Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Участие оптического сенсорного входа в регуляции двигательной активности и формировании вегетативных компонентов рефлекторных реакций у американского таракана

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Участие оптического сенсорного входа в регуляции двигательной активности и формировании вегетативных компонентов рефлекторных реакций у американского таракана"

2 Ь ФЕВ 1997

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Никитин Станислав Олегович

УЧАСТИЕ ОПТИЧЕСКОГО СЕНСОРНОГО ВХОДА В РЕГУЛЯЦИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И ФОРМИРОВАНИИ ВЕГЕТАТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ РЕФЛЕКТОРНЫХ РЕАКЦИЙ У АМЕРИКАНСКОГО ТАРАКАНА

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в научно-исследовательском институте физиологии им. А.А.Ухтомского Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор биологических наук,

профессор

В.П.Лалицкий

Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение -

доктор биологических наук,

профессор

М.И.Сологуб,

доктор биологических наук А.А .Александров Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН

Защита состоится " £> 1997 г. в час. на заседании Диссертационного совета К 063.57.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук в Санкт-Петербургском государственном университете (199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., дом 7/9, ауд. 90).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. А.М.Горького Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан

. 1997 года.

Ученый секретарь /Т2Л Л

Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Р.И.Коваленко

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность исследования. Двигательное поведение животных осуществляется системой нервных центров, в организации которых прослеживается четкая иерархия, отражающая усовершенствование двигательных функций в процессе эволюции. Постепенное надстраивание в ходе филогенеза новых контролирующих ло-комоцшо систем можно наблюдать не только у позвоночных, но и у беспозвоночных животных. В качестве примера реализации данной тенденции можно привести насекомых, исследование центральной нервной системы (ЦНС) которых является весьма перспективным как в плане их использования в качестве модельных объектов, так и при изучении параллелизма в эволюции тканевых структур и их функций у первично- и вторичноротых.

В ЦНС насекомых можно выделить несколько уровней сенсо-моторной интеграции, один из которых приурочен к сегментарным ганглиям, а другой, более высокого порядка, локализован в надглоточном ганглии. В целом, оба уровня интеграции и связующие их элементы формируют распределенную систему, обеспечивающую . пластичность двигательного поведения.

В настоящее время мы располагаем достаточно полными сведениями о сегментарных механизмах, непосредственно обеспечи-вагощих локомоцшо (Свидерский, 1980, 1992; Pearson, 1972; Huber, 1983). Вместе с тем, механизмы организации целостных поведенческих реакций, адекватных изменчивым условиям внешней среды, требуют дальнейших исследований. Особый интерес представляет исследование процессов межсенсорной интеграции в мозгу насекомых, в результате которых формируются нисходящие "команды", регулирующие активность сегментарных моторных центров. Есть все основания полагать, что в формировании этих нисходящих "команд" принимает участие зрительная сенсорная система.

Анализ литературных данных указывает иа то, что вопросы, касающиеся морфологических особенностей реагирующих на зрительные сенсорные стимулы нейронов мозга и их функциональной роли в системе надсегментарного двигательного контроля, наиболее детально разработаны в исследованиях ЦНС саранчи, некоторых представителей чешуекрылых, а также стрекоз и пчел ( O'Shea et al., 1974; Olberg, 1988; Ibbotson, 1990,1992; Gewecke, How, 1992; Bidwell, Goodman, 1993). В отношении таракановых, являющихся в эволюционном смысле более древними и менее специализированными на-

г

секомыми, в литературе имеется значительно меньше сведений (Лапицкий, 1990; Ковалев и др., 1991; Watanaba, Toh, 1992).

Существенный интерес представляет также изучение роли грибовидных тел (11) в процессах иежсенсорной интеграции и в формировании нисходящих "команд", поскольку функциональное назначение этих структур, расположенных в протоцеребруме надглоточного ганглия, давно дискутируется в литературе (Лапицкий, 1990; Vowles, 1964; Weiss, 1974; Erber et al„ 1987).

Одним из наиболее сложных и противоречиво представленных в литературе является вопрос об участии различных сенсорных входов в формировании вегетативных компонентов рефлекторных реакций, а также об особенностях иннервации внутренних органов насекомых.

