Нейронная активность скорлупы мозга обезьяны, обученной оперантной деятельности

Филатова, Елена Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Нейронная активность скорлупы мозга обезьяны, обученной оперантной деятельности
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейронная активность скорлупы мозга обезьяны, обученной оперантной деятельности"

ФИЛАТОВА Елена Владимировна

На правах рукописи

003067307

НЕЙРОННАЯ АКТИВНОСТЬ СКОРЛУПЫ МОЗГА ОБЕЗЬЯНЫ, ОБУЧЕННОЙ ОПЕРАНТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2006

003067307

Работа выполнена в лаборатории интегративных функций мозга (заведующий-профессор доктор медицинских наук Б.Ф. Толкунов) института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН.

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук, профессор Б.Ф.Толкунов Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор М.Н. Цицерошин Доктор медицинских наук, профессор А.Ф.Якимовский Ведущее учреждение: Институт физиологии им.И.П.Павлова РАН

Защита состоится 16 января 2007 года в_часов на заседании диссертационного

совета Д 002.127.01 при институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, по адресу:

194223 Санкт-Петербург, пр. М.Тореза, д. 44, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН.

Автореферат разослан//декабря 2006г. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук М.Н.Маслова

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы.

Исследование нейрофизиологических особенностей различных структур мозга, в частности структур входящих в состав базальных ганглиев представляет несомненный интерес. Это связано с ключевой ролью стриатума и связанных с ним структур в формировании и выполнении нормальных форм поведения (Толкунов 1978, Шуваев 2001, Grayble 1995). Нарушения в работе базальных ганглиев приводят к, необратимым в первую очередь, двигательным патологиям (обзор: Якимовский 2006). В связи с этим, сложились представления об экстрапирамидной системе и первостепенной роли стриатума именно в двигательной сфере. Современные представления о базальных ганглиях базируются на морфологических исследованиях, с одной стороны, формирующих представления о базальных ганглиях, как системе открытых и закрытых функционально сегрегированных петель, замкнутых на различные отделы коры и связывающие миндалевидное тело, черное вещество, бледный шар и ядра таламуса со стриатумом. С другой стороны, перекрывающиеся проекции практически из всех зон коры создают возможности широчайшей интеграции на уровне стриатума.(Parent & Hazrati 1995, Nambu et al 2002).

поведенческий акт, состоящий из последовательной цепи разнородных этапов. Исследования нейронной активности скорлупы обезьяны, выполняющей последовательные этапы такой поведенческой программы, показали, что нейроны скорлупы вовлекаются в организацию как сенсорно-когнитивных, так и моторных этапов поведения, при этом одни и те же клетки могут входить в состав нейронных мозаик разных конфигураций, соответствующих разным моментам поведения (Толкунов с соавт.1998). Последующие эксперименты с использованием той же поведенческой модели показали, что число реагирующих нейронов от этапа к этапу меняется незначительно. Меняется состав реактивных клеток. При этом на каждом этапе он формируется преимущественно из числа клеток активных на предыдущем этапе (Толкунов с соавт. 2002). Использование подобной поведенческой программы позволяет исследовать как специфические клеточные реакции, связанные с конкретным действием животного, так и неспецифические, охватывающие разнородные действия животного. В связи с этим встает вопрос о роли различного типа клеточной активности в механизмах формирования мозаик реагирования.

Многочисленные работы указывают на наличие в стриатуме 2х типов функционально специализированных нейронов, которые преимущественно участвуют в тех или иных формах поведения (Alexander & DeLong.1985, Kimura et al.1984). Нейроны с низкой частотой фоновой активности (1-2 имп/с) первого типа относят к проекционным нейронам, составляющим около 95% нейронов стриатума, а клетки с более высокой частотой (3-10 имп/с) второго типа относят к холинэргическим интернейронам. Активность первого типа клеток связывают с подготовкой и исполнением движения различных частей тела и глаз, при ориентировочных реакциях и подкреплении (DeLong 1972). В активности клеток второго типа такие реакции не наблюдаются, в то время как в процессе обучения эти клетки приобретают способность к координированным реакциям на условный сигнал (обзор: Apicella 2002). Несмотря на выделение функциональных классов нейронов, исследователи показывают наличие в скорлупе клеток, одинаково реагирующих в различных условиях эксперимента и отвечающих более чем на одном этапе поведенческой программы (Kimura et al.1992, Inase et al. 1997). Кроме того, в связи с наличием различных реакций у клеток одного типа, исследователи вынуждены выделять

разнообразные подтипы участвующие в тех или иных формах поведения (Уата(3а й а1 2004). Таким образом, вовлечение нейронов в формирование поведенческого ответа не однозначно зависит от их принадлежности к тому или иному типу. В экспериментах, где не было специального отбора того или иного типа клеток, было показано, что в ходе выполнения обезьяной последовательно разнородных этапов поведенческой программы при переходе от одного этапа к другому преимущественно вовлекаются одни и те же клетки (Толкунов с соавт. 2002). Это позволяет предположить, что если бы за выполнение разного рода деятельности отвечали бы разные типы клеток, то на последовательных этапах активировались бы разные клетки. В связи с этим возникает вопрос, каким образом достигается специфичность выполнения разнообразных поведенческих моментов.

Цель работы.

Исследовать характер нейронной активности скорлупы мозга обезьяны, обученной выполнению многокомпонентной поведенческой программы и выявить особенности специализированных и неспециализированных нейронных реакций.

Задачи работы.

1. Исследовать характер реагирования нейронов скорлупы. Определить типы клеточных реакций и наличие специфического участия разных типов клеток.

2. На основе сравнения импульсной активности, зарегистрированной во время выполнения животным правостороннего и левостороннего задания выявить роль различных типов реагирования в дифференцировке задачи.

3. Выяснить, находит ли отражение в нейронной активности целостность выполняемого поведения.

Научная новизна результатов исследования.

Обнаружены функционально специализированные реакции, присутствующие у большинства исследованных нейронов, относимых к различным функциональным типам.

К таким реакциям относятся тонические и фазические реакции, играющие различную роль в формировании нейронного ответа.

Показанная в данной работе роль тонических реакций, присущих большинству клеток скорлупы, в формировании блоков, входящих в состав целостного акта позволяет по-новому взглянуть на вопрос о функциональной специализации клеток. Блоки

нейронной активности формируются в связи с близлежащими целями, промежуточными по отношению ко всей задаче и охватывают не просто набор движений, а именно целенаправленные действия входящие в состав целостного акта.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Количество вовлекаемых нейронов скорлупы не отражает специфику этапов выполняемой программы. Оба типа, выделенных по частоте фоновой активности нейронов, активны на всех этапах программы.

2. Все обнаруженные типы реакций присутствуют как у высокочастотных, так и у низкочастотных нейронов. Реакции различного типа: возбуждающие, тормозные, фазические, тонические, дифференцирующие и недифференцирующие, контра и ипси-латеральные обладают спецификой в отношении различных периодов поведенческой программы.

3. С поведенческими аспектами программы наиболее тесно коррелирует дифференцирующая активность клеток, в особенности, их тоническая часть и, в еще большей мере, контралатеральные тонические реакции.

4. Установлено, что тонические реакции группируются в отдельные блоки, приуроченные к ключевым моментам поведения, связанным с достижением промежуточных целей в рамках общей задачи.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Подробное иссгедование специализированных реакций нейронов скорлупы позволило приблизигься к пониманию нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе осуществления целостного поведения, состоящего из отдельных действий. Результаты рабо?ы показали приоритетную роль способа вовлечения клеточных элементов в формирование нейронного ответа над типом участвующих клеток.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации были доложены и обсуждены VIII Международном симпозиуме «Базальные ганглии и поведение в норме и патологии» (Сгйкт Петербург 2002), XIX Съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова (Екатеринбург 2004), на I Съезде физиологов СНГ (Дагомыс, 2005), XIII международное

совещание и VI школа по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург 2006), на второй международной конференции по когнитивной науке (Санкт-Петербург 2006). По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей в рецензируемых журналах и 7 тезисов докладов на российских конференциях.

Структура диссертации.

Диссертация изложена на 130 страницах и состоит из введения, трех глав (обзора литературы, материалов и метода исследования, результатов и обсуждения), заключения, выводов и списка литературы (включает 203 источника). Диссертация иллюстрирована 27 рисунками и 1 таблицей.

Материалы и метод.

Работа выполнена на двух самцах обезьян (Macaca nemestrina и Macaca mulatta). В процессе эксперимента обезьяна находилась в приматологическом кресле. Поведенческая программа представляла собой цепной инструментальный рефлекс пространственного альтернативного выбора, состоящий из ряда последовательных действий и операций. После предупреждающего сигнала и паузы открывался экран, закрывающий доступ к рычагам и обезьяна выполняла поведенческое задание, в случае успешного выполнения которого получала пищевое подкрепление. Для сопоставления выполняемых действий и параллельно регистрируемой активности нейронов использовали следующие отметки. Начало предупреждающего сигнала, открытие экрана, момент, когда обезьяна нажимала обеими руками на два рычага, появление условного сигнала, который включался автоматически после паузы в 300 мс, снятие одной из рук с рычага, момент прикосновения пальцев этой руки к рычажкам включения кормушки, включение кормушки. По этим меткам выделяли 15 этапов выполнения поведенческой программы. 1. Ответ на предупреждающий сигнал; 2. Ожидание пускового сигнала; 3. Ответ на пусковой сигнал (открытие экрана); 4. Начало движения двух рук к рычагам; 5. Захват и нажатие двух рычагов; 6. Ожидание условного сигнала (УС), который появляется через 300 мс после того, как оба рычага нажаты. 7. Реакция на УС (загорание лампочки слева или справа). 8. Принятие решения и инициация движения; 9. Снятие выбранной руки с рычага и начало ее движения к манипулятору включения кормушки при одновременном удержании другого рычага; 10. Конец движения выбранной руки; 11.Включение пальцами этой руки

манипулятора, управляющего кормушкой; 12. Щелчок автомата подкрепления; 13.Ожидание появления подкрепления (хлебный шарик); 14. Захват пищи и перемещение ее ко рту; 15. Поедание приманки.

Когда животное было обучено выполнять поведенческую программу, под кетаминовым наркозом производили хирургическую операцию по вживлению микроэлектродной системы. Координаты введения направляющей в 1 серии эксперимента - правая скорлупа (А 16,5; L 8; Н 4,5-8), во 2 серии - левая скорлупа (А 16,5; L 8; Н 5-7,5), в 3 серии -левая скорлупа (А 15,5; L 8; Н 6,5-8.) (атлас Sneider S. A. and Lie J. С. 1961). Микроэлектродная система состояла из микроманипулятора, посредством которого независимо перемещались семь платиноиридиевых заточенных микроэлектродов в кварцевой изоляции (d—бОмкм) и направляющей, представляющей из себя гребенку склеенных микрокапилляров в каждом из которых располагается микроэлектрод (Орлов A.A. и др. 1989: Калмыков И.Ф., Орлов A.A. 1994).

Через миниатюрный предусилитель сигналы подавались на входы усилителей и через восьмиканальный АЦП (время преобразования 125мс) накапливались on line в памяти компьютера. Амплитудная дискриминация нейронной активности и запись проводилась под контролем осциллографа. В анализ нейронной активности вошли только правильные реализации программы, при которых животное получало подкрепление. Отдельно рассматривалась нейронная активность, зарегистрированная во время выполнения лево и право - стороннего рефлексов. Анализ нейронной активности проводился путем построения релятивных гистограмм (Толкунов Б.Ф.1997). Для каждой группы клеток производилась запись импульсной активности в течение 30-40 предъявлений экспериментальной программы. Перед каждой программой регистрировалась фоновая активность нейронов. Реакцией считалось статистически значимое (Р<0,05) повышение или снижение частоты импульсной активности клетки по сравнению с фоновой по t-критерию Стьюдента. Отклонения в большую сторону классифицировались как возбудительные реакции, в меньшую как тормозные. Были выделены два типа реакций -фазический и тонический. Первый, когда реакция клетки ограничена пределами одного этапа программы, второй, когда активность охватывает два и более этапов подряд.

Реакции каждой клетки сравнивались при право- и лево - стороннем задании на каждом этапе поведенческой программы отдельно. Если клетка, на конкретном этапе, одинаково реагировала при правых и левых реализациях то такая реакция считалась недифференцирующей. Дифференцирующей на этапе, считалась реакция, когда клетка при правых и левых реализациях реагировала различным образом, сюда входили случаи, когда реакция наблюдалась только при реализациях на одну сторону или когда они носили разный характер (возбуждение и торможение). Если при сравнении левых: и правых реализаций частота импульсной активности на отдельном этапе была выше, когда сторона подкрепления была противоположной исследуемому полушарию, то такое превышение считалось контралатеральным, в противном случае - ипсисилатеральным.

С целью сравнения активности клеток, отличающихся по своим базовым параметрам были выделены две группы клеток: высоко и низкочастотные нейроны. Критериями отбора служили принятые в литературе признаки, присущие TANs (тонически активным нейронам) и PANs (фазически активным нейронам). (Alexander GE & DeLong MR 1985, Kimura M, et al 1984, 1990, Wilson CJ 1993). Основным критерием отбора являлась частота фоновой активности. К низкочастотным нейронам относили клетки с частотой ниже Зимп/сек, к высокочастотным - от Зимп/сек и выше. Дополнительными критериями служили интервальные гистограммы.

Результаты и обсуждение.

Была зарегистрирована активность 148 нейронов в трех областях скорлупы. Из них - в одной области правого полушария- 36 нейронов (группа А) и в двух областях левого полушария - 53 нейрона (группа В) и 59 нейронов (группа С) .

Средняя частота импульсной фоновой активности зарегистрированных нейронов скорлупы варьировала в диапазоне от 0,1 имп/с до 25 имп/с. В каждой группе клеток, зарегистрированных в трех зонах скорлупы двух полушарий присутствуют как высоко так и низкочастотные клетки. В целом, из 148 нейронов 51 клетка обладала низкой частотой фоновой активности (до 3 имп/сек) и 97 - высокой (выше Зимп/сек).

Для анализа динамики изменения нейронной активности по этапам поведенческой программы использовали релятивные постстимульные гистограммы. Эти гистограммы

строятся в относительных единицах времени, обусловленных реальной длительностью выполнения животным последовательных действий.

Анализ релятивных гистограмм показал, что клетки проявляют как тормозные, так и возбуждающие реакции, причем на одном и том же этапе программы одни клетки возбуждаются, а другие тормозятся. Также наблюдаются отличия в активности одних и тех же клеток при правых и левых реализациях (дифференцирующие и недифференцирующие реакции). Кроме того, наблюдаемые достоверные реакции присутствуют как на отдельных этапах поведения, так и продолжаются в течение нескольких последовательных этапов (фазические и тонические реакции). Анализ динамики изменения от этапа к этапу числа активных нейронов показал, что активные клетки присутствуют на всех этапах поведенческой профаммы. При этом реактивность клеток скорлупы к отдельным этапам программы мало отличается на всем ее протяжении (рис.1).

¿0 £0 <л за 30 1С

Рис.1. Общая динамика распределения числа реактивных нейронов по этапам поведенческой программы. Среднее но трем экспериментальным сериям (148 нейронов). По оси ординат - процент реактивных клеток на каждом этапе программы от числа зарегистрированных. По оси абсцисс - этапы программы.

Средний уровень численности отвечающих на поведенческих этапах клеток в разных зонах регистрации колеблется около половины от числа зарегистрированных нейронов. При сравнении числа реакций при правых и левых реализациях, при незначительных отличиях в численности реакций, обнаруживается корреляция для всех трех исследованных зон в динамике колебаний численности реакций при правых и левых

1 2 1 4 6 С Т 9 3 10 11 12 13 14 1й

реализациях от этапа к этапу (коэффициент корреляции -0.6 в 1 и второй группах - 0.6, в третьей -0.9).

Проведенный анализ показал, что как низко, так и высокочастотные нейроны участвуют во всех этапах поведенческой программы, причем в сравнимых процентных соотношениях по отношению к их числу.

Высокий уровень числа активных клеток на всех этапах программы, по- видимому, свидетельствует об участии исследуемой структуры во всех моментах поведения. Наличие ответов у обоих типов клеток на разнородных этапах, связанных как с целенаправленным движением, так и с появлением условного сигнала или получением подкрепления указывает на то, что любой момент поведения требует участия всех клеточных элементов. Отсутствие значимых отличий в численности активных клеток по этапам программы дает возможность предположить, что при очевидном участии структуры в исследуемом поведении, реактивность как таковая, не отражает специфичности этого участия в тех или иных моментах поведения. В связи с этим был проведен более детальный анализ активности нейронов, с учетом наблюдаемых различных типов реакций.

Обнаружено, что все типы наблюдаемых изменений клеточной активности присутствовали как у низко - так и у высокочастотных фоновоактивных нейронов, причем во всех трех зонах регистрации в сравнимых количественных соотношениях.

Исследование динамики изменения по этапам программы возбуждающих и тормозных реакций показало, что на всех этапах программы встречаются оба типа ответов, при этом возбуждающих реакций значительно больше, чем тормозных. Динамика тормозных и возбуждающих реакций различна в трех разных точках регистрации. Сравнение тормозных и возбуждающих реакций при правых и левых реализациях выявляет более дифференцированное отношение к задаче, чем картина реактивности. Обнаруживается отличие в числе тех или иных реакций после появления условного сигнала. При этом среди возбуждающих реакций правого полушария преобладание имеют ответы, наблюдаемые при левых реализациях, а среди тормозных - при правых реализациях.

Сравнение динамики тонических и фазических реакций во всех трех точках регистрации показал, что процент тонических реакций на всех этапах поведенческой

программы в трех зонах регистрации выше, чем фазических. Динамика Численности тонических и фазических реакций но этапам программы не одинакова.

Для двух исследованных групп клеток наблюдается повышение числа фазических реакций в начале и в конце программы и некоторое понижение в средней части, связанной непосредственно с выполнением задачи. В третьей 1руппе клеток помимо начала и конца программы наблюдается повышение числа фазических реакций также на этапах связанных с принятием решения и движением руки. Тонические же реакции распространены по этапам программы более равномерно. При этом в их динамике наблюдаются три волны, причем это отмечается для всех исследованных зон. Таким образом, тонические и фазические реакции, очевидно, играют различную роль в вовлечении клеток скорлупы в формирование эфферентного потока, при этом тонический тип реагирования является преобладающим в количественном отношении.

Соотношение числа дифференцирующих и недифференцирую щи х реакций показывает преобладание численности недифференцирующих реакций в первой части программы и обратное соотношение во втором периоде. После предъявлении условного сигнала наблюдается рост дифференцирующих реакций на определенных этапах (рис.2).

Рис.2. Соотношение недифференцирующих (левые столбики) и дифференцирующих (правые столбики) реакций. Среднее по трем экспериментальным сериям (148 нейронов). По оси ординат - процент клеток с данным типом реакции на каждом этапе программы. По оси абсцисс - этапы программы. Стрелкой обозначен момент предъявления условного сигнала.

Необходимо отмстить два типа дифференцирующей активности на поведенческих этапах: есть реакция - нет реакции и наличие реакций разного знака при правых и левых заданиях. Причем последних было значительно меньше. Такого рода реакции во всех трех

зонах отведения наблюдались исключительно во второй части программы (рис.3),

I I

Рис, 3. Динамика дифференцирующих реакций разного знака (реакция возбуждения

при левостороннем рефлексе и торможения при правостороннем и наоборот). Среднее по

трем экспериментальным сериям (148 нейронов). Но оси ординат - процент клеток С данным типом реакции на каждом этапе программы. Но оси абсцисс - этапы программы- Стрелкой обозначен момент предъявления условного сигнала.

| I

Отдельно проведено сравнение активности низко и высокочастотных нейронов но

признаку дифференцирования стороны подкрепления. Оказалось, что количество

дифференцирующих реакций в обеих клеточных популяциях не отличается на всех этапах

программы. Напротив, число недифференпирующих реакций для группы нейронов с

высокой фоновой частотой, начиная с 7 этапа, значительно превышает количество таких

' I

реакций для фуппы низкочастотных нейронов с высокой степенью достоверности (Р<0,008) по критерию Вилкоксона, Можно предположить, что механизмы выполнения поведенческой программы связаны с двумя процессами, протекающими одновременно с участием одних и тех же нервных элементах скорлупы. Один из них связан с закрепленной в памяти последовательностью сложных Ьперанткых навыков и к этому, по-видимому, имеет непосредственное отношение недифференцирующая активность нейронов скорлупы, которая в большей степени связана с морфологическими особенностями

структуры. В отличие от этого дифференцирующая активность связана с пространственной ориентиров ко ой по поводу условного сигнала, которая формирует

направление текущей деятельности. Таким образом, в мозаики реагирования, связанные с ! ! текущей задачей вовлекаются все типы клеток, как низко, так и высокочастотные, но

после 7 этапа среди высокочастотных сохраняется значительный процент клеток проявляющих недифференцирующие реакции, а реакции низкочастотных клеток становятся преимущественно дифференцирующими. Это согласуется с представлениями о том, что к низкочастотным нейронам относятся проекционные клетки, активность которых связывают с подготовкой и выполнением движений (Клтига й а1.1990, Клтига й а1.1996), в отличие от высокочастотных нейронов, активность которых связывают с когнитивными процессами, таким как обучение и оценка подкрепления (АркеИа 2002, Уата<1а й а1. 2004, Ао5ак1 е1 а1.1994).

В связи с наблюдаемыми отличиями в динамике тонических и фазических реакций, был проведен анализ исследования дифференцирующей правую и левую сторону отдельно тонической и отдельно фазической активности. Этот анализ показал, что динамика тонических и фазических дифференцирующих реакций достоверно отличается во всех трех изученных группах клеток по критерию Вилкоксона с уровнем значимости для всех групп нейронов (А - 0.023, В - 0.015, С - 0.0015). При этом достоверные отличия между фазическими и тоническими реакциями отсутствуют до появления условного сигнала и имеют место после него с высокой степенью достоверности для всех трех групп (Р <0.008; Р<0.008; Р <0.007). Для сравнения по критерию Манна-Уитни было выделено два периода. Первый период объединяет цепь действий направленных на вызов левого или правого условного сигнала (1-6 этапы); второй период связан с действиями по поводу конкретного условного сигнала (7-15 этапы). Обнаружены достоверные отличия тонических реакций для всего массива выделенных по этому признаку клеток, в отличие от фазических, где этого не наблюдается (рис.4).

Разделение нейронов с тоническим характером реагирования по признаку контра - и ипсилатеральности условного сигнала показало для контралатеральных реакций, в отличие от ипсилатеральных во всех трех случаях высоко достоверные различия между периодами до и после появления условного сигнала (этап7) (для группы А -0.001, В-0.017, С-0,005-уровень значимости по Манну-Уитни). Вместе с тем, общее соотношение контра-и ипсилатеральности реагирования нейронов всех зон отведения демонстрирует выраженное преобладание контралатеральности начиная с 7этапа программы с уровнем значимости 0,008 по критерию Вилкоксона (рис.5).

1 2 ¡4 6 S T В 3 К 11 i: 1i 14 tE

1---------------—

Рис.4. Соотношение фазических (левые столбики) и тонических {правые столбики) дифференцирующих реакций. По оси ординат - процент клеток с данным типом реакции на каждом .угэпе программы. Среднее по трем экспериментальным сериям (148 нейронов). По оси абсцисс - этапы программы.

t а з л t « те I я il il il к ti

Рис.5 . Соотношение тонических и пси латеральных (левые столбики) и тонических контра латеральных (правые столбики) дифференцирующих реакций. По оси ординат -процент клеток с данным типом реакции ira каждом этапе программы. Среднее по трем экспериментальным сериям ( 148 нейронов). По оси абсцисс - этапы программы.

Для трех исследованных зон скорлупы обнаружены черты сходства в свойствах нейронных ответов. К ним относятся численное преобладание реакций возбуждения пад реакциями торможения, преобладание количества тонических реакций над фазическими, а также динамика тонических ответов. Различная динамика в тормозных и возбуждающих реакциях в трех разных зонах скорлупы возможно является следствием морфологической организации структуры и с о мат отопи чески организованных корковых входов ( Crutch er et al. 1984, Alexander, DeLong 1985). Обнаруженная разница в количестве и динамике тонических и фазических реакций свидетельствует об их различном вкладе в формирование мозаик реагирования. Фазические реакции выделяют начало и конец

целостного поведенческого акта и не обладают выраженной латерализацией. Тонические, напротив, сопровождают весь поведенческий акт и дифференцирующая их часть обладает выраженной контралатеральностью. Литературные данные свидетельствуют о наличии билатеральных проекций из моторных зон неокортекса в скорлупу с преобладанием ипсилатеральных входов. В связи с тем, что моторные зоны коры отражают представительство контралатнеральных частей тела, то входы из этих зон в ипсилатеральную скорлупу также несут информацию о контралатреральных частях тела (Flaherty, Graybiel 1993, Takada et al. 1998). Наши эксперименты, показали преобладание контралатеральных реакций над ипсилатеральными во втором периоде программы. Т.о. обнаруженные общие свойства различных типов реакций для трех исследованных зон, такие как динамика тонических реакций и отражение специфики выполняемой поведенческой программы именно в контралателальных тонических дифференцирующих реакциях, в состав которых входят как возбуждающие так и тормозные реакции позволяет сделать вывод о том, что тонические контралатеральные дифференцирующие реакции отражают как способ вовлечения исследуемой структуры в целостную систему поведенческого акта, так и специфику морфологической организации. В связи с такой ролью тонических реакций возникает задача дополнительного анализа, направленного на выяснение их соотношения с отдельными этапами выполнения многоэтапной поведенческой программы.

Число тонических реакций возникающих и завершающихся на разных этапах программы было различным. Оказалось, что тонические реакции, начавшиеся на разных последовательных этапах программы, имеют отчетливую тенденцию заканчиваться преимущественно к определенным этапам. Так в двух группах, три четверти из числа реакций, начавшихся на этапах 1- 4, закончились к пятому этапу, три четверти реакций с началом на этапах 6-9 завершаются к 10-му этапу, а большинство реакций начавшихся на 8-12 этапах завершается к 13, 14 этапам. В третьей группе нейронов, где тестирование проводилось с использованием программы без предупреждающего сигнала, также видно преимущественное завершение тонических реакций к определенным моментам программы. Более 70% реакций возникающих с момента открытия экрана (этап 3) до периода удержания двух рычагов (этап 6),завершаются к моменту появления условного

сигнала (этап 7). Следующая группа реакций формируется из возникших на этапах с 7 по 10 с преимущественным завершением к 11-му этапу (завершающие пальцевые манипуляции). Также как и в других двух группах к периоду связанному с ожиданием получения подкрепления (этап 13) завершается очередная группа ранее возникших тонических реакций. Такое распределение моментов завершения тонических реакций выявляет их отчетливый ступенчатый характер.

Группировка тонических реакций еще с большей отчетливостью видна на кривых, показывающих динамику моментов завершения тонических реакций, начинающихся на каждом из этапов программы. Для сравнения группировки реакций нейронов в двух вариантах поведенческой программы - с предъявлением предупреждающего сигнала (15 этапов) и без предупреждающего сигнала (13 этапов) данные двух первых серий приведены совместно (рис. 6).

В первом случае (рис. 6А) кривые соответствующие начальным четырем этапам группируются к 5му этапу (конец нажатия на два рычага), образуя единый блок. Динамика активности, возникшей на 5-м этапе, имеет свой ход кривой, но более 60% возникших здесь реакций завершаются к моменту появления условного сигнала (этап 7).

Кривые затухания тонических реакций, возникших с 6 по 9 этап, также объединились в единую группу к моменту завершения движения выбранной по условному сигналу руки (этап 10). Отдельным блоком представлены реакции, возникшие на 10, 11 и 12 этапах. Действия, выполняемые на этих этапах связанны с завершением работы животного по программе опыта и получением сигнала о корректном выполнении задания. Группировка этих трех кривых совпадает с периодом ожидания подкрепления (этап 13), после которого, наконец, следует появление пищи, его захват и еда.

В случае, когда поведенческая программа начиналась с открытия экрана и состояла из 13 этапов, кривые затухания тонических реакций нейронов также формируют блоки (рис.бВ). Первый блок составляют реакции, возникшие на начальных этапах соответствующих открытию экрана и всему комплексу действий направленных на вызов условного сигнала. Их группировка приурочена к 7му этапу (условный сигнал). Второй блок объединяет тонические реакции, возникающие на 7, 8 и 9 этапах, группирующихся к

10 и 11 этапам. Реакции, возникшие на 10, 11 и 12 этапах представлены отдельной группой, завершающейся к периоду ожидания подкрепления. Также отдельно группируются реакции сопутствующие произвольному захвату и поглощению корма.

Рис.6. Динамика завершения реакций, начинающихся на последовательных этапах поведенческой программы. По оси ординат - процент, закончившихся к данному этапу программы тонических реакций от числа начавшихся на этапе, соответствующем началу каждой кривой. По оси абсцисс - порядковые номера последовательных этапов поведенческой программы. А - среднее по двум экспериментальным сериям (89 нейронов),В - группа 59 нейронов.

Таким образом, исследование характера затухания возникающих на последовательных этапах программы тонических реакций обнаружило, что тонические реакции группируются в пределах отдельных периодов программы и имеют тенденцию заканчиваться к определенному поведенческому этапу. Такая группировка была названа блоком активности. К первому блоку активности относится начальный период подготовительных симметричных движений, завершающийся нажатием обоих рычагов, включающих условный сигнал. Отдельно представлена активность, возникающая во время

нажатия на два рычага. Ее завершение приурочено к появлению условного сигнала. Далее период, связанный с выбором и сложнокоординированным движением одной, выбранной рукой, заканчивающийся пальцевыми движениями. Последний период охватывает этапы, относящиеся к получению подкрепления. Каждый из этих блоков можно рассматривать как законченный акт, включающий в себя запуск и завершение ближайшей тактической задачи в рамках выполнения программы в целом. При этом в разных модификациях одной и той же поведенческой программы состав блоков может быть различным. В укороченном варианте программы первый блок охватил начальные этапы вплоть до реакции на условный сигнал. Однако, деление последующей нейронной активности на блок, относящийся к достижению цели - включатель кормушки, и блок, относящийся к получению подкрепления, сохранилось, хотя и с отличиями во внутренней структуре. Этот факт указывает на то, что блоки формируются, без жесткой зависимости от производимых действий, но в связи с организацией выполнения всей поведенческой программы в целом.

Литературные данные свидетельствуют о том, что стриатум играет роль в формировании поведенческого акта путем объединения отдельных движений в единое целое (Graybiel 1995). Многими авторами показано вовлечение скорлупы в выполнение последовательности выученных движений рук (Kimura 1995, Kimura 1990 ,Matsumoto et al. 1999), последовательности обученных движений головы (Gardiner, Kitai 1992), выполнении стадий груминга и стадий жевания (Aldridge, Berridge 2003, Masuda et al. 2001). Показано, что нейроны скорлупы чувствительны как к самим действиям, так и к смене последовательности действий (Masuda et al. 2001, Ueda, Kimura 2003). С другой стороны характерной особенностью нейронов скорлупы является их полимодальность, причем показано, что проявление той или иной модальности для одной и той же клетки зависит от условий выполнения программы (Толкунов с соавт. 1997). Используемая в наших экспериментах поведенческая программа включает в себя функционально различные моменты. Исследуемые тонические реакции, охватывая разнородные этапы отражают полимодальность свойственную клеткам скорлупы. Одна и та же клетка может проявлять в зависимости от условий, свою активность в виде тонических реакций, которые охватывают последовательные, но разнородные моменты поведения. Причем структура

этого охвата, проявляемая в распределении начал и завершений тонических реакций, отражает логику выполняемого процесса.

Наличие или отсутствие предупреждающего сигнала не влияет на факт формирование нейронной активности, охватывающей ряд последовательных действий животного. Следует отметить, что блоки активности наблюдаются в обоих полушариях и в целом, носят сходный характер.

Таким образом, можно сделать вывод, что, в процессе последовательного достижение текущих целей поведения, в скорлупе происходит объединение нейронной активности в блоки, охватывающие разные действия животного. Следовательно, роль стриатума не ограничивается контролем отдельных последовательно выполняемых действий, а распространяется на всю структуру поведенческого акта.

Первым, кто обратил внимание на то, что единицами деятельности нервной системы являются не отдельные рефлексы, а целостные поведенческие акты был А.А.Ухтомский. Рассматривая сложный рефлекс цепного типа, в котором каждое последовательное моторное звено предполагает последовательное появление нового сенсорного звена, он писал: «Механически-целесообразное запечетлевается в группы по последовательности и по одновременности; и тогда рефлекторно вызывается вновь в этом именно порядке» (Соколова 1990). Полученные данные могут быть сопоставлены с известным в психологии положением, выдвинутым Леонтьевым о том, что деятельность осуществляется некоторой совокупностью действий, подчиняющихся частным целям, которые могут выделяться из общей цели, где « роль общей цели выполняет осознанный мотив» (Леонтьев 1983). При этом способы осуществления действий, по Леонтьеву, называются операциями. В исследуемой поведенческой модели операциями очевидно являются отдельные этапы поведенческой программы. А объединение ряда этапов в связи с выполнением промежуточной цели соответствует действиям, совокупность которых формирует цельный акт.

Таким образом, обнаруженные блоки нейронной активности скорлупы мозга обезьян, охватывающие ряд последовательных этапов программы и приуроченные к ключевым моментам поведения, связанным с выполнением промежуточных целей в

рамках всего поведенческого акта, являются отражением влияния внешней системы отношений на формирование внутренней структуры деятельности.

Выводы.

1. На всех этапах поведенческой программы, включающей в себя разнообразные моторные, сенсорные и когнитивные компоненты наблюдается связанная с поведением активность нейронов скорлупы. Процент вовлекаемых клеток мало отличается от этапа к этапу.

2. Нейроны с низкой и высокой частотой фоновой активности участвуют во всех этапах поведенческой программы, причем в сравнимых процентных соотношениях.

3. Обнаружены два различных типа реакций клеток скорлупы - тонические, охватывающие ряд разнородных последовательных этапов и фазические -продолжающиеся в пределах одного этапа программы. Оба типа реакций присущи как низкочастотным, так и высокочастотным нейронам.

4. Количественный вклад и динамика по этапам поведенческой программы тонических и фазических реакций существенно различаются. Фазических реакций, т.е. связанных с конкретным действием животного намного меньше и они выделяют начало и конец поведенческой программы. Тонические реакции имеют непосредственное отношение к пространственно дифференцируемой задаче.

5. Неравномерное распределение тонических реакций по этапам программы позволяет выявить отдельные блоки, объединяющие ряд этапов. Блоки тонической активности нейронов скорлупы представляют собой законченные поведенческие акты внутри программы, включающие в себя тактические задачи в рамках выполнения всего задания. Таким образом, роль тонических реакций заключается в объединении отдельных моментов поведения в целостный акт.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации. 1. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Филатова Е.В., Селезнева Е.В. Общие клетки в составе нейронов стриатума активных на разных этапах поведения обезьяны //ДАН, Т. 385. N 5, 2002, С. 711-713.

2. Толкунов Б.Ф., Афанасьев C.B., Орлов A.A., Филатова Е.В. Кодирование эфферентных сигналов в неостриатуме мозга обезьяны // ДАН, 2002. Т. 387. N. 6. С. 1-4.

3. Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф., Рогатская Н.Б., Орлов A.A., Филатова Е.В. Последовательные перестройки ансамблевой активности нейронов скорлупы как коррелят непрерывного поведения // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2002, Т. 88, N 10, С.1260-1271.

4. Филатова Е.В., Орлов A.A., Толкунов Б.Ф., Афанасьев C.B. Дифференцирующая активность нейронов скорлупы обезьян при выполнении альтернативного пространственного выбора // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2002, Т. 88, N 10, С.1250-1259.

5. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Филатова Е.В. Популяции реактивных к поведению нейронов в неостриатуме мозга обезьян // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2002, Т. 88, N 10, С.1241-1249.

6. Филатова Е.В., Орлов A.A., Толкунов Б.Ф., Афанасьев C.B. Нейронная активность стриатума мозга обезьяны указывает на объединение последовательных действий в функциональные блоки // Росс, физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 2004, Т. 90. N 11. С. 1305-1313.

7. Филатова Е.В., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф. Блоки нейронных коррелятов поведения в префронтальной коре и стриатуме мозга обезьяны // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2006 N 6. С. 692-699.

8. Афанасьев C.B., Орлов A.A., Филатова Е.В., Толкунов Б.Ф. Сложные поведенческие функции и «специализация» нейронов скорлупы // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. 90(8), С. 198-199.

9. Орлов A.A., Филатова Е.В., Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф. Особенности дифференцирующей активности нейронов неостриатума и префронтальной коры обезьян при осуществлении альтернативного пространственного выбора // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. 90(8), С. 217

10. Толкунов Б.Ф.,Орлов A.A., Афанасьев C.B., Филатова Е.В. Популяционное внутримозговое кодирование и поведение // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. 90(8), С. 226-227

11. Филатова Е.В., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф. Тонические реакции нейронов стриатума, охватывающие функционально разнородные последовательные поведенческие действия // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. 90(8), С. 227

12. Афанасьев C.B., Орлов A.A., Филатова Е.В., Артемова В.В., Толкунов Б.Ф. Перестройки ансамблевой активности интегративных структур мозга обезьяны в поведении // Научные труды I Съезда физиологов СНГ, Сочи, Дагомыс, 19-23сентября 2005г, т. 2, С. 39

13. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Филатова Е.В. Адресное кодирование эфферентных сигналов. Перестройки ансамблевой активности интегративных структур мозга обезьяны в поведении // Научные труды I Съезда физиологов СНГ, Сочи, Дагомыс, 19-23 сентября 2005г, Т. 2, С. 37

14. Филатова Е.В., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф. Особенности тонических реакций нейронов префронтальной коры и стриатума обезьян при выполнении разнородных этапов поведенческой программы // Научные труды I Съезда физиологов СНГ, Сочи, Дагомыс, 19-23 сентября 2005 г., Т. 2, С. 38.

Напечатано в ООО «КОПИ-Р» СПб, Малый пр. д. 87. Тираж 50

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Филатова, Елена Владимировна

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11 2.1 Морфологическая организация скорлупы. 11 2.1.1 .Место и роль стриатума в системе базальных ганглиев мозга. 11 2.1.2. Клеточный состав скорлупы и ее мозаичная структура. 13 2.1.3 .Организация афферентных входов скорлупы. 17 2.1 АЭфферентные системы скорлупы. 23 2.2. Участие скорлупы в поведении.

2.2.1. Роль скорлупы в различных формах поведения.

2.2.2. Функциональные типы клеток и их различная роль в поведении.

2.2.3. Специфика нейронных ответов скорлупы.

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Объекты исследования.

3.2 Поведенческая процедура.

3.3 Хирургическая операция.

3.4 Микроэлектродная техника.

3.5 Техника регистрации нейронной активности. приборы и оборудование.

3.6. Гистологический анализ.

3.7Анализ нейронной активности.

3.8 Экспериментальные серии.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 52 4.1. Общие закономерности активности нейронов скорлупы обезьяны. 52 4.1.1 Фоновая активность нейронов скорлупы.

4.1.2 Релятивные постстимульные гистограммы.

4.1.3 Общий анализ реактивности клеток.

4.1.4 Сравнение числа активных нейронов среди популяций низко и высокочастотных клеток.

4.1.5. Обсуждение главы 4.1.

4.2. Типы наблюдаемых клеточных реакций и их распределение по этапам поведенческой программы. 65 4.2.1 Нейронные ответы разного типа среди популяций низко и высокочастотных клеток.

4.2.2. Возбуждающие и тормозные реакции.

4.2.3. Тонические и фазические реакции.

4.2.4. Реакции, дифференцирующие сторону выполнения задания

4.2.5. Анализ тонических и фазических дифференцирующих Реакций.

4.2.6. Анализ тонических дифференцирующих реакций по признаку контра и ипси латеральности.

4.2.7. Обсуждение главы 4.2.

4.3. Анализ тонической активности нейронов скорлупы.

4.3.1 Протяженность тонических реакций по этапам программы.

4.3.2 Распределение числа начал и концов тонических реакций по этапам программы.

4.3.3 Распределение по этапам программы реакций начинающихся на последовательных этапах поведенческой программы.

4.3.4. Кривые затухания тонических реакций.

4.3.5. Обсуждение главы 4.3.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Нейронная активность скорлупы мозга обезьяны, обученной оперантной деятельности"

Исследование нейрофизиологических особенностей различных структур мозга и их роли в регуляции поведения представляет несомненный интерес. В частности, это относится к структурам входящим в состав базальных ганглиев. Это связано с ключевой ролью стриатума и связанных с ним структур в формировании и выполнении нормальных форм поведения (Толкунов 1978, Шуваев 2001, Grayble 1995). Нарушения в работе базальных ганглиев приводят к необратимым в первую очередь, двигательным патологиям (Albin et al. 1995). В связи с этим, исторически сложились представления об экстрапирамидной системе и первостепенной роли стриатума именно в двигательной сфере. Современные представления о базальных ганглиях базируются на морфологических исследованиях, с одной стороны, формирующих представления о базальных ганглиях, как системе открытых и закрытых функционально сегрегированных петель, замкнутых на различные отделы коры и связывающие черное вещество, бледный шар, миндалевидное тело и ядра таламуса со стриатумом. С другой стороны, перекрывающиеся проекции практически из всех зон коры и высокая плотность коллатералей аксонов проекционных нейронов, обеспечивающие наличие эфферентных копий отправляемых к разным мишеням создают возможности широчайшей интеграции на уровне стриатума (Parent & Hazrati 1995, Nambu et al. 2002).

В состав стриатума входят скорлупа и хвостатое ядро, причем у высших приматов и человека скорлупа является самым крупным ядром базальных ганглиев.

Исследования нейронной активности стриатума в разнообразных экспериментах обнаруживают участие данной структуры помимо двигательной сферы в эмоциональных и когнитивных аспектах поведения. Эксперименты показывают корреляции нейронной активности стриатума с поведением, связанным с оценкой подкрепления, с памятью, с обучением новым формам поведении (Packard et al. 2002). Также показано изменение ответов клеток в зависимости от условий опыта, степени обученности животного (Jog et al. 1999). По-видимому, это связано с различными методическими подходами и моделями экспериментов с одной стороны и широким спектром активности исследуемых нейронов с другой. В связи с этим при исследовании нейронной активности стриатума представляется целесообразным использовать поведенческую программу, включающую в себя этапы, связанные с различными аспектами поведения. Таким требованиям отвечает цепной бимануальный инструментальный рефлекс альтернативного пространственного выбора, поскольку при этом животное осуществляет целостный поведенческий акт, состоящий из последовательной цепи разнородных этапов. Исследования нейронной активности скорлупы обезьяны, выполняющей последовательные этапы такой поведенческой программы, показали, что нейроны скорлупы вовлекаются в организацию как сенсорно-когнитивных, так и моторных этапов поведения, при этом одни и те же клетки могут входить в состав нейронных мозаик разных конфигураций, соответствующих разным моментам поведения (Толкунов с соавт. 1998). Последующие эксперименты с использованием той же поведенческой модели показали, что число реагирующих нейронов от этапа к этапу меняется незначительно. Меняется состав реактивных клеток. При этом на каждом этапе он формируется преимущественно из числа клеток активных на предыдущем этапе (Толкунов с соавт. 2002).

Использование подобной поведенческой программы позволяет исследовать как специфические клеточные реакции, связанные с конкретным действием животного, так и неспецифические, охватывающие разнородные действия животного. В связи с этим встает вопрос о роли различного типа клеточной активности в механизмах формирования мозаик реагирования.

В стриатуме выделяют два типа функционально специализированных нейронов, которые преимущественно участвуют в тех или иных формах поведения (Alexander & DeLong.1985, Kimura et al.1984). Нейроны с низкой фоновой частотой относят к проекционным нейронам, а высокочастотные клетки относят к холинэргическим интернейронам. Активность первого типа клеток связывают с подготовкой и исполнением движения различных частей тела и глаз при ориентировочных реакциях и подкреплении (DeLong 1972). В активности клеток второго типа такие реакции не наблюдаются, в то время как в процессе обучения эти клетки приобретают способность к координированным реакциям на условный сигнал (Apicella 2002). Несмотря на выделение функциональных классов нейронов, исследователи показывают наличие в скорлупе клеток, одинаково реагирующих в различных условиях эксперимента и отвечающих более чем на одном этапе поведенческой программы (Kimura et al.l992, Inase et al. 1997). Кроме того, в связи с наличием различных реакций у клеток одного типа, исследователи вынуждены выделять разнообразные подтипы участвующие в тех или иных формах поведения (Yamada et al 2004). Таким образом, остается открытым вопрос, каким образом достигается специфичность выполнения разнообразных поведенческих моментов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы

Основные задачи исследования

1. Изучить характер реагирования нейронов скорлупы. Определить типы клеточных реакций и наличие специфического участия разных типов клеток.

3. Выяснить, каким образом в нейронной активности скорлупы отражается целостность выполняемого поведения.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Обнаружены функционально специализированные реакции, присутствующие у большинства исследованных нейронов, относимых к различным функциональным типам. К таким реакциям относятся тонические и фазические реакции, играющие различную роль в формировании нейронного ответа. Показанная в данной работе роль тонических реакций, присущих большинству клеток скорлупы, в формировании блоков, входящих в состав целостного акта позволяет по-новому взглянуть на вопрос о функциональной специализации клеток. Блоки нейронной активности формируются в связи с близлежащими целями, промежуточными по отношению ко всей задаче и охватывают не просто набор движений, а именно целенаправленные действия входящие в состав целостного акта.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

Подробное исследование специализированных реакций присущих как низко так и высокочастотным нейронам скорлупы обезьяны позволило приблизиться к пониманию нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе осуществления целостного поведения, состоящего из отдельных действий. Результаты работы показали приоритетную роль способа вовлечения клеточных элементов в формирование нейронного ответа над типом участвующих клеток.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные материалы диссертации были доложены и обсуждены на VIII Международном симпозиуме «Базальные ганглии и поведение в норме и патологии» (Санкт Петербург 2002), XIX Съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург 2004), на I Съезде физиологов СНГ (Дагомыс, 2005), XIII международное совещание и VI школа по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург 2006), на второй международной конференции по когнитивной науке (Санкт-Петербург 2006). По материалам диссертации опубликованы 7 научных статей в рецензируемых журналах и 7 тезисов докладов на российских конференциях.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ Диссертация изложена на 130 страницах и состоит из введения, трех глав (обзора литературы, материалов и метода исследования, результатов и обсуждения), заключения, выводов и списка литературы (включает 203 источника). Диссертация иллюстрирована 27 рисунками и 1 таблицей.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Филатова, Елена Владимировна

6. Выводы.

Приношу глубокую благодарность Борису Федоровичу Толкунову за мудрое руководство и помощь в работе над диссертацией. Искреннюю благодарность выражаю Александру Анатольевичу Орлову и Сергею Валентиновичу Афанасьеву за помощь в проведении эксперимента, участие в обсуждении результатов и постоянную поддержку. Отдельно благодарю Татьяну Александровну Шнитко за дружеское участие.

5. Заключение.

Литературные данные и данные, полученные в этой работе, позволяют предположить, что активность нейронов скорлупы является коррелятом сложной поведенческой активности. Поведенческая программа, применяемая в наших экспериментах, создает большое количество вариантов сравнения импульсной активности нейронов, поскольку в последовательной цепи этапов разворачиваются моторные, сенсорные, пространственные, временные, когнитивные и прочие компоненты выполняемой задачи, причем как последовательно, # так и параллельно. При этом поведенческая программа организована таким образом, что животное само инициирует довольно широкий спектр функционально разнородных действий. Новое действие запускается завершением предыдущего, как это бывает в естественном поведении. Регистрация нейронной активности во время выполнения животным такого поведенческого акта позволяет получить сравнительные данные об участии каждого нейрона, как в отдельных элементах поведения, так и в организации поведения как целого.

В связи с тем, что нейроны скорлупы проявляют активность на всех этапах поведенческой программы, причем в сравнимых количественных соотношениях, специфика их участия отражается не столько в количестве активных на тех или иных этапах нейронов, сколько в характере нейронной активности. Так как предлагаемый животному выбор предполагает альтернативные лево и правосторонние движения выбранной рукой, сравнение характера нейронной активности при выполнении лево и правостороннего рефлекса позволило выявить специфику участия нейронов скорлупы в выполняемом поведении. Анализ участия двух типов нейронов скорлупы (низкочастотных и высокочастотных) в реализации поведенческой программы показал вовлечение обоих типов клеток на всех последовательных этапах программы, что свидетельствует об отсутствии ведущей роли клеточной функциональной специализации по признаку частоты фоновой активности. При этом были обнаружены специализированные нейронные реакции, присущие клеткам обоих типов. К таким реакциям относятся фазические реакции, которые отражают активность нейронов связанную с конкретным действием животного и тонические реакции, охватывающие ряд последовательных разнородных поведенческих этапов. Оказалось, что динамика этих типов реакций различна и непосредственное отношение к дифференцировке пространственной задачи имеют контрлатеральные тонические реакции.

Многочисленные литературные данные указывают на полимодальность нейронов скорлупы, выражаемую в изменении их активности в связи с самыми разнообразными моментами поведения. Обнаруженные тонические реакции, охватывающие разнородные поведенческие этапы, также отражают полимодальность клеток скорлупы. Оказалось, что, не имея определенной связи с конкретным действием животного, тонические реакции, возникающие на последовательных этапах программы, имеют тенденцию завершаться к определенным моментам поведения. В пределах всего выполняемого поведенческого задания эти моменты являются ключевыми этапами, связанными с достижением промежуточных целей.

Выполненные эксперименты выявили неизвестную ранее способность нейронов скорлупы формировать функциональные блоки, активность которых соответствует запуску и завершению ближайших задач в рамках более сложного целостного поведения. Этот результат свидетельствует о том, что роль стриатума не ограничивается контролем отдельных поведенческих действий, а имеет непосредственное отношение к механизмам их организации в целенаправленные поведенческие акты.

Критерии оценки характера нейронной активности скорлупы, использованные в работе, оказались применимы к импульсной активности нейронов других структур мозга. В частности, в аналогичных условиях эксперимента была зарегистрирована активность нейронов префронтальной коры (Филатова 2006). Оказалось, что наблюдаемые у нейронов префронтальной коры тонические реакции также группируются в блоки, приуроченные к ключевым моментам поведения. При этом, для реакций коры и скорлупы, структура блоков различна в инструктивной части программы и сходна в исполнительной. По-видимому, различие в инструктивной части связано со специфической ролью каждой структуры в подготовке выполнения целевого действия, а сходство в исполнительной части программы связано с подчинением структур единому ритму достижения результата. Обнаруженное сходство динамики сопутствующей поведению нейронной активности в структурах кортико-стриарной системы указывает на то, что они входят в единую систему, обеспечивающую выполнение всей поведенческой программы как целого.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Филатова, Елена Владимировна, Санкт-Петербург

1. Андреева Н.Г. Структурно функциональная организация нервной системы. Изд-во. СПбГУ, 2003.-264с.

2. Арушанян Э.Б., Отеллин В.А. Хвостатое ядро. Очерки по морфологии, физиологии и фармакологии. Л.: Наука. 1976.-222с.

3. Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Селезнева Е.В. Коллективные реакции нейронов неостриатума (скорлупы) во время альтернативного поведения обезьяны. // Физиологический журн. им. И.М. Сеченова // 1997 Т. 83(1-2): С. 19-27.

4. Беспалов А.Ю. Звартау Э.Э. Нейропсихофармакология антагонистов NMDA-рецепторов. Невский диалект, СПб, 2000. 295с.

5. Горбачевская А.И. Анализ морфологического субстрата обработки информации в стриатуме на основе особенностей организации его афферентых прекций // Росс.Физ. журн. 2002 Т.88.,№10., С.1280-1286.

6. Горбачевская А.И. Проекции различных отделов скорлупы на ядра таламуса.// Арх. анат., гист. и эмбриол.1977 Т.72. №1, С.46-50.

7. Горбачевская А.И. Пространственная организация миндалевидных, нигральных и тегментальных проекций в неостриатуме собаки. // Росс.физ.журн.им И.М.Сеченова 1997, Т.83, №1, С.53-61.

8. Горбачевская А.И. Чивилева О.Г. Морфологический анализ путей проведения информации в базальных ганглиях млекопитающих // Успехи физиол. Наук. 2003.Т.34, №2, С.46-63.

9. Горбачевская А.И. Чивилева О.Г. Пространственная организация таламических проекций стриатума мозга собаки. // Морфология. 2001, Т.119, №.1, С. 15-20.

10. Калмыков И.Ф., Орлов A.A. Многоканальная микроэлектродная система длительного использования. // Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1994, Т.80, №8, С. 135-138.

11. Котляр.Б.И. Пластичность нервной системы. Изд.МГУ, М., 1986. 240с.

12. Леонтович Т.А. Михальченко H.A. структура и связи базальных ганглиев. Стриатум. //Успехи физиол. Наук. 1997. Т.28. №1. СЗ-26.

13. Леонтьев А.Н. Избранные психологические произведения. Москва, Педагогика, 1983. т.2. 318с.

14. Орлов A.A., Моченков Б.П. Обучение обезьян сложным поведенческим задачам // Журн. высш. нервн. деятельности. 1993, Т.4, № (5): 869-878.

15. Орлов A.A., Толкунов Б.Ф., Афанасьев C.B., Калмыков И.Ф. Отражение внутренних и внешних детерминант поведения в нейронной активности неостриатума обезьян // Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1994, Т.80. №1,с. 9-15.

16. Орлов A.A., Шефер В.И., Моченков Б.П. Миниатюрный многоканальный микроманипулятор для независимого перемещения микроэлектродов в пучке. // Физиол. журн. СССР. 1989, Т.75, № 9, С. 1275-1279.

17. Отеллин В.А. Арушанян Э.Б. Нигро-стрио-нигральная система. Медицина, М., 1989.271с.

18. Саульская Н.Б. Нейрохимические доказательства взаимодействия мезолимбической и нигростриатной системы мозга крыс // Стриатная система и поведение в номе и патологии Л.:Наука. 1988. С.98-100.

19. Соколова Л.В. Соотношение временного и пространственного факторов(хронотоп) в деятельности нервной системы. В кн.: Учение

20. А.А.Ухтомского о доминанте и современная нейробиология. Наука, Л. : 46-59.1990.

21. Суворов Н.Ф. Стриарная система и поведение . Л. Наука, 1980.280 с

22. Толкунов Б.Ф. Проблема времени в изучении нейронных коррелятов поведения .// Физиологический журнал им.И.М.Сеченова .1997, Т.83, №4, С. 129-133.

23. Толкунов Б.Ф. Стриатум и сенсорная специализация нейронной сети. Л., 1978.175с.

24. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев С.В, Селезнева Е.В. Вовлечение нейронов стриатума (скорлупы) в моторные и немоторные фрагменты поведения у обезьян // Росс Физиол. Журнал им.И.М.Сеченова. 1997Т.83 (1-2) С. 11-18.

25. Толкунов Б.Ф. Роль нейронной сети в фукциональной эволюции конечного мозга млекопитающих // Журн. Эволюц.биох. и физиол. 2002 Т. 38. №5. С. 496-477.

26. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B. Активность нейронов стриатума мозга обезьяны при одновременно выполняемых действиях. //Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1995, Т. 81. №8. С. 121-128.

27. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B. Исследование функциональных характеристик центральных нейронов мозга в поведенческом эксперименте. // Физиол. журн. им. И. М. Сеченова.1998. Т. 84.№8. С. 705-718.

28. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Филатова Е.В., Селезнева Е.В // Общие клетки в составе нейронов стриатума активных на разных этапах поведения обезьяны. ДАН, 2002, Т. 385(5), С. 711-713.

29. Толкунов Б.Ф., Орлов A.A., Моченков Б.П. Нейронная активность неостриатума обезьян в процессе инструментального поведения//Нейрофизиология. 1993.Т. 25 №2. С. 156-165.

30. Ухтомский A.A. Избранные труды. Наука, JI. 1978.

31. Филатова Е.В., Орлов A.A., Афанасьев C.B., Толкунов Б.Ф. Блоки нейронных коррелятов поведения в префронтальной коре и стриатуме мозга обезьяны. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2006 N 6. С. 692-699.

32. Чивилева О.Г. Пространственная организация кортико-стриарной проекционной системы мозга собаки. Рос.

33. Физиол.журн.им.И.М.Сеченова. 1997, 83 (1-2): 62-70.

34. Шаповалова К.Б. Неостриатум и регуляция произвольного движения в норме и патоло.гии. Физиология человека. 1989.Т. 15. №3. С. 78-92.

35. Шаповалова К.Б., Якимовский А.Ф. Участие нигростриарной и мезолимбической дофаминергических систем мозга в контроле компонентов выученной двигательной реакции у собак. Физ.журн. СССР им. И.М. Сеченова 1987.Т.73.№5С579-589.

36. Шуваев В.Т. Амигдало- кудатная система и поведение. Успехи• физ.наук. 24.(2):84-108.1993.

37. Якимовский А.Ф. Функциональная специализация медиаторных систем как основа полифункциональности неостриатума // Физиологический журнал им.И.М.Сеченова. 1998, 84(9): 906-912.

38. Якимовский А.Ф., Варшавская В.М. Этиопатогенез хореи Гентингтона: итоги и перспективы экспериментальногомоделирования. // Медиц. Акад. Журн. 2006, Т.6, №2,с. 28-40.

39. Albin RL, Young АВ, Penney JB The functional anatomy of disorders of the basal ganglia.// Trends Neurosci 1995 Feb; 18(2):63-4.

40. Aldridge JW, Berridge КС, Rosen AR Basal ganglia neural mechanisms of natural movement sequences. // Can J Physiol Pharmacol. 2004 Aug-Sep;82(8-9):732-9.

41. Aldridge, J.W. and Berridge,K.C. Basal ganglia neural coding of natural action sequences. In Graybiel, A.M., Kitai, S.T. & DeLong, M. (Eds.). The Basal Ganglia VI. Plenum, New York. pp. 279-287, 2003.

42. Alexander GE Selective neuronal discharge in monkey putamen reflects intended direction of planned limb movements. // Exp Brain Res 1987;67(3):623-34.

43. Alexander GE, Crutcher MD Functional architecture of basal ganglia circuits: neural substrates of parallel processing. // Trends Neurosci. 19901. Jul;13(7):266-71.

44. Alexander GE, Crutcher MD, DeLong MR Basal ganglia-thalamocortical circuits: parallel substrates for motor, oculomotor, "prefrontal" and "limbic" functions. // Prog Brain Res 1990;85:119-46.

45. Alexander GE, DeLong MR Microstimulation of the primate neostriatum. II. Somatotropic organization of striatal microexcitable zones and their relation to neuronal response properties. // J Neurophysiol. 1985 53:1417-1430.

46. Alexander GE, DeLong MR Microstimulation of the primate neostriatum. I. Physiological properties of striatal microexcitable zones. // J Neurophysiol 1985 Jun;53(6): 1401-16.

47. Alexander GE, DeLong MR, Strick PL Parallel organization of functionally segregated circuits linking basal ganglia and cortex. // Annu RevNeurosci 1986;9:357-81.

48. Alloway KD, Mutic JJ, Hoover JE Divergent corticostriatal projections from a single cortical column in the somatosensory cortex of rats. // Brain Res 1998 Mar 2;785(2):341-6.

49. Aosaki T, Graybiel AM, Kimura M Effect of the nigrostriatal dopamine system on acquired neural responses in the striatum of behaving monkeys. // Science 1994 Jul 15;265(5170):412-5.

50. Aosaki T, Kimura M, Graybiel AM Temporal and spatial characteristics of tonically active neurons of the primate's striatum. // J Neurophysiol 1995 Mar;73(3): 1234-52.

51. Aosaki T, Tsubokawa H, Ishida A, Watanabe K, Graybiel AM, Kimura M Responses of tonically active neurons in the primate's striatum undergo systematic changes during behavioral sensorimotor conditioning. // J Neurosci 1994 Jun;14(6):3969-84.

52. Apicella P Tonically active neurons in the primate striatum and their role in the processing of information about motivationally relevant events. // Eur J Neurosci 2002 Dec; 16(11):2017-26.

53. Apicella P Tonically active neurons in the primate striatum and their role in the processing of information about motivational ly relevant events. // Eur J Neurosci 2002 Dec;16(l l):2017-26.

54. Apicella P, Legallet E, Trouche E Responses of tonically discharging neurons in the monkey striatum to primary rewards delivered during different behavioral states.// Exp Brain Res 1997 Oct;l 16(3):456-66.

55. Apicella P, Legallet E, Trouche E Responses of tonically discharging neurons in monkey striatum to visual stimuli presented under passive conditions and during task performance. // Neurosci Lett 1996 Jan 26;203(3):147-50.

56. Apicella P, Scarnati E, Ljungberg T, Schultz W Neuronal activity in monkey striatum related to the expectation of predictable environmental events. //J Neurophysiol 1992 Sep;68(3):945-960.

57. Apicella P, Scarnati E, Schultz W Tonically discharging neurons of monkey striatum respond to preparatory and rewarding stimuli. // Exp Brain Res 1991;84(3):672-5.

58. Apicella, P., Ljungberg, T., Scarnati, E., and Schultz, W. Responses to reward in monkey dorsal and ventral striatum. // Exp. Brain Res. 1991. T. 85:491-500.

59. Apicella, P., Scarnati, E., Ljungberg, T., and Schultz, W. Neuronal activity in monkey striatum related to the expectation of predictable environmental events. // J. Neurophysiol. 1992. 68: 945-960.

60. Bailey KR, Mair RG. The role of striatum in initiation and execution of learned action sequences in rats. // J Neurosci. 2006 Jan 18;26(3):1016-25.

61. Bhatia K.P,. Marsden C.D, The behavioural and motor consequences of focal lesions of the basal ganglia in man. // Brain 1994.117.859-876.

62. Boussaoud D, Kermadi I The primate striatum: neuronal activity in relation to spatial attention versus motor preparation. // Eur J Neurosci 1997 0ct;9(10):2152-68.

63. Brown L.L., Smith D.M, M. Goldbloom L., Organizing principles of cortical integration in the rat neostriatum: corticostriate map of the body surface is an ordered lattice of curved laminae and radial points // J. Comp. Neurol. 392 (1998)468-488.

64. Brown LL, Schneider JS, and Lidsky TI. Sensory and cognitive functions of the basal ganglia. // Curr Opin Neurobiol 7: 157-163, 1997.

65. Cavada C, Goldman-Rakic-PS Topographic segregation of corticostriatal projections from posterior parietal subdivisions in the macaque monkey. // Neuroscience. 1991; 42(3): 683-96.

66. Crutcher M.D. and DeLong M.R. Single cell studies of the primate putamen. I. Functional organization. // Exp Brain Res 53: 233-243, 1984.

67. Crutcher MD and DeLong MR. Single cell studies of the primate putamen. II. Relations to direction of movement and pattern of muscular activity. // Exp Brain Res 53: 244-258,1984.

68. DeLong MR Activity of basal ganglia neurons during movement. // Brain Res 1972 May 12;40(l):127-35.

69. DeLong MR Primate models of movement disorders of basal ganglia origin. //Trends Neurosci 1990 Jul; 13(7):281-5.

70. DeLong MR Putamen: activity of single units during slow and rapid movements // Science. 1973. V.179.1240-112442.

71. DeLong MR Putamen: activity of single units during slow and rapid arm movements. // Science 1973 Mar 23; 179(79): 1240-2.

72. DeLong MR, Alexander GE, Georgopoulos AP, Crutcher MD, Mitchell SJ, Richardson RT Role of basal ganglia in limb movements. // Hum Neurobiol 1984;2(4):235-44.

73. DiFiglia M., Pasik P. and Pasik T. (1976) A Golgi study of neuronal types in the neostriatum of monkeys. // Brain Res. 114,245-256.

74. DiFiglia M., Pasik T. and Pasik P. (1980) Ultrastructure of Golgi-impregnated and gold-toned spiny and aspiny neurons in the monkey neostriatum. // J. Neurocytol. 9,471-492.

75. Eblen F, Graybiel AM Highly restricted origin of prefrontal cortical inputs to striosomes in the macaque monkey. // J Neurosci 1995 Sep;15(9):5999-6013.

76. Flaherty AW, Graybiel AM (1991a) Corticostriatal transformations in the primate somatosensory system. Projections from physiologically mapped body-part representations. //J Neurophysiol 66:1249- 1263.

77. Flaherty AW, Graybiel AM Output architecture of the primate putamen. // J Neurosci 1993 Aug;13(8):3222-37.

78. Flaherty AW, Graybiel AM Two input systems for body representations in the primate striatal matrix: experimental evidence in the squirrel monkey. // J Neurosci 1993 Mar; 13(3): 1120-37.

79. Fuller T.A., Russchen F.T., Price J.L. Sources of presumptive glutamatergic/aspartergic afferents to the rat striopallidal region. // J. Compar. Neurol. 258 (3) 317-338.1987.

80. Gardiner T.W., Kitai S.T. Single-unit activity in the globus pallidus and neostriatum of the rat during performance of a trained head movement. //Exp. Brain Res. 88 : 517-530.1992.

81. Gardiner TW, Nelson RJ Striatal neuronal activity during the initiation and execution of hand movements made in response to visual and vibratory cues. // Exp Brain Res 1992;92(1): 15-26.

82. Gerfen C, Engber T, Mahan L, Susel Z, Chase T, Monsma F, Sibley D (1990) D1 and D2 Dopamine receptor-regulated gene expression of striatonigral and striatopallidal neurons. // Science 250: 1429-1431.

83. Gerfen C. R. (1992) The neostriatal mosaic: multiple levels of compartmental organization in the basal ganglia. // A. Rev. Neurosci. 15, 285-320.

84. Gerfen CR The neostriatal mosaic: compartmentalization of • corticostriatal input and striatonigral output systems. // Nature 1984 Oct 410;311(5985):461-4.

85. Gerfen CR, Baimbridge KG, Miller JJ The neostriatal mosaic: compartmental distribution of calcium-binding protein and parvalbumin in the basal ganglia of the rat and monkey. // Proc Natl Acad SciUSA1985 Dec;82(24):8780-4.

86. Gerfen CR, Staines WA, Arbuthnott GW, Fibiger HC Crossed connections of the substantia nigra in the rat. // J Comp Neurol 1982 May 20;207(3):283-303.

87. Gimenez-Amaya JM, Graybiel AM Compartmental origins of the striatopallidal projection in the primate. // Neuroscience 1990;34(1):111-26.

88. Gimenez-Amaya JM, Graybiel AM Modular organization of projection neurons in the matrix compartment of the primate striatum. // J Neurosci 1991 Mar;l 1(3):779-91.

89. Gimenez-Amaya JM, McFarland NR, las-Heras S, Haber SN Organization of thalamic projections to the ventral striatum in the primate. //J Comp Neurol 1995.354:127-149.

90. Goldman-Rakic P. S. and Selemon D. Topography of Projectionsin Nonhuman Primates and Implication of the Neostriatum // Cerebral Cortex 1986. V. 5. P. 447-463.

91. Goldman-Rakic PS, Selemon L. D. New frontiers in basal ganglia research//Trends Neurosci. 1990. V.13.P.241-244.

92. Graveland G.A., DiFiglia M The frequency and distribution of medium-sized neurons with idented nuclei in the primate and rodent neostriatum. // Brain. Res. 327 (1985) 307-311.

93. Graybiel AM Building action repertoires: memory and learning functions of the basal ganglia. // Curr Opin Neurobiol 1995 Dec;5(6):733-41.

94. Graybiel AM Neurotransmitters and neuromodulators in the basal ganglia. //Trends Neurosci 1990 Jul;13(7):244-54.

95. Graybiel AM The basal ganglia and chunking of action repertoires. // Neurobiol Learn Mem 1998 Jul-Sep;70(l-2):119-36.

96. Graybiel AM The basal ganglia. // Trends Neurosci 1995 Feb;18(2):60-2.

97. Grofova I. Identification of striatal and pallidal neurons projecting to the substantia nigra. An experimental study by means of retrograde axonal transport of horseradish peroxidase. //Brain Res. 1975. 91,286-291.

98. Haber SN, Fudge JL, McFarland NR (2000) Striatonigrostriatal pathways in primates form an ascending spiral from the shell to the dorsolateral striatum. // J Neurosci 20:2369-2382.

99. Hassani OK, Cromwell HC, Schultz W Influence of expectation of different rewards on behavior-related neuronal activity in the striatum. // J Neurophysiol 2001 Jun;85(6):2477-89.

100. Hauber W Involvement of basal ganglia transmitter systems in movement initiation. // Prog Neurobiol 1998 Dec;56(5):507-40.

101. Hazrati LN, Parent A (1992) The striatopallidal projection displaysa high degree of anatomical specificity in the primate. // Brain Res 592:213-227.

102. Hikosaka O, Takikawa Y, Kawagoe R Role of the basal ganglia in the control of purposive saccadic eye movements. // Physiol Rev 2000 Jul;80(3):953-78.

103. Hollerman JR, Tremblay L, Schultz W Influence of reward expectation on behavior-related neuronal activity in primate striatum. // J Neurophysiol 1998 Aug;80(2):947-63.

104. Inase M, Li BM, Tanji J Dopaminergic modulation of neuronal activity in the monkey putamen through D1 and D2 receptors during a delayed Go/Nogo task. // Exp Brain Res 1997 Nov;l 17(2):207-18.

105. Joel D, Weiner I The connections of the primate subthalamic nucleus: indirect pathways and the open-interconnected scheme of basal ganglia-thalamocortical circuitry. // Brain Res Brain Res Rev 1997 Feb;23(l-2):62-78.

106. Jog MS, Kubota Y, Connolly CI, Hillegaart V, Graybiel AM Building neural representations of habits. // Science 1999 Nov 26;286(5445): 1745-9.

107. Kaneda K, Nambu A, Tokuno H, Takada M Differential processing patterns of motor information via striatopallidal and striatonigral projections. // J Neurophysiol 2002 Sep;88(3): 1420-32.

108. Kato M, Kimura M Effects of reversible blockade of basal ganglia on a voluntary arm movement. J Neurophysiol // 1992 Nov;68(5): 1516-34.

109. Kawagoe R, Takikawa Y, and Hikosaka O. Expectation of reward modulatescognitive signals in the basal ganglia. // Nat Neurosci 1:411-416, 1998.

110. Kawaguchi Y, Aosaki T, Kubota Y Cholinergic and GABAergic interneurons in the striatum. Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi 1997 Apr;17(2):87-9.

111. Kawaguchi Y, Wilson CJ, Augood SJ, Emson PC Striatal interneurones: chemical, physiological and morphological characterization. //Trends Neurosci. 1995 Dec;18(12):527-35.

112. Kawaguchi Y, Wilson CJ, Emson PC Projection subtypes of rat neostriatal matrix cells revealed by intracellular injection of biocytin. // J Neurosci. 1990 Oct;10(10):3421-38.

113. Kawaguchi Y. Large aspiny cells in the matrix of the rat neostriatum in vitro: physiological identification, relation to the compartments and excitatory postsynaptic currents. // J. Neurophysiol. 1992 67, 1669-1682. 37

114. Kawaguchi Y. Physiological, morphological, and histochemical characterization of three classes of interneurons in rat neostriatum. // J. Neurosci. 1993 13, 4908^923.

115. Kemp J.M. Powell T.P. S. The corticostriate projection in the monkey. // Brain, 1970, v.93, №3, p.526-546.

116. Kermadi I, Joseph JP (1995) Activity in the caudate nucleus during spatial sequencing. // J Neurophysiol 74:911-933

117. Kimura M Behavioral modulation of sensory responses of primate putamen neurons. // Brain Res 1992 Apr 24;578(l-2):204-14

118. Kimura M Behaviorally contingent property of movement-related activity of the primate putamen. // J Neurophysiol 1990 Jun;63(6): 1277-96.

119. Kimura M Role of basal ganglia in behavioral learning. // Neurosci Res 1995 Jul;22(4):353-8.

120. Kimura M The role of primate putamen neurons in the association of sensoiy stimuli with movement. // Neurosci Res 1986 Jul;3(5):436-43.

121. Kimura M, Kato M, Shimazaki H et al. Neural information transferred from the putamen to the globus pallidus during learned movement in the monkey. // J Neurophysiol 1996;76,3771-3786

122. Kimura M, Kato M, Shimazaki H Physiological properties of projection neurons in the monkey striatum to the globus pallidus. // Exp Brain Res 1990;82(3):672-6.

123. Kimura M, Matsumoto N, Okahashi K, Ueda Y, Satoh T, Minamimoto T, Sakamoto M, Yamada H Goal-directed, serial and synchronous activation of neurons in the primate striatum. // Neuroreport 2003 May 6;14(6):799-802

124. Kimura M, Rajkowski J, Evarts E Tonically discharging putamenneurons exhibit set-dependent responses. // Proc Natl Acad Sci U S A 1984 Aug;81(15):4998-5001.

125. Kimura M., Aosaki T., Hu Y., Ishida A., Watanabe K. Activity of primate putamen neurons is selective to the mode of voluntary movement: visually guided, self-initiated or memory-guided. // Exp. Brain Res. 89(3): 473-477.1992.

126. Kish S.J.,. Shannak K, Hornykiewicz O., Uneven pattern of dopamine loss in the striatum of patients with idiopathic Parkinson's disease. Pathophysiologic and clinical implications // N. Eng. J. . Med. 318. 1988. 876-880.

127. Kunzle, H., An autoradiographic analysis of the efferent connections from premotor and adjacent prefrontal regions (areas 6 and 9) in Macaca fascicularis. //Brain Behav. Evol. 1978. 15 :185-234.

128. Lapper SR, Smith Y, Sadikot AF, Parent A, Bolam JP. Cortical input to parvalbumin-immunoreactive neurones in the putamen of the squirrel monkey. //Brain-Res. 1992 May 15; 580(1-2): 215-24.

129. Lavoie B, Parent A. Pedunculopontine nucleus in the squirrel monkey: projections to the basal ganglia as revealed by anterograde tract-tracing methods.//J Comp Neurol 1994 Jun 8;344(2):210-31.

130. Lee IH, Assad J A. Putaminal activity for simple reactions or self-timed movements. // J Neurophysiol 2003 May;89(5):2528-37. Epub 2003 Jan 15.

131. Lee IH, Seitz AR, Assad JA. Activity of tonically active neurons in the monkey putamen during initiation and withholding of movement. // J Neurophysiol. 2006 Jan 11.

132. Levesque M, Parent A. The striatofugal fiber system in primates: a réévaluation of its organization based on single-axon tracing studies. // Proc Natl Acad Sci USA. 2005 Aug 16; 102(33): 11888-93. Epub 2005.

133. Lidsky TI, Schneider JS. Effects of experience on striatal sensory responses. //Neurosci Lett 1994 Jun 20;174(2):141-4.

134. Lopez-Figueroa MO, Ramirez-Gonzalez JA, Divac I: Projections from the visual areas to the neostriatum in rats. A reexamination. // Acta Neurobiol Exp (Warsz) 1995, 55:165-175.

135. Lynd-Balta E, Haber SN .Primate striatonigral projections: a comparison of the sensorimotor-related striatum and the ventral striatum. // J Comp Neurol 1994 Jul 22;345(4):562-78.

136. Lynd-Balta E, Haber SN. The organization of midbrain projections to the ventral striatum in the primate. //Neuroscience 1994 Apr;59(3):609-23.

137. Masuda Y, Kato T, Hidaka O, Matsuo R, Inoue T, Iwata K, Morimoto T. Neuronal activity in the putamen and the globus pallidus of rabbit during mastication. // Neurosci Res 2001 Jan; 39 (1):11-9.

138. Matsumoto N., Hanakawa T., Maki S., Graybiel A., Kimura M. Nigrostriatal Dopamine System in Learning to Perform Sequential Motor Tasks in a Predictive Manner. // The Journal of Neurophysiology. 1999. 82 (2): 978-998.

139. McFarland NR, Haber SN. Convergent inputs from thalamic motor nuclei and frontal cortical areas to the dorsal striatum in the primate. // J Neurosci 2000,20:3798-3813.

140. Mena-Segovia J, Bolam JP, Magill PJ. Pedunculopontine nucleus and basal ganglia: distant relatives or part of the same family? // Trends Neurosci 2004 C)ct;27(10):585-8.

141. Mengual E, de las Heras S, Erro E, Lanciego JL, Gimenez-Amaya JM. Thalamic interaction between the input and the output systems of the basal ganglia. //J Chem Neuroanat 1999 May; 16(3): 187-200.

142. Merchant H, Zainos A, Hernandez A, Salinas E, Romo R. Functional properties of primate putamen neurons during the categorization of tactile stimuli. // J Neurophysiol 1997 Mar;77(3):l 132-54.

143. Middleton FA, Strick PL. Basal ganglia and cerebellar loops: motor and cognitive circuits. // Brain Res Brain Res Rev 2000 Mar;31(2-3):236-50

144. Middleton FA, Strick PL. Basal ganglia output and cognition: evidence from anatomical, behavioral, and clinical studies. // Brain Cogn 2000 Mar;42(2): 183-200.

145. Miyachi S, Hikosaka O, Lu X Differential activation of monkey striatal neurons in the early and late stages of procedural learning. // Exp Brain Res 2002 Sep; 146(1): 122-6.

146. Miyachi S, Hikosaka O, Miyashita K, Karadi Z, Rand MK . Differential roles of monkey striatum in learning of sequential hand movement. // Exp Brain Res 1997,115:1-5.

147. Monchi O, Petrides M, Strafella AP, Worsley KJ, Doyon J. Functional role of the basal ganglia in the planning and execution of actions. // Ann Neurol. 2006 Feb;59(2):257-64.

148. Nakano K. Neural circuits and topographic organization of the basal ganglia and related regions. // Brain Dev 2000 Sep;22 Suppl 1 :S5-16.

149. Nakano K, Kayahara T, Tsutsumi T, Ushiro H. Neural circuits and functional organization of the striatum. // J Neurol 2000 Sep;247 Suppl 5:V1-15.

150. Nambu A, Kaneda K, Tokuno H, Takada M. Organization of corticostriatal motor inputs in monkey putamen. // J Neurophysiol 2002 Oct;88(4): 1830-42.

151. Nauta WJ. Limbic innervation of the striatum. // Adv Neurol. 1982;35:41-7.

152. Oertel W.H.,. Mugnaini E, Immunocytochemical studies of GABAergic neurons in rat basal ganglia and their relations to other neuronal systems. // Neurosci. Lett. 47 (1984) 233-238.

153. Packard MG, Knowlton BJ. Learning and memory functions of the Basal Ganglia. // Annu Rev Neurosci 2002;25:563-93.

154. Parent A, and Smith Y. Organization of efferent projections of the subthalamic nucleus in the squirrel monkey as revealed by retrograde labeling methods. // Brain Res. 1987,436:296-310.

155. Parent A. Extrinsic connections of the basal ganglia. // Trends Neurosci.1990, 13, 254-258.

156. Parent M, Parent A. Single-axon tracing study of corticostriatal projections arising from primary motor cortex in primates. //J Comp Neurol. 2006 Mar 14;496(2):202-213.

157. Parent, A. and Hazrati, L.-N., Functional anatomy of the basal ganglia. I. The corticobasal ganglia-thalamocortical loop // Brain. Res. Rei, 20 1995 91-127

158. Parent, A. and Hazrati, L.-N., Functional anatomy of the basal ganglia. II. The place of subthalamic nucleus and external pallidum . in basal ganglia circuitry // Brain Res. Rei., 20 1995 128-154.

159. Parthasarathy HB, Schall JD, Graybiel AM. Distributed but convergent ordering of corticostriatal projections: analysis of the frontal eye field and the supplementary eye field in the macaque monkey. // J Neurosci 1992 Nov; 12(11):4468-88.

160. Penny GR, Wilson CJ, Kitai ST. Relationship of the axonal and dendritic geometry of spiny projection neurons to the compartmental organization of the neostriatum. // J Comp Neurol. 1988 Mar 8;269(2):275-89.

161. Percheron G, Filion M Parallel processing in the basal ganglia: up to a point.//Trends Neurosci 1991 Feb;14(2):55-9.

162. Ragsdale CW Jr, Graybiel AM. Compartmental organization of the thalamostriatal connection in the cat. // J Comp Neurol 1991 Sep 1;31 l(l):134-67.

163. Ragsdale CW Jr, Graybiel AM. Fibers from the basolateral nucleus of the amygdala selectively innervate striosomes in the caudate nucleus of the cat. // J Comp Neurol 1988 Mar 22;269(4):506-22.

164. Rolls ET. Neurophysiology and cognitive functions of the striatum. // Rev Neurol (Paris) 1994 Aug-Sep;l50(8-9):648-60.

165. Rolls ET, Thorpe SJ, Maddison SP. Responses of striatal neurons in the behaving monkey. 1. Head of the caudate nucleus. // Behav Brain Res 1983 Feb;7(2): 179-210.

166. Romo R, Scarnati E, Schultz W. Role of primate basal ganglia and frontal cortex in the internal generation of movements. II. Movement-related activity in the anterior striatum. // Exp Brain Res 1992;91(3):385-95.

167. Russchen FT, Bakst I, Amaral DG, Price JL . The amygdalostriatal projections in the monkey: an anterograde tracing study. // Brain Res , 1985,329:241-257.

168. Sadikot A. F., Parent A. and Franc,ois C. Efferent connections of the centromedian and parafascicular thalamic nuclei in the squirrel monkey: a PHA-L study of subcortical projections. //J. comp. Neurol. 1992, 315, 137— 159.

169. Saint-Cyr JA, Ungerleider LG, Desimone R: Organization of visual cortical inputs to the striatum and subsequent outputs to the pallido-nigral complex in the monkey. //J Comp Neurol 1990,298:129-156.

170. Salmon DP, Butters N Neurobiology of skill and habit learning. // Curr Opin Neurobiol 1995 Apr;5(2): 184-90.

171. Sardo P, Ravel S, Legallet E, Apicella P. Influence of the predicted time of stimuli eliciting movements on responses of tonically active neurons in the monkey striatum. // Eur J Neurosci 2000 May; 12(5): 1801-16.

172. Schultz W, Romo R Neuronal activity in the monkey striatum during the initiation of movements. // Exp Brain Res 1988;71(2):431-6.

173. Schultz W, Tremblay L, Hollerman JR Changes, in behavior-related neuronal activity in the striatum during learning. // Trends Neurosci 2003 Jun;26(6):321-8.

174. Schultz W, Tremblay L, Hollerman JR. Reward prediction in primate basal ganglia and frontal cortex. // Neuropharmacology 1998 Apr-May ;37(4-5):421-9.

175. Schultz, W., Apicella, P., Scarnati, E., and Ljungberg, T. Neuronal activity in monkey ventral striatum related to the expectation of reward. // J. Neurosci. 12: 4595^610,1992.

176. Selemon L.D. and Coldman-Rakic P.S., Longitudinal topography and interdigitation of corticostriatal projections in the rhesus monkey. // J. Neurosci.5(l 985) 776-794.

177. Shapovalova KB. Activation of the cholinergic system of the striatum improves attention to conditioned reflex stimuli. // Neurosci Behav Physiol. 1999 Sep-0ct;29(5):493-503.

178. Shink E, Bevan MD, Bolam JP, Smith Y. The subthalamic nucleus and the external pallidum: two tightly interconnected structures that controlthe output of the basal ganglia in the monkey. // Neuroscience 1996 Jul;73(2):3 35-57

179. Sidibe M, Smith Y. Thalamic inputs to striatal interneurons in monkeys: synaptic organization and co-localization of calcium binding proteins. //Neuroscience 1999;89(4):1189-208.

180. Smith Y, Bennett BD, Bolam JP, Parent A, Sadikot AF. Synaptic relationships between dopaminergic afferents and cortical or thalamic input in the sensorimotor territory of the striatum in monkey. // J Comp Neurol 1994 344:1-19.

181. Smith Y, Bevan MD, Shink E, Bolam JP Microcircuitry of the direct and indirect pathways of the basal ganglia. // Neuroscience 1998 Sep;86(2):3 53-87.

182. Sneider S. A. and Lie J. C. A stereotaxic atlas of monkey brain (Macaca mulatta) the university of Chicago Press. 1961.

183. Spooren WP, Lynd-Balta E, Mitchell S, Haber SN. Ventral pallidostriatal pathway in the monkey: evidence for modulation of basal ganglia circuits. // J Comp Neurol 1996 Jul 1 ;370(3):295-312.

184. Surmeier DJ, Eberwine J, Wilson CJ, Cao Y, Stefani A, Kitai ST. Dopamine receptor subtypes colocalize in rat striatonigral neurons. // Proc Natl Acad Sci USA. 1992 Nov 1;89(21): 10178-82.

185. Takada M, Tokuno H, Nambu A, Inase M, Corticostriatal input zones from the supplementary motor area overlap those from the contra- rather than ipsilateral primary motor cortex. // Brain Res 1998 Apr 27;791(1-2):335-40.

186. Thomas TM, Smith Y, Levey AI, and Hersch SM. Cortical inputs to m2-immunoreactive striatal interneurons in rat and monkey. // Synapse 37: 252-261,2000.

187. Tremblay L, Hollerman JR, Schultz W. Modifications of reward expectation-related neuronal activity during learning in primate striatum. // J Neurophysiol 1998 Aug;80(2):964-77.

188. Ueda Y., Kimura M. Encoding of direction and combination of movements by primate putamen neurons. // Europ Journ of Neuroscience. 18:980-994. 2003.

189. Wichmann, T. & DeLong, M. R. Models of basal ganglia function and pathophysiology of movement disorders. // Neurosurg. Clin. N. Am. . 1998.9,223-236.

190. Williams GV, Rolls ET, Leonard CM, Stern C. Neuronal responses in the ventral striatum of the behaving macaque. // Behav Brain Res 1993 Jun 30;55(2):243-52.

191. Wilson CJ. The generation of natural firing patterns in neostriatal neurons .// Prog Brain Res. 1993; 99:277-97.

192. Wu Y, Richard S, Parent A. The organization of the striatal output system: a single-cell juxtacellular labeling study in the rat. // Neurosci Res 2000 Sep;38(l):49-62.

193. Wurtz RH, Hikosaka O. Role of the basal ganglia in the initiation of saccadic eye movements. // Prog Brain Res 1986;64:175-90.

194. Yamada H, Matsumoto N, Kimura M. Tonically active neurons in the primate caudate nucleus and putamen differentially encode instructed motivational outcomes of action. //J Neurosci 2004 Apr 7;24(14):3500-10,

195. Yeterian EH, Pandya DN. Striatal connections of the parietal association cortices in rhesus monkeys. // J Comp Neurol 1993 Jun 8;332(2): 175-97

Информация о работе

Филатова, Елена Владимировна
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург, 2006
ВАК 03.00.13

Диссертация

Нейронная активность скорлупы мозга обезьяны, обученной оперантной деятельности - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы