Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нейрохимические корреляты участия стриатума в инструментальном поведении крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрохимические корреляты участия стриатума в инструментальном поведении крыс"

I £ г o q ¿

PQCCIOICKAÍi ЛКЛ,чЕ\Г.:Я ií/.УК Ордепо 'Грудаайго кряоного Золчзяк' йнсгкгут ckp/oxoi ^:; ;"меии M.П.Павлова

На праиих рукогмсл

KAÏ1TQBA îîiracca Влядимироиш

К25!Р0КСЙРЕ<2Ш КОРРЕЛЯТЫ УЧАСКй Ш«тЗ!Л В КНСГРЙ'лНТМЫШ ПОВЗДЭИй KKi'C

Спвгакялко^ть: C3.00.I3 - <&кяюж>гая человека v. кгаотшх

A И Т О р Е О 2 Р A 'Ï лясссртадоа яп cosortanw учоиоЗ стогюпи кададато йотлогачэсккх мзук

i

Спнкт-Пв те рЯу рт 1932

РьСутй ьнгахянаиа в Лаборатория физиология Еусаох но-рьн.);: доя'Хвлъности Института физаологж: кл./.И.1£аолойа РАН.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки РОФОР, доктор медтадаских паук, профессор К.Ф. СУВОРОВ.

Официальные огегононты: доктор биологических наук Н.А.ЕМЕлЪЯНОВ, доктор медицинских наук, В.С'.ГУРЕВЙЧ.

Ведущее учрвадэнив - виолого-по'гавннаг факультет Санкт-Потербургокого государствотаого унмвэрситета.

Зоеито состоится апреля 1992 года в час. на заседании

Специализированного совета К 002.36.01 Института физиологии й\с.К.Пл7авлоьа РАН ко адресу: 19Э034, С.-Петербург, наб.Макаром.6

С диссертацией моаио озназ-сомиться в ОиО.сиотекэ Институт» физиолог»: К.П.Павлова РАЯ.

. Азторофэрат разослан марта 1992 г.

УчвшЯ секретарь ' ,

Сдоцяалдзированного совета, . Э.А.Конза

кандидат биологических неук

: .: v ' ■Л'-. 1 vpi'J!i'-;fi i

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность прогуле мы ■ Исследование механизмов обучения яшяется одной и" центральных проблем современной нейробиологии. Несмотря на обширный фактический материал, накопленный в этой области, механизмы мозга, предопредоляициэ способность животных к обучению, оствются предметом интенсивных исследований и научных гипотез. ' "

На основании результатов многочисленных экспоркминтов оило высказано предположение, что в процессах: обучения к памяти ваяную роль играют возбуждающие аминокислотные медиаторы (глутамат и аеггартат) /Lynch, Baudry, 1984; Kennedy et al., 1989; Calverley, Jones, 1990/• Эта гипотеза, в основном, базируется на дапных, получешшх при исследовании гшшокампа. При сравнительном изучении способах и неспособных к быстрому обучений кивотннх оыли обнаружены различия в порогах'возникновения длительной потенциацин /Ramirez et al., 1988; Ramirez et al., 1989/ и количестве синапсов на гранулярных клгтках гишокампа /Gomez et al., 1990/. Эти факты подтверждают связь долговременной потенциоцки с наличием большего числа синаптячвских образований и вклад этого механизма в предопределение способности к обучении.

Вместе с тем, гиппокамл - не единственная структура мозга, . критически• важная для обучения. Согласно современным представлениям. в процессе. образования условных; рефлексов принимают участие практически все уровня головного мозга /Анохин, 1973; Батуеа, 1986; Судаков, Зилов, 1986; Mogenson et al., I9«(J; СосЗ.3, 1985/. Существенная роль а серийном програмулгровзния движений, то есть в организации переключения с одной двигательной программы ка другую, отводится стриатуму - одному из вакнеиьих компонентов системы базальных ганглиев /Арушвнян, Отеллин, 1н?6; Суворов, 1930; Суворов, Таиров, 1935; Шаповалова, 1Э85; Моциквоп et al., 198G; Iversezi, 1934; Cools,, 19-35; Nauta, 1986/.

Работы по изучению роля подкорковых структур в образован!!:! и осуществлении условиях рефлексов бнли начаты еще сотрудника;.« Павловской школа /Зеленый, 1928; Асратян, 1935 - цат. по: Мвйорог, 1954/. Исследование рол5Е корково-тадкоркошх взаимодействии! ч механизмах условных рефлексов является основной ■ научной темой Лаборатории физиологии шешэй нервной деятельности Института физиологи: им. Я.П.Павлова Российской академии наук.

Известно, что основным мадаатором кортиво-стриатшх волокит! является глутамат /luinl et al., 1933/. При хирургически;

повреждении кортико-стриатньк связей /Mittleman et, al, 1990/, а также при внутристриатиой блокада глутаматергической передачи наблюдаются существенные нарушения условнорефлвкторного поведения /Суворов, Войлокова, 1990; Суворов с соавт., IS90/. Исследования на модели с отсроченш/чи реакциями показали, что олокада глутаматних рецепторов ШЗА-тшга в стриатуме крысы 5-амино-фосфоновалериановой кислотой приводит к нарушениям запоминания /Hauber, SchsicU, 1989/. Введение другого Слоквтора NMDA-рецепторов - D-a-аминоадипинавой- кислоты - в стриатум собак вызывает замедление процесса обучения и нарушение реализации условного рефлекса. Блокада квисквалатных рецепторов стриатума даэткловым эфиром глутаминовой кислоты приводит к снижению числа ошибочных ответов на дйф5»рэнцировочшй сигнал и не влилот на ответы, вызванные положительным сигналом /Суворов, Войлоковз, 1990; Суворов о соавт., 1990/. Таким образом, блокада глутбматрэактивной системы стриатума может оказывать существенное влияние на поведежа животных. Можно ожидать, что модификации кортико-стриатной передачи являвтоя одним из механизмов включения стриатума в систему организации и программирования выученных двигательных актов. Таким образом, но исключено, что животные с •неодинаковой способностью к обучению характеризуются различной активностью глутаматергической системы стриатума.

