Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении

Кудряшова, Ирина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 612.821.3:612.821.1

КУДРЯШОВА Ирина Владимировна

НЕЙРОХИМИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ

Специальность 03.00.13 - Физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор - академик РАН И.А. Шевелев)

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор Н.В. Гуляева

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор

В.В. Шерстнев

доктор биологических наук

А.С. Пивоваров

доктор биологических наук

А. Е. Медведев

Ведущая организация - ГУ НИИ мозга РАМН

Защита состоится 16 июня 2004 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д.002.044.01 по защите докторских диссертаций при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (117485, Москва, ул. Бутлерова, д. 5а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор биологических наук

Посвящаю эту работу

профессору Роману Ильичу Крутикову,

моему учителю и вдохновителю данного исследования.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Интегративная деятельность мозга обеспечивается системой нейрохимических механизмов. В соответствии с принципом системной детерминации ни один из факторов, в том числе нейрохимических, не обладает детерминирующей силой сам по себе, но приобретает такую силу в сочетании с другими факторами в их системе. Методологический принцип таких исследований - детальные физиолого-биохимические сопоставления [Крутиков, 1989].

В настоящее время одним из наиболее распространенных является предположение о том, что в основе ассоциативного обучения и памяти лежит длительное изменение эффективности синаптической передачи [Voronin, 1983; Eccles, 1986; Lynch Staubli, 1991; Bliss, Colling ridge, 1993; McNaughton, 1993; Barnes et al., 1994; Tsien et al., 1996; Martin et al., 2000]. Однако кажется маловероятным, что длительные пластические перестройки могут осуществляться по формальным правилам, изолированно от основных процессов регуляции клеточных функций, направленных на поддержание внутриклеточного гомеостаза. По-видимому, наиболее существенные и длительные изменения межнейронных взаимодействий должны происходить в условиях, затрагивающих жизненно важные функции клетки, такие, например; как энергетический метаболизм.

Известно, что роль митохондрий в пластических процессах не ограничивается их участием в обеспечении энергетических нужд для поддержания ионных градиентов, синтеза предшественника медиатора, обратного захвата медиатора, упаковки его в везикулы и др. Связь метаболизма глутамата, одного из главных возбуждающих нейротрансмиттеров в ЦНС, с энергетическим метаболизмом обеспечивает важный механизм регуляции величины запаса медиатора [Siesjo, 1978; Hertz et al, 1988], a конкурентное взаимодействие реакций, лежащих в основе синтеза АТФ и депонирования определяет участие дыхательных ферментов в зависимых пластических процессах [Bernardi, Petronilli, 1996; Ichas et al., 1997; Bindokas et al., 1998; Brustovetsky, Dubinsky, 2000; Nicholls, Budd, 2000].

При исследовании механизмов обучения и памяти принципиально важной Список сокращений

УРДИ - условный рефлекс двустороннего избегания; УС - условный стимул; БС - безусловный стимул; ЭКР -электрокожное раздражение (лап); КШ - коллатерали Шаффера; ПС - популяционный спайк; PPF - фасилита-ция при парной стимуляции; СДГ - сукцинатдегидрогеназа; NADH-ДГ - NADH-дегидрогеназа; НА - норадре-налин; 5-НТ- серотонин. I —«fc™,.^

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

является проблема локализации длительных пластических перестроек. Нейрохимические механизмы интегративной деятельности мозга осуществляются при тесном взаимодействии разных медиаторных систем [Крутиков, 1986]. Разными медиатор-ными системами обеспечиваются информационная, побуждающая и подкрепляющая функции [Симонов, 1987]. Полагают, что только динамическая конвергенция разнородных влияний может обеспечить адаптацию к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды [Батуев, Соколова, 2001]. Важная роль не только "информационных", но и неспецифических, прежде всего моноаминергических систем мозга в подкреплении [Poshel, Ninteman, 1963; Kety, 1967; Громова, 1980] и обучении [Крутиков, 1986; Harrington et al., 1988] дает основание полагать, что длительные перестройки, лежащие в основе памяти, могут происходить в любой из этих систем, тем более, что сохранение пластических изменений в синаптических переключениях, лежащих на пути специфических сенсорных проекций, может оказаться биологически нецелесообразным [Сторожук, 1986].

Сигналам, поступающим от неспецифических систем мозга, чаще всего отводят хотя и важную, но все же второстепенную роль нейромодуляторов, санкционирующих длительные пластические перестройки межнейронных взаимодействий, обеспечивающие непосредственную связь сенсорных и моторных центров в ходе обучения. Между тем, модулирующие системы по своим свойствам способны занять центральное положение в функциях управления интегративной деятельностью мозга, оказывая избирательное, возбуждающее или тормозное влияние на прохождение сигнала и извлечение моторных программ, причем такая избирательность может формироваться на основе предшествующего опыта.

Цель данной работы - С помощью электрофизиологических, нейрохимических и фармакологических методов проследить динамику формирования пластических перестроек в гиппокампе крыс при выработке условного рефлекса двустороннего избегания и выявить факторы, определяющие их индукцию на разных этапах обучения. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- сравнить характеристики суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1 на разных стадиях выработки условного рефлекса двустороннего избегания и через неделю после обучения.

- сравнить возможности выработки условного рефлекса двустороннего избегания у крысят в периоды онтогенеза, характеризующиеся еще не созревшими или частично созревшими механизмами длительных пластических перестроек в гиппокампе.

- провести корреляционный анализ взаимоотношений модификаций свойств синаптическои передачи и активности ферментов начального звена электрон-транспортной цепи митохондрий в гиппокампе крыс под влиянием обучения.

- сравнить эффекты разных нейромедиаторов, участвующих в организации оборонительного поведения (норадреналин, вазопрессин, серотонин), на срезах гиппокампа контрольных и обучившихся крыс.

Научная новизна исследований.

На примере оборонительного поведения впервые детально, с учетом всех предполагаемых действующих факторов исследованы модификации реакций нейронов поля СА1 гиппокампа крыс в процессе перехода от простого ассоциативного обучения (условнорефлекторный страх) к формированию адекватных поведенческих актов.

Впервые проведено сравнение возможности обучения в зависимости от созревания разных механизмов пластичности в гиппокампе крыс в разные периоды онтогенетического развития.

Показано, что появление инструментальных условных реакций при выработке условного рефлекса двустороннего избегания, а также в процессе онтогенетического развития зависит от величины депрессии реакций нейронов поля СА1 гиппокампа крыс. Увеличение амплитуды суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1 на афферентную стимуляцию наблюдается на стадии формирования эмоционально-негативных условных реакций, а период созревания механизмов длительной потенциации в гиппокампе характеризуется способностью крысят к выработке условнорефлекторного страха, но не инструментальных компонентов оборонительного поведения.

Впервые обнаружено, что после процедуры обучения изменяются частотные характеристики пластических процессов в гиппокампе. Этот эффект сохраняется через неделю. Изменения амплитудных характеристик суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1 не сохраняются через неделю после обучения, но воспроизводятся в ответ на сигнальные раздражители.

Впервые проанализированы биохимические возможности переключения механизмов пластичности на завершающих стадиях выработки условного рефлекса двустороннего избегания и их связь с перестройками респираторной активности митохондрий.

При разных видах сенсорных воздействий обнаружена тесная корреляция между модификациями реакций нейронов гиппокампа и активности ферментов начального звена электрон-транспортной цепи.

Обнаружено, что активация сукцинатдегидрогеназного комплекса в зависимости от длительности сенсорных воздействий описывается асимптотической функцией. В условиях биологически значимой стимуляции наблюдается ограничение прироста активности сукцинатдегидрогеназы, что приводит к увеличению доли

участия NADH-дегидрогеназного комплекса в восстановлении протонного градиента митохондрий.

Обнаружено, что как при сочетанном, так и при несочетанном предъявлении эффекты условного и безусловного стимулов неаддитивны, и наблюдается дополнительный прирост активности сукцинатдегидрогеназы; это коррелирует с увеличением эффективности основного афферентного входа поля СА1.

Впервые выявлена решающая роль ограничения активности сукцинатдегидро-геназного комплекса в пластических перестройках, происходящих в гиппокампе на завершающих стадиях обучения при формировании адекватного приспособительного поведения

Впервые обнаружено, что после процедуры обучения происходит изменение эффективности модулирующего влияния серотонина, норадреналина и вазопресси-на на амплитудные, частотные и пластические свойства реакций нейронов поля СА1. Модификация эффектов норадреналина и вазопрессина наблюдается уже на ранних стадиях выработки, еще до появления адекватных условных реакций.

Теоретическое и научно-практическое значение работы

Теоретическое значение работы заключается в дальнейшем развитии представлений о роли системных и внутриклеточных механизмов в пластических перестройках межнейронных взаимодействий при обучении Работа вносит вклад в понимание роли разных механизмов пластичности в адаптивных функциях мозга.

Сравнение изменений, обнаруженных в гиппокампе на разных стадиях обучения, позволило выявить разную направленность пластических перестроек в период идентификации условного стимула в качестве сигнала и при формировании и воспроизведении адекватной моторной программы. Пластические перестройки основных афферентных входов гиппокампа сопровождаются модификацией эффективности влияния модулирующих систем и тесно связаны с активностью митохондрий Исследование интегративных функций в период их становления в онтогенезе дало возможность оценить долю участия разных механизмов в обеспечении пластических процессов, лежащих в основе приспособительного поведения. Анализ собственных результатов и данных литературы позволил разработать концепцию о взаимодействии разных медиаторных систем и роли метаболических процессов, протекающих в митохондриях, в индукции пластических перестроек в момент образования или воспроизведения ассоциативных связей

Научно-практическое значение работы, прежде всего, связано со сформулированными в ней новыми представлениями о механизмах взаимодействия разных медиаторных систем в пластических перестройках при обучении Эти представления имеют дифференциально-диагностическое значение и могут быть использованы для оценки и выбора правильной тактики коррекции и профилактики разных вариантов

мнестических расстройств. Выявленные закономерности развития пластических процессов на разных этапах обучения и воспроизведения позволяют выделить показатели, которые могут быть использованы для оценки эффективности лекарствен -ных препаратов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Направленность модификаций, лежащих в основе изменения эффективности распространения афферентного сигнала в гиппокампе, специфична при реализации разных видов памяти в ходе выработки оборонительного условного рефлекса. Потенциация суммарных моносинаптических реакций нейронов СА1 наблюдается в фазе выработки классического (условнорефлекторный страх), но не инструментальных оборонительных рефлексов. Выбор и реализация адекватных оборонительных реакций тесно связаны с депрессией синаптической передачи, развивающейся после ее потенциации. Аналогичные закономерности наблюдаются и в раннем онтогенезе.

2. Модификация эффективности межнейронных взаимодействий в гиппокампе, обнаруженная при выработке условного рефлекса двустороннего избегания, не сохраняется через неделю после обучения. Повторная индукция пластических перестроек происходит во время воспроизведения под действием сигнальных раздражителей, роль сигналов при этом выполняют не только условный стимул, но и обстановочные раздражители.

