Изучение влияния уровня базовой тревожности на показатели виброакустических вызванных потенциалов у кошек во время сна

Кривохлябов, Илья Петрович

Автореферат диссертации по теме "Изучение влияния уровня базовой тревожности на показатели виброакустических вызванных потенциалов у кошек во время сна"

На правах рукописи

004605214

КРИВОХЛЯБОВ Илья Петрович

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УРОВНЯ БАЗОВОЙ ТРЕВОЖНОСТИ НА ПОКАЗАТЕЛИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ У КОШЕК ВО ВРЕМЯ СНА

Специальность 03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Астрахань 2010

1 7 ШОН

004605218

Работа выполнена в НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана Южного федерального университета, в Учреждении Российской академии наук Южный научный центр РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук

Вербицкий Евгений Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник.

Ковальзон Владимир Матвеевич

доктор биологических наук, доцент

Горст Нина Александровна

Ведущая организация:

НИИ высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Защита состоится «25» июня 2010 г. в «10» часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1. Естественный институт АГУ

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна,

Д. 1

Автореферат разослан «_»

' 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Нестеров Юрий Викторович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность исследования. Базовая тревожность это способность организма связывать новые раздражители с потенциальной угрозой (Калуев, 1996, 2006), которая на 40-50% детерминирована генетически (J. Crawley, 1995), определяет поведение в бодрствовании (File, 1995; 2001) и способна влиять на развитие сна (Вербицкий, 2003; Ковров, Вейн, 2004).

Проявления тревожности в бодрствовании затрагивают реактивность организма. Считается, что механизмы тревожности обусловлены активностью лимбического комплекса, связанного с корой больших полушарий, гипоталамуса, таламуса и других образований мозга (Соколов, 1969, 1997; Толкунов, 1995; Хасабов, 1996; Чилингарян, 1999; Мержанова и др., 2002, 2005, Ковальзон, 2007, 2009). Проявления тревожности отражаются в реактивности бодрствующего организма животных (Tucker et al., 1977), характеристиках ЭКоГ и вызванных потенциалов (McNally, 1982).

Однако проявления тревожности у животных во время эпизодов сна изучены недостаточно. А эффективность метода вызванных потенциалов у спящих животных низка, так как раздражители разной модальности оказывают подбуживающее действие. В связи с этим актуальным является поиск новых подходов инициирования вызванных ответов во время сна. Особое внимание здесь обращается на виброакустические раздражения, используемые для улучшения слуха тугоухих пациентов.

Преимуществом данного метода является то, что виброакустические стимулы минуют периферию и раздражают центральную часть слухового анализатора через кости черепа (Bauer et al., 1997; Schwab et al., 2000). В соответствие с этим отклики на виброакустические раздражения несколько отличаются по форме от вызванных ответов на звуковые стимулы. Кроме того, не ясно как они изменяются во время сна (Шагас, 1975; Дорохов, 2005).

Не понятно, также какие из изменений вызванных потенциалов в цикле сон-бодрствование обусловлены реорганизацией церебральных функций во сне, а какие определяются индивидуальными особенностями животных, в частности уровнем базовой тревожности организма? С целью получения ответа на этот и другие вопросы выполнялась настоящая работа.

Целью настоящей работы являлось изучение влияния уровня базовой тревожности на показатели вызванных потенциалов, вызываемых виброакустическими стимулами и их габитуации у кошек при развитии сна.

Задачи исследования:

1. Разработать методику дифференциации кошек (по характеру поведения и по частоте дыхания в новой обстановке) на животных с высоким и низким уровнем базовой тревожности для анализа индивидуально-типологических особенностей вызванных ответов.

2. Исследовать влияние уровня тревожности животных на величины порогов пробуждения кошек виброакустическими раздражителями из

разных фаз сна и проанализировать особенности развития интактного сна у животных с разным уровнем тревожности.

3. Изучить влияние уровня тревожности на показатели вызванных ответов на виброакустические раздражители, а также исследовать габитуацию их амплитуды у предварительно адаптированных животных по мере углубления медленноволновой фазы сна.

Научная новизна результатов исследования. Получены новые данные, расширяющие представления о порогах пробуждения из различных фаз сна у кошек, отличающихся уровнем базовой тревожности.

В дополнение к известным сведениям об использовании виброакустических раздражителей у тугоухих пациентов, исследованы амплитудные и временные показатели вызванных потенциалов на эти раздражители околопороговой интенсивности у животных разного уровня базовой тревожности во время развития медленноволновой фазы сна.

На основании анализа габитуации компонентов виброакустических вызванных потенциалов, предложена гипотеза о роли активирующих и синхронизирующих процессов в ЦНС у кошек, отличающихся уровнем базовой тревожности в динамике медленноволнового сна.

Научно-практическая значимость работы. Теоретическое значение работы заключается в формировании новых взглядов на нейрофизиологические механизмы индивидуальности в саморегуляции сна, обусловленной уровнем базовой тревожности. Полученные данные вносят вклад в понимание функций и механизмов тревожности млекопитающих и дополняют сложившиеся представления об основных механизмах состояний сна и бодрствования.