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в исследовании участия оптического сенсорного входа в регуляции двигательной активности и формировании вегетативных компонентов рефлекторных реакций у американского таракана. Были поставлены следующие основные задачи: » исследовать воздействие ГАМК и ее антагонистов на характер импульсации идентифицированных сегментарных мотонейронов, управляющих движением конечности таракана;

• изучить роль оптического сенсорного входа в регуляции возбудимости сегментарного моторного центра насекомого;

• исследовать морфо-функциональные особенности входящих в состав системы надсегментарного двигательного контроля нейронов надглоточного ганглия таракана, реагирующих на оптические сенсорные стимулы;

• установить, участвуют ли ГТ протоцеребрума таракана в обработке зрительной сенсорной информации;

• выявить характер воздействия раздражения оптического сенсорного входа на работу сердца насекомого.

Научная новизна. Полученные в настоящей работе данные позволяют выявить пути распространения зрительной сенсорной информации в пределах иерархически организованной распределенной системы двигательного контроля у таракана. К числу новых фактов можно отнести полученные в ходе исследования данные, доказывающие, что в оценку зрительной сенсорной информации у таракана вовлекаются ГТ, которые участвуют в процессах межсенсорной интеграции и формировании нисходящих "команд", адресованных сегментарным моторным центрам. Вопрос о нисходящих

влияниях на сегментарные моторные центры исследован на идентифицированных тоническом (Дс) и фазном (Дф) мотонейронах (мотонейрон Дс обеспечивает разгибание конечности при ходьбе и поддержание тела над субстратом, активность же мотонейрона Дф запускает быстрое разгибание конечности во время бега насекомого). Показано, что активация оптического сенсорного входа оказывает модулирующее влияние на возбудимость моторного центра, изменяя синашический приток к сегментарным мотонейронам. Впервые продемонстрировано активирующее влияние оптических стимулов на работу сердца.

Положения, выносимые на защиту:

1. Модулирующее влияние оптического сенсорного входа на возбудимость идентифицированных сегментарных мотонейронов.

2. Участие ГТ в обработке зрительной сенсорной информации у таракановых.

3. Наличие вегетативных сдвигов ( изменений в деятельности сердца) в ответ на раздражение оптического сенсорного входа.

Научно-практическая ценность. В целом, результаты настоящего исследования расширяют существующие представления о структурных и функциональных особенностях различных звеньев многоуровневой распределенной системы, осуществляющей организацию поведенческих реакций у насекомых, что представляет несомненный интерес для общей и сравнительной нейрофизиологии.

Данные о воздействии фармакологических агентов на импульсную активность идентифицированных мотонейронов могут иметь прикладное значение в плане правильного прогнозирования токсичности инсектицидов, нарушающих регуляцию двигательной активности у насекомых-вредителей сельского хозяйства.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на региональной конференции Международного общества нейробиологии беспозвоночных "Простые нервные системы" (Пущино, 1994); на международном симпозиуме "Структура и функции вегетативной нервной системы" (Воронеж, 1995); на Четвертом Международном Конгрессе Неврологии (Токио, 1995); на заседании кафедры физиологии человека и животных биолого-почвенного факультета СПбГУ (Санкт-Петербург, 1996).

Реализация результатов исследования. Материалы исследований включены в спецкурсы "Сравнительная физиология" и

"Морфофункциональная эволюция нервной системы" для студентов кафедры физиологии человека и животных СП6ГУ. По материалам диссертации опубликованы 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (глава I), описания методики исследования (глава 2), изложения результатов исследования (главы 3-5), обсуждения результатов (глава 6), выводов и списка литературы. Работа изложена на i 6 ? страницах машинописного текста и включает в себя 8 таблиц и 37 рисунков. Список литературы содержит 494 наименования, из них S7 на русском и /37 на иностранных языках.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Острые опыта проводились на взрослых особях американского таракана Periplaneta americana (L.). Насекомое неподвижно закрепляли на специальном блоке дорсальной стороной кверху и отпрепаровывали брюшную нервную цепочку. Все боковые нервы грудных ганглиев перерезались, за исключением пятого нерва ыетаторакального ганглия, в составе которого проходят аксоны ыотонейронов Дс и Дф. Для регистрации ответных реакций нейронов надглоточного ганглия на зрительные и тактильные стимулы производилось вскрытие головной капсулы насекомого. В экспериментах по исследованию экстракардиальной регуляции работы сердца таракана для регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) подопытных животных неподвижно закрепляли на специальном блоке дорсальной стороной кверху, открывали доступ te шейным коннективам брюшной нервной цепочки и сгомато-гастрическому отделу (СГО) автономной нервной системы, которая проходит по дорсальной поверхности пищевода, что позволяло производить электрическое раздражение или перерезку этих отделов нервной системы насекомого. Эксперимента производились как с использованием, так и без использования наркоза. Для наркотизации животных применяли 1%-ный раствор уретана на физиологическом растворе для насекомых.

Регистрацию импульсной активности сегментарных мотонейронов осуществляли внеклегочно с помощью пары вольфрамовых игольчатых электродов (диаметр кончиков - 5 мкм). Электроды вводили под кутикулу коксы метаторакальной конечности

таракана в месте расположения терминальных ответвлений аксонов исследуемых мотонейронов. Для внеклеточного отведения электрической активности нейронов надглоточного ганглия применяли стеклянные самозаполняющиеся микроэлекгроды с диаметром кончика около 1 мкм. Сопротивление этих микроэлектродов, заполненных раствором хлористого кобальта (250 мМ) составляло 3-5 МОм. Регистрацию ЭКГ производили униполярно. Б качестве активного электрода использовали вольфрамовый игольчатый электрод с диаметром кончика около 5 мкм, который вводили под кутикулу в месте расположения сердечной камеры в третьем грудном сегменте насекомого. При параллельной регистрации элекгромиотраммы (ЭМГ) второй такой же электрод вводили под кутикулу бедра мегаторакальной конечности таракана. Регистрация электрической активности нейронов, ЭКГ и ЭМГ осуществлялась с использованием стандартной электрофизйологической аппаратуры.

В качестве световых стимулов использовались ритмические вспышки света (40 лк). Ритмическая световая стимуляция производилась при двух уровнях освещенности в экспериментальной камере: в условиях затемнения и при постоянном рассеянном освещении (15 лк). Механическую стимуляцию антенны осуществляли с помощью запускаемого электросгамулятором электромеханического устройства, контактирующего со средней частью антенны насекомого.

Электрическое раздражение СГО и шейных коннектив брюшной нервной цепочки осуществляли с помощью пары них-ромовых электродов. Амплитуда прямоугольных стимулов составляла 1 В, частота 0,3-0,4 Гц, длительность - 2 мс.

Для изучения влияния фармакологических агентов на импульсную активность сегментарных мотонейронов применялись растворы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) (Ю-4 М), а также ее антагонистов - бикукуллина (Ю-4 М) и пикротоксина (Ю-4 М).

Внеклеточная маркировка волокон надглоточного ганглия и гистологический контроль положения кончика регистрирующего микроэлектрода производились путем инъекции ионов кобальта через регистрирующий микроэлектрод, на который подавались импульсы позитивной полярности от электростимулятора в течении 1-2 часов. Длительность импульсов составляла 500 мс, частота - 1 Гц, амплитуда - 15-25 нА.

Средние значения и доверительные интервалы процентного повышения (понижения) частоты импульсации мотонейрона Дс, латентных периодов ответных реакций нейронов надглоточного ганглия, амплитуды зубцов ЭКГ приведены для уровня значимости (а) - 0,05. Статистическая оценка наблюдаемых эффектов, вызванных действием фармакологических агентов и фотостимуляцией, осуществлялась при помощи нспараметрических X-критерия Ван-дер-Вардена и критерия знаков (Лакин, 1980).

Полученный . .в ходе настоящего исследования экспериментальный материал представляет собой анализ результатов 270 экспериментов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

I. Регуляция возбудимости моторного центра в условиях применения фармакологических и сенсорных воздействий

1.1. Исследование влияния ГАМК и ее антагонистов на импульсную активность мотонейрона Дс

Согласно литературным данным , одним из наиболее вероятных тормозных медиаторов в нервной системе насекомых является ГАМК. На данном этапе исследования изучалось изменение возбудимости сегментарного мотонейрона Дс при воздействии ГАМК и ее ашагонистов (бикукуллина и пикротоксина).

При воздействии ГАМК в условиях перфузии мегаторакаль-ного ганглия "нормальным" физиологическим раствором были получены четкие тормозные эффекты, выражающиеся в снижении фоновой импульсной активности мотонейрона Дс, в среднем, на 54,7+4,68 %. При прекращении подачи ГАМК и отмывании физиологическим раствором исходный уровень частоты импульсной активности мотонейрона Дс восстанавливался через 3-5 минут. При перфузии метагоракального ганглия физиологическим раствором, не содержащим ионов кальция, тормозные эффекты ГАМК были выражены сильнее чем в "норме" (частота импульсации мотонейрона Дс снижалась на 74,7+5,01 %). Это связано с тем, что отсутствие ионов кальция в омывающем ганглий физиологическом растворе приводит к частичному подавлению синагтшческого притока к мотонейронам за счет снижения секреции медиатора из пресинаптаче-

ских терминален. При этом депрессивное действие перфузируемой ГАМК проявляется в более выраженной форме на фоне снижения эффективности возбуждающего входа.

Исследование влияния бикукуллина (БК) и пикротоксина (11К) на фоновую импульсную активность мотонейрона Дс показало, что воздействие этих антагонистов ГАМК вызывает значительное повышение частоты импульсной активности мотонейрона (при перфузии бикукуллином частота импульсации мотонейрона Дс возрастала на 570,5+110,41 %, при действии пикротоксина данная величина составляла - 358,4+83,18%). Сравнительный анализ эффектов, оказываемых БК и ПК показал, что бикукуллин является более сильным антгонистом ГАМК. Исходя из того, что повышение частоты импульсной активности мотонейрона Дс, вызываемое бикукуллином, было более стойким и сохранялось при отмывании от 17 до 30 минут (время отмывания пикротоксина варьировало от 5 до 9 минут), можно полагать, что БК образует более стойкую связь с компонентами ГАМК-ергического рецегггорного комплекса нежели ПК. Говоря об эффектах бикукуллина и пикротоксина, следует также отметить, что воздействие этих фармакологических агентов вызывает появление импульсной активности быстрого мотонейрона Дф, который в норме не обладает фоновой импульсной активностью.

Следует отметать, что результаты исследования эффектов ГАМК и ее антагонистов позволили предложить вспомогательный экспериментальный подход, связанный с применением фармакологических воздействий, дня выяснения функциональной роли "командного" входа, адресованного нейронам сегментарного моторного центра.

1.2. Модулирующее влияние оптического сенсорного входа на возбудимость сегментарных мотонейронов

Дс и ДФ-

В литературе имеются данные о том, что частота импульсной активности мотонейрона Дс повышается при действии оптических стимулов. Однако, данный эффект удавалось продемонстрировать только при высоких значениях частоты ритмической световой стимуляции глаз таракана (30 Гц и более) (Лапицкий и др., 1989;

1_арк!хку е1 а!., 1990). В настоящей работе удалось вызвать разряды мотонейрона одиночными световыми вспышками (частота стимуляции составляла 1 Гц) на фоне приводящего к полному подавлению импульсации мотонейрона Дс анэлектротонического воздействия (1-3 мкА) на двигательный нейропиль метаторакального ганглия. При частичном подавлении импульсной активности мотонейрона Дс за счет действия ГАМК фотостимуляция (1 Гц) приводила к повышению частоты импульсации этого мотонейрона на 49,1+8,59 %.

Как уже отмечалось выше, сегментарный мотонейрон Дф в естественных условиях не обладает фоновой импульсной активностью. Однако, при перфузии метаторакального ганглия бикукул-лином наблюдался запуск групповых разрядов мотонейрона Дф. В данных условиях представлялось достаточно проблематичным выявить влияние световой стимуляции глаз на активность этого мотонейрона из-за аритмичного характера его импульсации. Вместе с тем, в момент восстановления исходной картины при одно-двухминутном отмывании ганглия физиологическим раствором, когда действие БК ослабевало настолько, что не могло поддерживать импульсацию мотонейрона Дф, ритмическая световая стимуляция глаз таракана запускала импульсные разряды мотонейрона Дф. Необходимо отметить, что активация быстрого мотонейрона Дф наблюдалась лишь при достаточно высокой частоте ритмической световой стимуляции глаз (более 20 Гц). Это, очевидно, связано с тем, что световые вспышки, следующие с низкой частотой, не могут создать достаточно интенсивного синаптического притока к фазному мотонейрону.

Таким образом, в условиях модельного эксперимента удалось выявить влияние оптических стимулов на возбудимость моторного центра, выражающееся в увеличении частоты импульсной активности медленного мотонейрона Дс и в генерации импульсных разрядов быстрым мотонейроном Дф. Наблюдаемые нами эффекты проявлялись при оптимальном исходном уровне возбудимости, когда, по-видимому, значение мембранного потенциала покоя мотонейронов Дс и Дф было близким к критическому уровню деполяризации, при котором осуществляется генерация распространяющегося потенциала действия.

Очевидно, модулирующая функция "командного" входа проявляется в изменении синаптического притока к мотонейронам. Морфологическим субстратом "командного" входа являются меж-

ганглионарные интегрирующие нейроны, аксоны которых у таракана входят в систему нисходящих дорсальных коннеасшвных волокон (НДКВ). В настоящее время в литературе имеются данные о некоторых функциональных и морфологических особенностях НДКВ (Лапицкий, 1987; Ковалев и др., 1991; \Уа1апаЬа, ТоЬ, 1992), которые являются звеном в распределенной системе надсегментарного двигательного контроля и проводят нисходящие "команды" от головных ганглиев к сегментарным моторным центрам. Тому, каким образом происходят формирование этих "команд" на уровне надглоточного ганглия посвящена следующая глава настоящего реферата.

2. Процессы межсенсорной интеграции на уровне надглоточного ганглия.

Как показали результаты проведенных экспериментов в про-тоцеребруме надглоточного ганглия таракана, может быть зарегистрировано несколько типов фазных и тонических ответных реакций нейронов на световую стимуляцию сложных глаз. По способности воспроизводить определенный ритм раздражения отвечающие на ритмическую световую стимуляцию глаз нейроны надглоточного ганглия условно дифференцировались на высоко- и низколабильные. Высоколабильные нейроны воспроизводили ритм раздражения до 10-12 Гц. При более высоких частотах стимуляции наблюдалось "выпадение" отдельных ответов на световой стимул вплоть до полного подавления ответной реакции. В свою очередь, низколабильные нейроны были способны воспроизводить ритм стимуляции лишь до 3-4 Гц, далее наблюдалась трансформация ритма раздражения, и при частоте стимуляции, превышающей 6 Гц, происходило подавление ответа.

2.1. Фазные ответные реакции высоколабильных нейронов.

Фазные огветные реакции высоколабильных нейронов регистрировались в 17 экспериментах в области выхода из оптической доли надглоточного ганглия, а также в ограниченной зоне, захватывающей вершину альфа-доли ГТ и прилежащий к ней нейропиль протоцеребрума. Следует отметить, что при относительно низких частотах ритмической световой стимуляции глаз (0,5-3 Гц) данные

ответные реакции характеризовались стабильным латентным периодом, составляющим, в среднем, 50,8+4,30 мс.

В проведенных экспериментах мы попытались установить, каким образом общий уровень освещения влияет на характер ответных реакций высоколабильных нейронов на ритмические вспышки света. В результате проведенной работы было показано, что включение постоянного рассеянного освещения при продолжающейся ритмической световой стимуляции приводит к появлению тонического компонента ответной реакции высоколабильных нейронов, на фоне которого сохраняется фазный компонент. Величина латентного периода фазного компонента в условиях фонового освещения не изменяется.

Маркировка высоколабильных нейронов позволила установить существенный факт наличия связей между ГТ и оптическими долями в протоцеребруме надглоточного ганглия таракана. Этот факт свидетельствует о том, что ГТ таракана принимают участие в обработке зрительной сенсорной информации. Кроме того, были выявлены волокна, следующие от оптической доли непосредственно в нижележащие области надглоточного ганглия, что предполагает также возможность передачи информации об оптическом стимуле, минуя ГТ.

2.2. Фазные ответные реакции низколабильных нейронов

Ответные реакции на ритмическую световую стимуляцию низколабильных нейронов надглоточного ганглия таракана регистрировались в области латеральной и медиальной чашечек ГТ, а также в области вентролатерального нейропиля (ВЛН). Данные ответы характеризовались нестабильным латентным периодом, а также различались по таким показателям, как выраженность эффекта вра-батывания (стабилизация латентного периода ответа по ходу ритмического раздражения) и реакция на дополнительное включение постоянного рассеянного освещения. В ходе экспериментов было выделено 3 типа ответных реакций низколабильных нейронов. К ответным реакция первого типа относились обнаруженные в 16 экспериментах фазные ответы нейронов, которые возникали с латентным периодом, варьирующим в пределах от 40 мс до 75 мс. В 10 экспериментах данной серии наблюдался эффект врабатывания. Так, если величина латентного периода ответной реакции на первую вспышку света составляла, в среднем, 67,2+5,66 мс, то к восьмой

световой вспышке патента о схъ ответов стабилизировалась до 50,5+3,73 мс. Включение в экспериментальной камере постоянного рассеянного освещения сопровождалось тоническим компонентом ответной реакции, а фазный компонент в данных условиях исчезал.

В следующих 20 экспериментах регистрировались ответные реакции низколабильных нейронов, характеризующиеся более высокими значениями латентного периода. Данные ответы были отнесены ко второму типу. Следует отметить, что в 16 экспериментах наблюдался выраженный эффект врабатывания. Латентный период ответов, составляющий, в среднем, 125,8+6,57 мс, по ходу ритмического раздражения сокращался к четвертому стимулу до 73,9+5,75 мс, и, в дальнейшем, оставался на этом, относительно стабильном уровне. Включение постоянного рассеянного освещения в данном случае не сопровождалось тоническими реакциями. Однако, в условиях фонового освещения наблюдалось сокращение латентного периода ответных реакций нейронов на ритмические вспышки света, что, по-видимому, можно объяснить эффектом суммации или участием в данном процессе нейронов обратной связи, имеющих проекции в доли и чашечки ГГ. К числу функций этих нейронов относится возбуждение одних групп внутренних нейронов ГТ и одновременное торможение других групп внутренних нейронов (Erber et al., 1987). Впрочем, для окончательного выяснения механизмов изменения величины латентного периода ответных реакций нейронов необходимы более детальные исследования упомянутых выше нервных клепок, которые могут попеременно включаться в нейронные цепи различной сложности. Кроме того, необходимо отметить, что при постоянном рассеянном освещении в ряду последовательных ответов также имен место эффект врабатывания. Так, если значение латентного периода ответной реакции на первую вспышку света в условиях фонового освещения, в среднем, составляло 87,4+6,23 мс, то к шестому стимулу латентный период сокращался до 63,3+4,17 мс.

К ответным реакциям третьего типа относились обнаруженные в 5 экспериментах ответы низколабильных нейронов, обладающих спонтанной импульсной активностью. Латентный период ответных реакций этих нейронов на фотостимуляцию варьировал в пределах от 220 до 330 мс. Необходимо отметать, что в данном случае эффект врабатывания и какая бы то ни было реакция на дополнительное включение постоянного рассеянного освещения отсутствовали.

Морфологическая идентафикация низколабильных нейронов первого и второго типов показала, .что их отростки пронизывают ГТ, а также следуют в нижележащие области надглоточного ганглия. Кроме того, нами было маркировано волокно, связывающее правое и левое ГТ, крторое, по-видимому, мржег обеспечивать взаимодействие между ними. Также нами были идентифицированы отростки низколабильных нейронов первого тала, следующие от ГТ к ВЛН, и отростки нейронов третьего типа, проходящие от ВЛН к контралатеральной оптической доле.

2.3. Тонические ответные реакции нейронов

В ходе исследования в протоцеребруме надглоточного ганглия помимо нейронов, отвечающих на ритмическую световую стимуляцию глаз фазными импульсными реакциями, были обнаружены нейроны, реагирующие на световую стимуляцию тоническими ответами. Тонические ответные реакции нейронбв регистрировались в области ГТ и представляли собой продолжительные (длительностью от 500 мс до 2 с), постепенно затухающие серии импульсов.

В 4 экспериментах были зарегистрированы нейроны, которые, не реагируя на предъявление одиночных вспышек света (как в условиях затемнения, так и при постоянном рассеянном освещении), отвечали тонической импульсной реакцией на выключение постоянного рассеянного освещения. Латентный период тонического ответа составлял 135,7+11,07 мс. Эти же нейроны демонстрировали ответные реакции, имеющие тонический характер, при ритмической световой стимуляции высокой частота (порядка 50 Гц и более) в отсутствии постоянного рассеянного освещения. В последнем случае тоническая ответная реакция возникала с латентным периодом, составляющим 231,7+15,88 мс.

Кроме того, в 8 экспериментах были обнаружены тонические импульсные реакции нейронов, возникающие только в ответ на включение постоянного рассеянного освещения. Латентный период данного типа тонических ответов составлял 108,3+7,81 мс.

Обнаруженный нами факт наличия в области ГТ надглоточного ганглия тонических ответных реакций нейронов на световую стимуляцию глаз позволяет говорить о возможности формирования длительных активирующих воздействий на нижележащие сегментарные моторные центры.

2.4. Ответные реакции нейронов протоцеребрума на стимуляцию сенсорных входов различной модальности

В протоцеребруме надглоточного ганглия таракана могут быть зарегистрированы ответные реакции нейронов на одновременную световую стимуляцию глаз и механическую стимуляцию средней части антенны. Гистологический контроль положения кончика отводящего микроэлекгрода на тотальных препаратах надглоточного ганглия показал, что данные ответные реакции регистрировались в области латеральной чашечки ГТ. Зарегистрированные нами в 13 экспериментах нейроны реагировали фазными ответами как на механическую стимуляцию антенны, так и на световую стимуляцию сложных глаз. По способности воспроизводить определенный ритм раздражения данные нейроны относились к низколабильным. При одновременном раздражении двух сенсорных входов было зафиксировано явление суммации возбуждений, которое заключалось в том, что при бимодальной стимуляции увеличивалось число импульсов ответной реакции.

Различия обнаруженных нами нейронов по лабильности и величине латентного периода их ответных реакций на световую стимуляцию свидетельствуют о том, что эти нейроны являются звеньями сложноорганизованных полисиналтических путей, которые в естественных условиях передают в туловищный мозг "команды" с учетом тех или иных характеристик зрительного стимула. Очевидно, нейроны надглоточного ганглия, отвечающие на световую стимуляцию глаз, могут влиять на сегментарные моторные центры, участвуя в модуляции их возбудимости. Модулирующая функция исследуемых нейронов проявляется в изменении синашического притока к сегментарным мотонейронам при возбуждении зрительного сенсорного входа. Данное заключение согласуется с описанным в настоящем исследовании явлением повышения возбудимости сегментарных мотонейронов в ответ на световую стимуляцию глаз таракана.

Следует отметить, что вопрос о роли ГТ у таракановых достаточно противоречиво представлен в литературе. В частности, существует точка зрения, согласно которой ГТ таракановых являются исключительно вторичным центром по переработке ольфакторной информации. Нами достоверно установлено, что в области ГТ имеются нейроны, реагирующие на зрительную стимуляцию, а так-

же полимодальные нейроны, отвечающие как на световую стимуляцию сложных глаз, так и на механическую стимуляцию антенн таракана, что можно объяснить конвергенцией сенсорных путей в ГГ. Кроме того, в области IT было обнаружено явление межсенсорного взаимодействия (эффект суммации возбуждений в случае одновременного раздражения двух сенсорных входов). Таким образом, результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что ГГ таракана принимают участие в процессах межсенсорной интеграции.

Необходимо отметить, что физиологические характеристики зарегистрированных нами в ходе исследования нейронов надглоточного ганглия (лабильность и величина латентного периода ответных реакций этих нейронов) схожи с таковыми у НДКВ. Данное сходство позволяет допустить их функциональное единство в пределах иерархически организованной распределенной системы, осуществляющей сенсомоторную координацию поведенческих актов.

3. Вегетативные компоненты рефлекторных реакций у насекомых

Согласно имеющимся в литературе данным, у высших беспозвоночных, обладающих надссгмeiггар11 ыми структурами нервно-гуморальной регуляции поведенческих реакций, могут наблюдаться элементы интеграции соматических и вегетативных компонентов в целостный поведенческий акт (Федотов, 1988; Шуранова и др., 1993; Florey, Knebel, 1974; Ai, Kuivasawa, 1992). Отмечается сходство вегетативных компонентов этих реакций с идентичными изменениями при возникновении ориентировочного рефлекса у позвоночных животных (Шуранова и др., 1993). Нами было обнаружено, что у насекомых, сердце которых имеет двойную иннервацию (от СГО и от ЦИС), зрительные сенсорные стимулы вызывают не только модулирующие воздействия на возбудимость сегментарных моторных центров, но и оказывают положительный инотропный (а в ряде случаев и положительный хронотропный) эффект на деятельность сердца. Если в норме амплитуда зубцов ЭКГ у таракана составляла 90,3+7,36 мкВ, то под влиянием ритмической световой стимуляции глаз она возрастала до 124,0+9,97 мкВ. При анализе временных соотношений соматического и вегетативного компонентов реакции было показано, что соматический компонент опережает вегетатив-

ный, что можно объяснить меньшим числом синаптических переключений в нисходящих путях системы двигательного контроля.

Были получены данные, свидетельствующие о том, что активирующие воздействия, вызванные адекватной стимуляцией глаз насекомого, поступают к сердцу ог брюшной нервной цепочки. Вероятно НДКВ, модулирующие возбудимость моторного центра при активации оптического сенсорного входа, формируют синаптиче-ские контакты не только с мотонейронами, но и с клетками, посылающими свои аксоны к сердечной мышце. Таким образом, в ЦНС насекомых может осуществляться интеграция соматических и вегетативных компонентов рефлекторной реакции.

ВЫВОДЫ.

1. Перфузия мегаторакального ганглия таракана гамма-аминомасляной кислотой вызывает снижение частоты фоновой импульсной активности экстензорного тонического мотонейрона Дс. Эффект антагонистов гамма-аминомасляной кислоты (бику-куллнн, пикротоксин) выражается в повышении частоты импульса-ции мотонейрона Дс.

' 2. Ритмическая световая стимуляция глаз таракана оказывает модулирующее воздействие на возбудимость мотонейронов сегментарного ганглия. Модулирующий эффект наиболее выражен в случае предварительного изменения уровня возбудимости мотонейронов при фармакологических (гамма-аминомасляная кислота , бику-куллин) и физических (анодная поляризация) воздействиях.

3. В протоцеребруме надглоточного ганглия таракана идентифицированы нейроны, реагирующие на оптические сенсорные стимулы. Изучение топографии внутриганглионарных связей этих нейронов показало, что их отросши охватывают различные структуры протоцеребрума (оптические доли и грибовидные тела обеих полусфер ганглия, а также вентролагеральный нейропиль протоцеребрума). Значительный латентный период некоторых низколабильных нейронов, его сокращение в ходе стимуляции, полимо-далыюсть ряда нейронов и наличие выраженного эффекта сумма-ции возбуждений при раздражении сенсорных входов различной модальности позволяют допустить участие исследованных нейронов в процессах временной интеграции и оцешеи сенсорных сигналов.

4. Полученные данные свидетельствуют об участии грибовидных тел в обработке зрительной сенсорной информации. Устано-

влено наличие связей грибовидных тел с оптическими центрами в протоцеребруме таракана.

5. Раздражение оптического сенсорного входа сопровождается моторным и вегетативным компонентами рефлекторной реакции. Последний проявляется в положительном инотропном (а в ряде случаев и положительном хронотропном) эффекте на деятельность сердца таракана. Вызываемый фотостимуляцией соматический компонент рефлекторной реакции по времени опережает вегетативный компонент.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Зайцева 0.13., Лапицкий В.П., Никитин С.О. Исследование связей высших ассоциативных центров с другими отделами надглоточного (церебрального) ганглия у насекомых и улиток II Успехи физиол. наук. -1994. - Т.25, вып. 3. - С. 13-14.

2. Kovalev V.V., Zaitseva O.V., Nikitin S.O., Lapitsky VP/Connections of the highest associative ceaiters with other parts of the cerebral ganglia in land pulmonates and insects II Simple Nervous System. Regional meeting. Pushchino, 26-28 May, 1994. Abstracts. Pushchino. 1994. p 22.

3. Никитин C.O., Ковалев B.B., Лапицкий В.Г1. Модулирующее влияние оптического сенсорного входа на возбудимость моторного центра у насекомых // Физиол. журнал. - 1994. - Т.80, N 9. -С.38-44.

4. Никитин C O., Лапицкий В.П. Функциональная структура сердечного висцерального рефлекса у насекомых // Структура и функции вегетативной нервной системы. - Воронеж, 1995. - С.63-64.

5. Nikitin S.O., KovaJev V.V., Lapitsky V.P. Characteristics of integrative optomotor system in Periplaneta americana // 4-th IBRO World Congress of Neuroscience. Tokyo, 1995. Abstracts. Tokyo. 1995. p. 162.

6. Никитин C.O., Лапицкий В.П. Экстракардиальная регуляция работы сердца, американского таракана II Физиол. журнал. 1995. -T.81.N.12. - С.148-153.

7. Никитин С.О., Лапицкий В.П., Ковалев В.В. Морфо-физиологические характеристики нейронов надглоточного ганглия, отвечающих на световую стимуляцию сложных глаз у американского таракана // Вестник СПбГУ, сер. 3. - 1996. - вып. 3 (№ 17). - С.53-61.

8. Никитин С.О., Ковалев 13.В., Лапицкий В.И. Участие грибовидных тел в процессах иежсенсориой интеграции у американского таракана // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1996. - Т. 32, № 5. - С.589-596.

Подписано к печати 22.01.97. Заказ 19 Тираж 100 Объем I п.л. 199034, Санкг-Петербург, наб. Макарова,б.