3. Модификация нейронных реакций при выработке оборонительного условного рефлекса тесно связана с изменением активности митохондрий. Перераспределение потоков в высокодинамичной системе «энергетический метаболизм - метаболизм глутамата - Са2+-гомеостаз» может быть одной из причин изменения ппастических свойств синаптической передачи в процессе обучения и воспроизведения.

4. После процедуры обучения меняется эффективность и частотные характеристики не только основных афферентных, но и ряда модулирующих входов поля СА1 гиппокампа. Длительное изменение эффективности модулирующих входов рассматривается в качестве ключевого фактора, создающего предпосылки для дифференцированного влияния на пластические свойства клеток и обеспечивающего восстановление характеристик межнейронных взаимодействий при воспроизведении пространственного и временного паттерна активности нейронов, необходимого для реализации приспособительного поведения.

Апробация работы.

Материалы диссертации были представлены на: Всесоюзной конференции «Олигопептиды как регуляторы функций организма» (Москва, 1988); IX Всесоюзной конференции «Проблемы нейрокибернетики» (Ростов, 1989); Международной конфе-

ренции по биомоделированию (Ленинград, 1992); Международной конференции, посвященной 150-летию И.П. Павлова «Новое в концепциях о механизмах ассоциативного обучения и памяти» (Москва, 1999); XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности, посвященном 150-летию со дня рождения И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 2000); VIII Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Армянской ССР, члена-корреспондента Академии наук СССР Х.С. Коштоянца (Москва, 2000); XVIII съезде международного общества по нейрохимии и XXXII ежегодном съезде Американского общества по нейрохимии (Буэнос-Айрес, 2001); Центральной Европейской конференции по нейробиологии (Краков, 2001); XVIII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001); Международной конференции «Свободнорадикальные процессы и антиоксидантная терапия в нервной системе: от плода к старению» (Санкт-Петербург, 2001), XIV съезде Европейского нейрохимического общества «Достижения в исследовании молекулярных механизмов неврологических расстройств» (Варшава, 2003).

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 32 научные работы: в том числе 28 статей, из них 5 в международных изданиях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, методического раздела, глав с обзором литературы, изложением и обсуждением экспериментальных результатов, общего заключения и выводов. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок. Список цитированной литературы включает 879 работ отечественных и зарубежных авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Животные. В экспериментах было использовано 481 крыс-самцов линии Вис-тар массой 150-210 г и 94 крысенка обоего пола в возрасте 16-27 дней.

Исследование поведения. Условный рефлекс двустороннего избегания (УРДИ) вырабатывали по стандартной методике (168 крыс). Условным стимулом (УС) служили вспышки света. В качестве безусловного стимула (БС) использовали электрический ток, пропускаемый через сетчатый пол экспериментальной камеры (40-60 В, 50 Гц, 1.5 мА). Длительность предъявления БС определялась латентным периодом перехода в соседний отсек экспериментальной камеры, но не превышала 40 с. Выработку проводили до критерия пять правильных реакций (переход в соседний отсек в ответ на УС) из шести в течение одного опыта. Контролем служили: а) интактные животные (пассивный контроль, 92 крысы); б) животные, подвергавшиеся только световому раздражению разной длительности (47 крыс); в) животные, подвергавшиеся только электрокожному раздражению лап разной длительности (25 крыс); г) животные, которым предъявляли такое же число несочетанных УС и БС, как и при выработке условного рефлекса (активный контроль, 90 крыс) и д) животные, не достигшие критерия обуче-

ния (59 крыс), выработку УР в этой группе прерывали после 10,20, 30,40 или 50 сочетаний. Кроме того, каждую группу разделяли на подгруппы в зависимости от числа предъявлений. Помимо числа правильных условных реакций за каждые 5 сочетаний, измеряли латентный период реакции избавления, а также число эмоционально негативных условных реакций. К последним относили любые, характерные для данного животного, реакции на свет (вздрагивание, визг, подпрыгивание, хаотичное метание или наоборот, замирание), возникающие по мере сочетания УС и БС. При анализе результатов учитывали также длительность поведенческого эксперимента, соотношение длительности светового и электрокожного раздражений, показатели двигательной активности. Крыс декалитировали сразу после выработки условного рефлекса или соответствующей контрольной процедуры. Тем же воздействиям подвергали крысят трех возрастных групп: до 18-го постнатального дня (16-й, 17-й постнатальные дни), с 18-го по 23-й день и с 25-го по 34-й день.

Электрофизиологические исследования. Электрофизиологические исследования проводили на переживающих срезах гиппокампа. Состав перфузионной среды был следующим (мМ): NaCI 124; KCI 5; MgSO4 * 7Н2О 1.3; СаСЬ 2.5; NaH2PO4 1; NaHCO3 26; D-глюкоза 10; карбоген - 95% O2 и 5% CO2, PH 7.35-7.40 Температуру раствора поддерживали системой термостатирования на уровне 34.3° С. Регистрацию суммарной электрической активности из пирамидного слоя (популяционные спайки, ПС) проводили в поле СА1 стеклянным микроэлектродом, заполненным ацетатом натрия (5-10 МОм). Биполярные раздражающие электроды (электролитически заточенная вольфрамовая проволока, изолированная кроме кончиков, Science Products, GMBH, Германия) устанавливали на коллатерали Шаффера (КШ) в радиальном слое через 30 мин после извлечения среза. Синаптические связи нейронов гиппокампа характеризуются высокой пластичностью. Значительный диапазон воздействий, к которым относится как сенсорная, так и электрическая активация афферентных входов, приводит к кратковременным или даже долговременным перестройкам синаптической и импульсной активности. Поэтому мы старались избегать длительной стимуляции среза до начала эксперимента. Раздражающий и отводящий электроды устанавливали под визуальным контролем. Чтобы убедиться в наличии ответа, использовали не более 2-5 стимулов; основной опыт начинали через 30 мин.

Параметры стимуляции. В каждом эксперименте определяли пороговую интенсивность стимуляции и зависимость амплитуды ответа от интенсивности раздражения. В ходе дальнейшего эксперимента использовали фиксированную интенсивность тестирующего раздражения (10 В), при которой амплитуда ПС в срезах гиппокампа крыс группы пассивного контроля составляла в среднем 50% от максимальной. Тестирующее раздражение предъявляли, в зависимости от задачи, с интервалом 10 или 30 с. При парной стимуляции интервал между парами составлял около 1

мин. При парной стимуляции исследовали изменение соотношения амплитуды ответов при разных интервалах между стимулами (от 15 до 190 мс). Измеряли амплитуду ПС и уровень фасилитации при парной стимуляции (PPF). Последний определяли как отношение амплитуды второго ответа к амплитуде первого (Аг^).

Нейрохимические исследования. Корреляционные исследования изменений активности ферментов энергетического метаболизма и свойств моносинаптических афферентных входов поля СА1 проведены совместно с Л.В. Ноздрачевой (лаборатория морфологии ИВНДиНФ РАН). Активность сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и NADH дегидрогеназы (NADH-ДГ) определяли при помощи количественного гистохимического метода [Нарциссов с соавт., 1969] в том же гиппокампе, из которого делали срезы для электрофизиологических экспериментов. За условную единицу активности фермента принимали число ммолей формазана, образованного в реакции с 1 молем белкового азота за 1 мин при 37° С.

Фармакологические исследования. В ряде экспериментов после контрольного тестирования в ванночку с препаратом однократно апплицировали серотонин (5-НТ), норадреналин (НА) или вазопрессин (ВП) до конечной концентрации 10'11 - 10"6 М. Сразу после аппликации начинали отмывание. Полная смена объема жидкости в ванночке с препаратом происходила за 2 мин. Тестирование после аппликации проводили с той же частотой Эффективность действия вещества на срезы гиппокампа крыс разных групп оценивали по изменению их амплитудных и частотных характеристик. Длительность действия вещества определяли по времени максимального эффекта и времени восстановления до контрольного уровня.

Статистический анализ результатов. Усреднение данных проводили по всем крысам каждой группы. Достоверность межгрупповых различий без учета градаций факторов оценивали с помощью критерия Стьюдента. В большинстве экспериментов учитывали также градации факторов и использовали критерий Фишера. Достоверность связи между изменениями разных параметров оценивали с помощью корреляционного или факторного анализа. Для оценки степени связи между активностью СДГ, NADH-ДГ и амплитудой ПС в гиппокампе использовали множественный коэффициент корреляции. Связь двух параметров при исключенном влиянии остальных факторов оценивали с помощью частных коэффициентов корреляции. На всех графиках применяли выравнивание методом скользящей средней.

РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Модификация амплитудных и пластических свойств нейронов гиппо-кампа при разных видах обучения.

1.1 Пороговая интенсивность раздражения. Межгрупповые различия интенсивности порогового раздражения были недостоверны: пассивный контроль 2.0±0.7 В, активный контроль 3.0±1 В, сразу после выработки УРДИ 1.4±0.3 В и че-

рез неделю после обучения 1.5±0.5 6. Интенсивность порогового раздражения не зависела от числа предъявляемых поведенческих стимулов (г = - 0.07; р<0.68).

1.2 Зависимость амплитуды популяционного спайка от длительности сенсорной стимуляции. Средняя амплитуда в срезах гиплокампа контрольных крыс при интенсивности стимуляции КШ, равной 2 В, составила 0.75±0.07 мВ (п=54). Как сочетанное (группа крыс, не достигших критерия выработки УРДИ, п=32), так и несочетанное (активный контроль, п=37) предъявление УС и БС приводило к постепенному увеличению амплитуды ПС при той же интенсивности тестирующего раздражения. Различие между группами возрастало по мере предъявления УС и БС, и амплитуда ПС достигала 2.4±0.1 мВ. Ведущим фактором при этом являлась

со 2

>s со с о

X X

о §

с; >.

с о с <0

ч с

2 <

Сочетанное предъявление УС и БС

F=4.996, Р<0.05

2 -

1.5 -

- пассивный контроль О

Обучение

F=4.98, Р<0.05

20 30 40 Число сочетаний

Рис. I. Зависимость амплитуды популяционного спайка поля СА1 от числа предъявлений УС и БС, предъявляемых во время выработки или соответствующей контрольной процедуры. Интенсивность раздражения КШ 2 В. Здесь и на остальных графиках использовали выравнивание методом скользящей средней.

суммарная длительность действия БС. Если длительность ЭКР не превышала 2035% от суммы всех действующих сенсорных раздражителей, в срезах гиппокампа чаще обнаруживались низкоамплитудные ответы (в среднем 0.4±0.14 мВ), тогда как высокоамплитудные ответы (в среднем 1.9+-0.35 мВ) преобладали в тех опытах, в которых длительность ЭКР достигала 45% от всех действующих стимулов.