Практическая ценность связана с возможностью использования полученных результатов для дальнейших исследований сна и тревожности, особенно для применения экспериментальных моделей на животных, позволяющих изучать интактный сон и его расстройства (снохождение, синдром беспокойных ног, апноэ, гипопноэ сна и т. п.), обусловленные высоким уровнем тревожности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Представляется, что показатели виброакустических вызванных потенциалов и их габитуации позволяют оценивать соотношение процессов активации и синхронизации в ЦНС во время развития сна.

2. Доказывается, что обусловленные уровнем базовой тревожности животных индивидуально-типологические отличия базируются на соотношении процессов активации и синхронизации в ЦНС, оцениваемых во время сна.

3. Обосновывается важная роль активирующих образований ретикулярной формации, лимбического комплекса и синхронизирующих ядер неспецифического таламуса в определении выраженности базовой тревожности животных во сне.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференциях молодых ученых базовых кафедр ЮФУ и ЮНЦ РАН (Ростов-на-Дону, 2006-2010), на конференции «Функциональное состояние и здоровье» (Ростов-на-Дону, 2006-2008), школах-конференциях «Сон - окно в мир бодрствования» (Ростов-на-Дону, 2005-2009; Москва, 2007), на конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2009) на научных семинарах и на заседаниях Ученого Совета НИИ нейрокибернетики Южного федерального университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и в рецензируемых изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, включающих обзор литературы, методику, результаты, обсуждение результатов, выводов и библиографического указателя. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста и содержит 15 таблиц и 12 рисунков. Библиография включает 121 отечественных и 65 зарубежных источников.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность к.б.н. Н.К. Тумасовой, к.б.н. Н.Ф. Колпаковой, к.б.н. Е.Л. Шульге (лаборатория организации нервных процессов и управления поведением НИИ Нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ) за большую методическую помощь и поддержку в проведении исследований, к.б.н. В.В. Золотухину, к.б.н. О.М. Бахтину (НИИ Нейрокибернетики им.А.Б.Когана ЮФУ ЮФУ) за консультации и методическое содействие, к.б.н. Ю.Ю. Сысоевой, к.б.н. В.Б. Войнову (Южный научный центр РАН), к.б.н. Н.В. Вороновой (каф. физиологии ЮФУ) за советы в обсуждении результатов и за ценные замечания.

Особая благодарность - академику Г.Г. Матишову (Южный научный центр РАН), д.б.н. профессору Б.М. Владимирскому, к.б.н. профессору Е.К. Айдаркину (НИИ Нейрокибернетики им.А.Б.Когана ЮФУ) за обеспечение условий для проведения экспериментов, обработки и моделирования данных, а также д.б.н. Е.В. Вербицкому (отдел физиологии Южного научного центра РАН) за научное руководство.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты проводились на предварительно подготовленных животных (взрослых котах весом 2,5-5,0 кг), которым были вживлены электроды для отведения электрокортикограммы от симметричных областей вторичной слуховой, соматосенсорной, теменной ассоциативной и зрительной коры, электроокулограммы, электромиограммы шейных мышц, электрокардиограммы; частота дыхания фиксировалась датчиком в специальном жилете. Все животные по характеру поведения в новых условиях и частоте дыхания были предварительно дифференцированы на две группы особей: с высоким (9 котов) и низким уровнем базовой тревожности (6 котов).

Виброакустическое раздражение черепа производилось костным индуктором AV-5, закрепленным в области точки «брегма» винтами из нержавеющей стали, которые предварительно были фиксированы к костям черепа животного акриловым пластиком между разъемами, предназначенными для подключения к усилителю биопотенциалов от электродов, вживленных в мозг. Кортикальная активность регистрировалась эпидурально

Животные адаптировались к пребыванию в экспериментальной камере, в которой ожидали получения пищи, после чего дремали и погружались в сон. При этом коты были приучены к виброакустическим раздражителям. Поэтому их предъявление животным не вызывало ориентировочную реакцию как в бодрствовании, так и во время сна, а также пробуждение животных и уменьшение глубины сна. Электрическую активность мозга отводили эластично подвешенными проводами, которые не ограничивали подвижность животных, усиливали полисомнографом Leonardo с параллельным видеомониторированием (Кривохлябов, 2006; Тумасова и др., 2006). После элиминирования артефактов, полисомнограмму обрабатывали и строили гипнограммы для оценки изменений глубины сна. По гипнограммам выделяли участки спокойного бодрствования животных, а также дифференцировали медленноволновую фазу с участками неглубокого и глубокого сна, а также фазу быстрого сна. На основании анализа переключения фаз строили циклы сна. В циклах выделяли моменты переключения уровней медленноволнового сна и возникновение спонтанных активаций.