Основным медиатором, - способном модулировать

-коотизсо-отриатше влияния, является дофамик ■ /Groves, 1983/. Этот медиатор- выраОаткзаетс-я клетками черной субстанции, аксоны которых оканчиваются на нейронах стриатума, получающих прямые кортикальные входа /Годухин, 196?; Jeasell, 1978; Reubl et al., 1978; Groves, 1983; Kieoullon et al., 1983/. Нейрохимические даншо свидетельствуют в пользу того, что обмен дофамина изменяется при выполнении уоловнорефпекторншс задач /Сеульская, 1&йГ, ISSS; Суворов с соавт., 19й2; Чивилэ'ва, Саульская, 1983/. а нейроформакологических . исследованиях обнаружено, что дофагдалэргические препараты способны изменять кок оощую двигательную активное!.., тек и уоловнорефдокторноа поведение животных /Banlnger, 1983; Суворов с соавт., 1984; Шаповалова,

T98Ó, гзаэ/.

В литературе имеются даяние о(5 активирующем влиянии искусйтвошюг'о повышения концентрации глутамата в стриатума на виорос хофамша из окончаний нигро-стрязийы нейронов /Годухин, 19Й7/. Таким образом, на исключено, что взаимодействие

глутчотергичдсксго и дофаминергкческого входов отриатума играет важную роль в механизмах обучэшгя и выполнения заученных рокций. В связи с этим представляет жторос изучение влияния прпмой активации глутаматреактивной системы стривтума не нигро-стриэтную дофаминергичаскуп сиотэму крыс о исходно различней способность» к обучению.

Цольи предотзаленноя работы' было 'выяснить, связана ли способность к выработке падевого инструментального рефлекса у крыс о функционированием дофамянергичаокой :: глутсматергичосчсй афферентных систем стривтума.

Основными задачами исследования были следующие:

1. Вияеить в популяции крыо ЛИНИИ* Спрэг-Доули животных с различной способностью к выработке теневого инструментального •рефлекса - •

2. Дать общую характеристику. участков связывания глутамотэ с синвятичезкики мембранами я лостсинаптичвскими уплотнениями, выделенными из стоиатукэ крыо.

3. Выяотшть. существует ли корреляция между способностью к выработке птдевого инотруконтальпого рефлекса я величинами параметров рвцэпторцого овязазвния глутаматэ в стриатумэ крас.

4. Сопоставить данные, полученные при исследовании реценторного связывания .глутама-ха в стриатумэ ■ крис, 'характеризующихся различной способностью к обучению, о аналогичными результатами, пояучакншя при изучения гпшюкампа и коры больших полушарий головного мозга.

Б. Сравнить уровни содержания дофэгешз м его метаболитов: гоиовашииновоЗ: а даокси$»нилуксусной кислот - в кигро-стриатноя сяотеке крыс,' рззличввщихоя по способности к наработке пищевого инструментального рефлекса.

6.- Изучить влияние маогокрвгшх вкутриогриатккк микроикъекцяй глутематз кз содержание дофамина, гомованилкновой и диоксифеиилуксусной кмолог в нигро-стркатиой евотвка крыс, способных л неспосоЯмх к выработка лицевого инструментального рефлекса а кемэре .Сйиниэра, 'о таюяэ на подвергавшихся обучогано кавотнах.

Научная навизза работа, Впервнз проведано сравнительное 'исследование рецепторного связывания глутамата о грубыми фракциями псстсияаптическшс уплотненна, виде легаши из стриатумэ, гиппокамна и. коры головного мозга нрыо, рязличащжея по способности к выработка шагового' инструментального рефмкеч.

Показано, что количество участков связывания глутамата в стриатуме у крыс, способных к быстрой выработке рефлекса, повышено ^о сравнения о животными, те подвергавшимися обучению, это соотношение сохраняется через дав месяца после окончания обучения. Повышение рецепторного связывания глутамата в гиппокампе отмечено лишь на стадии активного формирования I рефлекса. - '

Для анализа данных о влиянии многократных внутристриа.тных микрожгьекций глутамата ва содержание дофамина, его метаболитов и ГШК. в кигро-стриатной система' у крыс, различающихся но способности к выработке пищевого инструментального рефлекса, применен метод главных ' компонент. Метод • позволил выявить структуру комплексов биохимических признаков, определяющих различия мевду грушами экспериментальных кквоткых. Показано, что изменения содержания дофамина и его метаболитов в нигро-стриатноя системе, вызванные многократными внутристриатными микроинъекциями глутамата, обнаруживаются у животных, способных к быстрой выработке рефлекса, и у крыс, не подвергавшихся обучению. Кроме того, эти изменения нэ идентичны Ойогимическкм различиям мевду способными и неспособными к быстрому обучению животных. На основании полученных результатов высказывается предположение о более низкой реактивности нигро-стркатной дофаминергическоя системы у неспособных к быотрому обучению животных.

Теоретические значение работу! ■ Представленные в настоящей работе экспериментальные данные вносят вклад в разработку гипотез об участии возбуждавшей аминокислотной передачи в механизмах обучения, а также о роли взаимодействия мезенцафалического (дофаминергичвекого) и кортикального (глутаматергического) входов 'отриатумэ в предопределении способности к обучению.

Апробация работы. Материалы. диссертации доложены на межлабораторном заседании Института физиологии им. И.П.Павлова Российской академии наук и на заседании Санкт-Петербургского физла.г,огичоского общества.

ШЬШ И структура диссертации. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из 8 глав, включая введение и вывода. Диссертация иллюстрирована 29 рисунками и 1С таблицами. Список литературы насчитывает 219 источников, из них и - из русском языке.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Опыты проводили на 21В оамцах крцо линии Брга^ие-БагеХеу

восом 200-400 г.

Поводаическиэ окстеримэнты.

У 94 крыс •'ырабатнвали инструментальный пищевой рефлекс в камере Скшшера.Она представляла собой ящик 200x260x200 мм о прозрачными боковыми стенками. На парадней стенке были расположены две лампочки (26В, 1,2Л), падаль и отверстие кормушки (60x60 мм). Услоншм сигналом служил свет одной из лампочек (для части крыс - правой, для чести - лавой), подкреплением - семя подсолнечника или кусочки сара массой 30-50 мг. И первый дс:и. огшта крыс, предварительно лишенных пищи на трое суток, помещали в , экспериментальную камеру на. 5 минут. Обучение животных проводили в три этапа.

На первом этапа крыс обучали связывать щелчок, сопровождавший поступление • люди в кормушку, с появлением подкрепления. Каждый опыт н'э-двшом этапе обучения включал 1Ь сочетаний щелчка с выдачей подкрепления. В том случае, когда животное но поддало корм, находящийся па дна кормушш, реагировало на ¡полчки замиранием и т.п., его оставляли в экспериментальной камера в течение 10 мшут - в первый экспериментальный день и в-течение 4-х минут в последующие дни, предъявляя 5-8 щелчков, сопровождаемых пищевым подкрепленном.

Ка втором этапе обучения у . крыс формировала шщедооцватал! уи реакцию нажатия на педаль. На данном этята сначала подкреплял;! подъема но задние лепы вйяизи педали, ее обнюхивание, а затем --слабые касания. На данном этапе обучения длительность условного сигнала но ограничивали: лампочку отключила после выдачи лицевого подкрепления к включали с возобновлением исследовательской активности: яатвотного. Кавдиа опыт включал 15 подкрепляемых ¿лструмвнталышх реакций.

На третьем этапд обучения максимальная длительность условного сигнала (света лампочки) - составляла 17 секунд; длительность меяскгнального периода постепенно увеличивали до аи, секунд, так как при преадаврэмонном установлении 30 с маасигнальяого периода кивопше, совершив большое количество можсигнальных накатий, отказывались работать, йпгатное получало ■ ггодкреплэнио п случае", правильного решения задачи, причем количество предъявлений условного сигнала устанавливали таким образом, чтобы в точение одного сеанса крыса получала ¿и подкреплений:. По окончании обучения проводили тостирумзв! огаи» который включал 10 предъявлений условного сигнала,

сопровождавшихся • в . случае правильного решения задачи подкреплением. Сбучэнныда очиталаоь крнсн, реализовавшие. в тестирующем ста те не кенее 70» предъявлений условного сигнала. Длительность этапов обучения для каждого животного была ии^лвддуалыюа.

Основным параметром для оценки скорости образования условного рефлекса, служило количество экспериментальных дней, которое требовалось гивогяому для форшровагшя пищедобивательной реакции (завершение- 2-го этапа) и выработки условного рефшекоа на свет (3-й этап). При оценке способности к обучения текво учитывали "стабильность" результатов обучения. Они считались "стабильными", если краса ни уххдиалв рэзультата, достигнутого в предыдущий день опыта.

у "сысгрообучввдихся" крыо со "стабильным" поведением условный рэфли:со вырабатывался за 10-12 экспериментальных дней, у "быстрообучашихся" с "нестабильным" поведением - за 19-24 дня, у "медлоннообучэицжсся" - за 2Э-36 дней.

Кр-.'с декагштировали на оледуюаий день после тестирувдего опыта. -

Вытлопаа Мб»'?рзшшх' препаратов из ткэяи йшга крыо,1

Мозг извлекали, обмывали охлажденной дистиллированной водой, обсушивали фильтровальной бумагой. Не льду из мозга выделяли-стриатум, гишокамп или кору головного мозга,- которые помещали а 0,32 М раствор сахарозы. В одной пробе анализировали стриатума, полученные от 3-6 крыс одной группы, вору и ггапока«л от квадого кквотного анализировали отдельно. Образцы гомогенизировали в 0,32 Н растворе сахарозы в гомогенизаторе из органического стекла с тефлоиовш! пестиком (Б00 об;/мин).

Сюрптичеокио мембраны (СМ) выделяли катодом даффорои'лгального центрифугирования , /Двмбшова, Городам окия, 1984/. Выделенную фракции СМ отмывали в дистиллированной воде,

'работа по определению рэцопторного связывания глуташта выполнена совмоотьо с Л.И.Городинским, старшим научным сотрудником Лаборатории молекулярной кейробяояогии Института мозга человека РАН (аав. проф. О.А.Дамбинэва). Часть работы вытолнока на балд Лаборатории молекулярной тЯробиолсгии.

поело чего кекдую пробу делили на две части и повторно отмывали дистиллированной водой. Одну часть ресуспендировалк в 30 мМ трио-ацетатном Öj ¿ере р!{ 7,4 я хранили при +4 °С около 1,6 часов. Вторую часть ресуспендировояи в X мл 6 мМ трис-зцетэтного буфера pH 8,1 и использовали для выделения грубой • фракции постсинаптических уплотнений (ПСУ).. ПСУ выделяли модифицированным мотодом /Cohen'ot al., 1977;. Poster, Fagg, IS37/. Дня этого к I мл получошой суспензии СМ добавляли I мл . ХЖ Тритона Х-100 и инкубировали при 0-4°С 15 «кнут. После '.пткубации в пробу добавляли около 7 мл охлавдэкяой дистиллированной сода и центрифугировали при 80 __000 g в течение 30. минут. Полученный осадок рвсуспандаровали в дистиллированной воде и вновь осаждали. Выделенную таким образом грубую фракции ПСУ ресуеяендировали в &0 M.V грис-ацетатном буфере pH 7,4.

ргпудоденио рецопгорчого связывания о

поУбранными препаратами мозга.

Препараты СМ ПСУ (1,5-50 мнг Сежа в пробе) инкубировал:! с 0,1 мл среда, содвряашей 25-800 нМ L-t3H ]~глутамшювоИ кислота (ИЗОТОП, СССР) и 30 кМ грис-оцетатный буфер рК 7,4. Для изучения зависимости роцепторного связывания от присутствия в инкубационной ерэда неорганические ионов в среду добавляли 0,37-50 vii Са*'+, ■ 0,37-50 мМ С1~ и 50-200 мМ Ка+. Для определения фармакологических свойств рецепторов глутамата в инкубационную среду, содержащую it'U н!.! Ь-С^НЗ-глутамшговой кислоты, добавляли сдадукака 'ляганды: каи-¡:зт, АРВ, квискралат, АМРА, DKQX/FG-S04I, HbfDA, MK-80I, APV, иоо-теновуи кислоту2 --в•концентрациях 6,25-100 мйУ. Носпоцкфичвсков связывание определяли при наличии- в инкубационной скесч 0,1 мм намеченной глутсмяновой кислота. Илкубаци» проводили а SS-луночш« плзкгатах для иммунологических исследований. Рэакцко запускал; путем добавления мембранных препаратов "в инкубационную стсь. Чэрэз 25 гаыут инкубации при 37 °С омесь фильтровали под вакуумом чэроз фильтры' GJ/b, GF/c mni 'GF,'i (WHATMAii, Вэлнкобритания) с приборо для точечного бдоттикга . M'iniiold (SCHbEICHKB & SUrtbELL, ФРГ),'поело чего фильтры промывали 10-кратшл объемом холодного 00 кМ трис-ацетотного буфера pH '/,4, супили и заливали 5 мл стандарт-

9

Использованные в работе намеченные лигапды глутаматшх роцеггтероз были любезно предоставлены зав. Лабораторией молекулярной нейроои-ологии Института мозга человека FAH йроф.О.А.Дачсиыовой.

а

вой С1;.'.;г;;'л.-,яцчодасй омаса. Радиоактивность из:.:ерядя ко рокыг&, чем через Г4 часов после заливки сцинталлициондой сг«эад,е счетчика ИаеМега IV (1ХВ «аПак., йчияяди). Во всех слотах определение ро:;сптор.-:ого свизнваииг. проводили в чэтырэх параллельных пробах.

Содержание бежа определяли4 ^одафадаровоишм методом с ггс;:м9ке!:;:ьм кумнсси (ИаЯцбв о соевт., 19У4).

Житашиаов количество участков связывания глугамагэ а кокета;: гу диссоциации лкгонд-рецопторного комплекса оценивал;-у.'.'толом Скэгчарда /ЗсагсЬагЗ, 1949/.-

{с&яюшгэ ШЗШЙЗ лшщша ькутшатуиатаах чдоодяу&жвв! ^шзгаха аа £&щаанэ1 доззоод Я аш котаболигоа

й нетро-стги^тной уистохо.1,3 лч ололущяЗГ день поел? твоткруяцого езиа 15 крыс дь "с.-.-стротоучвыяхоя'' {"атособдах") и 9 я^сяоооо^х к онстрои ьаг.:.ооксч задавого "апструмэнтчльного рэфлскса) забрала для ^тр^гелонкл .ПА, ого ыпаболитов и в черней субстанции к

стр/атуме.

«осл»дсь>ч£к& многократных «шутрнстриараых

кк:сро1с;т-окшЯ глутамата кь поведение и содержание ДА, ГьК, ДиСуК I; ГА.\й в 1игро-стриатшй "системе было выполнено ка 2? крысах: 13-ти «о подвергавшиеся обучению ("наивных"4"), "бцстрообучаюются" ("способных"), и 7-ми нэспосоОкых к обучению в условиях-данного акоперимента.

В дорсалышй отдал стрявтума под гексеналовкм наркозом крысам билатерально взетвляли полиэтиленовые кашим для многократных - микроинъекций, Координаты вкиьлания составили: А-1,2-1,5 мм, 1»=2,2-2,6 мм, Н-6,5 мм от брегмы. Посла операции яявотлих содержали в издишдуалышх клетках до окончания эксперимента. Крисам вводшн раствор глутамата натрия СШШКЛ, ■¡ихослсвакяя), приготовленный на стерильном ернзиологячоездм

Работе выполнена совместно с А.Ф.Нкимовсшл, старакм научным с:отрудгии<ам Лаборатории физиологии висщаЯ нервной деятельнос-и ¡кегктута фкзио.похуи ям.И.П.Павлова РАН (сав. ВЛ'.ШуваеЕ!-

англоязычно!! литературе для обозначения грумы животных, н гмдьергонжхся обучению, принят термин "пахуе". Слоыеииая кгиьк "иаиьнио" пмзого термина "шойучешше" использована автором ¡■ого, чтоб;: но путать жчвогних донной группа с крисгиг, подаоргаь •..^жсс, осуч-чгл-л, но нг- обучавшимися в .условиях данно'

растворе, числа "намнах", "способных" "неспосоолчх" ку'::1? •>ылв сфюруг/.иоьаш опггааго и контрольные группы по 3-5 ххиогша.. Едадноппам ,юза глутомато в каждой оштио! группо кявок^х составила 5 гаг а С,75 ;я:л физиологического расгаора. лрому того, для лроьорки наличия дозозздисимого эффекта, "амщнч" крысам одно?» из групп вводили по С,5 мхг глутамата. Контрольной х^'зо.'чшс-' полувал;: мккропньокции 0,75 икл физраствора. Лрепарятм вводили ежедневно в течение 9 дкэй.

Первую у.жрой:1>окцкю проводили нопоерадстйоино поели операции. Наблюдения за поведанной ночяншм на агорой послооппрациондай день и • проводили через- 20-25 минут поело очередной ккронньекцв!. Зги наблюдения вклэчллп тестирование поводами в камера Скиняэрэ (для хивотеых, подвергавшихся обучений) и оцежу дьигатольной активности в открыток поле а день 7-й кикроиньысции ¡для всех кивотглх). Двигательную активность ь открыто:/, поле оценивали а точение 5 минут по количестсу пересеченных квадратов (165x165 км) и подъемов на задние логы. После дно о тестирование з камере Скиннара проводили .за сутки до докалитации, поело 8-й жкрешгьоэди.

Через 20 мшут .послй 9-й млкрокш-окцни ярко дакагалтирозали. Кз мозга видмляли стрлатум и черную суСстанид» . В гомогонатох ткани мозги ¡¿дуоржатрическ:: определяли содержание Г АМН, ДА и ого метаболитов: ГЗХ и ДОЗУК /Еаг1еу, Ьеопагй, 1973/. У крие, подвергавхадоя микроинъекцда!, ггравцй и . левый сгркатум анализировали отдельно, а правую и лаву-а чорнуа субстанцию - I; одной пробе. У остальных «плотных правуэ и левую структура тезга окалгзкэоввл!! в сдасй проба. йакйрмп'я проредили споктрофлуорлдатр-э (ГШАСШ, Япония).

5£СЕ38$П$5й.|$2аЯ !Й83ЙНЯ0 ?овул.ы'ата обрабатывали по "¡.'-критерию 0:'ьвдеито, и ¡ерхтйриа Хх квадрат, а также методом гловгоас южяолоя? /Яаяцси, 1951; Уилькксок, 1975; Ким с соавт., 1989/. Ранговые корреляции оиогквали по формулам, Спирмзнз и Кендэла /Юв, Кдндэл, 19&0/.

Бсо начисления поводили, используя програклккй Г'.ьхут "ЯГАКйиЖСЗ", версия 2.1 (КМЗХЭТХСА!. . СМЮ£С8 СОККМАТЮЛ", . СЯА), на персональных ЭВМ типа РС-ХТ/АТ.

утхьиш жхншш&я и овсидаиг •

3 процессе шроботки лицевого условного рефлекса в ксал»рэ Скккнора бцяо обнаружено, что ио вое яагвотшгв проявлплт одиникову:) способность к; формировании новика. Из 94 круо, пршадл&дадаяях к в

группам по 9-30 животных, Б1,2 6,6 % составив "оистро-обучащкося", 23,6 - 6,8 Ж - "йедленаообучаюциеся" и 20,2 - 2,7 % - неспособные к обучению аивотше. Необходимо отметить, что в кандой из 6 гругш соотношеже "быстрооручашихся", ''медленнообуча-юдяхся" и неспособных к с. учению животных по критерию Хи-квадрат достоверно но отличалось от такового, вычисленного для всей выбор' ки. Это- позволяет предположить, что в популяций крыс лики.: Бртасио- Рая1еу существуют гшютныэ с различной способностью ¡с ооучошв, причем имеет место примерно 'постоянное соотношении числэнностеЛ "бнстрообучашцихся", "мадлениооОучащихся" я

"КССЛОСОбИХ" особей,

¡'сследование связи способности к обучение с двигательной шголодоьатсльской активностью катодом вычисления косфидаовтсв ранго£о;г коррвлляции показало огсуготвив зависимости уошвноотг обучения от параметров активности в "открытом поло". ..

Тоадицконно нэодинэкозу» способность к обучению связыво»? с генетическими различиями между кивотшми /Тгуоп, 1940; Беапе, 194Э; Сс.'озз ег а1., 1990/. В описываемом случае эксперименты были про во донн па крисвх чистой генетической линии Зр.га£ие-1]а?г1еу. В лкторотуро имеются данные ' о влиянии опыта, в том числа и социального, на условность выработки условного рзфлекса у крьх /МПНыыз, 1,1вг1е, 1988/'. Не' исключено, что обнаруженные нами различая в способности к обучению являются отражением социальной структура популяции лабораторных грызунов, .¡ибо других факторов, по. учтенных в настоящем эксперименте. К сожалению, выяснение причин неодинаковой способности к обучению в популяции крыс одной •и той же линии находится аа рамками данной работы, хотя, несомненно, это явление должно служить предавтом для дальиэйаего изучения.

Результаты исследования показали, что у крыс, способных к быстрому формированию инструментального пищевого рефлекса, рецоп-горное связывание глутамата в стриатума выше, чом у тавотных, иоспосоОшк к обучению в условиях дашого эксперимента. 1ак, .«риса, способные к быстрому обучению, характеризовались омкюм уровнем рэцопторногл связывания, чем "мэддешюоОучсюдкооя" кивот-ньо с "нестабильным" певддэяием, у которых инструментальный назик на бал шрмЗотек. У "мвдлокнообучакарися" крыс со "стабильном" воэддаивии, у которых к 24 дню опита бил сформирован шщодоопиа-топьиый' наг ж, рецепторяоо связывзнко глутамата в стриатума оказц-во/.ооь ваше, чем у .гжеотных, неспособных к обучении. Далыюйили

ссперимздты показали, что обнаруженные различия оСусловлены нойи-шным количеством участков связазания у "быогрообучаюцихся" ки-)г:шх со "стабильным" поведением по сравнению с крысами, не нод-)ргекмнися обучошга (рис. 1,1). У "быстрообучьицихся" животных с юстабилышм" поведением отмечена аналогичная . тенденция же.1,2). Такое до соотношение по количеству учестксв связывания сутамата в стрпату í.'.e «я«ду "быстрообучзицимися" и "наивными" сохраняется чороз два месяца после окончания обучения экс.I,1*,2*). Необходимо отметить, что крысы, демонстрировавшие locoOnocib к быстрому обучении при "стабильности" поведения, зело двухмесячного перерыва сохраняли условный рефлекс, в то mvh как "быстрообучающиася" животные, повэдение которых оило юстабиль^ым", через два месяца показывали лишь 40-Ь0% уровень эализации условного peiJüioKca. Это говорит о возмоггноя связи обнз-/:коишх различий по количеству участков связывания глутаката в гриатумэ с процессами долговременной памяти. "Медленнообучакда-я" ¡йизотнне с "нестабильным" поведением, у которых за 29-36 дней •;л выработан условный рефлекс на свет, характеризовались кэныда.! аличество.ч участков свягивания глутемата в стриатумэ, чем крысы, а подвергавшиеся обучэнию (рисЛД). Следовательно, обучение но цзчвало увеличения количества участков связывания глутачата а триагукэ у ¡животных этой группы. Тагам образом, можно предполо-ать, что различия по количеству участков связыеш. ш глутэ»,:зта в триатумо существуют и до обучения, и у "быстрообучвгащихся" кизот-u?. этот показатель оказывается вике,-чем в среднем чо выборке, о "шдленнообучакдихся" крыс с "нест "'бильшм" поведением - кияе.

В отличие от рецопторного связывания в стрнатуые, этот про-осс о гишюкомпз, по виддаому, подвораеи изменениям в ходе вкра-отки условного рефлекса. Наая •исследования показали, что коли-ество связанного глутамата повышено у гэх мизотньж, которыо нзхо-ятся на стадии фэрмдровакия условного рефлекса на свет ("быстрс-бучашаяеея" о "нестабильным" поведением и "мэдлешгообучакцкася" о "стабильным" поведением). У тех ярые, у которых выработан, проченный условный рофлэкс на caer, рацэпторное связывание глута-ата в гишокамие- находится но уровне этого показателя ноопоосоют обучению животных. По количеству связанного глутамата у ".модло;:-ообучьюцгкся" крыс с "нестабильным" поведением, у когорих по был иработак пщодобывательяый навык, однонзпразлогешх отличй! от ивотпих других-групп m наблюдалось. Сроднее ззпчоыга константы

Í00r

¿co-

reo

1

/

/

у

/ v

А í

У

Ib и и

т

(с

н

X

1

2

Риз. . I. Максимальное количество участков связывани глутачзга . на постоинаптнчесхих уплотнении, выделенных и стркатука крыс, различавшихся по способности к обучению (а % с величина "наивных" кивотнгх).

Uto. Л.

агитркхопаншга столбиск соответствует "каиакш" крысьи сьетлиэ - кивотным, подвергавшимся обучению: I "бымроосучавщкмоя", характорязуицкадя "стабильная" паведеше* 2- "онстрообучаадимол", хврактеризузвдмся "не-стабнльш»" повадь кием; 3 - "модлоннообучаяжз-шоя" крысам; 1* "быстрооеучашцимся", характеризующимся "стабильным" поведете» чареа - два месяца после окончания обучения; 2* ,;быотросбу1авдкмся*, характеризующимся "нестабильны

поведением, через два месяца посла скончания обучения. '

Вертикальными штрихами показаны 1'раницы 95% доверительно] интервала.

лоо -

/so -

too -

60

_LI_L_ \

1 Z 3

Рис. 2. йючокян Koitoraii? диссоцияцяи жговд-^л^пторкого яавшяоо (iШ. оц9Ш1ла>» Juli penoavóptovo сая-Лпиай rxyrey.r.ri о иоотс'.нглт^чнскк.т уплотни¡u:.4.v.¡:, ввдчл5.;аш.',х "3 гжтлоют":-] {!>, ""огг.осоонкх" (2) я "ада* лее" {Hi кр:«с.

диссоциации' лигонд-роцопторнаго комплекса, соответствующее ехвот яш, у которых к моменту биохимического анализа Оил - аыработЕ гатщадобшятэльшй навык нажатия на падаль, било щшэ, чем у крьс но опособннх к быстрому формированию навыка и у животных, ¡¡о п01 вергившихс« обучению (рис.2). Полученные данные позволяют прэдпс дожить, что по море образования пищевого инструментально! рефлекса происходит перестройка активности • глутаматшх рецепторе гиппокемпа, в процессе которой, на стадии активного формироваш условного рефлекса, повыпается уровень рецепторного связывай: глутамата. ■

Таким образом, если различия рецепторного связывании глутамата в сгриатуме существуют до обучогая, предопредели: способность к формированию п.тщавого инструментального рефлекса то рецепторное связывание в гиппокакпе носит более динямичн»! характер', новцааясь на стадии активного формирования условное рофлокоа на свет и снижаясь до исходного уровня при раглизаци. упроченного условного рефлекса.

Исследование фармакологического профиля рецепторног связнвэ'шя гдутамата с постсинапгичоскими уплотнениям/ выделегашми из мозга крно, показало наличие участков свяэывани кеискваяата. , Литературные данные об участки возбуждающи аминокислот в развитии длительной потенцкации позволяю предполагать, что вводная фаза длительной потенциации связана активацией ЮША-рэцепторов, которая приводит к повышена концентрации кальция в нейронах, в то время как стационарная фаг длительной потенциации сопровождается повышенном чуаотвитэльност постскнаптнческЕХ, рацэпторов квисквалатного/камнатного тиг /Еаг1сэ ег а!., 1939; Кешейу, . 1989/. Таким образом, наолвдаемс вами изкшеапе чувствительности рецепторов глутамата в гкппокамг жмвог бить отрааениэы огамисшзрноз фозн длительной вотвндаащи вознякавчэй в данной структура мозга на стада! активно! формирования условного рефлекса.

Различий по уровни рецепторного связывания глутамата в ко; головного мозга у животных с разной способностью к обучению незжх экспериментах выявлено яэ было.

Наши исследования показали, что, помимо повышенно: количества участков связывания глутамата в сгриатумэ, у слосоош к обучению кивотшх возрастает выброс дофамина в этой структу; мозга и увеличивается содержание дофамина и его метаболитов черной субстанции (ряо.З)., Это позволило предположить, ч

Ofi

о,6

0.4

ол

/ V

's

O.o

Ofi

XX

rb

48

У

/

у

<м

j/

Рис, 3. Содержание и мэтаболизм дофамина в ипгро-стриатнаа системе крыс, способных (заштрихованные столбика) и неспособных (светлые столбики) к быстрой виработке пищевого инструментального рефлекса.

I - содержание ГШ а отриатуме (нг/мг); II - содержание дофамина в. черной субстанции (нг/мг); III - содержание ГВК в чорноЯ субстанции (нг/мг); IV - содержание ДОФУК в черной, субстатуи (нг/мг). Достоверность различий мэвду группами: * -1'<0,С5; «* - Р<0,01.

способность к обучению определяется взаимодействием глутаматоргической и дофаминергической систем стриагума. НоipoMoploлогические и нейрохимические основы этого взаимодействия в настоящее время являются предметом интенсивного изучения /Годухин, 1937/. Нас ^интересовали изменения обмена дофамина в нигро-стриоткой системе крыс, различащихс'я но способности к выработке пищевого инструментального условного рефлекса, при искусственном повышении содержания глутамата в стриатуме. Было обнаружено, что у но подвергавшихся обучению мыотных поело многократных внутристриатиых микроинъекций глутамата в 'стриатумо повышалось содержание гомовашиишовоа кислоты, у "способных" юшотных в этой структуре мозга регистрировалось повышение содоржзшш дофамина к даоксифчнилуксусной кислота, в у "неспособных" содержание дофамина и ого метаболитов в нигро-стриатной системе не менялось (рис.4). Повышение выброса дофамина в стриатуме при иокофоротическом подведении глутамата или при активации кортико-стриатшх входов зарегистрировано в многочисленны* экспериментах /Giorguieff et al., 1977; Nleoullon et si., I&7S; Roberts, SlKirlf, 1978; Roberts, Anderson, 1979; Rudolpli et ai., I9S3; . tVerllng, KcMahon, 1989/. Обнаруженное нами повышение c< держания гомоаатшшовой кислотьг в стркатуыэ необучавшихся крг согласуется о вгими результатами. Увеличение уровня немэтаболиз! рованного дофамина и диохмфэнилусксусной кислоты в стрив'ту/ обученных крыс после ввадэяия глутамата кохот опть результат» того, что активность катехол-О-метклтрансфёрззы (фермента образ« ваши гомовашшшовой кислоты из дофамина) оказывается шдост точной для того, чтобы окислить дофамин, выброс которого увелич Бается кок в. результата обучения, так и в ответ на искуссгвеш! лоымоние содержания глутамата. Тот факт, что у неспособных обучении крыс при увеличении концентрации глутамата в стриэту обмен дофамина в данной структура мозга не изменился, согласует с пониаондкм уровнем рецэпторного связывания глутамата в стриату этих животных. Так как на фракцж поотсинагегачвскшс ушютивн присутствуют квиСкввлэтные рецепторы, можно предположить, ч влияние глутамата на выброс дофамина в стриатуме опосрадовг рецепторам! квисквалатного типа. Однако эти данные не могут бь использованы для уточнения локализации квисквалатных рецепторов дэндритах клоток SI или на окончаниях дофаминоргических нейроне Усиление выброса дофамина в стриатуме может быть опосредозг

1 | Н

Hfl о* 0,5 0.3 0.1 ь i г Б / • Ь 4 [Ь X гЪ 2 rh rb |Ь

V/> й > / / Sw t й / 15/глг г Й' 1 Т>!р Й г / й / / ол ri иt t s J 4 -L 2 ; ФА / / / Чип к А / / / / ff] КС й

щ//ühaffliSmi 0 Snx ф5к/г ф faeqfrfw

Рио. 4. Содержание и метаболизм ' дофамина в стриатуме А -"наивных" крыс; Б - "способных" (заштрихованные оюлбтп) я "неспособных" ¡(светлые столбики) животных после внутристриарного введения физраствора (ф/р), б мкг глутамата (5. мкг) и 0,6 мкг глутамата (0,5 мкг).

X - содержание ГВК (нг/мг); 1Г - содержание ДОФУК (нг/мг); III - содержание дофамина (нг/мг). Достоверность различий мевду груштЕми: * - ?<0,05; ** - Р<0,01.

активацией ГАМК-ергических нейронов . приводящей к тормокентс ГАМК-ергических клеток ретикулярной аонн черной субстанции, которое, в свою очередь, приводит к дезингибировакию дофаминоргичв гадах . нейронов компактной зоны черной субстанции. Точный ответ на вопрос, каким образом осуществляется регуляция глутаматои шороса дофамина, монет быть дан только о привлечением тонких електрофази-ологически методов. К ооиалению, ва рамками данного исследования остался и другой интересный вопрос: участвует ли дофамин в регуляции функции глутаматроактивной система стриатума (не исключено, что повышение количества участков евязнвяния глутачята в стриатуме способных к обучение крыс вызвано усилением обмена дофамина : нигро-стриатной оистемэ животных атой группы). Тем не менее, полученные результата являют о я вашим свидетельством участия дофамин-ергичзской и глутаматэргичвекой систем стриатума в формирована инструментального рефлекса на специфический оенсорный сигнал.

вывода

1. Крысн линии Спрэг-Доула демонстрируют индивидуальные . ' ' различия по спэообнооти .к выработке пищевого инструментального

рефлекса на сеэт. В популяции крае линии Спрзг-Доули 51,2-5,62 составили "быстрообучакциеся", - "кедлеяаосбучавдиеся"

■ и 20,2*2,7% - вэопосабнна к обучении особи.

2. Количество участков связывания глутвмата поатсинаптагчесгами уплотнениями, выделенными из стриатума крыс коррелирует оо способность» к обучению (коэффициент ьоррвляци Спирмзна равен 0,8 Р<О,0Б). У еивотеых., споообках. к быстро выраоотке инструментального рефлекса на свет, данный показател вше, чей у крыс, не подвергавшихся обучению (Р<0,05); гт соотношение сохраняется чорез два месяца после окончания обучения

3. Рецепторао© . связывание глутанвта с препаратами поатоияапгичас^за: уплотнений, Евдеденшх из гишхокампа крыс, 'товншается на. стадии активного формирования условного рефлекса на свет. - Изменения соотношения квисава латного' и ЮГОА- подтипое гдутаматшгх рецепторов в'пшпокеше при этом не обнаружено.

4. У крнс, способных к быстрой внработхе пкцэвогс инструментального рефлекса, повышено оодврзание дофамина, гоковошотпювой и диокЬнфэшмуксусной кколот в черной субстанции, а также уровень гомованялпновой. кислотн в стриатумэ {Р<0,05).

б. Кногократнне мпкрокныэкции глутамата в дорсальный ош стрлатука крыа приводят I: различным изменениям содержания и мен болизка дофамина в заввсииоотя от способности к быстрой внрабок

\

цевого инструментального рефлекса. Повышение содержания гомова-яшоесй кислоты и скитание уровня диокоифонилуксуской кислоты Злюднотся в стриатуме крнс, но подвергавшихся обучонию. Уволиче-5 содержания дофамина отмочается в стриатуме способ1шх к обуче-о животных. У неспособных к обучению крыс содержание и метзбо-зм этого медиатора б нигро-стриатноЯ системе не меняется, утриетриатные микрогегьекции глутомата не отражаются на поведении не в открытом поле и в камере Скиннера.

Список работ, опубликозанных по тема диссертации: Карпова И.В. Содернвние дофамина, его метаболитов и ГАМК в гро-стриарной системе крыс с равной способностью к обучению. -рн. выси, нервн. деят-ти, 1992, т.42, N"1, с. 173-176. Карпова И.З., Городинский А.И. Рецепгорное связывание глутамота стриатумэ обученных и необученных крас. - Нейрохимия, 1990, V 4, 435-433.

Карпова И.В., Якимовский А.Ф. Влияние глутамата на содержание и габолизм дофамина в нигро-стриатной системе крыс, различающихся способности к обучению. - Физиологический журн. СССР, 1992, 78, ,4 3, с.53-61;