В группе обучившихся крыс (п=27) в большинстве опытов амплитуда ПС при той же интенсивности тестирующего раздражения была существенно меньше по сравнению со всеми контрольными группами, причем различия с амплитудами реакций в гиппокампе необучившихся крыс увеличивались по мере сочетаний (Рис.1).

1.3. Роль фактора сочетаний УС и БС. Степень и направленность влияния сочетанного предъявления УС и БС на амплитуду ПС в срезах гиппокампа крыс, не достигших критерия обучения, зависели от интенсивности тестирующего раздражения. В гиппокампе необучившихся крыс и в группе активного контроля изменения амплитуды ПС в зависимости от числа сочетаний не различались при низких интен-сивностях тестирующего раздражения. Вместе с тем, скорость прироста амплитуды ответа при увеличении интенсивности тестирующего раздражения в срезах гиппо-кампа необучившихся крыс была несколько меньшей (хотя и недостоверно), чем в группе пассивного контроля, так что амплитуда ответов в срезах гиппокампа необу-чившихся крыс при максимальных интенсивностях (0.12 мс, 20 В) не превышала в среднем 1.5±0.23 мВ. Недостоверность различий, вероятно, связана с тем, что этот эффект практически не обнаруживается в срезах гиппокампа крыс, получивших небольшое число сочетаний (до 20) и развивается только по мере дальнейшего предъявления сочетанных стимулов. При сравнении с группой активного контроля обнаружено достоверное влияние сочетанного предъявления УС и БС на величину амплитуды ПС при максимальной в наших опытах интенсивности тестирующего раздражения (20 В), Это выражалось, во-первых, в достоверном снижении амплитуды ответов по сравнению с группой активного контроля ^=8.16; p<0.01) и, во-вторых, в достоверно разной направленности развития изменений по мере предъявления сочетаний ^=6.92; p<0.01).

При одной и той же интенсивности, за исключением самых сильных стимулов, средняя амплитуда ответа в срезах гиппокампа обучившихся крыс была достоверно ниже чем в группе необучившихся животных ^=4.996, p<0.05). Степень и направленность изменений при максимальных интенсивностях стимуляции сходны для обеих групп, получавших сочетанное предъявление УС и БС. Это может означать, что после сочетанного предъявления УС и БС часть синаптических входов гиппо-кампа становится высокоэффективной, однако при достижении критерия обучения происходит снижение эффективности синаптической передачи в поле СА1 гиппо-кампа крыс и только при увеличении тестирующего раздражения и соответственно числа активируемых входов амплитуда ответа способна восстанавливаться до уровня, предшествующего формированию адекватной поведенческой реакции.

1.4. Фасилитация при парной стимуляции. Метод парной стимуляции в настоящее время широко используется для оценки эффективности синаптических входов. Величина амплитуды второй в паре реакции может в определенной мере служить показателем числа нейронов, способных активироваться при стимуляции определенной интенсивности. Независимо от механизмов, лежащих в основе PPF, можно полагать, что число нейронов, активирующихся на первый стимул, может быть ограничено низкой эффективностью синаптической передачи, что, вероятно, зависит как

от уровня секреции медиатора, так и от активности постсинаптического рецептора и, соответственно, вероятности достижения порога генерации потенциала действия. Таким образом, величина PPF может служить косвенным показателем эффективности синаптических входов.

Мы исследовали влияние обучения на изменение PPF при разных интервалах между стимулами (от 15 до 190 мс). Увеличение эффективности синаптической передачи в группе необучившихся крыс, если оно действительно происходит, не находит отражения в соответствующих изменениях PPF. Это может быть обусловлено применением стимулов фиксированной интенсивности (10 В) и, следовательно, различия между группами в эффективности синаптической передачи могут в определенной мере компенсироваться различиями в начальной амплитуде ПС (1.9±0.1 мВ в группе пассивного контроля; 0.9±0.2 мВ в группе обучившихся и 1.3±0.2 мВ в группе необучившихся животных).

В гиппокампе обучившихся крыс PPF была достоверно выше по сравнению с необучившимися животными ^=13.997, р<0.001). Это свидетельствует в пользу гипотезы о снижении эффективности синаптической передачи в поле СА1 гиппокампа после достижения критерия выработки. В то же время динамика изменения соотношения амплитуд ответов в зависимости от интервалов между стимулами сходна в гиппокампе обучившихся и необучившихся крыс. В обеих группах уровень фасили-тации в одинаковой степени снижался при сокращении межстимульных интервалов до 15-20 мс, что, может быть обусловлено наложением тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП) сходной величины.

Совокупность полученных фактов (снижение амплитуды ПС и значительное увеличение PPF) позволяет предположить, что в результате выработки УРДИ происходит снижение эффективности синаптической передачи в гиппокампе, в основе которой могут лежать пресинаптические механизмы.

1.5. Зависимость амплитуды популяционного спайка от степени и характера обучения. Выработка условного рефлекса двухстороннего избегания является достаточно сложным процессом, заключающим в себе не менее двух видов обучения. Существенным итогом выработки классического условного оборонительного рефлекса является идентификация УС в качестве сигнала о предстоящем наказании. В то же время, у высших позвоночных животных достижение одного и того же результата может осуществляться разными способами, что ставит животное перед необходимостью выбора адекватной формы поведения.

Одним из важнейших этапов выработки условного рефлекса двухстороннего избегания является обнаружение правильной реакции (переход в другой отсек экспериментальной камеры). На ранних этапах выработки предъявление БС сопровождается целым набором поведенческих актов (вздрагивание, визг, подпрыгивание,

хаотичное метание или, наоборот, замирание). Эффективность выработки условного рефлекса двухстороннего избегания достоверно зависела от способности животного обнаружить правильную реакцию в ответ на предъявление БС (r=0.48, р<0.02).

Не менее существенным компонентом выработки УРДИ является определение сигнального значения УС, после чего он начинает запускать определенные, характерные для данного животного поведенческие акты (см. выше), свидетельствующие о негативной эмоциональной реакции на ранее индифферентную вспышку света. Увеличение числа разных условных реакций на первой стадии выработки в среднем до 46±7% (15-20 сочетание) свидетельствует о том, что УС становится сигналом о предстоящем наказании еще до начала формирования УРДИ. Способность животных идентифицировать УС в качестве сигнала оказывала достоверное (r=0.41; р<0.034) влияние на эффективность выработки УРДИ.

Таким образом, успешность выработки УРДИ у крыс определяется не только тем, что УС приобретает сигнальное значение, но и эффективностью выбора адекватной формы поведения. Оказалось, что если процедуру обучения прерывать на разных стадиях выработки после достижения от 0 до 8 правильных реакций из 10 последних сочетаний, снижение амплитуды ответа в поле СА1 гиппокампа крыс достоверно коррелирует с появлением правильных условных реакций. Уже после достижения критерия 3 правильных условных реакций из 10 предъявлений в срезах гиппокампа этих животных преобладают низкоамплитудные ответы. Ответы максимальной амплитуды преобладали в срезах гиппокампа крыс, не сумевших обнаружить правильную реакцию на УС. В целом обнаружена достоверная корреляция между появлением правильных условных реакций и снижением амплитуды ПС поля СА1 гиппокампа крыс (r= - 0.38, р<0.05). Та же закономерность прослеживается и для ответов максимальной амплитуды, с той лишь разницей, что амплитуда ПС при максимальной интенсивности тестирующего раздражения (20 В) снижалась по сравнению с пассивным контролем только после достижения критерия 5 правильных реакций из 10. Обнаружена достоверная корреляция между максимальной (близкой к уровню насыщения) амплитудой ПС и числом правильных условных реакций из 10 последних сочетаний (r= - 0.4, р<0.03).

Можно думать, что потенциация ответов гиппокампа на ранних стадиях обучения, а также их депрессия после достижения критерия выработки УРДИ отражают изменения, связанные с разными формами обучения. Ассоциативное увеличение эффективности афферентных входов может лежать в основе появления ранних реакций на ранее индифферентные стимулы [McNaughton, Morris, 1987; Bliss, Collin -gridge. 1993; Voronin, 1993; Barnes, 1995], тогда как подавление побочных, неподкре-пляемых и формирование вырабатываемых условных реакций сопровождается значительным снижением амплитуды ответов гиппокампа. С другой стороны, потенциа-

ция ответов гиппокампа может быть обусловлена доминантным состоянием под действием безусловного раздражителя [Паелыгина, 2000]. Полученные факты можно рассматривать в качестве еще одного подтверждения концепции Р.А. Павлыги-ной о том, что "стадия прекращения доминанты лежит в основе быстрого формирования целенаправленного поведения" [Павлыгина, 2000]. Вместе с тем, первоначальные, на первый взгляд, "правильные" реакции не всегда сопровождаются снижением амплитуды ПС. Вполне вероятно, что эти ранние «псевдоусловнорефлек-торные» реакции можно отнести скорее к разряду случайных или поисковых, предваряющих истинное замыкание условнорефлекторной связи.

1.6. Низкочастотная фасилитация в срезах гиппокампа обучившихся животных. Еще одним характерным свойством срезов гиппокампа обучившихся животных является способность к низкочастотной фасилитации. У контрольных крыс амплитуда ПС в течение серии низкочастотной стимуляции (0.1 Гц) остается практически неизменной. Динамика изменения амплитуды ответа в процессе низкочастотной стимуляции в группе активного контроля по усредненным данным достоверно не отличалась от реакции в срезах контрольных животных: можно отметить лишь некоторую тенденцию к снижению ответа к концу серии стимуляции. В отличие от срезов контрольных животных, в срезах гиппокампа обучившихся крыс обнаружено постепенное усиление реакции на каждый последующий стимул в процессе низкочастотной стимуляции. Из 27 опытов этой серии низкочастотная фасилитация наблюдалась в 20 опытах, т.е. в 1.5 раза чаще, чем в контроле. Необходимо отметить также корреляцию между способностью к обучению (числом сочетаний, необходимых для достижения критерия) и уровнем частотной фасилитации (r=-0.59, Р<0.05). Число несочетанных предъявлений света и тока в группе активного контроля не коррелировало с динамикой изменения ответа в процессе частотной стимуляции.

1.7. Электрофизиологические свойства срезов гиппокампа крыс через неделю после обучения. В первой серии экспериментов, в которых выработку и декапитацию производили в одних и тех же условиях, низкоамплитудные ответы были обнаружены и через неделю после обучения (п=9). Это может свидетельствовать в пользу предположения о том, что сохранение следа памяти осуществляется в виде набора синапсов разной эффективности [McNaughton, Morris, 1987; Barnes et at., 1994; Power et al., 1997], причем большинство синапсов, по-видимому, должны находиться в низкоэффективном состоянии. Однако нельзя было исключить влияния обстановочных сигналов. Поэтому в дальнейших экспериментах выработку условного рефлекса и декапитацию проводили в разных помещениях. Эксперименты этой серии включали 3 группы крыс, обученных за 1 неделю до приготовления среза. Крысы первой группы находились в домашней клетке до момента декапитации (п=10) и не подвергались дополнительным воздействиям. Крыс второй группы перед декапита-

цией помещали в экспериментальную камеру для выработки условного рефлекса двухстороннего избегания и предъявляли 15 условных стимулов (15 вспышек света по 5 с каждая) без подкрепления (п=10). В третьей группе проводили повторную выработку до критерия 5 правильных реакций из 6 (п=10).

