Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
биологических наук: 03.03.01 – физиология. — Казанский
физико-технический институт Казанского Научного Центра РАН. —
Казань, 2010. — 45 с.
Научный консультант - доктор биологических наук, профессор Балабан П.М. Цель данной работы – исследование долговременной памяти у виноградной улитки, включая анализ мембранных коррелятов, роли ионов кальция, серотонина и аденилатциклазной системы в сохранении условного оборонительного рефлекса, а также особенностей зависимости формирования условного обстановочного рефлекса от белкового синтеза.
Научная новизна. Впервые на моллюсках обнаружено явление зависимого от белкового синтеза процесса реконсолидации долговременной памяти, когда может быть нарушено воспроизведение обстановочного условного рефлекса после блокады биосинтеза во время напоминания. Впервые показана связь процесса реконсолидации долговременной памяти с подкрепляющим стимулом - инъекция анизомицина после напоминания в сочетании с подкрепляющим стимулом не оказывала влияния на контекстуальную память.
Найдено, что введение в омывающий раствор серотонина вызывает деполяризационный сдвиг мембранного потенциала командных нейронов как интактных, так и обученных улиток, а у улиток после формирования условного рефлекса снижается возбудимость командных нейронов (повышение порогового потенциала) при действии внеклеточного серотонина. Показано, что хроническое воздействие хлорпромазина приводит к деполяризационному сдвигу мембранного потенциала и снижению порога генерации потенциала действия командных нейронов виноградной улитки и мотонейронов закрытия пневмостома, как и введение 5,6- DHT. Впервые обнаружено, что в результате выработки условного оборонительного рефлекса и условного рефлекса (УР) аверзии к пище происходит снижение мембранного и порогового потенциалов в командных нейронах оборонительного поведения, что может происходить за счет потенциал-зависимых К+-каналов, Са2+-зависимых К+-каналов, быстрых К+-каналов, Са2+-зависимых К+-каналов высокой проводимости, Са2+-каналов L-типа. Найдено, что эти изменения электрических характеристик командных нейронов сохраняются в течение времени сохранения поведенческих реакций.
Среди спонтанно активных идентифицированных нейронов виноградной улитки обнаружены клетки, отвечающие на аппликацию антител к Са2+- связывающему белку S100 (АS100) увеличением частоты генерации ПД, а также нейроны, отвечающие уменьшением частоты генерации ПД. Впервые обнаружено, что снижение внутриклеточной концентрации Са2+ применением мембранопроникающего хелатора BAPTA-AM, не вызывающего изменений мембранного и порогового потенциалов командных нейронов интактных и обученных улиток, не только снимает деполяризационный эффект антител к Са2+-связывающему белку S100 у интактных улиток, но и приводит у них к гиперполяризации командных нейронов, в то время как у обученных улиток наблюдается только уменьшение деполяризационного эффекта. Эти результаты свидетельствуют о том, что антитела к Са2+-связывающему белку S100 действуют на систему внутриклеточного кальция. Обнаружено разнонаправленное действие кофеина в концентрациях 2 и 15 мМ/л на электрические характеристики командных нейронов виноградной улитки: снижение порогового потенциала при неизменном мембранном потенциале для концентрации 2 мМ/л и снижение мембранного потенциала при неизменном пороговом потенциале для концентрации 15 мМ/л как у интактных, так и у обученных улиток.
Впервые найдено, что хроническое введение, как кофеина, так и ингибитора фосфодиэстеразы IBMX сразу после процедуры обучения увеличивает скорость формирования условного оборонительного рефлекса у виноградной улитки по сравнению с улитками активного контроля и показан деполяризационный сдвиг мембранного потенциала командных нейронов после этих воздействий. Отсутствие суммирования изменений мембранного потенциала командных нейронов при обучении и применении кофеина и IBMX указывает на повышение активности аденилатциклазы при формировании условного оборонительного рефлекса у виноградной улитки. Показано, что аппликация водорастворимого аналога цАМФ - 8Br-cAMP и активатора аденилатциклазы форсколина вызывает деполяризацию командных нейронов как у интактных, так и у обученных улиток. Однако неспецифический ингибитор фосфодиэстеразы – IBMX вызывает деполяризационный сдвиг мембранного потенциала только у обученных улиток. Эти результаты свидетельствуют, что у обученных улиток происходит долговременное увеличение активности фосфодиэстераз, по сравнению с интактными животными.
Научно-практическая ценность. Впервые у виноградной улитки показано, что напоминание условий выработки обстановочного УР приводит к возникновению процесса реконсолидации, чувствительного к блокаде синтеза белка. Чувствительность реконсолидированной памяти к белковому синтезу в настоящее время резко меняет отношение исследователей и практиков к вопросам долговременной памяти. Демонстрация того, что подкрепляющий стимул взаимодействует со стимулом напоминания, создает условия для применения воздействий, приводящих к реконсолидации долговременной памяти.
Установление факта деполяризационного сдвига мембранного потенциала и снижение порогового потенциала при формировании условных рефлексов, а также сохранение изменений этих характеристик в течение длительного времени расширяет представления физиологии о механизмах ассоциативного обучения на клеточном уровне в центральной нервной системе животных. Полученные результаты позволяют составить более полное представление о роли серотонина в процессах обучения и памяти. Они позволяют оценить вклад серотонинергической системы не только в синаптическую передачу, но и в формирование мембранных характеристик нейронов, а также предположить один из возможных механизмов интегративной функции серотонина, когда пороговый потенциал командных нейронов в ответ на серотонин меняется в результате обучения. Из полученных результатов следует, что эффекты хлорпромазина на локомоцию и оборонительные реакции виноградной улитки можно объяснить, исходя из его серотонин истощающего действия. Результаты, свидетельствующие об увеличении скорости формирования условного оборонительного рефлекса при хроническом введении кофеина и ингибитора фосфодиэстеразы IBMX сразу после процедуры обучения, а также их электрофизиологические эффекты позволяют составить более полное представление о роли ионов кальция и системы фосфодиэстераз в механизмах обучения и сохранения долговременной памяти.
Научный консультант - доктор биологических наук, профессор Балабан П.М. Цель данной работы – исследование долговременной памяти у виноградной улитки, включая анализ мембранных коррелятов, роли ионов кальция, серотонина и аденилатциклазной системы в сохранении условного оборонительного рефлекса, а также особенностей зависимости формирования условного обстановочного рефлекса от белкового синтеза.
Научная новизна. Впервые на моллюсках обнаружено явление зависимого от белкового синтеза процесса реконсолидации долговременной памяти, когда может быть нарушено воспроизведение обстановочного условного рефлекса после блокады биосинтеза во время напоминания. Впервые показана связь процесса реконсолидации долговременной памяти с подкрепляющим стимулом - инъекция анизомицина после напоминания в сочетании с подкрепляющим стимулом не оказывала влияния на контекстуальную память.
Найдено, что введение в омывающий раствор серотонина вызывает деполяризационный сдвиг мембранного потенциала командных нейронов как интактных, так и обученных улиток, а у улиток после формирования условного рефлекса снижается возбудимость командных нейронов (повышение порогового потенциала) при действии внеклеточного серотонина. Показано, что хроническое воздействие хлорпромазина приводит к деполяризационному сдвигу мембранного потенциала и снижению порога генерации потенциала действия командных нейронов виноградной улитки и мотонейронов закрытия пневмостома, как и введение 5,6- DHT. Впервые обнаружено, что в результате выработки условного оборонительного рефлекса и условного рефлекса (УР) аверзии к пище происходит снижение мембранного и порогового потенциалов в командных нейронах оборонительного поведения, что может происходить за счет потенциал-зависимых К+-каналов, Са2+-зависимых К+-каналов, быстрых К+-каналов, Са2+-зависимых К+-каналов высокой проводимости, Са2+-каналов L-типа. Найдено, что эти изменения электрических характеристик командных нейронов сохраняются в течение времени сохранения поведенческих реакций.
Среди спонтанно активных идентифицированных нейронов виноградной улитки обнаружены клетки, отвечающие на аппликацию антител к Са2+- связывающему белку S100 (АS100) увеличением частоты генерации ПД, а также нейроны, отвечающие уменьшением частоты генерации ПД. Впервые обнаружено, что снижение внутриклеточной концентрации Са2+ применением мембранопроникающего хелатора BAPTA-AM, не вызывающего изменений мембранного и порогового потенциалов командных нейронов интактных и обученных улиток, не только снимает деполяризационный эффект антител к Са2+-связывающему белку S100 у интактных улиток, но и приводит у них к гиперполяризации командных нейронов, в то время как у обученных улиток наблюдается только уменьшение деполяризационного эффекта. Эти результаты свидетельствуют о том, что антитела к Са2+-связывающему белку S100 действуют на систему внутриклеточного кальция. Обнаружено разнонаправленное действие кофеина в концентрациях 2 и 15 мМ/л на электрические характеристики командных нейронов виноградной улитки: снижение порогового потенциала при неизменном мембранном потенциале для концентрации 2 мМ/л и снижение мембранного потенциала при неизменном пороговом потенциале для концентрации 15 мМ/л как у интактных, так и у обученных улиток.
Впервые найдено, что хроническое введение, как кофеина, так и ингибитора фосфодиэстеразы IBMX сразу после процедуры обучения увеличивает скорость формирования условного оборонительного рефлекса у виноградной улитки по сравнению с улитками активного контроля и показан деполяризационный сдвиг мембранного потенциала командных нейронов после этих воздействий. Отсутствие суммирования изменений мембранного потенциала командных нейронов при обучении и применении кофеина и IBMX указывает на повышение активности аденилатциклазы при формировании условного оборонительного рефлекса у виноградной улитки. Показано, что аппликация водорастворимого аналога цАМФ - 8Br-cAMP и активатора аденилатциклазы форсколина вызывает деполяризацию командных нейронов как у интактных, так и у обученных улиток. Однако неспецифический ингибитор фосфодиэстеразы – IBMX вызывает деполяризационный сдвиг мембранного потенциала только у обученных улиток. Эти результаты свидетельствуют, что у обученных улиток происходит долговременное увеличение активности фосфодиэстераз, по сравнению с интактными животными.
Научно-практическая ценность. Впервые у виноградной улитки показано, что напоминание условий выработки обстановочного УР приводит к возникновению процесса реконсолидации, чувствительного к блокаде синтеза белка. Чувствительность реконсолидированной памяти к белковому синтезу в настоящее время резко меняет отношение исследователей и практиков к вопросам долговременной памяти. Демонстрация того, что подкрепляющий стимул взаимодействует со стимулом напоминания, создает условия для применения воздействий, приводящих к реконсолидации долговременной памяти.
Установление факта деполяризационного сдвига мембранного потенциала и снижение порогового потенциала при формировании условных рефлексов, а также сохранение изменений этих характеристик в течение длительного времени расширяет представления физиологии о механизмах ассоциативного обучения на клеточном уровне в центральной нервной системе животных. Полученные результаты позволяют составить более полное представление о роли серотонина в процессах обучения и памяти. Они позволяют оценить вклад серотонинергической системы не только в синаптическую передачу, но и в формирование мембранных характеристик нейронов, а также предположить один из возможных механизмов интегративной функции серотонина, когда пороговый потенциал командных нейронов в ответ на серотонин меняется в результате обучения. Из полученных результатов следует, что эффекты хлорпромазина на локомоцию и оборонительные реакции виноградной улитки можно объяснить, исходя из его серотонин истощающего действия. Результаты, свидетельствующие об увеличении скорости формирования условного оборонительного рефлекса при хроническом введении кофеина и ингибитора фосфодиэстеразы IBMX сразу после процедуры обучения, а также их электрофизиологические эффекты позволяют составить более полное представление о роли ионов кальция и системы фосфодиэстераз в механизмах обучения и сохранения долговременной памяти.