Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние ацетилхолина, серотонина и норадреналина на фоновую и вызванную импульсную активность нейронов двигательной коры кошки при условном рефлексе

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние ацетилхолина, серотонина и норадреналина на фоновую и вызванную импульсную активность нейронов двигательной коры кошки при условном рефлексе"

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ нм. А. А. БОГОМОЛЬЦА

На правах рукописи

СТЕЖКА Василий Васильевич

УДК 591.513.3+612.821.6:612.822 3-Ь612.82

ВЛИЯНИЕ АЦЕТИЛХОЛИНА, СЕРОТОНИНА И НОРАДРЕНАЛННА НА ФОНОВУЮ И ВЫЗВАННУЮ ИМПУЛЬСНУЮ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ КОРЫ КОШКИ ПРИ УСЛОВНОМ РЕФЛЕКСЕ

03.00.13 — физиология человека и животных

А * т ореферат дяссертда «а соискание ученей стгпеик кандидата биологических паук

Киев — 1992

Работа выполнена в Институте физиологии , им. А. А. Богомольца АН Украины.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В. М. Сторожух;

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Г. М. Чайченко; доктор медицинских наук, профессор Л. А. Громов.

Одесский университет им. И. И. Мечникова.

Защита состоятся <2.6, сргвь&ля. . 1992 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д—016.15.01 прн Институте физиологии им. А. А. Богомольца АН Украины по адресу: 252024, Кнев-24, ул. Богомольца, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. А. А. Богомольца АН Украины.

Азтореферат разослан с »_ 1992 года.

Учемый секретарь специализированного совета,

доктор биологических наук 3. А. СОРОКИНА-МАРИНА.

Кийз. КВВАИУ. Зак. 123— 92 г. Т. 100

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В литературе по физиологии вжией нервной деятельности широко обсухдаегся вопрос об участии неслецкфнческих структур мозга в условнорефлекторноЯ деятельности /Гасто, " Роже,- 1662.;" Анохин, 1938; Гасаков, 1972; Граштьяк, ■ 1973; Котляр, 1977; Кратки, 1977; Шульгина, 197В; Громова, 1981; Кругликов, 1981; Батуев, 1984; Вартанян, 1930; Сторохук, 1986; Чиженкоза, 1986; Вартанян, Пирогов, 1938; Котляр, 1989/. Известно, .что ухе на. уровне ствола мозга афферентный поток разветвляется. Часть его направляется по классическим специфическим путям через релейные ядра таламуса в соответствующую проекционную область неокортекса и несет инфсрмацис о физических параметрах раздражения. Другая часть афферентного потока вовлекает в активность кеспецифические структура ствола мозга и таламуса, проекции которых.к коре имеют вид обширных диффузных сетей. Считается, что по этим путям к коре поступает информация о биологической значимости афферентного сигнала. В результате' создаются такие условия Си этому имеется многочисленные ¡юрфологические,

нейрофизиологические и нейрохимические доказательства} при которых к какому-либо нейрону неокортекса, участвующему в осуществлении ' условного рефлекса, приходят разнородные синаптические влияния, опосредуемые различными медиаторами. В данный момент нет достоверных сведения о характере передатчиков, выделяемых волокнами релейных и неспецифических ядер таламуса, проецируемыми в неокортекс. В то ке время известно, что нейроны экстраталамических структур, таких как базальное ядро Мейнерта.и ядра диагонального пучка, передние ядра шва, голубое пятно посылаот в кору головного мозга холинергические, серотонинергические и норадренергические проекции.

При исследованиях неспецифических образований, проводимых методам! их раздражения, полного или частичного выключения, а также системного гли локального введения биологически активных веществ, было обнаружено, что такие вмешательства оказывали сильное влияние на выработку, осуществление и угаиение условных рефлексов /Кругликов, 1931/. Исследования в хронических экспериментах на нейронном уровне методом ыикроионофореза в

большинстве случаев касались изменения чувствительности нейронов к подводимым веществам до и посла обучения /Котляр и др., 1977; Коштоянц и др., 1979; Копытовз. :: др., 1979; Котляр, Мясников. 1986/. Вопрос о роля передатчиков моноаминергичэских и холинер2 .пеской систем, деЯсгвувдих на нейроны бодротвусаих гивотних в условиях близких к естественным при возникновении реакций клеток в ответ на условный стимул, к моменту начала наших исследований был изучен недостаточно. Это и определило цель настоящей работы.

Цель работы:

Вменить закономерности участия ацетилхолина, серотонина и корадрекалина в поддержании фоновой и вызванной активности нейронов ■ двигательной коры кеглей при осуществлении условнорефлекторной деятельности.

Главные задачи.

1. Проанализировать изменения фоновой импульсной активности и выэванакх условным раздражением ответов нейронов моторной коры пря яовофоретичаском подведении ацетилхолина и его блокаторов.

2. Изучить изменения £юноеой и вызванной импульсной активности нейронов моторной коры при микроионофоретической аппликации серотонина и его блокгторов.

3. Исследовать изменения фоновой активности и вызванных условным раздражителем ответов нейронов моторкой коры при йзкроионофоретическсм подведении норадрэкалина и его блокаторов,

Научная новизна.

Впервые показано, что участие ацетилхолина в поддержании уровня фоновой импульсной ' активности нейронов моторной коры опосредуется холикореиепторами ыус.;'аринового типа, в то время ч как при формировании нейронных реакций, связанных с ' осуществлением условного рефлекса постановки лапы на опору, йцотилхолин действует через холинорецепторы никотонового типа.

Обнаружено, что у ненаркотизированного, необездвиженного кйьстного, в условиях, приближенных к естественным, серотоник не ьяидет «а фоновую иыпульсну» активность большинства нейронов иогорной коры, однако, в то хе время, оказывает четко выраженный , ©бявгчаидаа эффект на реакции в ответ на безусловное тактильное раэдрахекие и на реакции, связанные о осуществлением условного рефлекса постановки лапы на опору.

Установлено, что импульсные реакции большинства нейронов

моторной коры С.одрстзушей кошки находятся под постоянкш угнетахшм влиянием со стороны норадренвргической системы мозга и что это влияние осуществляется через /3-адренорецептори. Практическая ценность работа.

Получении данные существенно уточняют сложившиеся представления о роли некоторых несяеццфнчэскнх проекций к неоксртексу в функционировании нейронов моторной коры во время осуществления условного рефлекса. Ковыэ факты о влияния на кмлулъснуп активность клеток мозга повышения концентрации ацетияхолина, соротонина и норадреналина, а .агата об эффектах блокирования рецепторов к этим нейромедиаторам могут быть полезны;« для понимания механизмов действия многих нейротропных препаратоз. Полученнио данные могут сказать помои» при дальнзйшэм выяснении генезиса ряда психических заболеваний.

Результаты данной работы могут быть использованы при чтении лекций для студентов биологических и медицинских специальностей вузов.

/проб?лня роботы. Основные положения диссертации долозонн:

1. На международной школе-семинаре молодых ученых социалистических с.ран "Обучающийся мозг", Ленинград, 1987 г.

2. На Всесоюзной конференции "Сравнительная физиология высшей нервной деятельности человека и етзотиых". Москва, 1938 г.

3. На II Бсесоозксй конференции по нейронаукам. Киев,1988 г.

4. На XXVIII совещании по проблемам высшей нервной деятельности, Ленинград, 1389 г.

5. На XIII съезде Украинского физиологического сбцества имени И. П.Павлова, Харьков, 1990 г.

6. На семинарах сектора обдей физиологии нервной системы Института физиологии им. Л. А. Богомольца АН УССР, Киев, 1983 -1991 гг.

Структура и обьем работы. Диссертация' состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. 'Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, иллюстрирована 19 рисунками и 3 таблицами. В райоте цитировано 203 источника.

- 4 -

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование выполнено на взрослых кошках-самцах массой от 2,5 до 3,5 кг в условиях хронических экспериментов. При обучении и во Бремя самих опытов кошки помещались в специальный полужесткий гамак, фиксирующий в экспериментальной камере корпус и задние конечности животного и оставляющий свободными голову и передние лапы. У кошек вырабатывали инструментальный условный рефлекс постановки лапы на опору в ответ на звуковой раздражитель с последующим пздевнм подкреплением. Услозным стимулом слухнл короткий звуковой щелчок; пищевое подкрепление кивотное получало в виде кусочка мяса или рыбы через 4-5 секунд после выполнения постановки лапы на опору. Ргздраютелк подавались с интервалами 40 с - 2 мин. Предварительно обученных животных оперировали под нембуталовиа наркозом С 40 мг на килограмм массы внутрийрюшинно). Над представительством левой передней лапы в моторной коре (поля 4, 6) в кости черепа вживляли специальную полуа втулку из нерхавещей стали с иаруаныи диаметром 10 т и внутренним диаметром 0 мм. В нее во время опытов помещали смэшше направляющие вкладыши, жестко соединенные с шшроманипулятором. В канал диаметром 2,5 ш внутри вкладыша помэаали стеклянный трехствольный микроэлектрод (МЭ) для внеклеточной регистрации нейронной активности и ионофретического подведения биологически активных веществ. Наружный диаметр кончика МЭ составлял 3-10 микрон. Канал для отведения импульсной нейронной активности заполнялся раствором НаС! (4 моль/л), его сопротивление колебалось от 1 до 6 мОм. Один из каналов заполнялся физиологическим раствором и предназначался для контроля. Канал микроэлектрода, предназначенный для михроионофореза, заполнялся раствором одного кз слвйусишх синаптичаски активных веаесгв: ацетилхолии хлорид С1 коль/л), атропин-сульфат СО.5 моль/лЗ, б-тубокурарин хлорид СО.02 моль/л), гексаметоний хлорид (0.5 ммоль/лЭ, серотонин креатиник сульфат СО. 02 мдаль/л), яизергамид СО.З кмоль/л), норадраналин гидротартрат СО.5 моль/л), эфедрина гидрохлорид С1 моль/л), обзидан Спропранолол) СЗ ммоль/л) и феятоламина гидрохяорид СО.З моль/л).