Рис. 2. Влияние напоминания на зависимость амплитуды ПС от интенсивности тестирующего раздражения в срезах гиппокампа крыс через неделю после выработки УРДИ.

Зависимость амплитуды ПС от интенсивности тестирующего раздражения в гиппокампе крыс, не подвергавшихся через неделю после обучения дополнительным воздействиям (первая группа), по своим характеристикам ближе всего к группе пассивного контроля, хотя в среднем амплитуда ответов несколько меньше. Тем не менее, меньшие амплитуды ПС вряд ли указывают на длительное сохранение изменений в гиппокампе при обучении (учитывая тот факт, что через неделю после выработки характерные для обучившихся крыс свойства реакций САЗ-СА1 восстанавливаются под действием обстановочных сигналов, в том случае, если крысу декапи-тировать в тех же условиях, в которых происходила выработка УР). Вероятно, когда через неделю после выработки крысу берут из клетки и выносят из вивария, уже эти и другие сопутствующие сигналы достаточны для начала воспроизведения ассоциативных перестроек. Если же таким крысам предъявляли всего лишь несколько УС (вторая группа), форма зависимости амплитуды ПС от интенсивности тестирующего раздражения КШ достоверно изменялась (Рис. 2), приближаясь к зависимости, которая была обнаружена сразу после выработки. Эффект был еще более выражен в третьей группе крыс в результате воспроизведения условной реакции после лишь 13 сочетаний ^=6.02, р<0.001). При слабых интенсивностях раздражения КШ было

обнаружено более раннее появление низкопороговых ответов в третьей группе крыс по сравнению со второй и, в особенности, с первой группой (0.08+-0.02 мВ без напоминания; 0.47±0.05 мВ после напоминания; 0.56±0.08 мВ после воспроизведения УР). При интенсивности стимуляции 20 В наблюдалось обратное соотношение (1.31±0.13 мВ без напоминания; 0.82±0.08 мВ после напоминания; и 0.7310.05 мВ после воспроизведения условной реакции). Такая форма зависимости может свидетельствовать об ограничении общего числа активных связей, имеющих в то же время более высокую эффективность.

Эти факты дают основание полагать, что повторное изменение эффективности синаптической передачи в поле СА1 происходит по мере предъявления обстановочных, а главное условных сигналов, по всей вероятности, при условии воспроизведения (вспоминания) фиксированной ранее информации

1.8. Появление ранних форм обучения зависит от постнатального созревания разных механизмов пластичности в гиппокампе крыс. Исследование интегративных функций в период их становления дает возможность оценить долю участия разных механизмов в обеспечении пластических процессов, лежащих в основе приспособительного поведения. Разные сроки созревания медиатор-ных систем и ряда внутриклеточных механизмов позволяют выделить периоды онтогенеза, при которых приспособительное поведение может обеспечиваться уже созревшими механизмами, и сравнить возможности разных видов памяти у крыс соответствующих возрастных групп, в зависимости от степени развития разных механизмов пластичности.

Способность к длительной потенциации развивается в гиппокампе крыс достаточно рано. На ранних этапах созревания глутаматергических синапсов (15-16 пост-натальные дни) их пластические возможности, значительно (в наших экспериментах 380±18%, F=17.16, p<0.001) превышают те, которые обнаружены в гиппокампе взрослых крыс ^у^г et al, 1989; Bekenstein, Lothman, 1991; Кудряшов, Кудряшова, 2000]. Можно было предположить, что в течение этого периода постнатального онтогенеза могут развиваться формы обучения, зависящие от созревания механизмов, лежащих в основе длительной потенциации.

Выработка УРДИ, а также реакции избавления практически невозможна в течение раннего (16-18 постнатальный день) периода развития глутаматергических синапсов в гиппокампе крыс, несмотря на высокую способность к длительной потенциации. За все время выработки (60 сочетаний) крысята (п=5) только несколько раз переходили в соседний отсек после включения условного стимула, что можно объяснить случайным совпадением. Такие реакции не сохранялись и, в отличие от взрослых крыс ^=4.69, p<0.05), их число не становилось больше по мере увеличения числа сочетаний.

Крысята испытывали затруднения при выработке правильной реакции не только на условный, но и на безусловный стимул. Чтобы перейти в другой отсек камеры им требовалось в среднем около 30 с после включения безусловного стимула, и латентный период этой реакции почти не снижался в течение всей выработки, в то время, как латентный период реакции избавления взрослых крыс сокращался до 4±1 с уже к 15-20-му предъявлению. Различия между группами были достоверны уже на ранних стадиях и увеличивались по мере предъявлений, так что скорость выработки достоверно различалась и по критерию непараллельности рядов (F=2.48, p<0.05)

В то же время, после сочетания с БС, УС начинал вызывать комплекс эмоционально-негативных реакций. Уже после 3-5 сочетаний крысята начинали реагировать на включение условного раздражителя увеличением двигательной и поисковой активности, вздрагиванием, замиранием или, чаще всего, визгом, что может свидетельствовать о негативной эмоциональной реакции на ранее индифферентную вспышку света. Сходные поведенческие реакции были обнаружены и у взрослых крыс на ранних этапах выработки УРДИ, что сопровождалось потенциацией реакций нейронов гиппокампа. Число ранних (первые 5 сочетаний) реакций у крысят было даже выше (1.8±0.3), чем у взрослых (1.0±0.1) и продолжало расти в течение всей выработки, достигая в среднем 2.810.7 эмоционально-негативных условных реакций за последние 5 сочетаний. До 20-го сочетания различия между группами были недостоверны (у взрослых крыс число эмоционально-негативных условных реакций достигало 2.3Ю.З). Позже, когда эмоционально-негативные реакции взрослых крыс замещались адекватными реакциями, их число сокращалось до 1.7±0.6, а вероятность негативных реакций крысят продолжала увеличиваться, различия между группами достигали порога достоверности (F=11.04, P<0.01). Не исключено, что это может быть связано с периодом повышенной пластичности на ранних этапах созревания глутаматергических синапсов [Teyler et al, 1989; Кудряшов, Кудряшова, 2000].

Эти факты могут свидетельствовать в пользу гипотезы о том, что ассоциативное увеличение эффективности афферентных входов может лежать в основе появления реакций на ранее индифферентные стимулы [Bliss, Colingridge, 1993; Voronin, 1993; Barnes 1995].

Тот факт, что у 16-17-дневных крысят образуется классический, но не инструментальные рефлексы свидетельствует о том, что созревание механизмов, лежащих в основе длительной потенциации, если и имеет отношение к выработке услов-норефлекторного страха, не способствует научению при выработке инструментальных рефлексов. Тот факт, что у крысят латентный период реакции избавления больше, а число межсигнальных реакций меньше, может быть, в определенной степени, связан с меньшими размерами животного и менее развитой локомоторной активностью. Однако к 16-му дню (начало проведения экспериментов) ходьба уже

полностью сформирована. При осуществлении ориентировочных, межсигнальных или спонтанных поведенческих актов крысята этого возраста могли добираться от дальней стенки камеры до отверстия за 5 с и, следовательно, латентный период реакции избавления мог бы достигать этих величин при условии выработки рефлекса. К тому же в контексте данной работы представляет интерес не сам факт наличия больших латентных периодов, а отсутствие его снижения по мере выработки. Ряд авторов (но не все) полагают, что сразу после открытия глаз (16-й день) зрительные функции еще недостаточно развиты, что может быть причиной затруднений при осуществлении целенаправленных поведенческих актов [Carman et al., 2002]. Однако по литературным данным, даже слепые взрослые крысы способны сокращать время достижения цели при повторных пробах [Lindner et al., 1997]. Маловероятно, что затруднения при выработке реакции избавления могут быть связаны с меньшей чувствительностью 16-17-дневных крысят к болевому раздражению, поскольку ус-ловнорефлекторный страх у них вырабатывался не хуже, чем у взрослых крыс. К тому же интенсивность эмоциональных проявлений у ювенильных крысят была более выраженной и любые поведенческие реакции на безусловный, а затем и на условный раздражители чаще всего сопровождались визгом, тогда как при выработке УРДИ у взрослых крыс «фаза страха» сменяется выполнением навыка без предварительного эмоционального напряжения. Вероятно, помимо сенсорных и моторных компонентов не все виды памяти созревают одновременно, в пользу чего свидетельствуют более поздние сроки созревания УРПИ, не требующего высокоразвитых локомоторных и зрительных функций [Alleva et al., 1996]. Это может быть связано, в частности, с дефицитом механизмов, обеспечивающих пластические процессы, лежащие в основе формирования инструментальных рефлексов и, следовательно, созревание механизмов, лежащих в основе длительной потенциации, является недостаточным условием для обеспечения всех форм обучения.

Ряд авторов полагают, что длительная депрессия синаптической передачи не менее важна для процессов обучения и памяти, чем длительная потенциация [Dudek, Bear, 1993], и что при активации функциональных ансамблей нейронов с набором синапсов разной эффективности реализуется "когнитивная карта" [O'Keefe, Nadel, 1978], на основе которой осуществляется принятие решения и выбор адекватной формы поведения.

Совместно с И.Е. Кудряшовым (лаборатория нейроонтогенеза ИВНДиНФ РАН) нами было обнаружено, что в процессе онтогенетического развития, как и при выработке УРДИ, после периода потенциации наступает депрессия нейронных реакций поля СА1 гиппокампа [Kudryashov, Kudryashova, 2001], причем на ход модификаций оказывает влияние сенсорный опыт [Kudryashov et al, 2002; Кудряшов, Кудряшова, 2003]. Такое сходство еще раз свидетельствует об общности механизмов обучения и

онтогенетического развития мозга [Анохин, 1997; Constantine-Paton, Cline. 1998; Luthi et al., 2001]. Как известно, в течение обнаруженного нами периода депрессии нейронных реакций поля СА1 (18-23-й постнатальные дни) завершается созревание ГАМКергических [DiScenna, Teyler, 1994] и серотонинергических [Parnavetas et al., 1997] входов, ограничивающих возбудительные процессы в гиппокампе крыс. В этот же период раннего онтогенеза совместно с сотрудниками лаборатории функциональной биохимии нервной системы ИВНДиНФ РАН нами обнаружен пик активности каспазы-3 в гиппокампе [Kudryashov et al., 2001]. В последующий период наступало ограничение уровня афферентной активации нейронов поля СА1 [Kudryashov, Kudryashova, 2001], что может быть связано с созреванием новых, связанных с кас-лазой-3, механизмов пластичности [Gulyaeva et al., 2003], активным удалением «лишних» синапсов [Mattson et al, 1998] и даже неправильно связанных нейронов [Oppenheim, 1991] в период формирования нейронных ансамблей на основе индивидуального опыта.

