Данилова Н.Н. Психофизиология

Подождите немного. Документ загружается.

К факторам, запускающим генерацию эндогенного ритма,

относятся синаптические и гуморальные влияния, действие

пепти-дов, диффузное внесинаптическое влияние медиаторов.

Они включают и выключают режим гтейсмекерной

активности. Управление пейсмекерной активностью экстра

клеточными факторами обеспечивается взаимодействием

локуса генерации эндогенного ритма с хемовозбудимой и

электровозбудимой мембраной. Показана зависимость

ритмической активности нейронного пейсмекера от уровня

деполяризации нейрона. При слабой деполяризации основной

вклад в генерацию эндогенных потенциалов вносят

низкопороговые Са^-каналы, при высоких значениях

деполяризации — высокопороговые. С заменой

низкопороговьтх Са^-каналов на высокопороговые частота

эндогенного ритма возрастает.

Пейсмекерные нейроны используются для управления

реакциями организма. С их помощью реализуются

генетические программы (например, локомоции). Благодаря

их зависимости от си-наптических влияний они могут

обеспечивать более гибкое применение генетических

программ в адаптивном поведении.

Пейсмекерный механизм обладает пластичностью,

которая выражается в том, что ответ нейрона меняется по

мере повторения действия одиночных раздражителей. В том

случае, если ответ пейсмекерного нейрона слабеет от

применения к применению, этот процесс по аналогии с

угасанием поведенческой реакции называют привыканием.

Кроме привыкания, имеет место обратный процесс

возрастания реакции нейрона от применения к применению.

Его называют фасилитацией. Пластические реакции у пей-

смекерного нейрона могут обеспечиваться изменением как

возбудимости пейсмекерного механизма, так и

эффективности синоптической передачи. Пластические

свойства пейсмекерного механизма существенно расширяют

адаптационные возможности организма в манипуляции

генетическими программами поведения.

6.4. РОЛЬ ИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В

ПЛАСТИЧНОСТИ НЕЙРОНОВ

Для того чтобы понять, что происходит в нейроне во время

привыкания или сенситизации, а также ассоциативного

обучения, следует рассмотреть ионный механизм нормальной

передачи сигнала через химический синапс от одного нейрона

к другому. Во время генерации ПД ионы натрия и кальция

входят в клетку, а ионы калия выходят из нее. Калиевый ток

из клетки создает волну гиперполязизации, которая обрывает

ПД и ВПСП. ПД распространяется от сомы вдоль аксона с

помощью потенциал-зависимых

140

^--О^РН^ ^-^-^-~-

Постсиналтическая

клетка а

Са^

^ © © © ф ©)

Рис. 29. Важнейшие события, происходящие в

химическом синапсе после прибытия импульса в

окончание аксона.

а — потенциал действия открывает каналы для входа Са" в

пресинаптическое окончание; б — синаптические

пузырьки сливаются с пресинаптической мембраной,

высвобождая при этом медиатор; в — медиатор связывается

с белками постсинаптической мембраны, изменяя их

конформацию; г — после удаления медиатора из щели

постсинаптические белки возвращаются в исходное

состояние (по Б. Альбертсу и др., 1994).

натриевых каналов, которые открываются и закрываются по

мере движения нервного импульса. Когда ПД достигает

окончания аксона, под его влиянием открываются потенциал-

зависимые кальциевые каналы, находящиеся в мембране

окончания аксона. Ионы Са^ входят в аксон, в результате чего

в синаптическую щель выбрасываются кванты медиатора. На

рис. 29 представлено конечное звено высвобождения

медиатора в синаптическую щель. Синапти-ческая передача

осуществляется с помощью высвобождения ме-

141

диатора, которое невозможно без притока ионов кальция из

внеклеточной среды. Если удалить ионы кальция из

экстраклеточного пространства, то прибывший к окончанию

аксона ПД не высвобождает медиатор и передачи сигнала не

происходит. Если же искусственно увеличить содержание

ионов кальция в аксоне (ввести через пипетку), это вызовет

высвобождение медиатора даже в отсутствие электрического

импульса (результаты получены на синапсе между

гигантскими нейронами кальмара). Чем выше концентрация

ионов кальция в окончании аксона, тем выше скорость

выделения медиатора.

Особая функция ионов кальция в передаче сигнала

объясняется тем, что он в пресинаптическом нейроне

запускает цепочку биохимических процессов, которая

увеличивает число активированных Са

^ каналов. Это

создает эффект усиления выброса медиатора из

пресинаптического окончания. Последовательность био-

химических событий, развертывающихся в пресинаптичском

нейроне после входа в него ионов Са

"*", выглядит

следующим образом. В нейроне для ионов Са

^ существует

внутренний рецептор— каль-модулин. Это специфический

белок, с которым кальций образует комплекс. Возникнув,

последний активирует фермент аденилат-циклазу. С ее

помощью из АТФ синтезируется цинический адено-

зинмонофосфат (цАМФ), активирующий протеинкиназы.

Проте-инкиназа А фосфорилирует белки потенциал-

независимых кальциевых каналов в результате

присоединения к ним фосфатной группы. Это открывает

дополнительное число Са^-каналов. В клетку входит еще

большее количество ионов кальция, что дополнительно

увеличивает выход медиатора из нейрона. Ионы кальция, как

и цАМФ, выполняют роль посредников в выбросе медиатора

из пресинапти-ческой мембраны. Работа клеточного

аппарата, обеспечивающего преобразование ПД в выход

медиатора и тем самым передачу сигнала через химический

синапс от нейрона к нейрону, представлена на рис. 30 (вход

I).

Этот же аппарат клетки, обеспечивающий передачу

сигнала от нейрона к нейрону, используется и для

длительных изменений синаптической проводимости,

связанных с обучением: привыканием, сенситизацией, а

также с ассоциативным обучением, главным образом на

начальном его этапе. Критическая роль в этих процессах

принадлежит модулирующим нейронам. Они имеют свой вход

к этому клеточному аппарату — вход II (см. рис. 30). У

моллюсков это серотонинергические нейроны.

Внутриклеточной мишенью для серотонина, так же как для

комплекса кальций+кальмодулин, является аденилатциклаза,

за счет которой из аденозинтрифосфа-та (АТФ) —

универсального источника энергии для биохимичес-

142

Вход II ,

(эффект серотонин- )

модулирующей

системы) '

Вход 1

(эффект ПД)

Открытие потенциал-

зависимых Са^-

каналов

Са^ + кальмодулин

Аденилатииклаза ^

АТФ

цАМФ

(циклический нуклеотид)

_А-

Рис. 30. Основные этапы фосфорилирования Са^- и К-

каналов, обеспечивающего кратковременное изменение

проводимости синапса.

ких процессов синтезируется циклический

аденозинмонофосфат (цАМФ). За счет двойного действия

на аденилатциклазу Са

^ и серотонина возрастает

образование цАМФ. Активированные киназы фосфорилируют

белки ионных каналов. Киназа А взаимодействует с белками

кальциевых каналов и открывает их для входа ионов кальция.

Киназа С фосфорилирует белки калиевых каналов, вызывая

143

Протеинкиназа А

Протеинкиназа С

Фосфорилировани

е белков Са^-

каналов

Фосфорилировани

е белков К-

каналов

Открытие

потенциал-

независимых

Са

" -каналов

Закрытие К-каналов

Серотонин

активирует

рецепторы

Повторное

раздражен

ие

головы

Протеинкиназа

фосфорилирует

калиевые

каналы и

ипактивируст

их

Регистрация

калиевого

тока через

изолиро-

ванный

кусочек

мембраны

Рис. 31. Зависимое от активности пресинаптическое

облегчение у аплизии (по Э. Кэнделу и Р. Хокинсу, 1992).

их закрытие. Это уменьшает калиевый ток из нейрона и

калиевую гиперполяризацию, следующую за ПД и ВПСП, что

приводит к удлинению ПД. На рис. 31 показана цепочка

реакций, приводящих к инактивации К-каналов, вызываемой

возбуждением модулирующих нейронов. Продление ПД

удерживает потенциал-зависимые Са^-каналы в открытом

состоянии, что увеличивает в нейроне содержание свободного

кальция и выброс медиатора. Фосфорили-рование калиевых

каналов (8-каналов ) рассматривается как одна из форм

кратковременной памяти, которая ограничена временем

жизни белка, образующего 5-каналы, и легко стирается при

воздействии фосфопротеинфосфотаз (дефосфорилирующих 5-

каналы).

События, разворачивающиеся на постсинаптическом

нейроне у млекопитающих в ситуации обучения, связаны с

особой группой рецепторов, медиатором для которой служит

глутамат. Среди них различают NМ^А-рецепторы (они

селективно активируются синтетическим аналогом глутамата

Т^-метил-0-аспартатом) и не-NМ^А-рецепторы. Каналы,

связанные с NМ^А-рецепторами, имеют двойные ворота,

открывающиеся при выполнении двух условий: мембрана

должна быть сильно деполяризована, а к рецептору должен

присоединиться медиатор глутамат (рис. 32). Каналы,

связанные с ММОА-рецепторами, находясь в открытом

состоянии, пропускают очень большой поток ионов Са

"*".

Эта их отличительная особенность очень важна для

механизма памяти. Не-КМОА-рецепторы, реагируя на

глутамат, сразу открывают кальциевые

144

Рис. 32. Внутриклеточные процессы в постсинаптическом

нейроне гиппо-кампа, реагирующего на глутамат (по Э.

Кэнделу, Р. Хокинсу, 1992).

ионные каналы без дополнительных условий и Са^ входит в

нейрон. Это создает уровень деполяризации нейрона, который

необходим для реакции г^МОА-рецепторов. Деполяризация

нейрона снимает блокаду с гШОА-каналов, которая

осуществляется внеклеточным магнием (Мё). Изменения на

посте инаптической мембране с участием NМ^А- и не^МОА-

рецепторов наиболее хорошо изучены у нейронов гиппокампа

на модели долговременной

145

10-3341

Пресинапти-

чсскии

нейрон

Кальций

Пузырек 'уГ\ с

нейромедиа-

тором

Усиленное

выделение

нейромедиатор

Участок

выделения

нейромедиатор

трансфераза

сОМР <—

Гуанилат-< *

циклаза

АОАОАОАОАОАОА

Кальций • . Магний /. ^

Постеннапти

-ческий

нейрон

Ретроград

ный

мессендже

р (окись

азота)