Вызванные потенциалы инициировались тональными посылками (1 кГц, 10 мс) околопороговой интенсивности, подаваемыми на виброакустический индуктор AV-5. Индуктор фиксировался винтами на костях черепа кошек между разъемами для подключения проводов, которые связывали вживленные электроды и входы полисомнографа.

В течение 500 с после предъявления раздражителя производили усреднение вызванных ответов. Интервал усреднения объединял десять

предъявлений раздражений. Усреднялись компоненты Р1 (42-46 мс), N1 (7090 мс), Р2 (100-180 мс), N2 (200-290 мс) и оценивался размах комплексов №Р2, Р2Ы2. Всего предъявлялось по 330 раздражений, дифференцированных на 11 серий (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55) стимулов, подаваемых через 1 с. Пауза между сериями составляла 2 с. В каждой серии усреднение ответов производилось для десяти последних стимулов.

Габитуацию оценивали по разнице амплитуд комплексов вызванных потенциалов первого и последнего усреднения, а скорость развития габитуации с первого по последнее усреднение, в соответствии с результатами метода наименьших квадратов, наиболее адекватно аппроксимировалась ветвью гиперболы (8ока1, ЯоЫ^ 1997). Гипербола вида у = а / х + Ь характеризовалась коэффициентами а, Ь, значения которых определялись путем решения системы нормальных уравнений:

Цу1 = аЦ — + Ьп х.

X.

где - амплитуда комплексов вызванных потенциалов, х, - количество стимулов на /'-том усреднении, /' - номер усреднения, п - число усреднений. Достоверность различий габитуации амплитуд комплексов вызванных потенциалов и их габитуации на ¿-том усреднении, различий значений а, Ъ, к, усредненных по группам испытуемых, оценивалась по критерию Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование амплитудных и временных показателей компонентов вызванных потенциалов во время сна

Адаптация животных к условиям экспериментальной камеры и к предъявлению стимулов наступала примерно через 4 недели после начала наблюдений. После адаптации предъявление виброакустических раздражителей не оказывало влияния на спокойное бодрствование. После предъявления виброакустических раздражений не возникали активации головного мозга. Это касалось как генерализованных, так и локальных церебральных активаций. При этом не изменялся уровень бодрствования, не регистрировались вокализации, не возникали движения головы, а также не изменялась поза, в которой пребывало животное. Хотя компоненты вызванных потенциалов на раздражения регистрировались устойчиво.

При развитии эпизодов медпенноволнового сна подача раздражений не пробуждала животное из медленноволновой фазы сна. Более того, такие раздражения не влияли на глубину развития сна и не приводили к

переключению фаз сна. Они также не способствовали возникновению переходов из глубокого в неглубокий медленноволновый сон (рис. 1).

Рис. 1. Полиграмма глубокого медленноволнового сна кота с низким уровнем тревожности при подаче виброакустического раздражения.

Примечание: Каналы 1,2,3,4,9,10,11,12 -ЭкоГ; 5,6-ЭОГ; 7-ЭМГ; 14 - частота дыхания; 19, 20 - пульсоксиметрия. Подача раздражения указана стрелкой.

Вызванные потенциалы на виброакустические раздражения регистрировались во время сна не только в проекционной области коры слухового анализатора, но и в теменной ассоциативной коре, а также в регионах зрительной и соматосенсорной коры с угнетением коротколатентных компонентов и с меньшей амплитудой средне- и длиннолатентных комплексов ответов.

Усреднение вызванных ответов позволило устойчиво выявлять в области соматосенсорной коры компоненты вызванных потенциалов среднего латентного периода N1, Р2 и N2. При углублении сна значения усредненных значений межпиковых амплитуд комплексов Ы1Р2 и Р2Ы2, зарегистрированных в симметричных пунктах теменной ассоциативной коры, претерпевали изменения (табл. 1).

Установлено увеличение амплитуды компонентов ВП у животных с высоким и низким уровнем тревожности в глубоком сне, наиболее стабильные значения амплитуд регистрировались в компонентах ВП P1.N1, большей вариабельностью отличались значения амплитуд компонентов Р2, N2.

Помимо этого были зарегистрировано увеличение (р< 0,05) латентных периодов выделенных комплексов №Р2 и Р2Ы2 вызванных потенциалов при переходе от неглубокого к глубокому медленноволновому сну.

Таблица 1

Усреднённые значения амплитуды пиков компонентов ВП при углублении медленноволнового сна в теменной ассоциативной коре

Характеристи- Кошки с высоким Кошки с низким уровнем

ки отдельных уровнем тревожности тревожности

пиков ВП Р1 N1 Р2 N2 Р1 N1 Р2 N2

Амплитуда ВП (мкВ) в неглубоком медленноволновом сне

х± Мх 15,8 -71,6 24,1 -20,5 22,5 -89,3 32,6 -29,4

±0,3 ±0,7 ±0,8 ±0,9 ±0,2 ±0,5 ±0,5 ±0,8

Коэффициент вариабельности 0,03 0,08 0,11 0,26 0,03 0,08 0,11 0,26

Амплитуда ВП (мкВ) в глубоком медленноволновом сне

х± Мх 28,3 -112,1 40,2 -37,5 32,6 -121,1 48,9 -69,2

±0,2* ±0,6* ±0,6* ±0,9 ±0,2* ±0,5* ±0,5* ±0,5*

Коэффициент вариабельности 0,03 0,09 0,12 0,31 0,04 0,09 0,15 0,38

Примечание: Данные получены по результатам усреднения 120 вызванных потенциалов для каждого животного. Различия достоверны при р<0,05 по отношению к данным в неглубоком медленноволновом сне.

Наибольшие увеличения латентных периодов касались компонентов N1, Р2 и N2 в симметричных пунктах теменной ассоциативной коры. Причем самые лабильные преобразования затрагивали компонент N2, латентный период которого при углублении медленноволновой фазы сна изменялся в пределах 189-210 мс (табл. 2).

Таблица 2

Усреднённые значения пиковой латенции компонентов ВП при углублении медленноволнового сна в теменной ассоциативной коре

Характеристи-□ и отдельных Кошки с высоким уровнем тревожности Кошки с низким уровнем тревожности

пиков ВП Р1 N1 Р2 N2 Р1 N1 Р2 N2

Пиковая латенция ВП (мс) в неглубоком медленноволновом сне

Х± Мх 42,6 73,3 101,7 196,6 44,1 78,5 114,2 189,4

±0,1 ±0,2 ±0,2 ±0,3 ±0,1 ±0,1 ±0,2 ±0,4

Коэффициент вариабельности 0,03 0,05 0,08 0,29 0,03 0,05 0,08 0,29

Пиковая латенция ВП (мс' в глубоком медленноволновом сне

Х± Мх 52,4 89,7 129,4 202,5 64,7 111,9 172,2 210,3

±0,1* ±0,1* ±0,2* ±0,4 ±0,1* ±0,1* ±0,2* ±0,4

Коэффициент вариабельности 0,04 0,06 0,10 0,35 0,04 0,06 0,09 0,29

Примечание. Обозначения те же, что и в предыдущей таблице

Анализ габитуации компонентов вызванных потенциалов на краниальные виброакустические стимулы околопороговой интенсивности

Для изучения сенсорно-когнитивных процессов исследовалась габитуация (habituation), то есть процесс снижения амплитуд компонентов вызванных потенциалов по мере увеличения количества предъявлений одинаковых виброакустических раздражителей.

Установлено, что в неглубоком и парадоксальном сне представленность габитуации комплексов N1P2 превышала габитуацию комплексов P2N2 в среднем на 25,9 %, а в глубоком сне на 5,2%.

При этом для комплекса N1P2 в 64,2% случаев был зарегистрирован фронто-окципитальный градиент в неглубоком и парадоксальном сне. Причем для животных с высокой тревожностью наибольшая габитуация комплексов N1P2 вызванных потенциалов чаще регистрировалась в правом полушарии в медленноволновом и парадоксальном сне.

В пространственном распределении габитуации комплекса P2N2 вызванных потенциалов в 75,9 % случаев встречались как фронто-окципитальный, так и окципито-фронтальный градиенты.

Межгрупповые различия габитуации наблюдался для комплекса N1P2 и P2N2 вызванных потенциалов. Так, у животных с низкой и высокой тревожностью эти различия возрастали до величины в 120,7 % и 150,9%, соответственно.

Таким образом, установлено, что для животных с низкой тревожностью была характерна самая быстрая габитуация комплекса N1P2. Она не только быстро протекала, но и завершалась с сохранением высокого уровня окончания процесса габитуации. В свою очередь для животных с высоким уровнем тревожности, напротив, габитуация комплекса N1P2 развивалась медленно, а ее значение в конце процесса было минимальным. Все это доказывает то, что габитуация амплитуды комплексов N1P2 и P2N2 вызванных потенциалов при увеличении количества виброакустических стимулов в значительной мере зависит от выраженности базовой тревожности.

На втором этапе настоящей работы, внимание было сосредоточено на изучении динамических особенностей габитуации. Наиболее адекватно (ошибка до 5%), такая динамика габитуации апроксимируется ветвью гиперболы вида у = а/х + b (рис. 2).

Габитуация комплекса N1P2 у животных с низким уровнем тревожности, судя по крутому спаду гиперболы, аппроксимирующей этот процесс, отличалась более высокой скоростью от габитуации N1P2 у кошек с высоким уровнем тревожности. Причем для кошек с низким уровнем тревожности была характерна самая быстрая габитуация комплекса N1P2 с сохранением достаточно высокого ее уровня по окончании процесса. В

отличие от этого у животных с высоким уровнем тревожности габитуации комплекса N№2 была меньше и развивалась медленнее с меньшим ее уровнем при завершении процесса.

Для описания выявленных закономерностей использованы коэффициенты гиперболы: а - характеризующий скорость начала габитуации, Ь - описывающий середину и завершение габитуации, к -оценивающий отношение Ъ/а в динамике габитуации комплексов вызванных потенциалов.

250

я

*200

я

3150

Я

|юо

г

§ 50

7.

< _

1Ч1Р2

10

30

40

ВТ

нгм гм

нт

' нгм • гм

50

1

я 120

Й 100

ь. 80

а 60

40

1 20

<: 0

Р2Ш

и

10

30 30

Количество стимулов

40

'ВТ

1 нт

50

Рис. 2. Динамика габитуации размаха комплекса ШР2, Р2№ ВП на виброакустические стимулы в теменной ассоциативной коре кошек с высоким и низким уровнем тревожности.

Примечание: НГМ-неглубокий медленный сон; ГМ - глубокий медленный

сон.

В таблице 3 представлены коэффициенты гиперболы габитуации комплексов Ы1Р2 и Р2Ы2 среднелатентных вызванных потенциалов в развитии медленноволнового сна у кошек с высоким и низким уровнем тревожности.

У животных с низким уровнем тревожности значение коэффициента габитуации комплекса ШР2 а в неглубоком медленном сне достигало большой величины, составившей в среднем 168±0,56. По мере углубления сна это значение увеличивалось до 210±0,86. В то же время животным с высоким уровнем тревожности была характерна наименьшая величина

коэффициента а, которая в неглубоком сне в среднем составляла 7,8±0,4, в глубоком - 59±2,8. Значение коэффициента Ь у кошек с низким уровнем тревожности уменьшалось с 37±1,9 до 6±0,3 по мере углубления медпенноволнового сна, отражая существенное снижение тонических влияний ретикулярных образований мозга. При этом наименьшее среднее значение коэффициента к, отражающего угол между асимптотами гиперболы, соответствовало кошкам с низким, а самое большое его значение отличало животных с высоким уровнем тревожности.

Таблица 3

Коэффициенты гиперболы габитуации комплексов Ы1Р2 и Р2Ы2 среднелатентных вызванных потенциалов в развитии медленноволнового

сна у кошек с высоким и низким уровнем тревожности

Габитуация комплекса N1P2 Габитуация комплекса P2N2

коэфф. а коэфф. Ъ коэфф. к коэфф. а коэфф. Ъ коэфф. к

Кошки с высоким уровнем тревожности

Неглубокий медленный сон 7,8 ±0,4 124 ±5,9 15,9 ±0,41 18 ±0,46 55 ±2,2 3,1 ±0,14

Глубокий медленный сон 59 ±2,8 84 ±3,2 1,4 ±0,06 37 ±2,9 42 ±1,4 J 0,89 ±4,1

Кошки с низким уровнем тревожности

Неглубокий медленный сон 168 ±9,6* 37 ±1,9* 0,22 ±0,01* 75 ±4,4* 29 ±1,8* 0,32 ±0,01

Глубокий медленный сон 210 ±11,2* 6 ±0,3* 0,03 ±0,001 113 ±5,6* 15 ±0,9* 0,14 ±0,07

Примечание: Различия достоверны при р<0,05 по отношению к данным кошек с высоким уровнем тревожности.

Анализ динамических характеристик изменений отдельных компонентов вызванных потенциалов в процессе габитуации позволил выявить различия, связанные с индивидуальными проявлениями по уровню базовой тревожности животных. Наибольшие отличия касались габитуации компонентов N1P2 и P2N2 ВП: у животных с высоким уровнем тревожности отмечалась меньшая выраженность этих компонентов ВП, и более медленная их габитуация, в отличие от животных с низким уровнем тревожности. Эти данные могут свидетельствовать о разном соотношении синхронизирующих и активирующих влияний на развитие процесса габитуации вызванных потенциалов во время сна, а именно о снижении фазических синхронизирующих и повышении тонических активирующих влияний на

кору больших полушарий у животных с высоким уровнем тревожности. Тем самым, различия в выраженности габитуации также позволяют дифференцировать экспериментальных животных с высокой и низкой тревожностью, по характеру неспецифических влияний, лежащих в основе этого феномена.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обобщая изложенное следует заключить, что результаты предварительных исследований, проведенных на животных с низким и высоким уровнем базовой тревожности, показали существование связи между уровнем тревожности и изменениями показателей вызванных потенциалов на виброакустические сигналы в медленноволновой и парадоксальной фазах сна. В частности установлено, что наибольшая амплитуда и большие латентные периоды чаще наблюдаются у животных с низким уровнем базовой тревожности.

В целом, направленность таких изменений близка к тем, которые наблюдались у амплитуды и латентных периодов компонента Р250-Р300 слухового вызванного ответа. Как было показано, эти характеристики, с одной стороны, чувствительны к объективной вероятности осуществления события, а с другой - к субъективному ожиданию реализации угрожающего события (Squires et al., 1975).

По поводу причин этого явления высказывались разные версии, однако одни из последних данных указывают на неоспоримые доказательства существенного вклада в генерацию позитивной волны Р300 образований гиппокампа и миндалины (Clifford, Williston, 1992; Вербицкий, 2004). Подобные изменения регистрируются также при анализе не только слуховых, но и других вызванных потенциалов. Это указывает на то, что такие явления отражают связь этого компонента с отношением организма к ожидаемому или неожидаемому для него событию, которое может таить в себе угрозу (Ruchkin et al., 1990; Smith et al., 1990).

Судя полученным данным о величине и скорости габитуации комплексов вызванных потенциалов, у животных с высокой тревожностью было свойственно снижение фазических синхронизирующих и характерно повышение тонических активирующих влияний на кору больших полушарий.

В отличие от этого у животных с низкой тревожностью, как свидетельствуют величина и скорость габитуации комплексов вызванных потенциалов при увеличении числа раздражителей, наблюдается обратная тенденция в соотношениях синхронизирующих и десинхронизирующих влияний (Вербицкий, 2003, 2004). В частности

выяснилось, что большая величина и быстрое развитие начала габитуации свойственны животным с низкой, а небольшая выраженность габитуации и ее медленное протекание - наоборот животным с высокой тревожностью.

Таким образом, в настоящей работе продемонстрирована связь изменений компонентов, комплексов и габитуации вызванных потенциалов на виброакустические раздражители с динамикой развития сна у кошек. Характер этой взаимосвязи указывает на перспективность ее изучения для выявления индивидуальных особенностей животных, связанных с уровнем их базовой тревожности. Наиболее интересным может быть исследование реорганизации ориентировочного поведения животных при привыкании особей к условиям экспериментальной обстановки.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика дифференциации животных на особей с высоким и низким уровнем базовой тревожности по характеру поведения (ориентировочное реагирование, вокализация, груминг и др.) и частоте дыхания в новой незнакомой обстановке.

2. Пороги пробуждения кошек с низким уровнем базовой тревожности на виброакустические щелчки на 28% выше, чем у кошек с высоким уровнем базовой тревожности из неглубокого и на 15% выше - из глубокого медленноволнового сна. Различий в порогах пробуждения животных разного уровня тревожности из парадоксальной фазы сна не было выявлено.

3. Использование околопороговой интенсивности краниальных виброакустических раздражителей на предварительно адаптированных животных показало, что амплитуда среднелатентных компонентов вызванных потенциалов возрастала у кошек с высоким уровнем тревожности на 26% и увеличивалась на 13% у животных с низким уровнем тревожности при переходе от неглубокого к глубокому медленноволновому сну.

4. Обнаружено увеличение латентных периодов компонентов вызванных потенциалов на краниальные виброакустические стимулы в среднем на 8% у особей высокой тревожности и на 15% у животных с низким уровнем тревожности при переходе от неглубокого к глубокому медленноволновому сну.

5. Выявлены различия в габитуации амплитуды вызванных потенциалов на виброакустические раздражители у животных с высоким и низким уровнем тревожности по мере углубления медленноволновой фазы сна. Так при углублении сна у кошек с высоким уровнем тревожности габитуация была меньше, чем у кошек с низким уровнем тревожности.

6. Судя по величинам коэффициентов а и Ь гиперболы, апроксимирующей габитуацию вызванных ответов, важную роль у животных с высоким уровнем тревожности во время сна играют активирующие процессы, сохраняющие приоритет своего влияния во время углубления медленноволнового сна. Хотя у организмов с низким уровнем тревожности решающее значение синхронизирующих процессов сохраняется для любой глубины медленного сна.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Вербицкий Е.В., Ткаченко H.H., Шульга Е.Л., Тумасова Н.К., Кривохлябов И.П. Изучение сна и изменений условно-рефлекторной деятельности у кошек разного уровня тревожности под влиянием электромагнитных полей / В монографии «Сон и тревожность», Под ред. Е.В. Вербицкого, Рец.: проф. Л.И. Сумский, проф. Е.А. Егоров. Изд-во ЮНЦ РАН, Ростов-на-Дону, 2008. - с. 70-79.

2. Вербицкий Е.В., Кривохлябов И.П. Вызванные потенциалов головного мозга в цикле сон-бодрствование на краниальные виброакустические раздражения у кошек с разным уровнем тревожности / В монографии «Сон и тревожность», Под ред. Е.В. Вербицкого, Рец.: проф. Л.И, Сумский, проф. Е.А. Егоров. Изд-во ЮНЦ РАН, Ростов-на-Дону, 2008. -с. 80-85.

3. Вербицкий Е.В., Кривохлябов И.П. Разработка метода изучения влияния тревожности на габитуацию вызванных потенциалов во время медленноволновой фазы сна // Журн. Валеология, № 4, 2009. - с. 25-30.

4. Вербицкий Е.В., Шульга Е.Л., Тумасова Н.К., Сысоева Ю.Ю., Кривохлябов И.П. Межсистемные взаимоотношения головного мозга кошки при угашении ориентировочного рефлекса, дремоте и углублении сна / Мат. 3-й Международной конференции-школы «Сон - окно в мир бодрствования», Ростов-на-Дону, 2005. - с. 23-24.

5. Тумасова Н.К., Шульга Е.Л., Кривохлябов И.П., Вербицкий Е.В. Взаимосвязь характера дыхания и выраженности тревожности кошек // Мат. всеросс. конф. «Функциональное состояние и здоровье», Ростов-на-Дону, 2006. - с. 102-103.

6. Вербицкий Е.В., Шульга Е.Л., Кривохлябов И.П. Церебральные межсистемные взаимодействия у кошек разной выраженности тревожности в бодрствования и во время сна // Мат. всеросс. конф. «Функциональное состояние и здоровье», Ростов-на-Дону, 2006. - с. 6869.

7. Вербицкий Е.В., Шульга Е.Л., Тумасова Н.К., Кривохлябов И.П. Влияния микроволнового излучения на церебральные взаимосвязи и поведение животных // Мат. IV Международный конгресс "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине", СПб, 2006. - с. 103.

8. Кривохлябов И.П. Исследование выраженности тревожности в межсистемных взаимоотношениях головного мозга кошки при угашении ориентировочного рефлекса, дремоте и углублении сна // Мат. конференции студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН, 2006.

- с. 49-50.

9. Кривохлябов И.П., Шульга Е.Л. Характер межрегиональных взаимодействий мозга у кошек с высокой и низкой тревожностью во сне и бодрствовании. // Мат. 4-й Международной конференции-школы «Сон

- окно в мир бодрствования», Москва, 2007. - с. 52-53.

Ю.Вербицкий Е.В., Войнов В.Б., Шульга Е.Л., Сысоева Ю.Ю., Кривохлябов

И.П., Тумасова Н.К., Кондаков A.A., Олейников Е.П., Зотов A.C. Изучение нейрофизиологических механизмов влияния тревожности на организацию сна и поведения // Мат. 4-го международного междисциплинарного конгресса «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 2008. - с. 79-80.

11 .Кривохлябов И.П., Сысоева Ю.Ю., Кибальников A.C. Изучение связи виброакустических вызванных потенциалов с уровнем тревожности кошек по время сна // Мат. Конференции молодых ученых Мурманского морского биологического института, 2009. - с. 89-90.

12.Вербицкий Е.В., Сысоева Ю.Ю., Шульга Е.Л., Тумасова Н.К., Кривохлябов И.П., Кибальников A.C. Саморегуляция индивидуальной реактивности организма в цикле сон-бодрствование // В мат. XV Международной конференции по нейрокибернетике, Ростов-на-Дону. 2009, - с. 89-90.

13.Кривохлябов И.П. Изучение во время сна вызванных потенциалов мозга и их габитуации на краниальные виброакустические щелчки у кошек с разным уровнем тревожности // Мат. VI конференции студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН, 2010, - с. 28.

Список научных сокращений

ВП - вызванные потенциалы; ВТ - особи высокой тревожности; ГАМК - гаммааминомасляная кислота; НТ - особи низкой тревожности; ЦНС - центральная нервная система; ЭКГ - электрокардиограмма; ЭКоГ - электрокортикограмма; ЭМГ - электромиограмма; ЭОГ - электроокулограмма.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 1697. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Кривохлябов, Илья Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Разнообразие представлений о тревожности.

1.2. Нейробиологические парадигмы тревожности.

1.3. Нейрофизиологические основы тревожности.

1.4. Структурно-функциональная организация мозговых систем, 43 участвующих в формировании тревожности.

1.5. Влияние тревожности на саморегуляцию сна и 51 бодрствования.

1.6. Церебральный ритмогенез медленноволнового сна.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Разработка методики дифференцирования кошек на особей 65 с высоким и низким уровнем базовой тревожности.

3.2. Определение порогов пробуждения из различных фаз сна у 68 особей с высоким и низким уровнем базовой тревожности. Анализ особенностей развития сна у этих групп животных

3.3. Исследование вызванных потенциалов на 74 виброакустические раздражители в процессе развития эпизодов сна.

3.4. Габитуация амплитуды вызванных потенциалов при 88 увеличении количества предъявляемых раздражителей в медленноволновой фазе сна.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ.

Список научных сокращений.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изучение влияния уровня базовой тревожности на показатели виброакустических вызванных потенциалов у кошек во время сна"

Актуальность исследования. Базовая тревожность это способность организма связывать новые раздражители с потенциальной угрозой (Калуев, 1996, 2006), которая на 40-50% детерминирована генетически (J. Crawley, 1995), определяет поведение в бодрствовании (File, 1995; 2001) и способна влиять на развитие сна (Вербицкий, 2003; Ковров, Вейн, 2004).

Проявления тревожности в бодрствовании затрагивают реактивность организма. Считается, что механизмы тревожности обусловлены активностью лимбического комплекса, связанного с корой больших полушарий, гипоталамуса, таламуса и других образований мозга (Соколов, 1969, 1997; Толкунов, 1995; Хасабов, 1996; Чилингарян, 1999; Мержанова и др., 2002, 2005). Проявления тревожности отражаются в реактивности бодрствующего организма животных (Tucker et al., 1977), характеристиках ЭКоГ и вызванных потенциалов (McNally, 1982).

Однако проявления тревожности у животных во время эпизодов сна изучены недостаточно. А эффективность метода вызванных потенциалов у спящих животных низка, так как раздражители разной модальности оказывают подбуживающее действие. В связи с этим актуальным является поиск новых подходов инициирования вызванных ответов во время сна. Особое внимание здесь обращается на виброакустические раздражения, используемые для улучшения слуха тугоухих пациентов.

Преимуществом данного метода является то, что виброакустические стимулы минуют периферию и раздражают центральную часть слухового анализатора через кости черепа (Bauer et al., 1997; Schwab et al., 2000). В соответствие с этим отклики на виброакустические раздражения несколько отличаются по форме от вызванных ответов на звуковые стимулы. Кроме того, не ясно как они изменяются во время сна (Шагас, 1975).

Не понятно, также какие из изменений вызванных потенциалов в цикле сон-бодрствование обусловлены реорганизацией церебральных функций во сне, а какие определяются индивидуальными особенностями животных, в частности уровнем базовой тревожности организма? С целью получения ответа на этот и другие вопросы выполнялась настоящая работа.

Целью настоящей работы являлось изучение влияния уровня базовой тревожности на показатели вызванных потенциалов, вызываемых виброакустическими стимулами и их габитуации у кошек при развитии сна.

Задачи исследования:

1. Разработать методику дифференциации кошек (по характеру поведения и по частоте дыхания в новой обстановке) на животных с высоким и низким уровнем базовой тревожности для анализа индивидуально-типологических особенностей вызванных ответов.

2. Исследовать влияние уровня тревожности животных на величины порогов пробуждения кошек виброакустическими раздражителями из разных фаз сна и проанализировать особенности развития интактного сна у животных с разным уровнем тревожности.

3. Изучить влияние уровня тревожности на показатели вызванных ответов на виброакустические раздражители, а также исследовать габитуацию их амплитуды у предварительно адаптированных животных по мере углубления медленноволновой фазы сна.

Научная новизна результатов исследования. Получены новые данные, расширяющие представления о порогах пробуждения из различных фаз сна у кошек, отличающихся уровнем базовой тревожности.

В дополнение к известным сведениям об использовании виброакустических раздражителей у тугоухих пациентов, исследованы амплитудные и временные показатели вызванных потенциалов на эти раздражители околопороговой интенсивности у животных разного уровня базовой тревожности во время развития медленноволновой фазы сна.

На основании анализа габитуации компонентов виброакустических вызванных потенциалов, предложена гипотеза о роли активирующих и синхронизирующих процессов в ЦНС у кошек, отличающихся уровнем базовой тревожности в динамике медленноволнового сна.

Научно-практическая значимость работы. Теоретическое значение работы заключается в формировании новых взглядов на нейрофизиологические механизмы индивидуальности в саморегуляции сна, обусловленной уровнем базовой тревожности. Полученные данные вносят вклад в понимание функций и механизмов тревожности млекопитающих и дополняют сложившиеся представления об основных механизмах состояний сна и бодрствования.

Практическая ценность связана с возможностью использования полученных результатов для дальнейших исследований сна и тревожности, особенно для применения экспериментальных моделей на животных, позволяющих изучать интактный сон и его расстройства (снохождение, синдром беспокойных ног, апноэ, гипопноэ сна и т. п.), обусловленные высоким уровнем тревожности.

Диссертация выполнена в соответствии с тематикой и планом научной деятельности НИИ ПК им. А.Б. Когана ЮФУ в рамках единого Заказа-наряда Минвуза СССР и Минобразования РФ (2006 - 2008) №№ государственной регистрации: 01.200102968, 01.200602795, что характеризует теоретическую и практическую значимость выполненной работы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Представляется, что показатели виброакустических вызванных потенциалов и их габитуации позволяют оценивать соотношение процессов активации и синхронизации в ЦНС во время развития сна.

2. Доказывается, что обусловленные уровнем базовой тревожности животных индивидуально-типологические отличия базируются на соотношении процессов активации и синхронизации в ЦНС, оцениваемых во время сна.

3. Обосновывается важная роль активирующих образований ретикулярной формации, лимбического комплекса и синхронизирующих ядер неспецифического таламуса в определении выраженности базовой тревожности животных во сне.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференциях молодых ученых базовых кафедр ЮФУ и ЮНЦ РАН (Ростов-на-Дону, 2006-2010), на конференции «Функциональное состояние и здоровье» (Ростов-на-Дону, 2006-2008), школах-конференциях «Сон - окно в мир бодрствования» (Ростов-на-Дону, 2005-2009; Москва, 2007), на конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2009) на научных семинарах и на заседаниях Ученого Совета НИИ нейрокибернетики Южного федерального университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и в рецензируемых изданиях.