На ранних стадиях обучения латентный период реакции избавления крысят этого возраста (27±3 с) был достоверно больше, чем у взрослых (17±2 с, р<0 001) и не отличался от латентного периода животных младшего возраста (32±3 с). По мере выработки латентный период сокращался в среднем до 9±4 с и к 30-40-му предъявлениям был уже достоверно меньше, чем на предыдущей стадии постнатального онтогенеза (25±8 с. F=15.41, p<0 001), хотя и превышал латентный период реакций взрослых крыс (4±2 с, р<0.001).

Таким образом, выработка реакции избавления становится возможной в период постнатального развития (18-23-й постнатальные дни), который характеризуется созреванием в гиппокампе механизмов, способных функционально и структурно обеспечивать ограничение возбуждения Отсутствие инструментальных реакций до начала созревания этих механизмов дает основание полагать, что они, вероятно, необходимы для этого вида обучения, учитывая также тот факт, что при выработке УРДИ у взрослых крыс потенциация ответов гиппокампа сменялась депрессией после достижения критерия выработки.

Восстановление баланса пластических процессов после 24-го постнатального дня способствует развитию нормального хода обучения. Однако эти условия еще недостаточны для выработки УРДИ (в среднем 1.2+-0.4 правильные условные реакции к концу выработки). Одной из причин этого может быть более позднее созревание других медиаторных систем.

2. Участиe ферментов энергетического метаболизма в процессах обучения и памяти.

Конкурентное взаимодействие биохимических реакций, лежащих в основе депонирования Саг* и респираторных функций митохондрий, дает основание рассмат-

ривать их как единую интегрированную систему [Nicholls, Budd, 2000]. Это особенно справедливо по отношению к глутаматергической синаптической передаче из-за тесного взаимодействия метаболизма глутамата с энергетическим метаболизмом [Siesjo, 1978; Hertz et al., 1988; Schousboe et al., 1988].

2.1. Влияние сенсорного притока на активность сукцинадегидрогеназы. Предъявление сенсорных стимулов различных модальностей непосредственно перед декапитацией приводило к достоверному увеличению активности сукцинатде-гидрогеназы (СДГ) в гиппокампе крыс. Средняя активность СДГ в гиппокампе контрольных, не подвергавшихся перед декапитацией дополнительным воздействиям крыс, составил 96.6±0.8 ед. Предъявление 15 вспышек света непосредственно перед декапитацией достоверно повышало активность фермента в среднем до 119.6±0.6 (р<0.01, от 116.4 до 123.5). Сходные эффекты вызывало предъявление 15 электрокожных раздражений. Средний уровень активности СДГ в гиппокампе крыс этой группы составил 116±0.4 ед., что также достоверно (р<0.01) превышало контрольный уровень.

Активность СДГ в гиппокампе зависела от числа предъявляемых непосредственно перед декапитацией стимулов, причем по мере предъявления дополнительных стимулов снижалась скорость прироста активности СДГ. В целом, рост активности СДГ при увеличении числа сенсорных стимулов хорошо описывается асимптотической функцией.

Динамика прироста активности СДГ зависела от типа сенсорной стимуляции. При любой длительности сенсорной стимуляции активность СДГ была достоверно ниже в фуппе крыс, получавших только ЭКР, по сравнению с группой крыс, получавших только световое раздражение (F=12.09; p<0.01). Величина асимптоты в гиппокампе крыс, подвергавшихся световому раздражению составила 130 ед., а в гиппокампе крыс, подвергавшихся только ЭКР, - 119 ед. Вместе с тем, активность СДГ в гиппокампе крыс, получавших разное число смешанных стимулов (активный контроль), на всем протяжении превышала не только соответствующие величины в группе крыс, получавших только ЭКР, но и те, которые были обнаружены после светового раздражения той же длительности (F=6.25; p<0.05), а также теоретические значения, рассчитанные как сумма двух асимптотических процессов на основе экспериментальных данных (группы крыс, получавших только световое или только электрокожное раздражение). Кроме того, ограничение прироста активности СДГ роста в группе активного контроля наступало при более высоких значениях, и величина асимптоты составила 136 ед. Следовательно, болевое раздражение (ЭКР) усиливает процессы, приводящие к активации СДГ в ответ на сенсорную стимуляцию.

Рис. 3. Влияние вида сенсорной стимуляции на зависимость активности СДГ в гиппокампе крыс от суммарной длительности светового и электрокожного раздражений.

2.2. Длительные изменения энергетического метаболизма клеток гип-покампа в результате обучения. Противоположный эффект обнаружен в группе крыс, подвергавшихся процедуре обучения (Рис. 3). При любой длительности стимуляции активность СДГ была достоверно ниже в группе обучившихся крыс по сравнению с активным контролем ^=22.67; p<0.002) и животными, получавшими только световую стимуляцию ^=10.17; p<0.05). Даже при 400-секундной стимуляции в процессе обучения активность СДГ не превышала 115.4±0.08 ед Для достижения максимальной активности СДГ в гиппокампе обучившихся крыс требовалась более длительная сенсорная стимуляция, чем в других группах (за исключением животных подвергавшихся только ЭКР). Кроме того, величина асимптоты в группе обучившихся крыс (126 ед) оказалась меньшей не только по сравнению с активным контролем (136 ед), но и с животными, получавшими световую стимуляцию (130 ед) Таким образом, прирост активности СДГ в ответ на сенсорную стимуляцию в значительной степени снижался в результате процедуры обучения.

2.4. Влияние обучения на изменение активности NADH-дегидрогеназы под действием сенсорных стимулов. Альтернативным ферментом начального звена электрон-транспортной цепи является NADH-дегидрогеназа (NADH-ДГ)- Протонный градиент митохондрий, создаваемый сукцинатдегидрогеназным и NADH-дегидрогеназным комплексами, является основным источником энергии при депони-

ровании Саг* митохондриями, тем самым влияя на величину и длительность внутриклеточного кальциевого сигнала.

Средний уровень NADH-ДГ в гиппокампе контрольных крыс составил 3.8±0.1 ед. Длительная световая стимуляция приводила к зависимому от числа стимулов постепенному снижению NADH-ДГ в гиппокампе крыс до 3.1+-0.09 ед. (р<0.01) после 55-215 секундной световой стимуляции. Это означает, что восстановление протонного градиента вполне обеспечивается сукцинатдегидрогеназным комплексом. Характерной особенностью гиппокампа крыс, получавших ЭКР, является ограничение прироста активности СДГ (величина асимптоты 119 ед.). В этих условиях все большее значение приобретает усиление активности NADH-дегидрогеназного комплекса (в среднем до 3.97±0.15 ед.) по сравнению с пассивным контролем. Влияние светового раздражения и ЭКР на активность NADH-ДГ суммируется при смешанном (как сочетанном - необучившиеся животные, так и несочетанном - активный контроль) предъявлении. В целом, уровень NADH-ДГ в группе активного контроля оказался выше, чем у животных, подвергавшихся изолированной световой стимуляции, однако не превышал 3.47±0.11. что достоверно ниже (р<0.05) по сравнению с крысами получавшими только ЭКР. Суммарная активность ферментов при этом увеличивается за счет дополнительной активации СДГ, что сопровождается увеличением амплитуды ответов нейронов поля СА1. Такая же зависимость была обнаружена и в гиппокампе крыс, не достигших критерия обучения после разного числа сочетаний, т.е. сам по себе фактор сочетанности не приводит к необходимым перестройкам.

Несмотря на абсолютно идентичные условия сенсорной стимуляции, изменения в гиппокампе обучившихся крыс имели противоположный характер. В отличие от активного контроля и от получивших такое же число сочетаний, но не обучившихся животных, в гиппокампе обучившихся крыс наблюдалось почти такое же ограничение прироста активности СДГ (величина асимптоты 126 ед.), как и после ЭКР той же длительности (величина асимптоты 119 ед.). Соответственно, активность NADH-ДГ в гиппокампе обучившихся животных достигала почти тех же величин (до 3.8±0.1), что и в гиппокампе крыс, подвергавшихся только ЭКР (до 4±0.2, различия недостоверны). Вместе с тем активность NADH-ДГ в гиппокампе обучившихся животных достоверно превышала уровень соответствующего активного контроля (до 3.3±0.1, р<0.05), а также подвергавшихся процедуре обучения, но не обучившихся крыс (до 3.2±0.1, р<0.05).

Активность NADH-ДГ в группе активного контроля и в гиппокампе необучив-шихся животных зависела от соотношения длительности светового и электрокожного раздражений. Если доля ЭКР была невелика относительно суммы

Рис. 4. Влияние вида сенсорной стимуляции на зависимость активности NADH-ДГ в гиппо-кампе крыс от соотношения длительности светового и электрокожного раздражений.

всех действующих сенсорных стимулов (20-35%), преобладало снижение активности NADH-ДГ (до 3.1 ±0.2 ед.) под действием индифферентного раздражения (до 3.0±0.1 ед. после светового раздражения). Чем большую долю составляло ЭКР, тем больше преобладал рост активности NADH-ДГ под действием биологически значимых стимулов. Высокая активность (в среднем ЗЛО.2 ед.) преобладала в опытах, в которых длительность ЭКР достигала 60-80% от всех действующих стимулов. Те же соотношения наблюдались и в гиппокампе необучившихся крыс (Рис. 4). Такая зависимость свидетельствует о том, что противоположные по знаку влияния индифферентных и значимых раздражителей суммируются при их смешанном предъявлении.

В отличие от этого, активность NADH-ДГ в группе обучившихся крыс (3.7±0.2 ед.) мало различалась при любом соотношении двух видов стимуляции и приближалась к уровню, обнаруженному в гиппокампе крыс, получавших только ЭКР (4.0±0.2 ед.) (Рис. 4). Можно думать, что световое раздражение, становясь значимым в результате процедуры обучения, начинает оказывать то же действие на изменение активности NADH-ДГ, что и ЭКР, так что суммарное действие двух видов раздражителей достоверно отличается от воздействий в группе активного контроля ^=12,51; р<0.003).