Для микроиснофорэтической аппликации веаеств применялся изготовленный для этой цели многоканальный источник тока на базе

чнтегрглынт ютросхел К—140 УД8 А; токи Фср.уза составляли 40-80 нА, в прокояутках 1».гду аппкакаияяш пропускался удеряге&юакЗ ток противополопгой полярности величин^'* 10-13 иЛ. Иояофоротятеская ашшгогашм начиналась оа 7-9 с к оканчивалась за 2-2,3 с ло начала условного звукового раэдраг-зиия, !!о;.;сит начала усяовноре^яекторного ггоикэяия постановки лаш на опору определяя:: по порвону отклонению юханограмш. Программа эксперимента вкячмала рагастрацпо ответов нейрона сначала без аппликации г;едеог»а С20-30 условного раздрагнтоля с

послодусш/ нщовум подкреплением праиильных постановочных д витаний), сатем с "нрсдшесп-оваЕ^ей аппликацией С20-30 правалыш реализаций условного рефлекса) и, наконец, посла досятиминутпого парерига вновь боз аппликации исслэдуемого вещества (20-30 реализация), Из-за быстрого насыщения животного п снижения его шщэвой мотивации в один экспериментальный день удазалось зарегистрировать активность одного нейрона. Работа вкполпона на 17 койках, для анализа использовалась запись активности 190 клеток моторной кори,

Особенность лрОЕ'Эденпнх экспериментов заключалась в том, что они выполнялись на специально отобраг.ной функционально однородной группе нейронов двигательной кори мозга: исследовашш и анализу подвергались только те единицы, которые реагировали во время постановочного движения, вызываемого прикосновением к передней лало животного, и у которых в ответ на предъявлений условного стимула возникали №.пульсны9 разряды, опережавшие начало условнорефл&кторного движения. Эта функциональная группа нейронов двигательной коры первоначально была описана Эвартсом при исследовании на обезьянах /Еуа^э, 1856/,

Для регистрации и анализа экспериментальных данник использовался измерительно-вычислительный комплекс на - базе ЭВМ ЗМ-4, Анализ импульсных реакции отдельных нейронов или однотипно реагирующих групп нейронов проводился посредством построения аеристимульннх гистограмм и гистограмм тох ко реализаций этносителыго момента начала условнорефлекториого движения. При зтатистической обработке данных в качестве достоверной реакции рассматривались значения, превышавшие средний уровень фоновой наивности ка 2а, Для оценки достоверности наблюдаемых изменений зеакцпЯ на гистогг зимах до и поело воздействия шфоионофоретической аппликации синапткческй активных вецоств,

нами использовался непараыетрическиП критерий Вилкоксона для сопряженных пар при р < 0,03.

На гистограммах импульсной активности клеток, связаншк с осуществлением исследуемого условного рефлекса, можно было вылепить несколько отдельные реакций, возникающих б различной время и по разному изменяющихся под влиянием чнкроионофореза спнаптически- активных веществ. Мы анализировали преимущественно следующие из них:

1. Реакция ка"касание - учащглие иыпульсации клетки в отват на безусловный тактильный раздражитель. Обычно эта реакция появлялась с латентным периодом 20-50 мс в ее длительность редко превышала 1000 мс.

2. Ранняя реакция на звук - реакция, возникающая в ответ на условный звуковой раздражитель С щелчок) с патентны),! периодом 15-50 мс н длящяясл до 500 ш.

3. Реакция, связанная с осуществлением услоакорефлекторного движения. Представляет собой повышение импульсной; частоты нейрона во время постановочного двигения и в период непосредственно предшествующий его началу, Эта реакция обычно опережала момент начала движения, регистрируемой по первому отклонение механограммы, на 20-40л не.

4. Поздняя реакция - усиление иыпульсации клетки в период времени после окончания постановочного движения и до получения животным пищевого, подкрепления, Эта реакция имела длительность от 500 ю до нескольких секунд и могла появляться в различные моменты внутри указанного интервала. "■■■•.

_ 7 -

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 • Влияние микроионофореза . ацетилхоинна и ¿локаторов уо.танергичоскоА передач» па чупуяьснув активность

' нейронов моторной коры вовремя осуществления условного, рефлекса

Ионофюрез ацетр.яшша оказывал влияние на фоновую импульсную активность 18 из 22 зарегистрированных клеток моторной коры кошки. Облегчающе и у; натаюока эффекты наблюдались с приблизительно равной вероятностью, однако облегчение бьию гораздо более выраженные чем угнетенно. При этом именно у тех клеток, ^оноъая активность которых под влиянием зчвтвяхопина не усиливалась, а даже уменьшалась, реакции на условный сигнал были очень чувствительными к ионоферезу этого вещества. Реакции таких клеток резко ослабевали, если исходно ^кли значительными, и, напротив, заметно усиливались, еелл исходно был:; слабыми. У тех г.е нейронов, у которых под влияние?! ацетилхоллна уровень импульсной активности повышался в два раза и более, хотя и обнаруживалось некоторое относительное уменьшение реакции на резко возросшем фоно, интенсивность разрядов поо.13 предъявления условного стимула в абсолюта величинах также несколько увеличивалась.

Коиофсратичоская аппликация блокатора мускарииозих холинореиег,торов ггропина оказывает сильно выраженный угнетаюаил эффект на фоковув ишульсанию большинства исследованных нейронов моторкой коры. У В из 8 зарегистрированных клеток фоновая активность резко, 2 3-5 раз.снизилась и з двух случаях не изменилась. При этом блокирование мускариновьп холинороцептороэ не влияло на вызванные реакции, связанные с осукествлением условного рефлекса, в большинство случаев, а облегчающие я угнетающе эффекты на вызвакнув активность остальных нейронов были слабо выраженным!. Таким образом, ацетилхолин, воздейстзуя на мускарнновые холинорецепторы, по-видимому, участвует в формировании фоновой ¡«тульской ахтивностн нейронов моторной коры, но не оказывает существенного влияния на их вызванную активность.

Ионофоретическоэ подведение сЬтубокурарина, блокатора никотиновых холинорецепторов и тормозных ТАЖ-реиепторов,

оказывало выраженный облегчающий оффект на фоновую импульсную активность клеток моторной коры Су 11 из 17 зарегистрированных в данной серии экспериментов) и на их поздние реакции во время осуществления условного рефлекса постановки лапы на опору С в 7 из 9 наблюдавшихся случаев появления таких реакций). По-видимому, этот результат может свидетельствовать о том, что данные виды импульсной нейронной активности формируются с участием тормозных ГАМК-рецептсров.

В то же время оказалось, что исходно интенсивные нейронные реакции, связанные с осуществлением условнорефлекторкого постановочного движения, под влиянием ионофореза сЬтубокурарина угнетались и во многих случаях исчезали полностью, что мохет свидетельствовать об опосредованном п-холинорецепторами участии ацетилхолина в формировании таких реакций.

Блокирование никотоловых холинорецепторов исследуемых нейронов путем ткронансфоретпчвского полвеления более специфичного блокатора - гексаметония оказывало слабо выраженное воздействие на их фоновую импульсную активность. При этом 15 из 23 зарегистрированных нейронов вообще не изменяли частоты своей фоновой имлульсации. В то же врем, блокада никотиновых холинорецепторов в подавляющем большинстве случаев приводила к сильному угнетении нейрональнкх реакций, связанных с началом услоьнорефлекторного постановочного движения. Последнее обстоятельство также как и з случае с сЬтубокурарином позволяет предполагать опосредованное рецепторами никотинового типа участие ацетилхолина в формировании вызванных нейронных реакций во время осуществления условного рефлекса.

2. Влияние ионофоретической аппликации серогокина и пизергамида на фоновую и вызванную активность нейронов моторной коры

Фоновая импульсная активность большинства нейронов моторной коры (23 из 41 протестированных) не изменялась при микроионофоретическом подведении серотонина. Преобладающим эффектом 5-НТ на фоновую активность остальные, чувствительных к нему клеток, являлось слабо выраженное облегчение. В отличие от этого, вызванная импульсная реакция, связанная с условнорефлекторным постановочным движением, под влиянием

повышения концентрации серотонина в околоклеточном пространстве в значительном большинстве случаев усиливалась Су 20 нейронов из 30, обнаруживавши: такую реакцию). При этом наблюдалось особенно четко выраженное увеличении амплитуды и продолжительности фазы реакции, првялэствуипео началу условнорефлекторного движения. Облегчавдеэ действуй серотонина на ш.шульсиу» активность, связанную с осуществленном условного рефлекса, проявлялось также в возникногенпи писанных роакции у части клеток, исходно не ойнарухявахадгд сплои а умсашш ре&яокосм.

В ри&хциях 14 ю 41 изсл<чго1:лмих в данной серии экоперимо.чтор нейронов наблпдзлись керотколатентныэ импульсные ответы на условный раздражитель - звуковой целчок. Под влияние« мнкропокофореза серотонина эти реакции в 8 случаях увеличились, в 5 - уменьшились и у одной клетки не изменились. При этом облегчающий эффект серотонина на данную реакции был более выраженным, чем эффект угнетения,

Ионофорез серотонина в большинстве случаев приводил также к повышенно поздних импульсных реакций исследуемой функциональной группы клеток моторной коры. Такие реакции наблюдались у 23 нейронов; в 14 случаях они повышались, в трел - снижались и у 6 клеток остались без значимых изменений.

Микроионофоретическая аппликация серотонина в большинстве случаев (в 9 из 10 наблюдавшихся) оказывала облегчающее влияние на реакции в ответ на безусловное тактильное раздражение -прикосновение к тыльной поверхности лапи животного.

Подводимый' >шыш токами к нейронам моторной кори бодрствующих жявдткых лизергамлд оказывал на их фоновой п вызванную активность облегчающее влияние, то есть в условиях нашего эксперимента действовал как агонист серотонина;

3. Влияние норадрэкалнка и его блокаторов на импульсную активность корковых нейронов при осуществлении условного рефлекса

Повышение концентрации иорадреналика в межклеточном пространстве, достигаемое путем его микраиочофорегической аппликации, не оказывало однонаправленного угнетающего или облегчащего влиян^ на импульсные роакцгч изучаемой функциональной группы нейронов моторной коры. Исключение

составила реакция, предшествующая началу услоыгарефлакториого движения, которая под влиянием норадренамша уменьшалась по длительности в 9 з:э 10 наблвдаззжхся случаев. Это, по-видимому, свидетельствует о том, что у бодрствующего животного данная реакция э$$вкт»шю модулируется норадренергической системой мозга.

Микроибнофоретическое подведение к иейроиаи когоркой кори адреномиаетика непрямого ' действия эфэдрипа, способствуеа^го выделений эндогенного порадренагаша и. нэрвких окончаний, у 9 из ЕЗ зарегистрированных' клеток приводило к пошша» Фонолой активности, у 8 клеток - к ее снижению и в 6 случаях {кгковая активность заметно ко изменялась. То есть , как и прк коиэ$срезе корадренаяина, ш на обнаружили какого-либо иреобладаклго эффекта на фоновуо гшуяьову» актпгяость ксогедуешос ке&роког. Однако в данной сораки экспериментов наблюдалась чоткоо угнетение вызгаккых нейрокньх реакций, омшншх с осуществлением. условного рефлекса постановки лапы ].а опору. Так, коротколатбптный ответ нейронов на условный звук уменьшался а ? из И наблюдавшихся случаев к лишь у двух клеток незначительно увеличивался. Импульсная реакция, связанная с началом усяовнорефлзкторкого постановочно; о дбикония угнеталась в 7 из 9 случаев. Ответ на оезусловноз тактильное раздражение прикосновение к ткльной поверхности рабочей лаяи животного под шшшем михроиоко^оретичесхого подведения эфэдрияа такке ь подазляэдем большинстве случаев снижался.

Опзрожаюцая фаза реакции, связанной с усл.овноре$лекторньы движением, и другие решении, г-озкк^ваие во время осуществления условного рефлекса, испытывали и ' наших опытах угнетатеео воздействие со стороны вводимого шифоионофоретичоски блокатора а-адренорецйпторов феитоламика. Совпадение эффектов корадреналина, его миметяка эфедрияа и блокатора к-рэцепторой фэнтоламкка свидетельствует, по-видимому, о том, что в последней случае блокируется норадренергичесхив аугоредепторы, вклоченные в систему отрицательной обратной связи, регулирующей в коре головного коз га уровень высвобождения корадреналина во врем формирования вызванных импульсных реакций.

Блокада /3-ареиорецепторов, осуцествляемая путан дахроиокофоретического подведения к клеткам моторной норы обзндала Спропранолола), изменяла фоновую активность 25 из 32

- и -

зарегистркросашшк клотск, без оначимого преобладания угнетающих

или ойяегчашш Вызванная импульсная активность

нейронов, ь отличив от активности под ьоэдоЯствием

иоио$ореза обзацлиа о<$яару;а» мл потку» тоидамщи» н поьыввняо. Так, наЛшдаьезнся у 1? кяоток коротколатентиая реакция на условии.! г.вуковсй раздрагнгол: ь 10 случаях усиливалась, в чотнрмг - угкотаялсь и у трго; к^йроиоь оставалась без кзкенияий. Г«аг.::ия, стмэятчм» начале.,: посган.личчого д&пхвика. У 10 кюток Ь5» Iе;, ооплп-'л^гклг .. >«цуо р'.лкцко, ув>пачинась, у Ы -сн;!'.?няас.ь г в остг:л1тк /рех случали осталась баз изменений. Поздние нэпроксг-, иоэги^овк© а пэриод посла шюянййия

шюпод условного р^&ысса 1! до получения им 1№эвого подкрешшшч б М из 72. случдов пох-иамяись, в '5 - шшхаяпсь и у трех клеток па изменялись. Восош. коЯроиоа били исслодоьани в условиях иовс$ороза ^оэидана при йродьязязшв какгогсму сЧзусиоши тактаяшк раздражений. При этой у 7 клеток набясдплооь псд-ш&яка зшухьегш ответов на касание и у одной заачтшх азивааия'» н-э яа<5ш>дапось.

Иелучо«ии& даянш об оолзгчзкрн блокады

/3-ядрзпорсще<лторов па реакции вкзьаиша как услоыюп 1гк и безусловно;) спшуляцпга! позволяют, но нашему ияошш, предположить, что ь яоркшлшх условия» через рецзпторн этого типа норадрекерп5Чбская систэка козга окааиваат постояшо угнетавдоо глгшше на раоЪгу'клвток моторной коры,

ОБСУЭДЕШШ РЕЗУЛЬТАТОВ

^ ■

Реакция наПронов зарегистрированы у ¡швотних в хроническом эксперименте баз наркоза во ьроня выполнения функции, близкой к естественно;!. Ионофоретическое подведение веществ совпадало во времени с тоническими реакциями нейронов ¡«специфически* стеояоьых структур мозга, которые непосредственно или поело соответствующих переклвчений могли приникать участке в осуществлении условных рефлексов /Сторожук, Тальнов, 1982; Сторожук п яр., 1986/, Выключение тока форэза перед подачей условного сигнала исключало возможность прЯ1лго действия поляркзувде^о тока на ««¿'фоны кори за 3-2,9 с да м во врекя осуществления импульс/, шх реакций и позволяло наблпать' изменения импульсной активности, вызванные синапгически активным

веществом, действие которого не осложнялось побочными факторами. Поскольку ток форээа обычно составлял всего 40-80 нА, это вызывало довольно ограниченное изменение концентрации сииаптичэски активного вецества, н-з нарушая суммарной поведен :еской реакции на условное звуковое раздражение.

