 1994, vol.63, 195-204.

129. Yuste R. and Denk W. Dendritic spines as basic units of synaptic integration. -Nature, 1995, vol. 375, No.6533, 682-684.

130. Zottoli S. J., Newman В. C., Rieff H. I., Winters D. C. Decrease in occurence of fast startle responses after selective Mauthner cell ablation in goldfish {Carassius auratus). -J. Сотр. Physiol. A., 1999, vol. 184, No. 2, 207-218.

131. Глубоко признательна моим научным руководителям Дмитрию Алексеевичу Мошкову и Надежде Романовне Тирас за поддержку, ценные рекомендации и помощь в работе, подготовке статей и диссертации к печати.

132. Глубоко признательна профессору Аркадию Юстиановичу Буданцеву (ИТЭБ РАН) за предоставленную схему конструкции держателей для установки цифрового фотоаппарата Nikon Coolpix 995 на напольный световой микроскоп NU-2E (Carl Zeiss).

133. Выражаю глубокую признательность Надежде Романовне Тирас за работу по вестибулярной деафферентации и помощь в обсуждении полученных результатов, а также Виктору Данииловичу Павлику за помощь при статистической обработке результатов.

Информация о работе

Михайлова, Гульнара Зульфатовна
кандидата биологических наук
Пущино, 2005
ВАК 03.00.13

Диссертация

Исследование морфологии маутнеровских нейронов в связи с ориентационной асимметрией моторного поведения золотой рыбки - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы