Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Осцилляторная активность и межструктурные взаимоотношения в здоровом и эпилептическом мозге

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Осцилляторная активность и межструктурные взаимоотношения в здоровом и эпилептическом мозге"

На правах рукописи

Асташева Елена Валериевна

ОСЦИЛЛЯТОРНАЯ АКТИВНОСТЬ И МЕЖСТРУКТУРНЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В ЗДОРОВОМ И ЭПИЛЕПТИЧЕСКОМ МОЗГЕ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

13 КЮН 2013

Пущино-2013

005061672

Работа выполнена в лаборатории Системной организации нейронов им. О С. Виноградовой Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук и Пущинском государственном естественно-научном институте.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение

науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Защита состоится 26 тоня 2013 г. в 12-00 на заседании Совета Д002.093.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН. С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

Автореферат диссертации разослан мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Научные руководители: доктор биологических наук

Кичигина Валентина Федоровна кандидат биологических наук Асташев Максим Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Семёнова Татьяна Павловна

в.нх. лаб. механизмов природных гипометаболических состояний ИБК РАН

доктор биологических наук, профессор

Мошков Дмитрий Алексеевич

зав. лаб. ультраструктуры нейрона ИТЭБ РАН

к.ф.-м.н.

Н.Ф. Панина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Осцилляции в электроэнцефалограмме (ЭЭГ) возникают благодаря синхронной активности большого числа нервных клеток. Многими работами продемонстрирована важная роль ритмической активности всех диапазонов частот в обработке информации в нейронных сетях. Посредством отведений ЭЭГ от скальпа и внутримозговых регистраций достаточно детально исследованы осцилляции в различных кортикальных областях, имеющих слоистый тип организации. В отличие от этого, они практически не изучены в субкортикальных структурах ядерного типа, принимающих активное участие в обработке поступающих в мозг сигналов.

В последние годы большой интерес у нейрофизиологов вызывает выяснение роли осцилляторной активности во взаимоотношениях различных областей мозга, поскольку они играют важную роль в организации его функций, в частности, когнитивных. Предполагается, что для включения избирательного внимания, при обучении, запоминании, различных когнитивных задачах необходима гибкая и быстрая (в пределах сотен миллисекунд) перестройка коммуникаций разных нейронных ансамблей. Тахие быстрые преобразования не могут осуществляться посредством анатомических связей. Согласно существующим гипотезам [Ливанов, 1989; Fries, 2005], субстратом таких перестроек может являться осцилляторная активность, синхронно возникающая в пространственно разделенных, но функционально связанных областях мозга. К настоящему времени экспериментально доказано, что осцилляции обеспечивают ритмическую модуляцию нейронной возбудимости, которая влияет на чувствительность синоптических входов и на вероятность генерации потенциалов действия [Fries, 2005; Anderson et al., 2010; Wang, 2010; Benchenane et al., 2011; Colgin, 2011]. Таким образом, ритмическое повышение нейронной возбудимости обеспечивает временные окна для коммуникаций и может динамически модулироваться когнитивными потребностями.

Несмотря на возрастание интереса к осцилляторным процессам, до настоящего времени остается неизвестным, могут ли разные типы осцилляций присутствовать в различных структурах (как кортикальных, так и субкортикальных) при одном и том же уровне активации мозга, какова степень их выраженности и, главное, как изменения ритмической активности отражаются во взаимодействиях разных областей мозга. Внесение ясности в эти вопросы важно для понимания механизмов работы мозга.

Малоизученным является и вопрос о том, каков характер изменений ритмической активности в различных частотных диапазонах при нейродегенеративных заболеваниях. Одним из широко распространенных заболеваний такого рода является височная эпилепсия (ВЭ). Эта патология представляет собой тяжелую трудноизлечимую форму фокальной эпилепсии, при которой повреждаются многие структуры мозга. Механизмы возникновения и развития ВЭ пока не ясны; возможно, что одной из причин этого является недостаточное внимание, уделяемое исследованию ритмов мозга при эпилепгогенезе. Практически не изученными являются нарушения осцилляции в субкортикальных ядрах при ВЭ, а также изменения степени синхронизации их активности с активностью неокортикальных областей.

В литературе есть указания на то, что при ВЭ у пациентов наблюдается нарушение обучения и памяти; аналогичные нарушения выявлены на моделях ВЭ у животных. В то же время известно, что ритмическая активность разных диапазонов участвует в когнитивной работе мозга; в частности, тета-осцилляции, пейсмехером которых является медиальная септальная область (МС), необходимы для включения внимания и дальнейшего запоминания поступающей в мозг информации [УтоцгасЫг, 1995; Викакй 2002]. Известно также, что МС играет ключевую роль в регуляции возбудимости и функционировании гиппокампальной системы, необходимой для формирования долговременной памяти и, в то же время, являющейся основным локусом повреждений при ВЭ. Эти факты подчеркивают необходимость особенно глубокого изучения роли МС а изменении осцилляции как в норме, так и при зпилегггогенезе. Одной из наименее изученных отделов МС является глутаматергическая система, имеющая существенное значение в функционировании пшпокампа. Анализ изменений, возникающих при воздействиях на эту систему на экспериментальных моделях ВЭ, продвинут понимание причин развития эпилепсии.

Цели и задачи исследования

Цель работы состояла в исследовании ЭЭГ-активности кортикальных и субкортикальных структур мозга бодрствующих животных в норме и в моделях эпилепсии. .

Основные задачи:

1) Определить характеристики ЭЭГ-акшвности восьми стру ктур мозга здоровых бодрствующих морских свинок в следующих частотных диапазонах: дельта, тета, альфа, гамма и рипплз;

2) Исследовать изменение спектральных характеристик осцилляторной активности при генерации судорожных разрядов, вызванных электрической стимуляцией глутаматергического неокортикального входа в пшпокамп (перфорирующего пути);

3) На модели электрического киндпшга перфорирующего пути выявить изменения в спонтанной ритмической активности и межструктурных взаимодействиях во всех исследуемых диапазонах;

4) Изучить влияние активации глутаматершческой системы медиальной септальной области (внутриструктурныч введением Ь-глутамата) на осцилляторную активность других областей мозга

Научная новизна

В настоящем исследовании впервые осуществлена одновременная регистрация осцилляторной ЭЗГ-ахтивности восьми структур мозга, как кортихальных (энторинальной и фронтальной областей, гиппокампа, зубчатой фасции) так и субкорикальных (МС, супрамамиллярного ядра, миндалины, латерального септального ядра) у здоровых и эпилептических животных. Выявлены особенности ритмической активности этих областей мозга в основных частотных диапазонах: дельта, тета, альфа, гамма и рипплз. Впервые показано, что у морских свинок, находящихся в состоянии спокойного бодрствования, в структурах «ядерного» типа, так же, как в кортикальных областях, отчетливо выражены осцилляции во всех полосах частот, от низкочастотных (дельта) до высокочастотных (рипплз). Обнаружено, что корреляционные взаимодействия структур мозга в разных диапазонах в целом тем интенсивнее, чем отчетливее выражена осцилляторная активность в этих диапазонах, хотя это не являлось общим правилом.

Обнаружено, что во время генерации судорожных разрядов осцилляторная активность сильно возрастает, ещё более усиливаясь при активации глутаматергической системы МС. При этом парадоксальным образом нарушается степень синхронизации активности различных структур: в целом, она возрастает в высокочастотных и снижается в низкочастотных полосах частот. Такие разнонаправленные сдвиги могут быть причиной разбалансировки и нарушения работы мозга, в том числе изменения когнитивных функций и потерю сознания при судорогах.

На модели электрического киндлинга и повторного введения Ь-глутамата в МС впервые описаны глобальные нарушения ритмической активности всех диапазонов и

межструктурных отношений в этих частотных полосах в эпилептическом мозге. Обнаруженные изменения осцилляции могут объяснять нарушения когнитивных функций мозга при зпилептогенезе. На модели височной эпилепсии выявлен существенный вклад активации глутаматергической системы МС в развитии эпилептического очага.

Показано, что наиболее ранним проявлением эпилептогенеза в моделях киндлинга является подавление рипплз-осцилляций в медиальной септальной области и миндалине: они ослабевают уже при неполной раскачке, когда нет явных признаков патологии. Это свидетельствует о том, что высокочастотные осцилляции в МС и миндалине - наиболее уязвимый процесс при эксайтотоксических воздействиях, и их подавление можно рассматривать как маркер начала формирования патологического очага При длительной электрической стимуляции перфорирующего пути (более 2-х месяцев), приводящей к появлению спонтанных судорожных припадков, в активности МС и пшпокампа выявлено постепенное ослабление тета-ригма и корреляционных взаимодействий этих структур; эти нарушения ускоряются при активации глутаматергической системы МС. Поскольку, как показано многими авторами, в нормальном мозге тета-ригм играет протекторную роль при неблагоприятных воздействиях на мозг, резкое ослабление тета-осцилляций и дезинтеграция работы септо-гшшокампального комплекса, по-видимому, являются одной из основных причин формирования височного эпилептического очага на поздних этапах кицдлинга. Данные способствуют пониманию общих механизмов работы мозга и развития ВЭ.

Научно-практическая значимость работы

Проведенная работа позволила выявить изменения, которые могут лежать в основе развития патологических процессов в эпилептическом мозге. Одновременная регистрация внутримозговой ЭЭГ га нескольких структур показала, что изменения ритмической активности при эпилетогенезе наблюдаются параллельно как в кортикальных, так и в субкортикальных областях, что существенно расширяет представления о механизмах развития височной эпилепсии.

Показанное в работе наиболее существенное возрастание осцилляций в гамма- и рипплз-диапазонах во время генерации судорог указывает на то, что высокочастотные осцилляции имеют решающее значение в формировании эпилептического очага.

Выявление наиболее раннего проявления результатов киндлинга в виде подавления рипплз-осцилляций в медиальной сегггальной области и миндалине, служит основанием рассматривать эти изменения как маркер начавшегося эпилептогенеза.

Полученные экспериментальные данные могут помочь разработке новых подходов для терапии височной эпилепсии.

Апробация работы

Основные результаты диссертации доложены на Путинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2009, 2011, 2013), Международном симпозиуме «Гиппокамп и память» (Пущино, 2009, 2012), 4°м, 5°", 6ом, 7°и международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, Крым, 2008-2011 гг), конференции молодых ученых ИТЭБ РАН «Экспериментальная и теоретическая биофизика» (Пущино, 2009-2012), а также на школах: 1. Школа-конференция Нейротехнологии 2010 («Биоэкономика, основанная на знаниях: политика инновационного пути развили биотехнологии»), Россия, пос. Бекасово, 2010; 2. Вторая всероссийская научная школа «Нейробиология и новые подходы к искусственному интеллекту и науке о мозге», Ростов-на-Дону, 2011; 3. Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках всероссийского фестиваля науки. Ульяновск, 2011. По материалам диссертации опубликовано 4 работы: 3 статьи в отечественных рецензируемых журналах, включенных в список ВАК, и 1 статья в зарубежном рецензируемом журнале.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа содержит введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты, обсуждение, выводы и список литературы. Работа изложена на 150 страницах, содержит 20 рисунков. Список литературы включает 417 источников отечественной и зарубежной литературы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования. В качестве объекта исследования использовались морские свинки (самцы и самки, вес от 450 до 540 г, п=35) Все манипуляции проводили согласно международным нормам этического обращения с животными [Guide for the care and use of laboratory animals, 2010].

Модели эпилепсии

1. Электрический киндлинг (п=20). Модель создавалась путем повторяющейся электрической стимуляции перфорирующего пути (ПП, интенсивность стимула 100500 мкА, длительность - 0.3-0.8 мс, частота 10 Гц). В течение дня предъявлялись три серии стимуляций. Ежедневно на каждом животном проводили один эксперимент.

2. Введение фармакологических веществ в МС (п=15). Модель создавалась путем ежедневно повторяющегося введения в МС (в течение 35-46 дней, а в отдельных

7

случаях до 92 дней) агониста глутаматных рецепторов L-глутамата (2.5 мкМ, «глутамат», п=5). Животным другой группы одновременно вводили L-глутамат в той же дозе, и антагонист ионотропных глутаматных рецепторов кинуреновую кислоту (1 мкМ, «гл>т+кин», п=5), для проверки специфичности воздействий L-глутамата. Животным контрольной группы вводили физиологический раствор («контроль», п=5).

Проведение злектрофизиологических экспериментов. За неделю до начала экспериментов проводили хирургическую операцию: по рассчитанным координатам [Rapisarda, Bacchelli, 1977] под общим наркозом (золетил, 18 мг/кг; ксилазин, 12 мг/кг) имплантировали монополярные мнкроэлектроды в энторинальную кору ОК. АР=4,6; L=5,5; Н=10,5), супрамамиллярное ядро (СМЯ. АР=7,8; L=l,5; Н=10,8; угол 15 град.), центральное ядро миндалины (Мин. АР=9,8; L=5,0; Н=10,7), медиальную сепгальную область (МС. АР=11,5; L=2,0; Н=8; угол 15 град.), латеральное се шальное ядро (ЛС. АР=11,5; L=2,0; Н=6,6; угол 15 град.), зубчатую фасцию (ЗФ. АР=5,8; L=2,5; Н=4,9), поле СА1 гиппокампа (Гшш. АР=5,8; L=2,5; Н=4,5) и фронтальную кору (ФК, АР=16,2; L=2; Н=3). В перфорирующий пу ть (ПП, АР=4,6; L=4,5; Н=4) имплантировали биполярные раздражающие электроды, используемые для вызова острой судорожной активности. Референтный электрод ввинчивали в затылочную кость. Над МС устанавливали направляющую канюлю по координатам АР=11,5; L=2,0; Н=8,0 иуголом 14 градусов для дистанционного введения веществ.

Эксперименты проводились в стандартных условиях, в затемнённой, экранированной камере, после адаптации к ней животного в течение трёх дней.

Экспериментальная установка. Для регистрации внутримозговой ЭЭГ применялась 8-ми канальная установка, состоящая из: 1) персонального компьютера под управлением MS Windows ХР, 2) универсальнаой платы ЦАП/АЦП сбора данных L791 (LCard, Москва, Россия), 3) программного пакета LGraph2 (LCard, Москва, Россия), 4) пакета драйверов LComp.

Обработка и анализ данных в цифровой форме. Для сбора и анализа данных в цифровой форме был разработан специальный набор программ в среде программирования Delphi 7 (Borland Software Corporation). Записи анализировали offline с помощью быстрого преобразования Фурье для получения амплитудно-частотных характеристик в заданных частотных диапазонах. Для получения информации о распределении мощности сигнала по частоте во времени использовано комплексное непрерывное Вейвлет-преобразование с материнской функцией Морле.

Гистологический контроль. По окончании экспериментов, для контроля локализации отводящих электродов производили электролитическую маркировку мест отведения активности и стимуляции путём пропускания в течение 20 с слабого

тока (1 мА) через электроды. Для оценки состояния ткани гиппокампа, изменение которого является показателем эпилептогенеза, мозг фиксировали в 4 % растворе параформальдегида и затем окрашивали по методу Тимма.

Статистический анализ. При статистическом анализе исследуемых групп использовали однофакторный дисперсионный анализ (one-way ANOVA) в программе 0rigin7.0 SR (OriginLab Corporation, США).

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Суммарная электрическая активность и корреляционные отношения исследуемых структур в здоровом мозге.

Анализ локальных полевых потенциалов (ЭЭГ) бодрствующих морских свинок (п = 15) был проведен в следующих диапазонах частот: дельта (полоса 0.5-4 Гц), тета (4-8 Гц), альфа (10-12 Гц), гамма (40-80 Гц) и рипплз (100-200 Гц) (Рис. 1.).

Вычисления спектральной мощности и частоты ритмической активности у здоровых животных показали, что в состоянии спокойного бодрствования осцилляции в низкочастотных дельта- и тета-диапазонах имели большую спектральную мощность, чем в высочастотных гамма- и ршшлз-полосах. Дельта-осцилляции имели наибольшую мощность; при этом был сильнее всего они были выражены в ФК, СМЯ и ЭК, при незначительных различиях в его частоте; можно отметить лишь несколько большую частоту дельта-осцилляций в ЗФ по сравнению с другими областями. Тета-осцилчяции во всех структурах имели значительно меньшую спектральную мощность, например в МС она была почти вдвое меньше, чем мощность дельта-осцилляции (8.7±1.5 и 16.7±3.3 отн. ед, соответственно), а в СМЯ - более чем в два раза (10.8±2.3 и 23.3±10.5 отн. ед.). Тета-ритм был сильнее всего выражен в Гипп, ЗФ и ЭК, не отличаясь существенно по частоте. Альфа осцшляции почти во всех структурах были вдвое слабее по мощности, чем тета-осцилляции; наиболее отчетливыми они были в Гипп и ЗФ, и практически не различались по частоте; в то же время в МС выраженность альфа-ритма была наименьшей. Гамма-осцилляции имели гораздо меньшую спектральную мощность во всех структурах; по сравнению с тета-ритмом их мощность была ниже в 5-10 раз; в разных областях мозга они почти не различались ни по мощности, ни по частоте; можно лишь отметить несколько большую, по сравнению с другими структурами, их мощность в гиппокампе. Рипплз-осцилляции, чья спектральная мощность была такая же незначительная, как и гамма, в разных структурах существенно различались; при этом наибольшая мощность была в СМЯ, а наименьшая (в 2.1 раза) в JIC; частота рипплз {фактически не различалась (Таблица 1).

9

1

ФК ПС

£ 150 ь

0

^ 100

&

5 50

э

1 о

ШшмшАл

В -

Частота (Гц) 0

шах

ЭК I ЗФ

«. эк

• СМЯ Мин

мс ж ЗФ

• Гипп + ФК

- яс

Мин ФК

МС ЛС

1С 1С

Рис. 1. Пример внутримозговой ЭЭГ-акгивности восьми структур мозга у бодрствующей морской свинки и ее обработка. А - активность в контроле (без каких-либо воздействий); справа - обозначения структур: Б - график зависимости «пиковая частота-мощность» на данном отрезке записи; по оси ординат - мощность (отн.ед.), по оси абсцисс (логарифмическая шкала) - пиковая частота (Гц); можно видеть, что присутствует низкочастотная активность, заметны пики на дельта и альфа частотах. В - Вейвлет-спекгры для данного отрезка активности, демонстрирующие особенности активности каждой из структур мозга.

Таблица 1. Осцилляторная активность разных диапазонов частот в исследуемых структурах мозга

------ Дельта Тета Альфа Гамма Рипплз

эк мощность 22.61±6.88 13.27±1.28 6.55±1.31 2.79*0.33** 3.32*1.15

частота 0.93±0.06** 5.50±0.17** 10.87±0.05 61.35*0.42 136.12±6.31

смя мощность 23.27il0.49 10.81±2.29 5.41*0.98* 2.74*0.49** 6.27*4.51

частота 0.99±0.12* 5.57±0.22* 10.88*0.05 61.48±1.02 136 28*6.04

Мин мощность 18.35±2.95 10.32*1.64 5.41*1.15* 2.91*0.37** 3.52*1.39

частота 1.06±0.11 5.52±0.19* I0.90i0.05 62.14*0.72** 131.54±4.97

МС мощность I6.71d3.2S 8.68±1.47* 4.75Ш66** 2.54*0.29** 4.79+1.93

частота 1.16±0.15 5.43±0.13*** 10.91*0.06 62.03*0.52** 138.68*3.14**

ЗФ мощность 17.69*5.24 13.27*4.10 8.19±гб2 3.15±0.78 3.89*1.47

частота 1 35±0.31 5.64*0.17 10.88*0.05 61.02*0.57 126.17*4.89*

Гипп мощность 17.04i4.59 13.7ftfc5.24 8.19*2.79 3.32*0.98 3.85±1.31

частота 1.19±0.20 5.79*0.23 10.91*0.06 60.87i0.94 132.03*4.92

ФК мощность 24.25i7.54** 9.99*2.29 5.74*0.98* 3.19±0.57 3.69*1.19

частота 1.20*0.17 5.38±0.15 10.93*0.08 61.28±1.35 134.82±4.59

лс мощность 17.37i6.88 10.16±4.59 5.90*3.28 2.95*1.15 2.95*1.06

частота 1.05*0.29 5.11*0.34**** 10.85*0.11 59.42i2.89 131.51*4.68

В таблице показаны мощность (отн. ед.) и частота (Гц) осцилляторной активности в исследуемых структурах у здорового животного. Максимальные значения мощности осцияляций в каждом диапазоне выделены жирным и подчеркиванием, а минимальные -жирным и курсивом. Достоверность отличий параметров одного и того же диапазона в разных структурах, в сравнении с гиппокамлом: *р<0.05, **р<0.01, ***р<0.001, **** /><0.0001.

Таким образом, впервые обнаружено, что у животных в состоянии спокойного бодрствования в мозговых структурах «ядерного» типа так же, как в кортикальных областях, отчетливо выражены осцилляции всех исследуемых частотных диапазонов, от низкочастотных (дельта) до высокочастотных (рипплз). Корреляционные взаимодействия структур мозга в разных полосах частот в целом тем интенсивнее, чем отчетливее выражена осцилляторная активность в этих диапазонах.

Полученные в данной части работы данные косвенно подтверждают представление о том, что осцилляции поддерживают осуществление функциональной связи между структурами.

2. Изменения осцилляции во время судорожных послеразрядов, вызванных стимуляцией неокортикального входа в гиппокамп (перфорирующего пути, ГОТ).

Во всех экспериментах по изучению осиилляторной активности во время эпилептогенеза специальное внимание обращали на роль медиальной септальной области (МС) в этом процессе.

В данной серии опытов проведен сравнительный анализ судорожной и постсудорожной активности в мозге на фоне введения в МС физиологического раствора (и=5) или Ь-глутамата (и=5). При генерации судорожных послеразрядов, в условиях введения в МС физиологического раствора, осцилляторная активность во всех диапазонах частот сильно возрастала, как по мощности, так и по частоте. Гамма-и рипплз-осциллжции усиливались наиболее отчетливо.

Во время судорожной активности выявлены достоверные изменения межструктурных взаимодействий. Интересно, что они изменялись противоположным образом в разных частотных полосах: в высокочастотных диапазонах (гамма, рипплз) синхронизация в целом повышалась, в то время как в низкочастотных - снижалась, при этом наиболее заметным было снижение взаимодействий между гиппокампом и другими структурами (Рис. 2). В условиях введения в МС глутамата, осцилляторная активность при судорогах возрастала ещё сильнее, особенно в высокочастотных диапазонах; длительное введение глутамата приводило к некоторому ослаблению ритмической активности. В отличие от периодов генерации судорог, осцилляции после их прекращения в целом либо ослабевали, либо не изменялись. Исключением был дельта-ритм, чья спектральная мощность усиливалась в кортикальных областях (ЭК и ФК), в СМЯ и ЛС (но не Гипп), а также рипплз-активность в гиппокампе.

Таким образом, активация глутаматергаческой системы МС. вносила дополнительный вклад в усиление осцилляции во время генерации судорожных послеразрядов, вызванных стимуляцией ПЛ.

А

1 1234 1234 123 4 1234 1 2 34

0,8 1 !»М ■ * ■ ж ж

О,в О,Л -0,2 м Ж §ф « ; §!|в | ♦ т эк-смя ЭК-Мин эк-мс ЭК-ЗФ ЭК-Гипп

-0,2 - ♦ * ж

-О,А - 1 ** г» ЭК-ФК

-0,6 -I Ж ■ £ 1 % эк-лс

-0,8 -

-1 - Дельта Тета Альфа Гамма Рипплз

Б

В

л

о,а

о,в -о,4 -0,2 о

-0,2 -0.4

-О,в --0,8 --1 -

1 ,2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

II«» ал

I!!'

Г§

* ж ♦

123 4 12 3 4

г

I г1

—

ж £

—Ж

• * г

Дельта Тета Альфа Гамма Рипплз

« МС-ЭК

- мс-смя

МО-Мин мс-эф

ж МС-Гипп • МС-ФК

<- мс-лс

1 -0.8 -0,6 -0,4 0,2 - 1 а 2|# ^в?-4 ^¿А 13^4 123 4 '1 \К ?г М* -- -: Ч1 У*

♦ ГипгьЭ К - Г"ипп-С МЯ Г~ипп-1Ч/1мн Г~ипп-1ЧЛС ж Г~1^1пп-3с£> • ГипгьФ К ► Г~1л пп-Л О

-О ,2 -0.4 - -о .в --0,8 -1 - * * * * * : : Дельта Тета Альфа Гамма Рипплз

Рис. 2. Изменения кросскорелляционных отношений между ЭК, МС, Гипп и другими структурами при различных функциональных состояниях. Показана величина коэффициента кросскорреляции (Ккр) между ЭК (А), МС (Б), Гипп (В) и другими исследуемыми структурами по дельта, тета, альфа, гамма и рипплз-диапазонам. 1) исходная фоновая активность, 2) судорожные послеразряды (25-30 день), 3) постсудорожный период (25-30 день), 4) фоновая активность через месяц после начала киндлинга (25-30 день).

3. Изменения осцилляторной активности гиппокампа и МС при электрическом киндлинге перфорирующего пути.

В данной (предварительной) серии экспериментов регистрация ЭЭГ осуществлялась в двух структурах, гиппокампе и МС; опыты продолжались в течение двух месяцев и проводились на двух группах животных: в первой группе в МС вводили физиологический раствор (п =5), во второй группе - Ь-глутамат (п =5). Анализ активности осуществляли в диапазоне частот 0.5-30 Гц. В исходных ЭЭГ у

животных обеих групп частота тета-ригма составляла 6.7±0.04 Гц в гшшокампе и 6.5±0.05 Гц в МС. Анализ межструктурных взаимодействий показал достаточно высокую корреляцию активностей МС и гиппокампа (Ккр=0.45±0.03). Стимуляция ПП вызывала в обеих стру ктурах нарастающие ответы, переходящие в судорожные послеразряды. В первые дни амплитуда ответов в септуме была ниже, чем в гиппокампе; начиная с 8-9 дня, амплитуда ответов в МС становилась близкой к гиппокампальной, а при завершении киндлинга могла превышать ее.

Через 24-44 дней раскачки на ЭЭГ выявлялась патологическая активность; основным ее признаком было появление бифазных острых событий с амплитудой 2.15±0.25 мВ, превышающей таковую острых волн в исходной ЭЭГ (р<0.05), рассматриваемых как икгериктальные спайки [Со1от, 2006].

В группе с введением в МС физиологического раствора спонтанные осцилляции достоверно не изменялись по сравнению с исходной активностью; Ккр сохранял свое значение при сравнении с фоном (¿>0.05). В результате киндлинга возрастала амплитуда острых событий (на З9.£ь16.5 %, р<0.05) и частота их встречаемости (на 66.7±22.3 %, р<0.05). В ходе эпилептогенеза было обнаружено драматическое снижение мощности тета-ритма в обеих структурах: в гиппокампе на 83.7±3.1%, а в МСО на 89.5±1.6%.

В группе с введением глутамата, в отличие от контрольной, выявлялось уменьшение значения Ккр по сравнению с таковым для исходной активности (на 19.2±7.0%, /К0.05). В результате киндшнга сильнее, чем в первой группе животных, возрастали амплитуда острых событий (на 50.5±18%, р<0.05) и их количество (на 144.2±58.5%, р<0.05). В ходе киндлинга в активности обеих структур было обнаружено падение мощности тета-ритма: в гиппокампе на 77.0±2.8%, а в сешум на 61.8±4.8% по сравнению с исходной активностью. Анализ динамики подавления тета-ритма показал, что в этой группе животных его снижение было более быстрым - уже после 47±1.0 дня раскачки, хотя и несколько менее значительным.

Эксперименты с электрическим киндлингом перфорирующего пути (30 дней) позволяют предположить, что рипплз-осцилляции в медиальной септальной области и миндалине являются осцилляторной активностью, наиболее чувствительной к эпилепгогенным воздействиям.

4. Изменения ошилляторной активности в кортикальных и субкортикальных структурах мозга при электрическом киндлинге перфорирующего пути (ГШ).

Для выявления возможной роли глутаматергической системы МС в эпилепгогенезе были проведены эксперименты на двух группах животных: в первой

группе в МС вводили физиологически раствор (и=5, когароль), во второй группе - Ь-глутамат (я=5). Активность регистрировали в восьми структурах мозга. При киндлинге в течение 30 дней в группе животных с введением в МС физиологическиго раствора не было обнару жено изменений ритмической активности, кроме рипплз-осцилляций, которые заметно снижались в Мин и МС (на 79.12±1.22%, р<0.001 и 46.20±7.22%, р<0.05, соответственно), без изменений частоты. Обнаруживалась тенденция к падению мощности тета-ритма в Гит (на 12.78±3.57%, р>0.05). Межструктурные корреляционные отношения изменялись лишь в рипплз^диапазоне и только для некоторых структур: они снижались для ЭК-МС (р<0.05). Таким образом, электрический кивдлинг в течение месяца, в контроле,, (при введении в МС физиологического раствора) не приводил к существенным сдвигам ошнлляторной активности. ,А. ;

В отличие от контрольной группы, у животных с введением глутамята через месяц после начала киндлинга осцилляторная активность существенно снижалась (по сравнению с исходным фонам) во многих структурах в тега-, гамма- и рипплз-диапазонах. Так, мощность тета-ритма снизилась в Гипп (на 27.24*15.42%,/><0.05), а его частота - в ЭК, СМЯ, МС, ФК (на 9.13±2.00%, р<0.001, 7.20*2.60%, р<0.01, 4.50±1.98%, р<0.01, и на 2.14±1.32%, р<0.05). Гамма-риш ослабевал по мощности в Мин (на 20.03*1.59%, р<0.00001), при неизменности частоты. Мощность рипплз-осцилляций снизилась в Мин, МС, ЗФ, ФК (на 28.09*4.70%, р<0.0001, 17.63*8.89%, р<0.05, 32.02±3.51%, р<0.0001, и на 44.70*1.55%, р<0.0001), хотя частота его повысилась в Гипп (на 11.87±3.85%, р<0.001). В дельта- и альфа-диапазонах изменений не выявлено. Вычисление Ккр обнаружило существенное снижение взаимодействий Гипп с другими областями в разных диапазонах частот. Особенно сильно это было заметно для гамма-диапазона (между Гипп и ЭК, СМЯ, Мин, МС, ЗФ, р<0.0001, ФК, р<0.001). В тета-днапазоне изменения взаимодействий были достаточно сильными между Гипп и ЭК (р<0.05), Мин (р<0.01), МС (р<0.01), ЗФ (р<0.0001), ФК (р<0.0001). В рипплз-полосе наблюдалось снижение отношений между Гипп и Мин, ЗФ (р<0.0001) В дельта- и альфа-полосах отношения Гипп с другими структурами ослабевали в значительно меньшей степени: в дельта диапазоне между Гипп и ЭК (р<0.01), а в альфа-диапазоне только Гипп и Мин (р<0.0001). В тета-диапазоне отношения ослабевали также между ФК и ЭК (р<0.05), Мин {р<0.001), ЛС (р<0.05), а в рипплз-полосе - между Мин и ЛС ('р<0.0001) (Рис. 3).

Итак, эксперименты с электрическим киндлпнгом в условиях введения в МС Ь-глутамата показали, что в 25-30 дни киндлинга происходило существенное ослабление осциллягорной активности по отношению к исходному фону, при этом

15

наиболее сильно снижались тета- и рипплз-осцилляции. Корреляционные отношения структур наиболее существенно изменялись в высокочастотных (гамма и рипплз) диапазонах. В опытах с введением Ь-глутамата изменения были более выраженными Полученные результаты свидетельствуют о том, что на моделях кицдлинга активация глутаматергических рецепторов в медиальной септальной области вносит существенный вклад в нарушение ритмов в МС и других структурах мозга при эпилептогенезе.

Контроль (рипплз)

00 0.6 ' 0,4 02 о

Глутамат В

1,

0.8 -

0,6-

а.

* 0,4 -

0,2 -

я - 0 ■

Г путами (тета)

Гипп-ЭК Гилп-Мин ГютП-МС Гмпп-ЗФ ГиОП-ФК ЛК-ЭК ®К-Мин ФКтЯС

Глутаыат (альфа)

Рис. 3. Изменения межструктурньк взаимодействий в разных диапазонах частот при электрическом кицдлинге с введением в МС физиологического раствора (А) и Ь-глутамата (Б-Е). Показаны изменения коэффициента кросскорреляции (Ккр), вычисленного при сравнении структур в контроле (светлые столбики) и через месяц после начала стимуляции (темные столбики). Над гистограммами обозначены диапазоны частот, в которых происходили изменения Ккр. Под гистограммами обозначены структуры, взаимоотношения которых изменялись. *р<0.05, **/?<0.01, ***р<0.001, **** р<0.0001.

5. Изменения осцилляторной активности и межструктурные взаимодействия в мозге при активации медиальной септальной области повторным введением Ь-глутамата.

В этой части работы регистрировали активность в восьми структурах (как минимум, в течение 35 дней) у трёх групп животных; при этом в МС инъецировали: (1) физиологический раствор (контроль. и=5), (2) неселекгивный агонист глугамата, Ь-глутамат («глутамат» и =5); (3) Ь-глутамат совместно с антагонистом ионотропных глутаматных рецепторов кинуреновой кислотой («глутамат+кин» п —5).

Глутамат (ритго)

Гипп-Мж Гипп-ЗФ Мии-ЛС

Глутамат (гамма)

Гипо-ЭК Гипп-СКЛЯ Гипп-Мин Гипп-мс ГиПП-ЭФ Гипл-ФК

Контрольные эксперименты не выявили существенных кратковременных или долговременных сдвигов в осцилляторной активности; через 35 дней инъекций отмечалось лишь незначительное снижение частоты тета-ритма в Гипл (на 8.88±2.49%, р<0.01). Вычисление Ккр обнаружило снижение межструктурных взаимодействий в тета-диапазоне между Гипп и ЭК (р<0.05); отношения между другими структурами не изменялись ни в одной полосе частот. Таким образом, заметных сдвигов ритмических осцилляции и межструктурных взаимодействий, т.е киндлинга, введение в МС физиологического раствора не вызывало. Патологических изменений в поведении животных за время экспериментов также не было обнаружено.

В отличие от введения физиологического раствора, инъекция Ь-глутамата в МС вызывала существенные сдвиги в осцилляторной активности и межструктурных взаимодействиях. Непосредственно после введения Ь-глутамата в первые (1-5) дни экспериментов наблюдалось существенное возрастание ритмической активности (Рис. 5. Л). Мощность тета-ритма повышалась в СМЯ, МСО и Гипп (на 27.9±7%, 24.8±6.0% и на 22.6±8.0), при некотором снижении его частоты в Гипп (на 6.7±3.3%). В Гипп повышалась также мощность дельта-ритма, на 19.7±2.8%, без изменения частоты. Гамма-осцилляции изменялись слабо, лишь в СМЯ несколько снижалась их мощность (на 15.7±11.0%). Обнаружено изменение межструкгурных взаимодействий: повышалось значение Ккр для Гипп-Мин в дельта-полосе на 19 0±7.8%. В отличие от эффектов первых введений Ь-глутамата, его длительная инъекция приводила к подавлению осцилляторной активности различных диапазонов (преимущественно в тета-, гамма- и рипплз-полосах) во всех исследованных структурах (Рис. 4 и Рис. 5, Б). Параллельно наблюдалось повышение частоты ршшлз-осцилляций в ЗФ.

Проверка специфичности действия Ь-глутамата производилась в группе животных с введением в МС совместно с Ь-глутаматом антагониста глутаматных ионотропных рецепторов, кинуреновой кислоты. Эксперименты показали, что большая часть эффектов глутамата обусловлена его влияниями на септалывде нейроны посредством ионотропных рецепторов.

фон

глутамат в МС

ГШ эк

Г» ~ ~ 'Дим'

Ко СМЯ

Гб

Е2,4

Мин МС ЗФ Гипп ФК ЛС

Рис. 4. Пример изменений осцилляторной активности в мозге при активации медиальной септальной области повторным введением Ь-глутамата (79-й день введения). В представленных вейвлет-спектрах видно снижение спектральной мощности осцилляций во всех структурах.

А

%

1 50 ЮО

го

дельта тета тета

Введение 1_-глутамата в МС в первые 1-5 дней

га тета тета тета альфа гамма гамма

гЬ г-эе. Р] 5

г£п

Гипп Мин МС ЗФ Гипп ФК ЛС СМЯ СМЯ ЗФ Введение Ь-глутамата в МС в 31-35 дни

ета тета гамма гамма гамма гамма гамма гамма гамма гамма рипплэ рипллз

1 п

гЬ

ЗФ Гипп ЭК СМЯ Мин МС ЗФ Гипп ФК ЛС МС ЗФ

Рис. 5. Изменения мощности ритмов разных диапазонов в различных структурах при введении в МС Ь-глутамата в первые 1-5 дней (А) и в 31-35 дни (£). Показаны достоверные изменения при *р<0.05, **/7<0.01, ***я<0.001, ****/><0.0001.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Осцилляторная активность и корреляционные межструктурные отношения в здоровом мозге.

Настоящая работа показала, что у морских свинок в состоянии спокойного бодрствования регистрируется осцилляторная ЭЭГ-акгивность во всех исследованных диапазонах частот, от самых медленных (дельта) до сверхбыстрых (рипплз), как в кортикальных, так и субкортикальных областях мозга. При вычислении спектральной мощности ритмической активности у здоровых животных было обнаружено, что осцилляции в низкочастотных дельта- и тста- диапазонах имели большую мощность, чем в высокочастотных гамма- и рипплз-полосах. Полученные в работе данные свидетельствуют о том, что спокойное бодрствование в стабильной обстановке не является однородным состоянием, а представляет собой сложное чередование ос цилляторной активности, отражающей различную степень активности мозга. Показано, что корреляционные взаимодействия структур в определенных диапазонах частот в целом тем интенсивнее, чем отчетливее выражена осцилляторная активность, однако это не было общим правилом. Полученные в работе данные согласуются с представлением о том, что осцилляторная активность поддерживает осуществление функциональной связи между структурами [Fries, 2005].

2. Изменения осцилляторной активности во время судорожных послеразрядов и после их окончания.

В работе показан характер изменений ритмической активности во многих структурах мозга в период генерации судорожных разрядов и после их окончания, а также влияния на них активации глутаматных рецепторов в МС.

Во время судорожных послеразрядов, особенно в условиях введения в МС глутамагга, осцилляторная активность во всех диапазонах частот в целом сильно возрастала, как по мощности, так и по частоте. Наибольшой вклад в усиление ритмической активности и в этом случае вносили высокочастотные осцилляции (гамма и рипплз). Поскольку они генерируются в гиппокампе, это свидетельствует о гиперактивации гиппокампальных клеток, что, по-видимому, при продолжающейся раскачке приводит к их повреждению и гибели (см. рис. 6).

При киндлинге выявлены достоверные изменения межструктурных взаимодействий. Интересно, что они изменялись противоположным образом в разных частотных полосах: синхронизация в высокочастотных диапазонах (гамма, рипплз) в целом повышалась, в то время как в низкочастотных — снижалась; при этом наиболее

заметным было снижение взаимодействий между гиппокампом и другими структурами.

В отличие от периодов генерации судорог, осцилляторная активность непосредственно после их прекращения по мощности в целом либо не изменялась, либо ослабевала, что, вероятно, свидетельствует об истощении энергетических ресурсов нервных клеток. Исключением были дельта-осцилляции, которые усиливались в кортикальных областях (ЭК и ФК), в СМЯ и JIC (но не Гипп), а также рипплз-активность в Гипп. Усиление дельта-ритма свидетельствует об активации таламо-корггикалыюй сети, где он генерируются; возможно, это имеет адаптивное значение и способствует частичному восстановлению функционирования мозга. Однако возрастание рипплз-осцилляции говорит о сохранении повышенной активности гиппокампальных пирамидных нейронов, участвующих в их формировании

Таким образом, во время генерации судорожной активности гамма- и рипплз-осцилляцки усиливаются в наибольшей степени. Возможно, что они имеют существенное значение в формировании эпилептического очага. Это предположение подтверждается тем, что на этих же частотах происходит наибольшая синхронизация структур (увеличение Ккр): как было показано ранее, аномальная синхронизация является основным свойством эпилептического мозга [Avoli and de Curtis, 2011; Good et al., 2009; Holtkamp et al., 2011; Towle et al., 1998].

3. Нарушения ошидляторной активности при эпилелтогенезе: возможные причины.

Как показала серия экспериментов с регистрацией ЭЭГ в двух структурах, пшпокампе и МС, проведенных при кицдлинге ПП, изменения в поведении и спонтанные судороги возникали через 38±6 дней после начала стимуляции. Эти результаты согласуются с полученными ранее в нашей лаборатории данными [Синельникова и др., 2008]. Причиной эпилептогенеза в этом случае, как предполагается, прежде всего, является повреждение и гибель нейронов ЗФ и пшпокамта [Babb et al., 1991; Covolan, Mello, 2000], влекущие за собой перестройки нейронной сети мозгд (Рис. б Е). С другой стороны, при киндлинге ПП и одновременном введении L-глутамата в МС было обнаружено существенное ускорение эпилептогенеза: уже через 26±1.5 дней после начала киндлинга появлялось спонтанное судорожное поведение. В этих опытах использовалась физиологическая концентрации L-глутамата (1 мкМ, 1 мкл), сама по себе не вызывающая судорожной активности. Тем не менее, при длительной ежедневной инъекции агониста возникали более ранние, чем при изолированном киндлинге ПП, спонтанные судороги и

20

нарушения в поведении животных. Исходя из этого можно полагать, что повторные введения L-глутамата, по-видимому, были причиной своеобразного фармакологического киндлинг а, который, суммируясь с электрическим, приводил к боже быстрому формированию патологического очага [Mori, Wada, 1987]. Это согласуется с данными других авторов, показавших, что повторные инъекции в МС низких концентраций антагониста ГАМК-А рецепторов пикротоксина также постепенно приводили к возникновению судорожной активности в гиппокампе [Butuzova, Kitchigina, 2008].

Одним из интересных и важных результатов наших экспериментов был тот факт, что по мере эпилептогенеза спектральная мощность тета-риша в обеих структурах резко снижалась. Ранее высказывалось предположение о протекторном значении тета-осцилляций и МС при генерации судорожной активности [Miller et al., 1994; Colom et al., 2006]. Исходя из полученных нами результатов н данных других авторов, можно предположить, что нарушение процесса генерации тета-ригма лишает гиппокамп протекции со стороны МС и ускоряет патологический процесс.

Очевидно, что в нарушение осцилляций и межструкгурных взаимодействий, выявленных в нашей работе, кроме гибели нейронов, перестройки связей и нарушения осцилляторной активности, вносят вклад также и другие факторы, ведущие к сетевой реорганизация Такими факторами могу™ быть изменения рецепторов, нейрогенез и синаптогенез, а также активация немедленных ранних генов, транскрипционных факторов, иейротрофических факторов и синтеза белков [см. Morimoío et al., 2004].

4. Значение медиальной с витальной области в изменении активности других структур при зпилептогенезе.

Как упоминалось, длительное ежедневное введение L-глутамата в МС, по-видимому, можно рассматривать как фармакологический киндлинг. Учитывая, что при этом на ЭЭГ возникали интериктальные спайки, а также регистрировалось су дорожное поведение и патологические изменения структуры гаппокампа, можно заключить, что такой киндлинг приводил к формированию эпилептического очага. Наиболее вероятно, что первичными нарушениями при фармакологическом киндлинге МС были эксайготоксические повреждения нейронов как в самой МС, так и в гиппокампе (Рис. 6 В). Существуют данные о септальном электрическом киндлинге, приводящем к развитию психомоторных признаков эпилепсии у кошек в течение в среднем 33.5 дней [Sato, et al., 1976], что очень близко воспроизводит наши данные с введением L-глутамата в МС.

А - пирамидные клетки И- глутаматергические ПП-перфорирующий путь

ф-не-пирамидные нейроны Н- ГАМКергические КШ-коллатерали Шафера

• - интернейроны. 11 - холинергические 0. глутаматные рецепторы в МС

Рис. 6. Сеть взаимосвязанных структур мозга, исследуемых в работе. А - здоровый мозг; 2> - эпилептический мозг. Показаны основные типы нейронов в МС и гиппокампе, а также основные межнейронные связи. Предполагается, что при эпилептогенезе, вызванном электрическим киндлингом ПП, в первую очередь наблюдается повреждение/гибель нейронов в гиппокампе, в то время как при фармакологическом киндлинге (внутрнсептальное введение глутамата) - в МС; повреждение клеток в гиппокампе и МС показано изменением цвета; нарушения межструктурных связей, вызванные гибелью клеток, демонстрируется пунктирными линиями. Глутаматергические нейроны обозначены красным цветом, ГАМКергические-синим, холинергические-зеленым. Пирамидные клетки обозначены треугольниками, остальные нейроны - кружками: крупные - проекционные клетки, мелкие - интернейроны. Черные стрелки - прямые связи между структурами. ФК -фронтальная кора; ЭК - энторинальная кора; ЗФ - зубчатая фасция; МС медиальная септальная область; ЛС - латеральное септальное ядро; СМЯ - супрамаммилярное ядро гипоталамуса; Мин - миндалина. ПП-перфорирующий путь, КШ-коллатерали Шафера.

Анализ литературы показывает, что при эпилептогенезе в септальной области наблюдается массивная гибель клеток, преимущественно ГАМКергических, но также части холинергических [Follesa et al., 1999; Gamdo-Sanabria et al., 2006]; это может приводить к спрутишу аксонных коллатералей на освободившиеся синапгичсские локусы и перестройке как септальной сети, так и связей МС с другими структурами [Colom et al., 2006]. В клинической практике септальный склероз связывают с возникновением эпилептических судорог [Varsik, et al., 2005]. В энторинальной коре и гиппокампе также обнаружена массовая гибель клеток при эпилептогенезе [Babb et al., 1991 ; Covolan, Mello, 2000]; при этом гибель ингернейронов гнппокампа является наиболее ранним собьгшем [Cossart et al., 2001; Dinocourt et al., 2003]. В итоге всё это может вызывать нарушение септо-гиппокампального ритмогенеза [Buzsâki, 2002; Wang, 2010], приводить к снижению выраженности тета-осцилдяций и повышению частоты рипплз-осцилляций в ЗФ. Последний факт свидетельствует о гиперактивации гранулярных клеток ЗФ, что в дальнейшем, очевидно, приводит к их повреждению или гибели. При повторном введении L-глутамата в МС выявлены также долговременные изменения гамма-ритма: во всех структурах снижалась его мощность, причем, в гиппокампе это снижение было очень существенным, почти в два раза. Изменения тета- и гамма-ритма может быть следствием перестройки септо-гиппокампалыюй и вяутригиппокампальной сети вследствие гибели нейронов МС и гиппокампа, или нарушения их функций. В дельта-полосе спектральная мощность осцилляций снижалась лило» в гиппокампе, что может быть отражением изменений в талачо-кортикальной сети.

Интересно, что при фармакологическом кивдлинге МС ослабевали также и межструктурные взаимодействия, причем, именно в тех диапазонах частот, в которых подавлялась сама осцилляторная активность: между Гипп и ЭК в тета-диапазоне, и между МС и Мин в гамма-полосе. Ослабление взаимодействий между Гипп и МС было показано нами и на модели электрического кивдлинга; это ослабление возрастало при введении глутамата в МС. В данной работе с кивдпингом МС обнаружено также ослабление структурных коммуникаций и между другими областями мозга (Гипп-ЭК и МС-Мин), что вносит вклад в понимание механизмов зпилептогенеза.

Опыты с длительным введением антагониста ионотропных глутаматных рецепторов кинуреновой кислоты (совместно с глутаматом) показали относительную специфичность воздействий глутамата при киндлинге МС. Так, при длительной совместной инъекции антагониста с глутаматом, в гиппокампе не наблюдалось каких-либо значимых изменений мощности тета-ритма по отношению к исходной

активности, так же, как и в контроле; в то же время изолированное введение глутамата вызывало резкое подавление его мощности и частоты (особенно на самых поздних сроках); Ослабления гамма-ритма в большинстве структур также не наблюдалось, т;е. активность была близка к контрольной. В этой группе животных не было выявлено и изменений межструктурных взаимодействий ни в одном диапазоне частот, так же, как и в контроле. Таким образом, изменения осцилляторной активности в этой группе животных были значительно менее выражены, чем в «глутаматной» группе.

Как показали другие наши эксперименты с регистрацией активности в восьми структурах мозга при совместном кивдлинге (стимуляция ПП и введение Ь-глутамата в МС), уже через месяц после начала такой раскачки наблюдались значительные изменения: обнаружено существенное ослабление осцилляторной активности во многих областях по отношению к исходному фону, при этом наиболее сильно изменялись (ослабевали) по мощности тета- и рипплз-осцилляции. В то же время изолированный электрический киндлинг ПП (в условиях введения в МС физиологического раствора), не приводил в течение месяца к сильным сдвигам в фоновой осцилляторной активности, кроме рипппз-осцилляций, которые заметно ослабевали в МС и Мин; межструктурные корреляционные отношения изменялись также лишь в рипгшз-диатазоне и только для некоторых структур: они снижались для ЭК-МС. Эти эксперименты (неполный киндлинг, без резких изменений в электрической активности и поведении животных) позволили предположить, что рипплз-осцилляции в медиальной сепгальной области и миндалине являются осцилляторной , активностью, наиболее чувствительной к зпилептогенным воздействиям.

При сформированной судорожной патологии наиболее сильно изменялись тета-и рипплз- осцилляции, что наблюдалось во многих структурах мозга. Таким образом, можно полагать, что их изменения являются определенным маркером сформированного эпилептического очага в височной области мозга

Предполагается, что изменение осцилляторной активности разных частотных диапазонов и межструктурных взаимодействий на моделях височной эпилепсии может быть одной из причин когнитивных нарушений при этой патологии.

Полученные экспериментальные данные вносят вклад в выяснение механизмов работы мозга и ее нарушений при развитии эпилепсии. Обнаруженные факты могут помочь разработке новых подходов для её терапии.

выводы

1. Обнаружено, что у животных в состоянии спокойного бодрствования в кортикальных и субкортикальных структурах наибольшую пиковую мощность имеют низкочастотные дельта- и тета-осцилляции; в этих же диапазонах наиболее сильно выражены корреляционные межструктурные взаимодействия.

2. При генерации судорожных разрядов их гармонические компоненты попадают во все исследованные диапазоны, вплоть до гамма- и рипплз-полос, что подтверждается увеличением спектральной мощности осцилляций. Резкое повышение процессов синхронизации может быть причиной нарушения функций мозга во время судорог.

3. На модели электрического кицдлннга выявлено, что наиболее ранним проявлением эпилепгогенеза является ослабление спектральной мощности рппплз-осцилляций в медиальной септальной области и миндалине. В этой же полосе, частот наблюдалось ослабление межструктурных корреляционных взаимодействий. Мы полагаем, что снижение мощности рипплз-осцнлляций в МС и миндалине является маркером возникающего эпилепгогенеза С другой стороны, резкое ослабление тета-осцилляций и дезинтеграция работы сепго-пшпокампального комплекса, по-видимому, являются одной из основных причин формирования височного эпилептического очага на поздних стадиях эпилепгогенеза; это может быть одной га причин нарушения когнитивных функций при эпилепсии.

4. Фармакологический кивдлинг (хроническое ведение Ь-глутамата) приводит к снижению спектральной мощности тета-, гамма- и рипплз-осцилляций в спонтанной активности во многих областях мозга; особенно заметным было падение тета- и гамма- осцилляций в гиппокампе и зубчатой фасции. Изменения ритмической активности сопровождались возникновением патологических изменений (спрутирование мшистых волокон) в структуре гиппокампа. Это демонстрирует, что хроническая активация глутаматных рецепторов в МС может быть причиной инициации зпилептогенеза.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Асташева Е.В., Кичипша В.Ф. Активация глутаматергической системы медиальной септальной области ускоряет эпилептогенез. // Журн. высш. нерв; деят. 2009, Т. 59. № 6. С. 749-754.

2. Асташева Е.В. Исследование осцилляторной активности и межструктурных взаимоотношений в лимбической системе мозга. // Фундаментальные исследования. 2011. Т. 4. №12, С. 699-703.

3. Асташева Е.В., Кичигина В.Ф. Нарушения осцилляторной активности и межструктурных взаимодействий в мозге при фармакологическом киндлинге медиальной септальной области // Фундаментальные исследования. 2013. №4 (часть 5), С, 1114-1119.

4. Kitchigina V, Popova I, Sinelnikova V, Malkov A, Astasheva E, Shubina L, Aliev R. Disturbances of septohippocampal theta oscillations in the epileptic brain: Reasons and consequences // Experimental Neurology 2013 Feb 4. pii: S0014-4886(13)00042-3. doi: 10.1016.

Тезисы докладов:

1. Асташева Е.В. Влияние глутаматергической системы медиальной септальной области на гшэтокампальный тета-ритм // Тезисы в сборнике «13-я международная Путинская школа-конференция молодых ученых «Биология - наука 21 века». Пущино, 2009. С. 34-35.

2. Асташева Е.В. Воздействия на глутаматергическую систему медиальной септальной области изменяют септо-гиппокампальные взаимоотношения // Тезисы в сборнике «Гиппокамп и память: норма и патология». Пущино, 2009. С, 23-24.

3. Асташева Е.В. Нарушение септо-гиппокампальных взаимодействий при эпилептогенезе: роль глутаматергической системы медиальной септальной области // Тезисы в сборнике «Экспериментальная и теоретическая биофизика 2009». Пущино, 2009, стр. 4-5.

4. Асташева Е.В. Нарушение септо-гиппокампальных взаимоотношений при эпилептогенезе: роль глутаматергической системы медиальной септальной области // Тезисы в сборнике «Нейронаука для медицины и психологии». Украина, Судак, 2009, стр. 45-46.

5. Асташева Е.В. Влияние активации глутаматергической системы септума на изменения активности в амигдале и энгоринальной коре при эпилептогенезе II Тезисы в сборнике «Нейронаука для медицины и психологии», Украина, г. Судак, 515 июня 2010, С. 55.

6. Асташева Е.В. Изменения активности в амигдале и энториналькой коре при эпилептогенезе в условиях активации глутаматергической системы септума // Тезисы в сборнике «Экспериментальная и теоретическая биофизика 2010», Россия, г. Пущино, 19-20 октября 2010, С. 9-10.

7. Асташева Е.В. Влияние активации глутаматергической системы септума на изменения активности в амигдале и энториналькой коре при эпилептогенезе // Школа-конференция Нейротехнолопш 2010 (Биоэкономика, основанная на знаниях:

полигика инновационного пути развития биотехнологии)", Россия, пос. Бекасово, 24-29 сентября 2010, С. 5-6.

8. Асташева Е.В. Межструктурные взаимоотношения в отделах лимбической системы и частотные характеристики их полевой активности // Тезисы в сборнике 15 Международная Пущинекая школа-конференци молодых ученых «Биология - наука XXI века». Пущино, 2011, - С. 158.

9. Асташева Е.В. Частотные характеристики и межструктурные взаимоотношения в лимбической системе // Тезисы в сборнике «Нейронаука для медицины и психологии». Судак, Украина, 3-13 июня 2011, С. 70-71.

10. Асташева Е.В. Межструктурные взаимоотношения и частотные характеристики в лимбической системе // Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях - 2011. Труды конференции, - Нижний Новгород, - ИПФ РАН, 2011, С. 10-11.

11. Асташева Е.В. Лнмбическая система: частотные характеристики и межструктурные взаимоотношения // Вторая всероссийская научная школа «Нейробиологкя и новые подходы к искусственному интеллекту и науке о мозге». Тезисы трудов, - Ростов-на-Дону, - Издательство ЮФУ, 2011, - С. 24-28.

12. Асташева Е.В. Межструктурные взаимоотношения и частотные характеристики в лимбической системе // Материалы всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках всероссийского фестиваля науки. Часть 2, - Ульяновск, 2011, С. 5-6.

13. Асташева Е.В. Исследование осцилляторной активности и межструктурных взаимоотношений в лимбической системе мозга // Экспериментальная и теоретическая биофизика, Пущино, 2011, С. 1. Секционный доклад.

14. Асташева Е.В. Влияние сенсорной стимуляции на частотные характеристики и межструктуриые взаимоотношения в лимбической системе. // II Всероссийская конференция с международным участием «Гиппокамп и память: Норма и патология». Пущино, Россия, 10-14 сентября 2012 г. С. 29-30.

15. Асташева Е.В. Влияние сенсорной стимуляции на частотные характеристики и межструктурные взаимоотношения в лимбической системе. // Международная конференция молодых ученых « Экспериментальная и теоретическая биофизика». Пущино, 22-24 октября 2012 г. С. 4-5.

16.Асташев М.Е., Асташева Е.В. Нарушения осцилляторной активности и межструктурных взаимодействий в мозге при фармакологическом киндлинге медиальной сепгальной области // Тезисы в сборнике 17 Международная Путинская школа-конференция молодых ученых «Биология - наука XXI века». Пущино, 2013, - С. 36.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Асташева, Елена Валериевна, Пущино

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОФИЗИКИ

РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201358780

АСТАШЕВА ЕЛЕНА ВАЛЕРИЕВНА

ОСЦИЛЛЯТОРНАЯ АКТИВНОСТЬ И МЕЖСТРУКТУРНЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В ЗДОРОВОМ И ЭПИЛЕПТИЧЕСКОМ МОЗГЕ

03.03.01 - физиология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: доктор биологических наук В.Ф. Кичигина кандидат биологических наук М.Е. Асташев

Пущино -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................................................5

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................................................................7

1. Осцилляторная активность, регистрируемая в электроэнцефалограмме..............7

1.1. Дельта-ритм..............................................................................................................................................................7

1.2. Тета-ритм................................................................................................................................................................9

1.3. Альфа-ритм............................................................................................................................................................13

1.4. Гамма-осцилляции..........................................................................................................................................15

1.5. Сверхбыстрые рипплз-осцилляции..................................................................................................16

2. Кортикальные и субкортикальные структуры, участвующие в обработке информации и когнитивной деятельности мозга..............................................................................18

2.1. Гиппокамп................................................................................................................................................................18

2.2. Зубчатая фасция (ЗФ)....................................................................................................................................20

2.3. Медиальная септальная область........................................................................................................22

2.4. Латеральная септальная область (ЛС)............................................................................................29

2.5. Миндалина..............................................................................................................................................................30

2.6. Энторинальная кора (ЭК)..........................................................................................................................32

2.7. Супрамамиллярная область (СМЯ)..................................................................................................34

2.8. Фронтальная кора (ФК)..............................................................................................................................35

3. Эпилепсия как нейрологическое заболевание. Общие сведения об эпилепсии........................................................................................................................................................................................................................................37

3.1. Классификация типов эпилепсии. Возможные причины возникновения эпилепсии..............................................................................................................................................................................37

3.2. Височная эпилепсия......................................................................................................................................38

3.3. Киндлинг как модель эпилепсии на животных......................................................................42

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................................................44

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ....................................................................................................................................45

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ........................................................................................................................52

1. Суммарная электрическая активность и корреляционные отношения

исследуемых структур в контроле....................................................................................................................52

1.1. Фоновая активность..........................................................................................................................................52

1.2. Корреляционные взаимодействия..........................................................................................................55

2. Изменения осцилляторной активности гиппокампа и МС при электрическом киндлинге перфорирующего пути (ПП)............................................................56

2.1. Общая характеристика спонтанной и вызванной электрической стимуляцией ПП активности МС и гиппокампа................................................................................56

2.2. Изменения активности при введении в МС физиологического раствора... 57 2.3. Изменения активности при введении в МС Ь-глутамата................................................58

3. Изменения осцилляторной активности в различных структурах мозга при электрическом киндлинге перфорирующего пути (ПП)............................................................60

3.1. Введение в МС физиологического раствора..........................................................................60

3.2. Введение в МС Ь-глутамата..................................................................................................................60

4. Осцилляторная активность и межструктурные взаимодействия в мозге при введении в МС фармакологических препаратов......................................................................................62

4.1. Введение в МС физиологического раствора............................................................................64

4.2. Введение в МС Ь-глутамата..............................................................................................................................64

4.3. Введение в МС Ь-глутамата и кинуреновой кислоты................................................................71

5. Изменения осцилляторной активности во время судорожных послеразрядов и после их окончания при электрическом киндлинге..............................74

5.1. Активность при введении в МС физиологического раствора..................................74

5.2. Активность в восьми структурах при введении в МС Ь-глутамата..................78

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ......................................................................................................................84

1. Осцилляторная активность и корреляционные межструктурные отношения

в здоровом мозге............................................................................................................................................................84

2. Нарушения осцилляторной активности при эпилептогенезе: возможные причины....................................................................................................................................................................................89

3. Значение медиальной септальной области в изменении активности других структур при эпилептогенезе............................................................................................................................98

4. Изменения осцилляторной активности во время судорожных послеразрядов и после их окончания при электрическом киндлинге: роль активации

глутаматных рецепторов в МС..........................................................................................................................107

ВЫВОДЫ................................................................................................................................................................................112

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................................113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АМРА - а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изокСАЗол VIP - вазоактивный интестинальный полипептид АХ - ацетилхолин

ВПСП - возбуждающий постсинаптический потенциал

ВЭ - височная эпилепсия

ГАД (GAD) - глутаматдекарбоксилаза

ГАМК - у-аминомасляная кислота

Гипп - гиппокамп

ЗФ - зубчатая фасция

Ккр - коэффициент кросс-корреляции

JIC - латеральная септальная область

Мин - миндалина

МС - медиальная септальная область

НМДА - Ы-метил-О-аспартат

ПВ - парвальбумин

ПП - перфорирующий путь

СМЯ - супрамамиллярное ядро

СП - судорожные послеразряды

ТПСП - тормозный постсинаптический потенциал

ФК - фронтальная кора

ХАТ - холинацетилтрансфераза

ЭК - энторинальная кора

ЭС - эпилептический статус

ЭЭГ - электроэнцефалограмма

ВВЕДЕНИЕ

После пионерской работы Ганса Бергера по регистрации суммарной электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [Berger, 1929] и обзора Фредерика Бремера о природе и функциональном значении мозговых волн [Bremer, 1958], изучение кортикальных ритмов стало предметом интенсивных исследований во многих областях нейронауки. Как для экспериментальной нейрофизиологии, так и для теоретических нейро-исследований ритмические осцилляции являются просторной ареной изучения механизмов работы мозга.

Осцилляции в электроэнцефалограмме (ЭЭГ) возникают благодаря синхронной активности большого числа нервных клеток. Многими работами продемонстрирована важная роль ритмической активности всех диапазонов частот в обработке информации в нейронных сетях. Посредством отведений ЭЭГ от скальпа и внутримозговых регистрации достаточно детально исследованы осцилляции в различных кортикальных областях, имеющих слоистый тип организации. В отличие от этого, она практически не изучена в субкортикальных структурах ядерного типа, принимающих активное участие в обработке поступающих в мозг сигналов.

В последние годы большой интерес у нейрофизиологов вызывает выяснение роли осцилляториой активности во взаимоотношениях различных областей мозга, поскольку они играют важную роль в организации его функций, в частности, когнитивных. Предполагается, что для включения избирательного внимания, при обучении, запоминании, различных когнитивных задачах необходима гибкая и быстрая (в пределах сотен миллисекунд) перестройка коммуникаций разных нейронных ансамблей. Такие быстрые преобразования не могут осуществляться посредством анатомических связей. Согласно существующим гипотезам [Ливанов, 1989; Fries, 2005], субстратом таких перестроек может являться осцилляторная активность, синхронно возникающая в различных областях мозга. К настоящему времени экспериментально доказано, что осцилляции обеспечивают ритмическую модуляцию нейронной возбудимости, которая влияет на чувствительность синаптических входов и на вероятность генерации потенциалов действия [Fries, 2005; Anderson et al., 2010; Wang, 2010; Benchenane et al., 2011; Colgin, 2011]. Таким образом, ритмическое повышение нейронной возбудимости обеспечивает

временные окна для коммуникаций и может динамически модулироваться когнитивными потребностями.

Несмотря на возрастание интереса к осцилляторным процессам, до настоящего времени остается неизвестным, могут ли разные типы осцилляций присутствовать в различных структурах (как кортикальных, так и субкортикальных) при одном и том же уровне активации мозга, какова степень их выраженности и, главное, как изменения ритмической активности отражаются во взаимодействиях разных областей мозга. Внесение ясности в эти вопросы важно для понимания механизмов работы мозга.

Малоизученным является и вопрос о том, каков характер изменений ритмической активности в различных частотных диапазонах при нейродегенеративных заболеваниях. Одним из широко распространенных заболеваний такого рода является височная эпилепсия (ВЭ). Эта патология представляет собой тяжелую трудноизлечимую форму фокальной эпилепсии, при которой повреждаются многие структуры мозга. Механизмы возникновения и развития ВЭ пока не ясны; возможно, что одной из причин этого является недостаточное внимание, уделяемое исследованию ритмов мозга при эпилептогенезе. Практически не изученными являются нарушения осцилляций в субкортикальных ядрах при ВЭ, а также изменения степени синхронизации их активности с активностью неокортикальных областей.

В литературе есть указания на то, что при ВЭ у пациентов наблюдается нарушение обучения и памяти; аналогичные нарушения выявлены на моделях ВЭ у животных. В то же время известно, что ритмическая активность разных диапазонов участвует в когнитивной работе мозга; в частности, тета-осцилляции, пейсмекером которых является медиальная септальная область (МС), необходимы для включения внимания и дальнейшего запоминания поступающей в мозг информации [Уто§гас1оуа, 1995; Вигзакк 2002]. Известно также, что МС играет ключевую роль в регуляции возбудимости и функционировании гиппокампальной системы, являющейся необходимой для формирования долговременной памяти и, в то же время, являющейся основным локусом повреждений при ВЭ. Эти факты подчеркивают необходимость особенно глубокого изучения роли МС в изменении осцилляций как в норме, так и при эпилептогенезе. Одной из наименее изученных

отделов МС является глутаматергическая система, имеющая существенное значение в функционировании гиппокампа. Анализ изменений, возникающих при воздействиях на эту систему на экспериментальных моделях ВЭ, способствуют продвижению в понимании причин развития эпилепсии и могут помочь разработке новых подходов при её терапии.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Осцилляторная активность, регистрируемая в электроэнцефалограмме (ЭЭГ)

Ритмы мозга представляют собой центральный механизм для временной координации активности простанственно разделённых, но функционально связанных областей мозга, одновременно вовлеченных в когнитивные процессы (Buzsaki, 2006; Wang, 2010). За прошлые два десятилетия экспериментальные и модельные работы добились больших успехов в объяснении клеточных и сетевых основ осцилляторной активности в разных диапазонах частот. Как правило, при описании и анализе ритмов рассматриваются кортикальные осцилляции.

1.1. Дельта-ритм.

1.1.1. Механизмы генерации дельта-ритма.

Дельта-ритм представляет собой ритмические колебания потенциала с частотой 0,5-4 Гц; впервые он был описан в электроэнцефалограмме (ЭЭГ) человека Уолтером Греем в 1936 году. Известны два источника дельта-осцилляций: 1) генерируемые в таламо-кортикальных клетках таламуса в результате взаимодействия двух мембранных токов; таламокортикальные нейроны при этом гиперполяризуются на 10 мВ более отрицательно, чем при генерации веретен и 2) эндогенные залповые разряды кортикальных нейронов, демонстрирующих при деполяризации ритмические залпы на частоте 3-4 Гц [Steriade, Amzica, 1998].

Роль кортикального источника в генерации дельта-активности подтверждают работы, показывающие сохранность дельта-ритма в церебральной коре после повреждения ядер таламуса; дельта-осцилляции также могут быть зарегистрированы у таламоэктомированных кошек [Steriade, 1993; Lee et al., 2004].

Однако экспериментально показано, что для потенциации и синхронизации дельта-ритма необходимо участие ретикулярного таламического ядра, состоящего из тормозных клеток [Steriade, 1993; Steriade, Contreras, 1995]. Гиперполяризация таламических клеток при генерации дельта-волн во время сна в основном связана с уменьшением активационных импульсов, генерируемых холин- и норадреналинергическими нейронами ствола мозга; во время бодрствования трансформация дельта-осцилляций в тонически активируемый паттерн осуществляется холин- и глутаматергической модуляторными системами. Переход от веретен к дельта-ритму во время сна связан с нарастающей гиперполяризацией таламокортикальных нейронов при синхронизации ЭЭГ [Steriade, 1993; Dossi et al., 1992].

Ионная природа мембранных потенциалов для 0,5-3 Гц осцилляций в нейронах некоторых дорзальных ядер таламуса исследовалась у кошек, крыс и морских свинок in vitro. Дельта-волны, возникающие в таламусе, опосредуются взаимодействием низкопороговых кратковременных Са2+-зависимых токов и активированных гиперполяризацией катионных токов [Dossi et al., 1992, Steriade, Contreras, 1995].

1.1.2. Дельта-ритм в норме и патологии.

На ЭЭГ можно выделить три основные формы дельта-ритма, в зависимости от основной области коры, вовлеченной в его генерацию: фронтальную, височную и затылочную формы. В норме низкочастотная дельта-активность (< 1 Гц) является определяющим ритмом во время сна [Hughes, Соре, 2002] и представляет особый интерес, так как отражает реорганизацию в коре, особенно в префронтальной области. Также отмечается, что мощность дельта ритма во время сна кореллирует с метаболическим уровнем мозга во время бодрствования [Anderson, Hörne, 2003]. Кроме того, в норме дельта-ритм играет важную роль в скорости реагирования на ожидаемый стимул; при этом время реакции кореллирует с фазой дельта-ритма. Реагирование происходит быстрее, когда фаза дельта-ритма совпадает с появлением ожидаемого объекта. Низкочастотные осцилляции играют функциональную роль в механизмах предугадывания у человека, предположительно путем модуляции возбудимости больших клеточных популяций, и путем ускорения нейронных коммуникаций между областями мозга,

ответственными за обработку сенсорной информации и выполнение принятого решения [Stefanies, Hangya, 2010]. В некоторых работах было показано, что интериктальный медленный дельта-ритм является ЭЭГ маркером эпилептического очага у пациентов с височной эпилепсией [Tao, Chen , 2011]. Другие исследователи наблюдали достоверное повышение дельта-ритма в полосе 1-2 Гц в лобной и теменной областях коры во время парциальных судорог [Englot, Yang, 2010]. Отмечалось также, что височная и затылочная формы дельта-ритма высоко скореллированы с эпилепсией, в то время как фронтальная форма демонстрирует неспецифический паттерн ЭЭГ-активности [Brigo, 2011].

1.2. Тета-ритм.

1.2.1.Механизмы генерации тета-ритма.

Тета-ритм регистрируется в электроэнцефалограмме многих структур, от нижнего ствола мозга до неокортекса. Наибольшую выраженность тета-ритм имеет в гиппокампе и неокортексе [Colgin, 2011]. Поскольку именно в ЭЭГ гиппокампа регистрируется максимально выраженная тета-активность, внутренние свойства его нейронных систем рассматриваются отдельными авторами в качестве независимого источника генерации тета-ритма. Ритмические колебания мембранного потенциала пирамидных нейронов, синхронные с тета-волнами в ЭЭГ, были обнаружены в гиппокампе во многих экспериментальных работах [Fujita, Sato, 1964; Grantyn, Grantyn, 1972; Артеменко, 1972, 1975; Nunez et al., 1987; Ylinen et al., 1995]. В зависимости от используемого наркоза, авторы при