Кругликов Р.И. (ред.) Нейрохимические основы обучения и памяти

Подождите немного. Документ загружается.

амплитуды поп-спайка в разных синаптических входах

могли быть противоположны по знаку (рис. 3, 1, 2).

При увеличении концентрации ДГ-АВП фаза первич-

ной фасилитации значительно сокращалась, и уже через

6—8 мин начиналось снижение амплитуды до контроль-

ного уровня и ниже. Если перфузия ДГ-АВП продолжа-

лась, то в срезах развивалась значительная депрессия

ответов, которая могла сохраняться длительное время

и после отмывания пептида (рис. 2, 2, А, Б). При при-

нятых в тестировании 10-секундных интервалах не уда-

лось выявить какую-либо временную дисперсию в раз-

витии депрессии в синаптических входах. Можно только

отметить, что в последнюю очередь исчезали ответы,

имевшие изначально большую амплитуду. Описанный

тип реакции более характерен для средней концентра-

ции ДГ-АВП, т. е. 5- Ю

-6

М, однако он мог проявиться

и при меньших и при больших концентрациях.

Введение ДГ-АВП в перфузионный раствор в высо-

ких концентрациях (порядка 10"

М) приводило к быст-

рому падению амплитуды поп-спайка, вплоть до полного

его исчезновения (рис. 2,3). Во всех случаях развитие

депрессии предварялось фазой фасилитации иногда весь-

ма значительной, однако длительность ее могла быть на-

столько мала, что уже в первой серии тестирования (пять

импульсов) происходила смена фасилитации на депрес-

сию. Угнетение ответов первоначально носило относи-

тельный характер, увеличение силы стимула могло вос-

становить контрольный уровень ответа, хорошо прояв-

лялась частотная потенциация. Однако развитие депрес-

сии продолжалось даже после отмывания пептида и

достигало такой глубины, что воздействия любой интен-

сивности не могли вызвать даже минимальной ответной

реакции. Тем не менее в дальнейшем (через 10—30 мин)

происходило восстановление нормальной реактивности

среза, причем скачкообразно, за 1—3 мин. Третий

тип реакции на введение ДГ-АВП зачастую проявлялся

при повторном предъявлении пептида, несмотря на то что

в первый раз могла наблюдаться только фасилитация

ответов.

Влияние ДГ-АВП

на развитие длительной потенциации

В подавляющем числе опытов тетанизация давалась уже

после отмывания ДГ-АВП, когда был ясен тип реакции

среза на подведение пептида. Лишь в некоторых случаях,

в основном при развитии только фасилитации (I тип)

или только депрессии (III тип), тетаническая стимуляция

применялась одновременно с продолжающейся перфу-

зией ДГ-АВП.

Тетанизация при I типе реакции в период первичной

фасилитации или после отмывания пептида приводила

чаще всего к развитию значительной ДП не только в те-

танизируемом синаптическом входе, но и, что следует

подчеркнуть особо, в двух других, не подвергавшихся

тетанизации (см. рис. 3,2). При II типе реакции такой

генерализации не происходило ни в одном случае. ДП

развивалась только в тетанизируемом пути и по своим

амплитудам и временным характеристикам соответство-

вала контрольным опытам. Депрессия ответов на фоне

ДГ-АВП при II и III типах реагирования блокировала

развитие ДП, если же тетанизация давалась после отмы-

вания пептида, в период постепенного восстановления

нормы реакции, то для вызова ДП требовалось увеличе-

ние интенсивности тетанизации в несколько раз. Напри-

мер, число импульсов в серии требовалось увеличить с 15

до 105 (в одном случае даже до 900). Как выяснилось,

при увеличении силы тока таким образом, чтобы одиноч-

ный стимул снова вызывал ответ, по амплитуде и форме

равный контрольному, можно было добиться снятия бло-

кирующего действия депрессии. В этом случае в тетани-

зируемом увеличенной силой синаптическом входе раз-

вивалась полноценная ДП, в то время как ответы на сти-

муляцию двух других входов еще долгое время пол-

ностью отсутствовали. При восстановлении ответов по

всем каналам после отмывания ДГ-АВП потенциация в

тетанизируемом пути проявлялась в одном случае и при

обычной не увеличенной силе стимула, в то время как в

контрольных путях не наблюдалось никаких признаков

дп.

Таким образом, в зависимости от концентрации ДГ-

АВП в перфузирующем растворе происходит либо только

увеличение амплитуды поп-спайка в течение всего срока

экспозиции нейропептида (до 1,5 ч), либо начальная фа

силитация сменяется начинающей развиваться депрес

сией, которая может полностью блокировать ответы. При

увеличении концентрации ДГ-АВП фаза начальной

фасилитации может сократиться до 1 мин и меньше. Ис-

ход тетанической стимуляции зависит от того, в какую

фазу она наносится. Стимуляция на фоне фасилитации

вызывает увеличенную по амплитуде ДП (рис. 4), зачас-

Рис. 4. Зависимость резуль-

тата тетанической стимуля-

ции от фазы действия

ДГ-АВП

Тетанизация (Т) наносилась в пе-

риод фасилитации ответов (/) и

депрессии (2). Обозначения те же,

что и на рис. 2

тую развивающуюся во всех синаптических входах. Тета-

низация на фоне депрессии к развитию ДП не приводит,

хотя может несколько уменьшать ее глубину (рис. 4).

Увеличение силы стимула во время депрессии может спо-

собствовать развитию ДП в данном синаптическом входе.

Обсуждение

Перфузия переживающих срезов гиппокампа раствором,

содержащим ДГ-АВП, приводит к значительным пере-

стройкам их электрической активности. Сам по себе этот

факт не является неожиданным в свете накопившихся

данных к сегодняшнему дню (см. обзор И. В. Кудряшо-

вой).

Пептиды в состоянии оказывать прямое влияние на

изменение мембранного потенциала в сторону де-или ги-

перполяризации, на потенциалзависимую проводимость,

на квантовый состав потенциала концевой пластинки

и т. д. [6]. Наиболее интересным результатом является

демонстрация длительных, закономерно развивающихся

во времени изменений реактивности среза гиппокампа на

фоне перфузии ДГ-АВГ1 и после его отмывания. Несом-

ненно, существует зависимость эффекта от концентрации

пептида. Такая зависимость была убедительно показана

для лизинвазопрессина на поведенческом уровне [13], где

средние дозы пептида замедляли угашение оборонитель-

ной реакции, а низкие и высокие, напротив, ускоряли

угашение. По мнению Р. И. Кругликова и др. [3], объек-

тивная оценка действия нейропептидов возможна лишь

при исследовании его эффектов в некотором определен-

ном диапазоне доз. Такой подход может способствовать

снятию многих противоречий в оценке влияния того или

иного нейропептида на обучение и память.

Видимо, в наших экспериментах можно выделить та-

кие основные точки, как Ю

-5

, 5-Ю

-6

и 10~

М, однако

более точное определение пороговых для той или иной

реакции концентраций ограничивается рядом причин

методического характера: срезы не имели строго калиб-

рованной толщины, действующая концентрация пептида

в связи с его склонностью к потере активности при хра-

нении, не могла быть измерена достаточно точно. Нельзя

исключить также влияний более сложных факторов

связанных с состоянием животного перед декапитацией

гормональными и половыми различиями, а также инди-

видуальными особенностями животных [3]. По-видимому

более правильно рассматривать выделенные типы реакций

как некоторые условные экстремумы. Из рис. 2, 2 видно

что между ними нет резких границ, они плавно иерехо

дят друг в друга. Действительно, даже при I типе реак

ций (см. выше) фасилитация может смениться депрессие!

при достаточно длительной (около часа) экспозицш

ДГ-АВП. Следовательно, при любой концентрации пеп

тида в принятом нами диапазоне можно подобрать тако>

интервал времени перфузии, который обеспечит прояв

ление того или иного типа реакции. Разница будет лиип

в относительной длительности каждой фазы, что хорош<

видно на рис. 2, 2.

Логично предположить, что сопряженное влияни

этих факторов — концентрации и продолжительное^

действия нейропептида распространяется и на целое жи

вотное. В таком случае решающую роль может оказат

способ его введения: подкожно, внутрибрюшинно или

желудочки мозга. По имеющимся данным [16], для полу

чения одинаковых эффектов аргинин-вазопрессина на пс

ведение при подкожном введении требуется Ю

-6

г,

при внутрижелудочковом — Ю

-9

г НП. Действительнс

узнавание взрослыми крысами крысят после введени

нейропептидов в обеих сериях опытов проходит одина-

ково и проявляется при 2-часовых перерывах в контак-

тах вместо 30-минутных в контроле. Однако, по мнению

авторов, оба способа введения могут реализоваться че-

рез различные механизмы, несмотря на то что в обоих

случаях эффект исчезает при блокаде V^AVP-рецепто-

ров. Суть, видимо, состоит в отсутствии опосредования

эффектов центрального введения нейропептидов общими

периферическими физиологическими изменениями, за-

нимающими большой удельный вес в реализации дейст-

вия нейропептидов на обучение и память [3J.

В наших опытах на переживающих срезах мозга об-

щая динамика изменений фокальных ответов под дейст-

вием ДГ-АВП (первичная активация, сменяющаяся де-

прессией, блокирующей развитие ДП), хорошо соответ-

ствует данным, полученным на целом животном, где

показано облегчение ДП, если тетанизация давалась че-

рез 10 мин после введения пептида, и ее блокирование

при тетанизации с часовым отставанием. Интересно, что

тетанизация среза во время депрессии, так же как и на

целом животном, способна уменьшить глубину депрес-

сии. Та доза вещества, которая давалась целому живот-

ному (50 мкг/кг), создавала концентрацию в крови не-

сколько больше, чем Ю

-6

М примерно через 10 мин

после подкожной инъекции. По-видимому, медленное

всасывание вещества при его введении подкожно в зна-

чительной степени имитирует те условия перфузии, ко-

торые применялись на срезах in vitro. Безусловно, весь-

ма интересно было бы оценить следовые последствия

кратковременной экспозиции ДГ-АВП. В ряде наших

экспериментов отмывание пептида начиналось уже через

3—8 мин после его поступления в перфузионную камеру.

Отличий от общих закономерностей протекания следо-

вых процессов в этих опытах отмечено не было, весьма

вероятно, по той причине, что выбор малых интервалов

производился по физиологическим показателям (быстрое

начало депрессии), а не «слепым» методом.

В работе Онозука и др. [20] высказывается мнение,

что действие аргинин-вазопрессина реализуется через

внутриклеточные биохимические процессы. Инкубация

з растворе аргинин-вазопрессина приводит к возрастанию

удержания в нейроне цАМФ с достижением максимума

< 10-й минуте и плавного снижения к 30-й минуте, мак-

:имальный эффект проявляется при концентрации 10~

—

5-10~

М. Активность аденилатциклазы при той же

концентрации также быстро нарастала и выходила на

плато к 10-й минуте. При этом происходит резкая акти-

вация выброса из резервуаров внутриклеточного Са

приводящая к сокращению запасов связанного Са

в 2,5 раза в интервале между 5 и 10 мин. Затянутость во

времени внутриклеточных биохимических процессов,

зависимость их от концентрации пептида хорошо сов-

падают с характеристиками развития фасилитации фо-

кальных ответов, описанными в настоящей главе.

В свою очередь, роль Са

в индукции ДП хорошо из-

вестна. Повышение Са

во внеклеточной среде до 10мМ

само по себе способно привести к развитию ДП [11, 21].

Прямых доказательств повышения внутриклеточной кон-

центрации Са

во время ДП пока нет, однако показано,

что внутриклеточное введение хелатора Са

ЭГТА пре-

пятствует развитию ДП [18], а тетаническое раздражение

фимбрии с такими же параметрами, которые использу-

ются для вызова ДП (5—20 Гц, 30 с), приводит к увели-

чению концентрации внутриклеточного Са

с 9,7 до

27,1 мкМ [15]. В свете этого развитие в наших опытах ДП

на фоне ДГ-АВП не только в тетанизируемом, но и в

других синаптических входах не выглядит уже столь ма-

ловероятным и неожиданным, каковым оно могло бы

рассматриваться с точки зрения классических представ-

лений о свойствах ДП [1]. Если взаимосвязь между био-

химическими и электрофизиологическими процессами,

вызванными введением ДГ-АВП, действительно может

обусловливаться описанными механизмами, то появ-

ляется возможность предсказания характера биохимиче-

ских сдвигов и в фазу'вторичной фасилитации (после от-

мывания пептида) и в период депрессии.

Количество изучаемых параметров, видимо, можно

существенно расширить. В частности, нельзя не отметить

поразительное совпадение динамики изменения ответов

среза на фоне ДГ-АВП с ранее опубликованными "дан-

ными об изменении содержания белка в нейронах поля

СА

гиппокампа при введении циклического аналога

энкефалинов.^Через 10"мин после введения содержание

белка возрастает на 2,5%, а через 407мин — снижается

на 4% [3].

^Отсутствие параллелизма в развитии изменений фо-

кальных'ответов в разных входах под влиянием ДГ-АВП

(см. рис. 3) может указывать на определенную избира-

тельность перестроек по отношению к разным типам

синаптических рецепторов, возможно обусловленную на-

личием или отсутствием их активации на фоне ДГ-АВП.

В таком случае эти дополнительные перестройки, воз-

можно, тоже могут быть вскрыты при биохимическом

анализе, хотя весьма вероятно, что они носят менее

генерализованный характер, чем в рассмотренной выше

работе. В некоторых случаях удается выявить четкую

корреляцию развития ДП и степени увеличения фосфо-

рилирования только одного типа мембранного белка —

Fx [17], однако для объяснения механизмов различий во

влиянии ДГ-АВП на разные входы или же генерализа-

ции действия ДГ-АВП по входам потребуется большая

детализация исследований. Кроме функционального со-

стояния «классических» медиаторных систем, должна

учитываться, естественно, количественная и качествен-

ная специфика активированных в данный конкретный

момент синаптических рецепторов, соотношение выделив-

шихся медиаторов. Аргининвазопрессин, в частности,

может почти в 2 раза усиливать влияние дофамина на

активность аденилатциклазы [10], в то время как опио-

иды через М- и б-рецепторы способны полностью бло-

кировать рецепторы дофамина Д-1, стимулирующие вы-

деление цАМФ [24]. Однако на срезах как раз и откры-

вается уникальная возможность практически полностью

контролировать состояние различных медиаторных сис-

тем.

Предложенная экспериментальная модель на пережи-

вающих срезах мозга в силу ряда привлекательных ка-

честв, о которых говорилось в начале раздела, может по-

служить основой для последовательного аналитического

исследования действия многих переменных, определяю-

щих специфический эффект нейропептидов. Введением

ДГ-АВП запускается целая цепочка длительных, зако-

номерно распределенных во времени физиологических

и биохимических процессов, находящих отражение в

электрических показателях реактивности среза. Иссле-

дование влияния нейропептидов на развитие такого пла-

стического феномена, каким является ДП, открывает

новые возможности для понимания механизмов обучения

и памяти.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воронин Л. Л. Анализ клеточных свойств центральной нерв-

ной системы. Тбилиси: Мецниереба, 1982. 301 с.

2. Воронин Л. Л., Кудряшов И. Е., Иоффе С. В. Длительная

посттетаническая потенциация в гиппокампе и ее связь с ме-

4 Нейрохимические

ханизмами условного рефлекса // ДАН СССР. 1974. Т. 217,

№ 6. С. 1453—1456.

3. Кругликов Р. И., Бикбулатова Л. С., Гецова В. М., Орло-

ва Н. В., Рига Т. Я., Сегал О. Л. Основные принципы иссле-

дования влияния нейропептидов на процессы обучения и па-

мяти // ЖВНД. 1986. Т. 36, вып. 6. С.

1011

— 1020.

4. Кудряшова И. В., Логунов Д. Б. Динамика изменения воз-

будимости нейронов при действии аналога вазопрессина у

виноградной улитки // Там же. Т. 36, вып. 6. С. 1116—1125.

5. Чепкова А. Н. Влияние вазопрессина на свойства длитель-

ной посттетанической потенциации в срезах гиппокампа //

Там же. 1981. Т. 31, вып. 2. С. 427—430.

6. Barker J. L. Peptide effects on the excitability of single nerve

cells // Handb. Psychopharmacol. 1983. Vol. 16. P. 489—517.

7. Bramham C. R., Errincton M. L., Bliss Т. V. P. Naloxone

bloks-term potentiation in a putative proenkephalin system

in the hippocampus // Neurosci. Lett. Suppl. 1986. N 26. P. 559.

8. Briggs Clark A., Brown Thomas H., McAfee Donald A. Neurop-

hysiology and pharmacology of long-term potentiation in the

sympathetic ganglion // J. Physiol. (Gr. Brit.). 1985. Vol. 359.

P. 503—521.

9. Chepkova A. N. Opioid peptides and long-term potentiation in

the hippocampus // Learning and memory/Ed. H. Matthies.

N. Y.: Pergamon press, 1986. P. 87—91. (Adv. Biosci.; Vol. 59).

10. Courtney N., Raskind M. Vasopressin effects adenylate cyclase

activity in rat brain: a possible neuromodulator // Life Sci

1983. Vol. 32. P. 591.

11. Feasey K. J., Lynch M. A., Bliss Т. V. P. Ca

+-induced long-

term potentiation in CA

region of the hippocampus in asso-

ciated with an increased release of aspartate: an in vivo study

in the rat // Neuroscience. Suppl. 1985. N 21. P. 48.

12. Feasey К• L., Lynch M. A., Bliss Т. V. P. Long-term potentia-

tion is associated with an increase in calcium-dependent,

potassium stimulated release of

C-glutamate from hippocam-

palslices: an in vivostudy in the rat//Brain Res. 1986. Vol. 346,

N 1. P. 39—44.

13. Hagan J. J., Bohus В., de Wied D. Post-training vasopressin

injection may facilitate or delay shuttlebox avoidance extin-

ction // Behav. and Neural. Biol. 1982. Vol. 36. P. 211.

14. Hvalby F., Andersen P., Lacaile J.-L., Ibu G.-J. Postsynap-

tic depolarization, a necessary condition for the development

of LTP? // Learning and memorv/Ed. H. Matthies. N. Y.:

Pergamon press, 1986. P. 61—66. (Adv. Biosci.; Vol. 69).

15. Kmjevic K., Morris M. E., Ropert N. Change in free calcium

ion concentration recorded inside hippocampal pyramidal

cells in situ // Brain Res. 1986. Vol. 374, N 1. P. 1—11.

16. Le Moal M., Dantzer R., Michaud В.. KnoobG. F. Central-

ly injected arginin vasopressin (AVP) facilitates social memory

in rats // Neuroscience. 1987. N 77. P. 353—369.

17. Lovinger D. M., Colley P. A., Akers R. E., Nelson R. В.,

Routhenbers A. Direct relation of long-term potentiation to

phosphorylation of membrane protein F

a substrate for memb-

rane protein kinase С // Brain Res. 1986. Vol. 399, N 2. P. 205—

211.

18. Lynch G., Larson J., L Keso S., Barrionuevo G., Schottler F.

Intracellular injection of EGTA block induction of hippocam-

pal long-term potentiation // Nature. 1983. Vol. 305. October.

P. 719—721.

19. Morris R. G. M. Does long-term potentiation (LTP) have anyth-

ing to do with learning memory? // Neurosci. Lett. Suppl.

1985. N21. P. 541.

20. Onozuka M., Furuichi H., Kishii K., Imai S. Membrane pro-

perties and intracellular biochemical processes during vaso-

pressin-induced bursting activity in snail neuron II Neurosci.

Res. 1986. N 4. P. 37—50.

21. Reymann K. G., Jork R., Schulzeck K., Matthies H. K., Bro-

demann R., Matthies H. Calcium-induced long-term potentiati-

on in hippocampal CA

Neurons in vitro // Learning and me-

mory/Ed. H. Matthies. N. Y.: Pergamon press, 1986. P. 104—

116 (Adv. Biosci.; Vol. 59).

22. Robinson G. B. Enhanced long-term potentiation induced in

rat dentate gyrus by coactivation of septal and entorhinal

inputs: temporal constraints // Brain Res. 1986. Vol. 379,

N 1. P. 56—62.

23. Rose G. M., Dunwiddie Т. V. Indiction of hippocampal long-

term potentiation using physiologically patterned stimula-

tion // Neurosci. Lett. 1986. Vol. 69, N 3. P. 244—248.

24. Schoffelmeer A. N. M., Hogenboom FMulder A. H. Inhibi-

tion of dofamin-sensitive adenylate cyclase by opioids: possib-

le involvement of physically associated M- and S-opioid re-

ceptors // Arch. Pharmacol. 1987. Vol. 335, N 3. P. 278—284.

25. Stevens C. Are there two functional classes of glutamate re-

ceptors? II Nature. 1986. Vol. 322, N 6076. P. 210—211.

26. Teyler T. J., Discenna P. Long-term potentiation as a candi-

date of mnemonic device// Brain Res. 1984. Vol. 7, N 1. P. 15—

28.

27. Wigstrom H., Gustafsson B. Large long-lasting potentiation

in the dentate gyrus in vitro during blockade of inhibiti-

on// Ibid. 1983. Vol. 275, N 1. P. 153—158.

28. Wigstrom H., Gustafsson B. A possible correlate of the post-

synaptic condition for long-lasting potentiation in guinea

pig hippocampus in vitro II Neurosci. Lett. 1984. Vol. 44.

P. 327—332.

29. Wigstrom H., Gustafsson B. On long-lasting potentiation in

the hippocampus: a proposed mechanism for its dependence

on coincident pre- and postsynaptic activity // Acta physiol.

scand. 1985. Vol. 123, N 4. P. 519—522.

УДК 612.812.6 + 618.8.015

УЧАСТИЕ КАТЕХОЛАМИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ГОЛОВНОГО МОЗГА

В МЕХАНИЗМАХ ДЕЙСТВИЯ НЕЙРОПЕПТИДОВ

НА ПРОЦЕССЫ ОБУЧЕНИЯ И ПАМЯТИ

Н, В, Орлова

Известно, что нейрохимическое обеспечение интегра-

тивной деятельности мозга — процессов обучения и па-

мяти — включает многостороннее взаимодействие нейро-

химических механизмов, участвующих в этой деятель-

ности [5, 8, 14]. Одна из линий такого взаимодействия

включает взаимосвязь и взаимообусловленность эффек-

тов «классических» нейромедиаторов и нейропептидов

[1—8, 16, 24, 34, 42, 56]. Это общее положение исходит,

в частности, из фактов наличия в одной и той же терми-

нали и даже в одних и тех же везикулах нейропептидов

и нейромедиаторов [3, 15, 19], влияния нейропептидов

на секрецию нейромедиаторов ]3, 4, 53], чувствитель-

ность рецепторов к нейромедиаторам [8, 50] и др.

Для оценки конкретной роли катехоламинергических

(КА) механизмов мозга и нейропептидов в процессах

обучения и памяти следует прежде всего рассмотреть

полученные к настоящему времени доказательства взаи-

модействия нейропептидов и катехоламинов. Среди

многочисленных доказательств такого взаимодействия

необходимо упомянуть о фактах наличия на телах и

отростках норадренергических нейронов опиоидных ре-

цепторов [44]. Эндогенные опиоиды обнаружены в голу-

бом пятне, где их концентрация оказалась довольно

высокой [46].

Различными методами установлено, что пептидсодер-

жащие нейроны расположены в различных областях го-

ловного мозга, в этих же областях, как правило, широко

представлены моноаминергические нейроны [3]. Что ка-

сается сосуществования в одном нейроне нейропептидов

и нейромедиаторов, то показано наличие в одном нервном

окончании норадреналина с нейропептидом Y, опиоид-

ными пептидами и соматостатином; дофамина с холецис-

токинином, нейротензином и с энкефалином; ацетилхо-

лина с вазоинтестинальным пептидом, нейротензином,

энкефалинами и люлиберином; серотонина с веществом Р,

с тиреолиберином, холецистокинином (24). Помимо этого,

обнаружено сосуществование в одной терминали различ-

ных нейропептидов [3, 26]. К настоящему времени убе-

дительно обосновано представление об общности пептид-

и аминергических клеточных элементов [3]. В соответст-

вии с этим представлением все клетки, вырабатывающие

пептидные гормоны, и клетки, вырабатывающие мо-

ноамины, в онтогенезе развиваются из общих клеточ-

ных эмбриональных элементов. Как подчеркивает

А. В. Вальдман [3], именно по этой причине трудно

четко разграничить или противопоставить нейрорегу-

ляторное или эндокринное воздействие ряда эндогенных

субстанций, вырабатываемых этими клеточными эле-

100