В то £3'время использованному нами методическому приему йонофоретичэокого подведения биологически гтшвных веществ непосредственно к клетке присум и некоторые неустранимые недостатки. Во-первых, иоио£орез вещества имитирует мокссинаптические эффекты эндогенного медиатора или модулятора на исследуемую клетку. Однако в нормально функционирующей коре под влияние обычно чрезвычайно разветвленных сетей окончаний неспеиифических систем попадает большое число нейронов одновременно. Поэтому вероятнее всего имеется не только прямое, моносинаптнческое, но и опосредованное через вставочные нейроны воздействие. Второй недостаток применяемой методики заключается в том, что подведение веществ в течение 4,5-8,3 с, как указывалось, скорое имитирует тонические влияния со стороны экстраталамических систем (холинергичесхой, серотонинергической и норадренергичеокой) и в меньвей степени быстрые, кратковременные, разные воздействия, также нмевщиэ место при естественном функционировании мозга, Третий недостаток методики состоит в том, что она позволяет имитировать синапткческие воздействия преимущественно на сому нейрона от которого осуществляется внеклеточная регистрация и оставляет вне воздействия его дендритное дерево, где интегрируется большая часть приходящих влияний' и которое может простираться на значительные расстояния, Л

Учитывая ьсе недостатки методического подхода мы все . но считаем, что в настоящее время с его покоцьв можно получать ценные данные о роли экстраталамических систем в формировании нейронных реакций моторкой коры, приводящих в конечном счете к осуществление выработанного условного рефлекса. По нашему кнанню, микройонофсретическоэ подведение макет бьгть полезным и для установления «еднаторяого происхождения нейронных реакций во вроыя осуществления животным естественного поведения.

В литература имеются сведения о чувс-витальности нейронов токортекса к ааетилхолмну, о чем обычно судили по изменение уровня Зоновой активноетк нейронов. По оценкам разных

исследователей доля холиночувствитедьнкх клеток в кора т превосходит 5Q-60X /Кругликсв и яр.. 1977/. Полученные нами факты косвенно подтверждает высказанное ранее предположение, что нейрон1.!, принимающие участие в условнорефлекторных реакциях, отличаются повиданной чувствительность» к ацетилхолину. 3 ".оде экспериментов нами преднамеренной регистрировались нейроны, езяэанямэ п условным рефлексом, . Вероятно, поэтому доля холпночувствитель.ккх клэгоь по результатам наших исследований составила свыше 807,.

По-видимому, нами впервые отмечено, что примерно у половины нейронов обследованной функциональной группы, реакции которых опережает появление условнорефлекториого движения, уровень фоновой активности под влиянием ацетилхолина не повышается, а даже несколько снижается. В то se время импульсные реакции этих нейронов, вызванные условнлм звуковим раздражением, под влиянием ацотилхояика изменяется существенным образом. Характер данных изменений связан не столько с изменениями фоновой активности, сколько с выраженностью самой реакции: исходно слабые реакции на условную стимуляцию при действии ацетилхолина усиливались; xopciao выраетяике, интенсивные реакции, напротив, значительно ослаблялись. Ухо эти наблюдения позволили предположить известкуй независимость холинергических влияний на фоновую и вызванную условной стимуляцией импульсную активность.

Использование для ионофореза мускариновых и никотиновых холинсблокаторов позволило установить, что под действием мускарпнового холкноблокатсра атропина резко снижается фоновая импульсная активность исследуемой функциональной группы нейронов двигательной коры и з го ке время не изкеняптся импульсные реакции , вызванные условным звуковым раздражением. ГексониЯ незначительно уменьшает уровень фоновой активности, а d-тубокурарин даже увеличивает его, но в то ®з зремя оба эти блокатора никотиновых холинорецепторов могут значительно угнетать импульсные реакции, вызванные условным звуковым раздражением, в частности те их компоненты, которые связаны с опережением двигательного ответа. Таким образом, есть основания связывать облегчаюаее влияние ацетилхо.тина на слабые реакции, вызванные положительной условной стимуляцией, с активацией холинорецепторов никотинового типа. Наблюдаемое во многих случаях угнетение импульсных реакций на условное раздражение под

- .u -

влиянием предшествующего ионсфор&эа аиетилхояияа, по-видимому, можно объяснить десенситизациеП никотиновых холинорецепторов.

Как уже отмечалось, d-тубакурарин может оказывать влияние не только на никотиновые холинорецепторы, но и на ГАМК-рзцепторы корковых нейронов. Не исклечена вероятность того, что блокирование тормозных влияний, передаваемых к нейронам коры через систему ГАМК- рецепторов, является причиной повышения уровня фоновой активности этих клеток. Такое повышение уровня фоновой активности под влияние« d-тубокурарина затрудняет оценку того, что происходит при этом с вызванной импульсной реакцией.

Другой никотиновый холшюблскатор - гексакетоннй, в отличие от d-тубокурарипа, существенно не изменял характера фоновой активности и одновременно значительно снижал импульсную активность, вызванную условным раздражением. По своему блокирусшдау действию гексаметоний представлял разительный контраст с атропином: заметно ке влиял на фоновую активность и резко угнетал вызванную импульсную реакцию.

Таким образом, полученные нами результаты позеолявт сделать предположение о том, что аиэгилхоиш в естественной деятельности корковых но'лронов через мускариновыэ холкнорацепторы влияет на их фоновую активность, а через никотиновые холинорецопторы в большей мэре оказывает влияние на осуществление вызванных импульсных реакций нейронов, возникающие в ответ на условное раздражение. Эта выводы о различном функциональном значении никотиновых и мускариновых холинорецепторов для реализации условного рефлекса, с одной стороны, согласуются с данными о снижении на 50 % по сравнению с контроле« при болезни Альцгеймэра числа никотиновых холинорецепторов в неокортексе человека на фоке неизменного и даже возросшего числа мускариновых холинорецепторов /Kordberg, V/indblad, 1386/. С другой стороны, они созвучны с результатами, полученным в острых опытах на пирамидных нейронах моторкой коры кошки, где было показано, что воздействие ацетилхолина на нускариковые холинорецепторы через вовлечение циклического гуанозмыонофосфата и цГМФ-зависимоЯ протеижиназы С повышает сопротивление постсинаптической мембраны /Woody, 1987/. В этих условиях возбудимость нейрона и уровень его фоновой импульсной активности долааш повышаться.

В коре головного мозга описаны несколько подтипов

серотониновю: рецепту ^ /Bjorklund ot al. , 1973; Vamsley, 1984; richardson, Engel, 10Г6; Peroulka, 1988Л Известно, что сэрото.чкн оказывает кодулпоумоо влияние на снкаптическуи передачу, вкзвзшу» другими -.'.шаптически активны®; веществами, через промежуточные зтспы с участком аденилатцнклазы, uA прстеинкинаэы С, а внутриклеточного фоссЕорнлированпя

белков /Kandel, Schwartz, 15)82/. Поэтому неудивительна сложная гашя кэменсяий в у':яо.*норофяочторкоЗ активности, наблюдаемая многочислжк.е; ; г с с г; г, о:, а т <? л я г, i, ::отор::э различными приемами изменял:: юхцачтрац::» свроголша в зисших отделах нерзной системы. Попытки оцепить" влияние серотонина на активность нейронов неоксртокса привели некоторых исследователей к .убеждении с его выраженном угнетавшем влиянии /Reader, Ferron, 1979/. Поэтому полученные доказательства возбуждающего или модулирующего воздействия' микроионофоретической аппликации серотонина па вызванные импульсные реакции при одновременном умеренном его воздействии на фоновую импульсную активность у бодрствующих животных, по' нашему мнении, представляет значительный интерес.

Использовавшийся в нашем исследовании лизергамид, к сожаление, не язляэтея высокоипецифдчным блокатором сэротониновьж рецепторов. Как известно /Burt et al., 1976; Wamsley, 1984/, он влияет и на тормозные и на возбудительные серотониновые рецепторы и, йроме того, хорошо связывается с дофаминовыми рецепторами, Поэтому результаты его локальной аппликации, к сожаления, не могут быть (по крайней мере по данным, полученным в наших экспериментах) истолкованы однозначно. Можно только предположить, что эйекти лизергамида как агониста серотонина связаны с тем, что сэротонин более существенно влияет, на возбуждающие серотониновые 1 рецепторы Свозмоляо, просто ■ потому, что их больше), а лизергамид обнаруживает большее сродство к тормозным серотониновкм рецепторам С5-НГ1В),

При оценке изменений в фоновой активности и импульсных реакциях нейронов на условные и безусловные раздражения под воздействием адреноьшметиков и адреноблокаторов вс jHHKaer вопрос о том, не чвляются ли эти изменения результатом перемен в локальном кровотоке, ' ызванном возможным сужением сосудов (под влиянием нораиреналйна, эфедрина и обзидана) или их расширением

С под влиянием фоптолаюша). То обстоятельство, что определенная часть нейронов вообще не реагирует на ионофорез, а в ряде случаев и фоновая к вызванная активность изменится у различных нейронов при ионофорозе одного и того хо вещества противоположным образом, по-видимому, свидетельствует против опосредованного влияния на импульсную активность нейронов через изменения в кровотока.

Результаты, полученные нами в серии экспериментов по изучению норадренергической системы, в сбаем, подтверждают данные других авторов о том, что локальное подведение норадреиалина мотет оказывать угнетавиее влияние на импульсную активность корковых нейронов. Новым является то, что этот эффект .продемонстрирован на реакциях нейронов, вызванных условной стимуляцией. Известно было и устранение тормоэякего влияния норадреналина на активность. корковых нейронов при аппликации /З-адрэнобяокагоров /Olpe et al. , 1976/. Как рам представляется, внимания заслуживает тот факт, что реакции на условный сигнал поело аппликации обзидана значительно возрастают, иногда в два-три раза. Это означает, что в естественных условиях у бодрствующего животного при осуществлении инструментального условното рефлекса с лицевым подкреглэкиен нейроны испытывают довольно мощюе постоянное тоническое угнетающее воздействие со стороны норадрекергических проекций. Присутствие подобных тонических влияния в естественно« _состоянии животного впэрвыо Снасколько нам известно) продемонстрировано в настоящей работе. Судя по данным литературы относительно реакций нейронов.голубого' пятка, эти угнетающие влияния могуту:значител:,но возрастать при . нодачо аверсивннх сигналов /Rasmusseh et al., 1986/ и, возможно, при стрессовых ситуациях и раздражениях, вызывающи ориентировочные реакции. Не, исключена возможность того, ччо ситуация, напоминавшие период аверсивного подкрепления, могут возникать при отмене положительного подкрепляющего сигнала, например лицевого, что вызывает у. животного беспокойство. На гтом фоне реакции на предъявление) последующих положительных условных стимулов угнетаются.

выводи

1. Свыше 80% исследованных нейронов моторной кори бодрствующего животного чувствительны к ' микроионофоротичесгай аппликации ацатилхолина. Облегчающие и угнотакио влияния на онозуп пмпульснув активность нейронов проявляется приблизительно с }"а»яоЯ вероятностью.

2-, Микроконофоротичэскоа подведение к нейронам блокатора мускарнновкх рецепторов атропина приводит к эффоктвзному угнетению фоновой активности при слабо выраженном влиянии на визванныа нейронные реакции. Это позволяет сделать заключенно, что ацетнлхолин участвует в формировании фоновой импульсной активности.главным образом через мускарнновыз холнкорецепторы.

3. Ионофсрез п-холиноблокатора гексаметония в большинство случаев оказывает угнетающий эффект на вызванные реакции при слабо выражением или отсутствующем влиянии на фоновую нмпульснуо активность. Это свидетельствует о тем,что участие ацетилхолина в реакциях койроноз моторной коры, связанных с осуществлением условного рефлекса, опосредуется холинорецолторамп никотинового тип?,

4, Результатом повышения ' концентрации серотоннпа з околоклеточном пространстве большинства, нейронов, связанных с осуществление!', условного рефлекса постановки лапы на опору, является усигпчне нейронных реакций, вызванных безусловным тактильным или услозным звуковым стимулами, при слабо выраженном влиянии на фоновуя импульсную активность. Наиболее вырахенноо облегчающее действия езрогонин сказывает на начальные базы реакций, связанных с осуществленном услознорзфлокторного постановочного • движения,

3, 77% нейронов моторной коры кошки изменяют фоновую ишульсаци» при повышении концентрации норадрепалина в околоклеточяом пространство, При этом в приблизительно равной число случаев наблюдается как снижение так и повышение уровня их фоновой импульсной активности. Норадрэналин угнотаот реакций нойроноз моторной коры кошки, втованныэ безусловным тактильным или условным звуковым стимулом.

6. Так как блокатор /3-адренергичэской передачи пропранолоя способствует повышения фоновой и особенно вызванной импульсной активности, сделан вывод о том, что июгио нейроны моторной кори бодрствующего животного находятся под постоянным угнетавши! воздействием со стороны • норадронерпгческой системы мозга, опосредуемым /З-адрекорецепторами.

- 18 -

Список основных работ по те«о диссертации

1. Иванова С. Ф., Стеяха В. В. Действие бяокаторов никотиновых и м/скариновых холинорэцепторов на синаптическус передачу в клетках сексомоторной коры козга ковки при условном' рефлексе. 3 кн.: Сравнительная физиология высшей нервной деятельности человека и животных. Тезисы докладов Есесошной конференции. М., 1S83, с. 83-87.

2. Сторохук В. М. , Иванова С. Ф., Антонов И.Н. , Стежка В.В. Роль моноаминов неспецифических восходящих систем в индивидуальном обучении. В кн.: Сравнительная физиология высшей нервной деятельности человека и животных, Тезисы докладов Всесоюзной конференции. М., 1988, с. 207-208,

3. Иванова С. Ф. , Стежка В. В. Участие холикергичзской передачи в.осуцествлэнии тормозного компонента ответов нейронов коры, связанных с движением. В кн.: II Всесоюзная конференция по нейронаукам. Тезисы докладов. Киев, 1S88, с. 187-1-88.

4. Сторожук В. М., Иванова С. Ф., Стежка В. В. Влияние ацетилхолина в бяокаторов холинергической передачи на импульсную активность нейронов двигательной коры кошки при условном рефлексе. - Нейрофизиология, 1SS9, 21, КЗ, с. 579-S89,

5. Иванова С.Ф., Стежка В.В. Холинергическке и моноаьшнергические влияния на деятельность нейронов двигательной коры мозга при осуществлении инструментального пятового условного рефлекса. В кн.; XXVIII совеиание по проблемам выстей нервной деятельности. Тезисы докладов. Ленинград, 1989, с. 58-59

6. Сторозсук З.М., Иванова С. Ф., Стояка В. В. Холинергические и серотонинергичеокие влияния на нейроны кеокортекса при условном рефлекса, - В кн.: Мозг и поведение. М., Наука, 1990, с. 178-190.

7. Сгорохук В. М., Иванова С. Ф. , Стема В. В. Влияние серотонина на реакции нейронов сенсомоторной коры, вызванные тактильной и условной звуковой стимуляцией. - Нейрофизиология, 1990, 22, N3, с. 337-347.

8. Сторозсук В. М. , Стеиса В. В. Изаноза С.Ф. Влияние норадреналина на реакции нейронов двигательной коры, вызванные условной стимуляцией,- Нейрофизиология, 19Ü0, 22, N3, с. 680-688.

9. Сторожух В,М., Антонов I.M. , 31нюк Л.Е. , 1ванова С.Ф., Стежка В.В., Рязанцева 0. Ф. Взаемод1я мед!аторних систем ыозку

при умовному рефяекс1. В кн.: XIII з'£эд УкрМг'ського $1з1олог1чного товариства 1ыеи1 I. П. Павлова. Тэга йспсз1дэа. Харк1в, 1990. с. 128-123.

10. Stcrozhulc V.M.. Ivanova S. Ph. , Stezhka V.V. Analysis of extrc.thalamic synaptic influences on reactions of sensorir.otcr cortical neurons during conditioning. Neuroscienco, 1992, v. IS, N 3, p. 60S-61S.