2.5. Множественная корреляция изменений амплитуды ответа и активности ферментов энергетического метаболизма. Независимо от типа

сенсорных воздействий, при любой активации нейронов гиппокампа обнаружена тесная корреляция между изменениями вызванных реакций нейронов гиппокампа и активности ферментов энергетического метаболизма. Множественная корреляция трех измеряемых параметров (амплитуды ПС, СДГ и NADH-ДГ), независимо от типа сенсорной стимуляции, оказалась достоверной (г=О.бб, р<0.001). Амплитуда ПС и уровень NADH-ДГ достоверно коррелировали с фактором обучения (r = - 0.34, р<0.05 и г=О.6, р<0.001, соответственно). Активность СДГ в свою очередь достоверно коррелировала с уровнем NADH-ДГ (r= -0.58, р<0.01) и с длительностью сенсорной стимуляции (r = 0.51, р<0.01). Интересно, что при фиксированной длительности стимуляции зависимость активности СДГ от фактора обучения существенно возрастала (гчаетн=-0.73, р<0.001). Анализ частных коэффициентов корреляции показал, что при фиксированном уровне NADH-ДГ высокая корреляция фактора обучения и активности СДГ сохранялась (гч»сти = -0.52, р<0.01), а корреляция с амплитудой ПС даже увеличивалась (i\iacra=-0.65, р<0.001). При фиксированной амплитуде ПС также сохранялось влияние обучения как на активность СДГ так и на

уровень NADH-ДГ (гчаСт>|=0.71, р<0.001). В противоположность этому, при фиксированной активности СДГ зависимость амплитуды ПС от фактора обучения становилась недостоверной (гч,с™ = -0.14), тогда как корреляция с уровнем NADH-ДГ сохранялась, хотя и в меньшей степени (гч,а,,=0.351 р<0.05). Таким образом, при фиксированной активности СДГ корреляционная связь остальных параметров с фактором обучения исчезает, тогда как при фиксации любого другого параметра связь с фактором обучения сохраняется (Рис. 5). Это дает основание полагать, что в обнаруженных при обучении перестройках, ограничение прироста активности СДГ занимает центральное положение.

Ограничение активности СДГ влечет за собой ряд последствий. Увеличение оттока интермедиатов из цикла трикарбоновых кислот и накопление глутамата во внеклеточной среде создает условия для перераспределения эффективности синапти-ческих связей [Rusakov et al., 1999]. Кроме того, изменение респираторной активности митохондрий приводит к перестройкам гомеостаза глиальных и нервных клеток и, как следствие, к модификации эффективности синаптических входов [Hassinger et al.. 1995; Bernardi. Petronilli, 1996; Ichasetal., 1997].

Рис 5. Корреляция между изменениями вызванных реакций нейронов гиппокампа и активности ферментов энергетического метаболизма. Частные коэффициенты корреляции демонстрируют степень связи с фактором обучения при исключенном влиянии одного из параметров (указаны стрелками).

3. Системные механизмы регуляции пластичности.

Поскольку после процедуры обучения УС, вовлекая, как известно, в реакцию неспецифические структуры мозга, становится способным оказывать то же действие на внутриклеточные процессы, что и БС, можно предположить, что изменение пластических свойств происходит под действием сенсорно-неспецифических сигналов.

3.1. Изменение чувствительности к норадреналину под действием побуждающего стимула при выработке условного рефлекса двустороннего избегания. Аппликация НА, как правило, не влияла на величину реакций нейронов поля СА1 срезов гиппокампа крыс группы пассивного контроля (п=5), что соответствует данным литературы. В ситуации выработки УРДИ эффективность действия НА в поле СА1 достоверно изменялась и после аппликации НА наблюдалась потенциа-ция реакций, которая продолжалась около 30 мин (Рис. 6). Потенциация реакций нейронов поля СА1 под действием НА наблюдалась уже на ранних стадиях выработки, еще до появления первых правильных реакций, хотя и усиливалась по мере упрочения условной реакции избегания. В группе необучившихся после разного числа сочетаний крыс ответ увеличивался в среднем до 121 ±10%, что достоверно превышало контрольный уровень (р<0.05). Потенциация в срезах гиппокампа обучившихся крыс была достоверно больше (р<0.001) и достигала 207±40%. В обеих группах потенциация реакций сопровождалась уменьшением PPF, что свидетельствует о росте эффективности афферентных входов.

В целом, величина прироста амплитуды ПС после аппликации НА достоверно коррелировала с числом правильных реакций в течение 10 последних сочетаний

Рис. 6. Последействие норадреналина в срезах гиппокампа обучившихся и необучившихся крыс.

перед декапитацией (г=0.52; р<0.03). В обеих группах потенцирующее действие НА усиливалось при увеличении длительности сенсорной стимуляции при выработке УРДИ или соответствующей контрольной процедуре. В тоже время, если объединить группы обучившихся и необучившихся крыс, уровень потенциации достоверно (г= - 0.52; р<0.026) коррелировал с величиной амплитуды ПС до аппликации НА.

Полученные факты дают основание заключить, что потенциация реакций нейронов поля СА1 гиппокампа крыс после аппликации НА неспецифична для выработки условной реакции избавления. Можно думать, что такая лотенциация возникает под действием побуждающего стимула, а ее величина варьирует в зависимости от направленности предшествующих пластических процессов, снижаясь в ранее потенцированных синапсах и увеличиваясь на фоне депрессии. Этот эффект появляется на ранних стадиях выработки и может иметь отношение к простому ассоциативному обучению и формированию сигнального значения УС. В более сложных ситуациях этот механизм вряд ли может быть достаточным, поскольку, по всей вероятности, не зависит от степени адекватности поведенческих реакций. В пользу последнего свидетельствует тот факт, что при выработке УРДИ образование цАМФ в равной степени увеличивалось не только у обучившихся крыс, но и в группе активного контроля (Егорова с соавт., 2002].

3.2. Влияние вазопрессина на срезах гиппонампа обучившихся крыс. Изменение эффективности норадренергических входов может осуществляться при взаимодействии с другими медиаторными системами, например, под действием вазопрессина [Brinton et al., 2000], содержание которого в мозге увеличивается, в частности, после ЭКР [Laczi et al., 1983; Crme, Buijs, 1987]

Аппликация 1 мкМ вазопрессина на срезы гиппокампа контрольных крыс вызывала длительное увеличение амплитуды ПС. В срезах гиппокампа обучившихся крыс в большинстве опытов преобладала двухфазная реакция на подведение вазопрес-сина с преимущественно возбудительной (увеличение ответа в среднем до 125+5%) или тормозной (снижение ответа в среднем до 58±12%) фазой. Реакция на подведение вазопрессина в срезах гиппокампа крыс группы активного контроля также была двухфазной. Такую же двухфазную реакцию на подведение вазопрессина можно наблюдать в срезах гиппокампа контрольных крыс при увеличении его концентрации до 5 мкМ (первоначальное увеличение ответа в среднем до 123±7% с последующим снижением в среднем до 59±21%) Таким образом, длительное предъявление как сочетанных, так и несочетанных УС и БС вызывает усиление чувствительности нейронов гиппокампа к вазопрессину (Рис. 7).

Факторный анализ показал, что усиление возбудительной фазы происходит по мере предъявления УС и БС, (влияние фактора длительности сенсорной стимуляции составило 34%) и не зависит от фактора обучения (влияние фактора обучения было недостоверным и составило лишь 3%). Тормозная фаза растет в большей степени в группе обучившихся крыс. Влияние фактора обучения на величину тормозной фазы было достоверным и составило 4 1 % (р<0.05). Сила влияния фактора длительности сенсорной стимуляции на величину тормозной фазы составила лишь 17%.

Известно, что вазопрессин, действуя через V1-рецепторы, вызывает высвобождение кальция из внутриклеточных депо [Brinton et al., 1994]. Таким образом, обнаруженное нами увеличение амплитуды ПС после аппликации вазопрессина скорее всего связано с повышенным содержанием свободного внутриклеточного кальция. С другой стороны, показано, что еще большее увеличение концентрации может приводить к депрессии ответа [Chen et al., 1993]. Тот факт, что величина депрессии в гиппокампе обучившихся крыс была после аппликации вазопрессина больше, чем в контроле, может объясняться более высоким содержанием свободного внутриклеточного Саг*. накапливающегося в результате процедуры обучения.

Рис. 7. Динамика изменения амплитуды популяционного спайка после аппликации вазопрес-сина в срезах гиппокампа контрольных и обучившихся крыс.

3.3. Последействие серотонина в гиппокампе. Несмотря на то, что влияние серотонина связано, в первую очередь, с гиперполяризацией и подавлением нейронной активности ^гем^ et al., 1990; Ыгс^ et al., 1990], прекращение его действия может при определенных условиях приводить к потенциации вызванных реакций [Отмахов, 1982; Кожедуб, 1985; Ezrokhi et al.. 1999].

В наших экспериментах аппликация 5-НТ вызывала первоначальное снижение амплитуды ответа в течение 9.3±1.2 мин. После отмывания наблюдалось длительное (в течение 2-2.5 ч) увеличение амплитуды ПС в среднем до 298±25%. Этот эффект зависел от частоты тестирующего раздражения и определялся низкочастотной фасилитацией (136± 11% за серию из 10 импульсов, 0.1 Гц).

Влияние 5-НТ на срезы гиппокампа обучившихся крыс было существенно меньше, чем у контрольных (Рис. 8, А). Амплитуда ПС после подведения и отмывания 5-НТ увеличивалась в среднем на 95±22%. Длительность последействия 5-НТ в срезах обученных крыс была меньше (1.5 ч). В то же время, аппликация 5-НТ на срезы обучившихся животных практически не влияла на динамику изменения ответа в процессе ритмической стимуляции. На срезах обучившихся крыс, как до, так и после подведения 5-НТ наблюдалась низкочастотная фасилитация (302±183% и 221±67%, соответственно). Поскольку тот же эффект был обнаружен в срезах контрольных животных в результате кратковременной аппликации 5-НТ, а влияние 5-НТ на электрическую активность обучившихся животных было существенно ниже, можно думать, что одним из факторов, вызывающих низкочастотную фасилитацию у

обучившихся крыс, является изменение эффективности серотонинергических входов к нейронам гиппокампа.

Через неделю после обучения эффект последействия 5-НТ оставался все еще менее выраженным (193±21%, длительность последействия 30 мин), чем в срезах гиппокампа крыс группы пассивного контроля. Вместе с тем длительность последействия 5-НТ достоверно изменялась после напоминания (Рис. 8, Б).

Рис. 8. Динамика изменения амплитуды ПС после аппликации серотонина в срезах гиппокампа контрольных и обучившихся крыс. А: сразу после обучения, Б: через неделю после обучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных экспериментов обнаружено, что направленность ассоциативных перестроек вызванной активности нейронов поля СА1 гиппокампа крыс зависит от стадии выработки УРДИ. На ранних стадиях выработки наблюдается увеличение амплитуды популяционного спайка в поле СА1. Возможно, именно на этом этапе реализуются механизмы, имеющие отношение к длительной потенциа-ции [Bliss, Collingridge, 1993; Lynch, Staubli, 1991; Voronin, 1993; McNaughton, 1993; Barnes, 1995]. Немаловажный вклад при этом вносит активация модулирующих входов под действием побуждающего стимула [Sarvey et al., 1989; Brinton, 1990; Hille, 1992], способных усиливать и продлевать Саг*-сигнал, увеличивая в х п о NMDA- и потенциал-зависимым каналам [Scott, Dolphin, 1987; Terrian, 1995] и его высвобождение из внутриклеточных депо [Kasai, Petersen, 1994; Kiselev, Muallem, 1999; Brinton et al., 2000; Балезина, 2002].

Усиление возбудительных процессов может иметь значение на стадии генерализации условного рефлекса, способствуя расширению диапазона возможных ассоциативных связей. При формировании адекватных поведенческих актов, судя по по-

зо

лученным данным, ведущую роль, по-видимому, приобретает вытормаживание "лишних" связей и формирование пространственного и временного паттерна активности популяции нейронов. По мнению Р.И. Павлыгиной [Павлыгина, 2000] стадия прекращения доминанты лежит в основе формирования целенаправленного поведения, так что процессы депотенциации и длительной депрессии могут оказаться даже более важными в период формирования моторных программ [Thompson, Kim, 1996; Xu et al., 1998]. Полагают, что длительная депрессия синаптической передачи не менее важна для процессов обучения и памяти, чем длительная потенциация [Dudek, Bear, 1993] и что при активации функциональных ансамблей нейронов с набором синапсов разной эффективности реализуется "когнитивная карта" [O'Keefe, Nadel, 1978], на основе которой осуществляется принятие решения и выбор адекватной формы поведения. Полученные данные согласуются с представлением о роли механизмов длительной потенциации на стадии активации преспециализирован-ных нейронов, из которых затем осуществляется выбор клеток, специализированных для нового поведенческого акта (Александров, 2004].

Несмотря на то, что гипотеза о длительном изменении эффективности межнейронных взаимодействий как основе памяти является наиболее популярной [Shors, Matzel, 1997], она так и не нашла до сих пор надежного экспериментального подтверждения Более того, из-за высокой пластичности синапсов кажется маловероятным, что они могут быть приспособлены для длительного хранения следов прошлой активности [Eccles, 1983]. В наших экспериментах модификация реакций нейронов поля СА1 не сохраняется через неделю после обучения. Повторная индукция пластических перестроек происходит во время воспроизведения под действием сигнальных раздражителей, причем роль сигналов выполняют не только условный стимул, но и обстановочные раздражители. Это дает основание полагать, что изменение эффективности афферентных входов и формирование соответствующих функциональных ансамблей в гиппокампе происходит непосредственно во время воспроизведения. Само по себе это еще не означает, что модификации, лежащие в основе индивидуального опыта, не могут храниться на уровне синапсов. Однако «субстратом» памяти при этом может оказаться не столько эффективность, сколько пластические свойства синапсов, обеспечивающих связь сенсорных и моторных центров. Вместе с тем, анализ многочисленных данных литературы вынуждает нас отдать предпочтение другой гипотезе и предположить, что за повторную индукцию пластических перестроек в гиппокампе в большей степени ответственны системные механизмы.

В наших экспериментах обнаружено, что модификация нейронных реакций при выработке УРДИ тесно связана с изменением респираторной активности митохондрий. Участие дыхательных ферментов в Саг*-зависимых пластических перестройках

обусловлено взаимодействием двух основных и взаимосвязанных процессов, реализуемых митохондриями: синтезом АТФ и депонированием Ca2* [Nicholls, Budd, 2000; Сторожевых, 2002]. Кроме того, взаимодействие метаболизма глутамата с энергетическим метаболизмом клеток мозга [Siesjo, 1978; Hertz et al, 1988; Kugler, Baier, 1992; Pfrieger, Barres, 1996; Tsacopoulos, Magistretti, 1996; Bacci et al., 2002] определяет участие дыхательных ферментов в регуляции пресинаптического содержания медиатора в период функциональной нагрузки.

Нами обнаружено, что депрессия суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1 тесно связана с ограничением активности СДГ в гиппокампе обучившихся крыс. Среди всех внеклеточных и внутриклеточных сигналов, способных ограничивать активность СДГ [Кондрашова, 1987], наиболее вероятным при объяснении полученных результатов представляется серотонин. В пользу этого свидетельствует полученный нами факт, что аппликация 5-НТ имитирует совокупность всех эффектов, обнаруженных в гиппокампе обучившихся крыс, тем более что серо-тонинергическая система играет важную роль в функциях подкрепления при оборонительном поведении [Симонов, 1987].

Ограничение активности СДГ в условиях повышенного содержания внутриклеточного Са2* создает предпосылки для пресинаптического торможения [Thompson et al., 1993; von Gersdorf, Matthews, 1994; Snyder et al., 2001] и окислительного стресса [Sengpiel et al., 1998; Nicholls Budd. 2000; Droge, 2002], что усугубляется при увеличении уровня цАМФ [Rosenberg et al., 1994] и может быть причиной обнаруженного в наших опытах снижения реакций нейронов поля СА1 на завершающих стадиях обучения. Не исключено, что усиление и продление может способствовать ретракции нейритов и элиминации синапсов [Костюк, 2001; Luthi et al., 2001; Scott, Luo, 2001]. Так, высвобождение Ca2* из внутриклеточных депо при действии вазо-прессина на срезы гиппокампа обучившихся крыс приводит не к увеличению, а к снижению амплитуды ПС.

Воспроизведение характеристик синаптической передачи и соответствующего пространственного и временного паттерна активности нейронов непосредственно во время поведенческого акта возможно при условии длительной модификации эффективности модулирующих влияний на основе индивидуального опыта. Помимо прямого действия на эффективность распространения афферентного сигнала [Саченко, Хоревин, 2001; Davare et al., 2001], влияние модулирующих систем на метаболизм Ca2* и цАМФ [Cooper et al., 1995; Xia, Storm, 1997; Rizzuto et al., 1998], энергетический метаболизм [Ezawa, Ogata, 1979; Bindokas et al., 1998] и связанный с ним метаболизм глутамата [Bezzi, Volterra, 2001], способствует реализации пластических процессов [Katsuki et al., 1997; Kim, Yoon, 1998] и изменению пресинаптического со-

держания медиатора [Haydon, 2001; Vesce et al., 2001] непосредственно в период активации нейронов под действием афферентных сигналов.

Субстрат, используемый для реализации механизмов хранения приобретенной информации, по-видимому, должен накапливаться в течение жизни. Известно, что с возрастом величина популяционного спайка и синаптических реакций нейронов поля СА1 сдвигается в сторону депрессии [Barnes et al., 1997; Norris et al., 1998; Foster, 1999]. Вместе с тем, ряд авторов считают, что с возрастом меняется не столько эффективность синапсов, сколько их частотные свойства (Norris et al., 1998]. В то же время имеется определенные основания полагать, что изменение свойств митохондрий также, по-видимому, накапливается в течение всей жизни [Satrustegui et al., 1996; Kourie, 1998; Droge, 2002]. В частности, снижается активность СДГ [Kugler, 1988]. Изменение эффективности ряда модулирующих входов также, по-видимому, накапливается в течение всей жизни и может представлять основу для хранения предшествующего опыта [Dinopoulos et al., 1997; Brinton et al., 2000].

Роль модулирующих систем мозга в процессах памяти [McGaugh, 1989; Chou, Lee, 1995] может определяться длительным изменением эффективности их влияния на распространение афферентного сигнала. В наших экспериментах обнаружено изменение эффективности норадренергических, вазопрессинергических и серотони-нергических входов в поле СА1 гиппокампа крыс после процедуры обучения. Пространственно-временная организация паттерна активности модулирующих систем сама по себе может служить фактором, обеспечивающим избирательное и последовательное включение в систему нейронов, участвующих в организации моторной программы. Благодаря такой избирательности, мотивационное возбуждение, возникающее при действии обстановочных и условного сигналов, способно оказывать дифференцированное влияние на амплитудные, частотные и пластические свойства популяции нейронов. Длительное изменение эффективности модулирующих входов на основе индивидуального опыта способствует тому, что их активация может оказаться ключевым фактором при извлечении из памяти "когнитивной карты". Это выражается в восстановлении характеристик межнейронных взаимодействий и, соответственно, воспроизведении пространственного и временного паттерна активности нейронов, необходимого для реализации приспособительного поведения.

1. Выработка условного рефлекса двустороннего избегания достоверно влияет на свойства реакций нейронов поля СА1 срезов гиппокампа крыс, при этом направленность изменений зависит от стадии обучения. В гиппокампе крыс, декапити-рованных на стадии выработки эмоционально-негаи " ак

ВЫВОДЫ

зз

ОЭ ЮО «ст |

же как и в группе активного контроля обнаруживаются более высокоамплитудные ответы, что зависит от длительности поведенческого эксперимента.

2. Увеличение амплитуды ответов в поле СА1 гиппокампа крыс, декапитированных

на стадии выработки эмоционально-негативных условных реакций, не сопровождается изменением уровня фасилитации при парной стимуляции коллатералей Шаффера. При этом метод парной стимуляции выявил увеличение пула нейронов поля СА1, способных реагировать на раздражитель той же интенсивности, по сравнению с группой пассивного контроля.

3. После созревания механизмов, лежащих в основе длительной потенциации, вырабатывается классический (условнорефлекторный страх), но не инструментальные оборонительные рефлексы. Затруднения при выработке инструментальных рефлексов не связаны с незрелостью сенсорных и моторных компонентов.

4. На завершающей стадии выработки условного рефлекса двустороннего избегания потенциация суммарных реакций нейронов поля СА1 гиппокампа сменяется депрессией. Величина депрессии достоверно коррелирует с числом правильных условных реакций.

5. Уменьшение амплитуды популяционного спайка в срезах гиппокампа обучившихся

крыс при одиночном раздражении той же интенсивности сопровождается увеличением фасилитации при парной стимуляции.

6. Выработка инструментальных оборонительных рефлексов становится возможной в период созревания механизмов, ограничивающих возбудительные процессы в гиппокампе.

7. Низкоамплитудные ответы обнаруживаются в срезах гиппокампа крыс как сразу, так и через неделю после обучения. Однако уменьшения амплитуды популяционного спайка не наблюдается, если выработку условного рефлекса и декапита-цию производить в разных условиях. В этом случае снижение амплитуды наблюдается только после напоминания ситуации выработки или воспроизведения условного рефлекса.

8. Эффективность глутаматергических афферентных входов поля СА1 и их частотные свойства достоверно коррелируют с активностью ферментов начального звена электрон-транспортной цепи митохондрий (сукцинатдегидрогеназы и NADH-дегидрогеназы).

9. Независимо от типа сенсорных воздействий, в гиппокампе наблюдается асимптотический рост активности сукцинатдегидрогеназы.

10. Болевое раздражение (электрокожное раздражение лап) приводит к ограничению уровня прироста активности сукцинатдегидрогеназы при активации нейро-

нов гиgппокампа и увеличению доли участия NADH-дегидрогеназы в восстановлении протонного градиента митохондрий.

11. При сочетанием (животные, не достигшие критерия обучения) и несочетанном (активный контроль) предъявлении условного и безусловного стимулов активность NADH-дегидрогеназы зависит от соотношения их длительности. В этих группах при сходных значениях активности NADH-дегидрогеназы активность сук-цинатдегидрогеназы выше по сравнению с пассивным контролем, причем ее прирост достоверно коррелирует с увеличением амплитуды ответов нейронов поля СА1 гиппокампа.

12. В пластических перестройках, происходящих в гиппокампе на завершающих стадиях обучения при формировании адекватного приспособительного поведения, решающую роль играет ограничение активности сукцинатдегидрогеназного комплекса При этом активность NADH-дегидрогеназы достигает тех же величин, что и в гиппокампе крыс, подвергавшихся только биологически значимой стимуляции (электрокожное раздражение лап).

13. Процедура обучения вызывает достоверное изменение эффективности влияния некоторых биологически активных веществ на частотные и амплитудные характеристики ответов поля СА1 переживающих срезов гиппокампа.

а) Аппликация норадреналина не оказывает влияния на активность нейронов поля СА1 срезов гиппокампа крыс группы пассивного контроля. После процедуры обучения аппликация норадреналина приводит к потенциации суммарных реакций.

б) Аппликация серотонина на контрольные срезы гиппокампа способна имитировать процессы, происходящие в гиппокампе на завершающих стадиях обучения при формировании адекватной поведенческой реакции. Эффективность последействия серотонина на величину суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1 достоверно падает после выработки условного рефлекса двустороннего избегания.

в) Предъявление как сочетанных, так и несочетанных условного и безусловного стимулов вызывает усиление чувствительности нейронов гиппокампа к вазо-прессину. Усиление возбудительной фазы происходит по мере предъявления условного и безусловного стимулов и не зависит от эффективности обучения. Величина депрессии суммарных моносинаптических реакций нейронов поля СА1, наступающей после возбудительной фазы, в большей степени определяется фактором обучения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кудряшова И.В. Вазопрессинергическая система: эволюционный подход к анализу центральных функций // Нейрохимические основы обучения и памяти. Москва. Наука. 1989. С.68-85.

2. Кудряшова И.В. Роль "внутренней переменной" в рефлекторном поведении // Проблемы нейрокибернетики. РГУ. 1989. С.446.

3. Кудряшова И.В., Папсуевич О.С., Чиппенс Г.И. Влияние аналога вазопресснна на вызванную активность различных структур мозга // Известия АН Латвийской ССР. 1989. №6. С.94-99.

4. Антипина М.Ю., Кудряшова И.В., Фоломкина А.А., Круглнков Р.И. Следовые эффекты серотонина в гиппокампе // Журн. высш. нерв. деят. 1992. Т.42. №4. С.806-808.

5. Ноздрачева Л.В., Фоломкина А.А., Кудряшова И.В. Влияние сенсорного притока на уровень ферментов энергетического обмена // Бюл. эксп. биол. мед. 1994. №6. С.608-611.

6. Антипина М.Ю., Кудряшова И.В., Фоломкина А.А., Крутиков Р.И. Влияние серотонина на скорость пластических процессов в гиппокампе // Журн. высш. нерв. деят. 1994. Т.44. №4-5. С.859-861 (Antipina M. Yu., Kudryashova I.V. Folomkina A.A., Kruglikov R.I. The influence of serotonin on the speed of plastic processes in the hippocampus // Neurosci. Behav. Physiol. 1995. V.25. №6. Р.5П-513).

7. Фоломкина А.А., Антипина М.Ю., Кудряшова И.В. Длительность сохранения следовых эффектов серотонина при разных условиях стимуляции // Журн. высш. нерв. деят. 1994. Т.44.№1.С.163-166

8. Фоломкина А.А., Кудряшова И.В. Сходство эффектов обучения и аппликации серотонина на электрическую активность переживающих срезов гиппокампа крыс // Журн. высш. нерв. деят. 1996. Т.46. №1. С.93-99 (Folomkina A.A., Kudryashova I.V. Similary of the effects of training and application of serotonin on the electrical activity of live hippocampal slice from rats // Neurosci. Behav. Physiol. 1997. V.27. №2. P.I 11-116).

9. Kudryashova I.V. Frequency facilitation in the hippocampal slices of conditioned rats // Neuroscience. 1996. V.75. №3. P.695-702.

10. Кудряшова И.В., Ноздрачева Л.В., Фоломкина АЛ. Влияние электрокожного раздражения на уровень активации сукцинатдегидрогеназы и изменение параметров глутаматер-гической синаптической передачи в ответ на сенсорную стимуляцию // Бюл. эксп. биол. мед. 1997. Т.123. №4. С.404-407.

11. Кудряшова И.В. Влияние ограничения афферентного притока в раннем постнатальном онтогенезе на выработку оборонительных условных рефлексов у взрослых крыс // Журн. высш. нервн. деят. 1997. Т.47. №1. С.756-759 (Kudryashova I.V. Effects of limiting afferent flow in early postnatal ontogenesis on the development of defensive reflexes in adult rats // Neurosci. Behav. Physiol. 1998. V.28.№6. P.613-615).

12. Кудряшова И.В., Ноздрачева Л.В., Фоломкина АЛ., Кудряшов И.Е. Влияние обучения на пластические свойства синаптической передачи в гиппокампе и их связь с процессами энергетического метаболизма // Нейрохимия. 1997. Т.14. №4. С.409-419.

13. Кудряшова И.В., Кудряшов И.Е. Влияние вазопрессина на срезы гиппокампа обученных крыс // Журн. высш. нервн. деят. 1998. Т.48. №2. С.222-228 (Kudryashova I.V., Kudryashov I.E. The effects of vasopressin on hippocampal slices from trained rats // Neurosci. Behav. Physiol. 1999. V.29. №3. P.286-293).

14. Kudryashova I. The effect of learning on the relationship between hippocampal responses and energy metabolism // Conceptual advances in the studies of associative learning and memory.

1999. Moscow. P.63.

15. Кудряшов И.Е., Кудряшова И.В., Ситникова Е.Ю., Раевский В.В. Влияние деафферента-ции передней конечности в раннем постнатальном онтогенезе на формирование синап-тической передачи в гиппокампе // Журн. высш. нервн. деят. 1999. Т.49. №4. С.629-634.

16. Кудряшова И.В., Ноздрачева Л.В. Длительные изменения энергетического метаболизма клеток гиппокампа в результате обучения // Нейрохимия. 1999. Т. 16. №3. С.204-210.

17. Кудряшов И.., Кудряшова И.В. Влияние деафферентации передней конечности на пост-натальное развитие синаптической пластичности в гиппокампе // Журн. высш. нервн. де-ят. 2000. Т.50. №3. С. 157-165 (Kudryashov I.E., Kudryashova I.V. The effects of forelimb deafferentation on the postnatal development of synaptic plasticity in the hippocampus // Neu-rosci. Behav. Physiol. 2001. V.31. №3. P.305-310).

18. Кудряшова И.В. Различие изменений реакций нейронов в гиппокампе обучившихся и не-обучившихся крыс // XXX Всероссийское совещание по проблемам Высшей нервной деятельности, посвященное 150летию со дня рождения И.П. Павлова. Санкт-Петербург.

2000. С.230.

19. Кудряшова И.В. Изменение чувствительности к норадреналину нейронов поля СА1 гиппокампа крыс на стадии выработки условного рефлекса активного избегания // Физиология нейротрансмиттеров. Москва. 2000. С.48.

20. Kudryashov I.E., Kudryashova I.V. Ontogeny of synaptic transmission in the rat hippocampus // Brain Res. 2001. V. 892. №2. P.263-268.

21. Кудряшова И.В Реакции нейронов гиппокампа на разных стадиях выработки условно-рефлекторного избегания у крыс // Журн. высш. нервн. деят. 2001. Т.51. №2. С.182-188 (Kudryashova I.V. Responses of hippocampal neurons at different stages of acqisition of conditioned reflex avoidance in rats // Neurosci. Behav. Physiol. 2002. V.32. №2. P.121-127).

22. Kudryashov I.E, Onufriev M.V., Kudryashova I.V, Gulyaeva N.V. Periods of postnatal maturation of hippocampus: synaptic modifications and neuronal disconnection // Dev. Brain Res.

2001. V.132. P.I 13-120.

23. Кудряшова И.В. Синаптическая пластичность на разных стадиях обучения: зависимость от величины и локализации кальциевого сигнала // Нейрохимия. 2002. Т.19. №2. С.85-92.

24. Кудряшова И.В. Изменение сигнального значения условного стимула при выработке условного рефлекса двустороннего избегания у крыс // Журн. высш. нервн. деят. 2002. Т.52. №5. С.626-628 (Kudryashova I.V. Changes in the signal value of a conditioned stimulus during acquisition of a conditioned two-way avoidance reflex in rats // Neurosci. Behav. Physiol. 2003. V.33. №7. P.659-661).

25. Kudryashov I.E, Yakovlev A., Kudryashova I.V, Gulyaeva N.V. Footshock stress alters early postnatal development of electrophysiological responses and caspase-3 activity in rat hippocampus // Neurosci. Lett. 2002. V.332. P.95-98.

26. Кудряшова И.В. Участие ферментов энергетического метаболизма в гиппокампе при обучении // Нейрохимия. 2003. Т.20. № 1. С.5-11

27. Кудряшова И.В. Изменение чувствительности нейронов поля СА1 гиппокампа крыс к но-радреналину при выработке условного рефлекса двустороннего избегания // Нейрохи-мия. 2003. Т.20. №2. СП 1-115

28. Gulyaeva N.V., Kudryashov I.E., Kudryashova I.V. Caspase activity is essential for long-term potentiation//J. Neurosci. Res. 2003. V.73. P.853-864.

29. Кудряшов И.Е., Яковлев А.А., Кудряшова И.В., Гуляева Н.В. Ингибирование каспазы-3 блокирует длительную потенциацию в срезах гиппокампа // Журн. высш. нервн. деят. 2003. Т.53. №5. С.537-540.

30. Кудряшов И.Е., Кудряшова И.В. Возрастные изменения характеристик вызванных ответов в поле СА1 гиппокампа крыс после деафферентации передней конечности // Журн. высш. нервн. деят. 2003. Т.53. №6. С.794-801.

31. Кудряшова И.В. Модулирующие системы и их роль в приспособительном поведении // Нейрохимия 2004 Т.21. №2.С.85-91.

Подпись соискателя

»110 48

Подписано в печать 14 04.2004. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л 2. Уч.-изд л. 2 Тираж 120 экз. Заказ 248

УПП «Репрография» МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер , 4

Информация о работе

Кудряшова, Ирина Владимировна
доктора биологических наук
Москва, 2004
ВАК 03.00.13

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Нейрохимическая регуляция межклеточных взаимодействий при обучении
ВАК РФ 03.00.13, Физиология