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

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 3

Устойчивость УРДИ к угашеиию при введении аналога

вазопрессина на фоне избытка серотонина в головном мозге

Число

предъявлени

Группа ЖИЕОТНЫХ п

Выработка УРДИ, условных

Группа ЖИЕОТНЫХ п

(М±т)

раздражите-

лей через

7 сут, ME

Введение физраствора 10

19,80±1 ,20

II. Введение аналога вазо-

прессина сразу после

УРДИ

10 16,50 ±2,10

50*

III.

Введение 5-ОТФ за час

до УРДИ

12 24,36 ±2,48** 1*

IV. Введение 5-ОТФ за час

до УРДИ + аналог ва-

зопрессина сразу пос-

24,36 ±2,48

ле УРДИ

* р<0,05 по сравнению с контролем; ** суммарная скорость выработки

УРДИ для III и IV групп в исходном опыте.

аналога вазопрессина сразу после выработки оборони-

тельных условных рефлексов резко повышает устойчи-

вость сформировавшейся временной связи к угашению.

Эффект четко выражен через 2 сут и в особенности через

7 сут после выработки условных рефлексов. Создание

в мозге избытка серотонина, вызываемое введением

5-ОТФ за час до выработки УРДИ, не только устраняло

усиливающее влияние пептида на процесс консолидации,

но даже явно ускоряло угашение ранее выработанной

временной связи (табл. 3). Отсюда следует, что одним из

условий реализации «усиливающего» влияния вазопрес-

сина на процесс консолидации является оптимальное

функциональное состояние серотонинергической сис-

темы. Дополнением к этим исследованиям могут служить

данные работы [10], в которых ухудшение выработки

УРПИ, вызываемое блокированием рецепторов серото-

нина ципрогептадином, устранялось введением аналога

вазопрессина.

Подтверждением данных об участии серотонинерги-

ческой системы в эффектах вазопрессина и его аналогов

могут служить результаты их влияния на концентрацию

и метаболизм серотонина в головном мозге. Так, введение

АВП изменяет уровень серотонина в стволе мозга и стри-

131

атуме [30]. Показано также, что у гомозиготных крыс

линии Браттлеборо с дефицитом эндогенного вазопрес-

сина обнаружена пониженная концентрация серотонина

в целом мозге по сравнению с таковой у контрольных

гетерозиготных крыс [26]. В исследованиях [12], прове-

денных in vitro, АВП усиливал биосинтез и выделение

серотонина в гиппокампе. Эти эффекты наблюдались

в зубчатой фасции, но отсутствовали в поле CAi гиппо-

кампа, что говорит о селективности действия вазопрес-

сина на некоторые, но не все серотониновые терминали,

оканчивающиеся в гиппокампе.

Анализ приведенных результатов свидетельствует об

участии серотонинергической системы наряду е норад-

ренергической в эффектах вазопрессина и его аналогов.

Остается неясным, каким образом осуществляется это

взаимодействие. Известно наличие вазопрессинергиче-

ских терминалей в ядрах дорсального шва [16]. Можно

предполагать, что в основе модулирующего влияния ва-

зопрессина и его аналогов может лежать его влияние

как на выброс нейромедиатора (пресинаптическое дейст-

вие), так и на состояние постсинаптических рецепторов

серотонина. Однако в виду недостаточности такого рода

данных, вопрос этот требует дальнейших исследований.

В целом анализ рассмотренных собственных и лите-

ратурных данных приводит к заключению о том, что

участие НП в процессах обучения и памяти в значитель-

ной степени реализуется через взаимодействие их с се-

ротонинергической системой мозга. Особенности биоло-

гического действия НП, проявляющиеся главным обра-

зом в условиях измененного функционального состояния

серотонинергической системы подтверждает регулятор-

ный характер их функционирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. БахаревВ. ДСтариков В. А., Папсуевич О. С., Чипенс Г. И.

Зависимость эффектов модулятора памяти аргинин-вазопрес-

сина от уровня активности серотонин-, дофамин- и норадре-

нергических систем мозга // ЖВНД. 1983. Т. 33, вып. 1.

С. 79—81.

2. Гецова В. М., Йорк Р., Ветцель В. О механизмах участия

серотонина в консолидации временных связей // Там же.

1980. Т. 30, вып. 5. С. 988—990.

3. Гецова В. М., Маликова Н. А., Дамитов С. К., Брод-

ский Б. Л., Фоломкина А. А. Влияние циклического аналога

энкефалина на обучение и память у мышей // Там же. 1985.

Т. 35, вып. 4. С. 710—713.

132

4. Громова Е. А. Функциональные взаимоотношения катехо-

ламинергической и серотонинергической системы мозга —

антагонизм или реципрокность // Катехоламинергические

нейроны/Под ред. Т. М. Турпаева, А. В. Буданцева. М.,

1979. С. 97—104.

5. Клуша В. Е. Пептиды — регуляторы функций мозга. Рига:

Зинатне, 1984. 181 с.

6. Кругликов Р. И. Нейрохимические механизмы обучения и

памяти // Физиология поведения. Нейрофизиологические за-

кономерности. Л.: Наука, 1986. С. 633—680.

7. Кругликов Р. И., Гецова В. М., Йошт К., Папсуевич О. С.,

Чипенс Г. И. Влияние аналогов вазопрессина на устойчивость

временной связи к угашению // Изв. АН СССР. Сер. биол.

1985. № 5. С. 145—148.

8. Кругликов Р. И., Гецова В. М., Майзелис М. Я• Влияние

ингибирования моноаминоксидазы на формирование, фик-

сацию и воспроизведение временных связей // Ж.ВНД. 1975.

Т. 25. Вып. 1. С. 58—64.

9. Медведев О. С., Титов М. И. Опиоидные пептиды и регуля-

ция сердечнососудистой системы // Фармакология нейропеп-

тидов/Под ред. А. В. Вальдмана. М., 1982. С. 88—90.

10. Титов С. А., Шамакина И. В., Ашмарин И. П. Влияние

лизилвазопрессина и вазотоцина на нарушение выработки ус-

ловной реакции избегания блокатором серотониновых рецеп-

торов // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1983. № 2.

С. 31—32.

11. Униял М. Об участии серотонина в консолидации оборони-

тельных временных связей: Автореф. дис. . . . канд. биол.

наук. М., 1979. 16 с.

12. Auerbach S., Lipton P. Vasopressin augments depolarization-

induced release and synthesis of serotonin in hippocampal sli-

ces// C. r. Soc. biol. 1963. Vol. 157. P. 877—881.

13. Bartfai F. Presynaptic aspects of the coexistence of classical

neurotransmitters and peptides // Trends Pharmacol. Sci.

1985. Vol. 6, N 8. P. 331—334.

14. Bohus В., Conti I., Kovacs G. L ., Versteeg D. H. G. Modulation

of memory processes by neuropeptides: Interaction with neuro-

transmitter systems // Neuronal plasticity and memory forma-

tion/Ed. C. A. Marsan, H. Matthies. N. Y.: Raven press,

1982. P. 75—86.

15. Bruni G. F., Hawkins R. I., Yen S. S. C. Serotoninergic me-

chanism in the control of P-endorphin and ACTH release in

male rats // Life Sci. 1982. Vol. 30, N 15. P. 1247—1254.

16. Buijs R. M. Intra- and extrahypothalamic vasopressin and

oxytocin pathways in the rat pathways to the limbic system,

medulla oblongata and spinal cord // Cell and Tissue Res.

1978. Vol. 192. P. 423—435.

17. Dismukes К• New look at the aminergic nervous system //

Nature. 1977. Vol. 269, N 5629. P. 557—558.

18. Dismukes R. K-, Rake A. V. Involvement of biogenic amines in

memory formation // Psychopharmacologia. 1972. Bd. 23.

S. 17—25.

19. Essman W. B. Brain 5-hydroxytryptamine and memory con-

solidation // Advances in biochemical psychopharmacology.

N. Y.: Raven press, 1974. Vol. 11. P. 265—274.

20. Essman W. В., Essman S. G. Amine regulation of protein syn-

133

thesis in retrograde amnesia // Behavioral neurochemistry.

N. Y.: Spectrum Publ., 1977. P. 26—61.

21. Garson /., Rubio /., Riodel I. Naloxone blocks the effect of

5-hydroxytryptophan on passive avoidance learning in rat:

implication of endogenous opioid peptides // Life Sci. 1982.

Vol. 29, N 1. P. 17—25.

22. Gintzeler A. R., Tamir H. Interaction between morphine and

serotonin binding protein // Brain Res. 1978. Vol. 149, N 2.

P. 519—524.

23. Goldberg M. A. Inhibition of synaptosomal protein synthesis

by neurotransmitter substances // Ibid. 1972. Vol. 39, N 1.

171

— 174.

24. Kovacs G. Z., Vescei L., Medve L., Telegdy G. Effect on memo-

ry processes of antivasopressin serum microinjected into the

dorsal raphe nucleus: the role of catecholaminergic neurotran-

smission // Exp. Brain Res. 1980. Vol. 38, N 4. P. 357—361.

25. Kovacs C. L., Vecsei L., Szabo C., Telegdy G. The involvement

of catecholaminergic mechanisms in the behavioral action of

vasopressin // Neurosci. Lett. 1977. Vol. 5, N 4. P. 337—343.

26. Leonard В. E., Ramaekers L., Rigter H. Monoamines in brain

and urine of rats with hereditary hypothalamic diabetes in-

sipidus // Experientia. 1976. Vol. 32. P. 901—902.

27. O'Donohue M., Millington W., Handelwan G. £., ConterasP. S.,

Chronowall В. M. On the 50'h anniversary of Dale's low: mul-

tiple neurotransmittere neurons // Trends Pharmacol. Sci.

1985. Vol. 6, N 8. P. 305—309.

28. Pycock C. J., Burns S., Morris R. In vitro release of 5-hydro-

xytryptamine and Y"

°butyric acid from rat periaqueduc-

tal grey and raphe dorsalis region produced by morphine of

an enkephalin analogue // Neurosci. Lett. 1981. Vol. 22, N 3.

P. 313—317.

29. Ramaekers F., Rigter M., Leonard M. E. Parallel changes in

behaviour and hippocampal serotonin metabolism in rats

following with desglycinamide lysine vasopressin // Brain

Res. 1977. Vol. 120. P. 485—492.

30. Telegdy G., Kovacs G. L. Role of monoamines in mediating the

action of hormones on learning and memory // Brain mecha-

nisms in memory and learning: from single neuron to Man/'

Ed. M. A. B. Brazier. N. Y.: Raven press, 1979. P. 249—268.

(IBRO Monogr. Ser.)

31. Uzan A., Kabouche M., Ratand /., le Fur G. Pharmacological

evidence of a possible tryptaminergic regulation of opiate re-

ceptors by using indalpine, a selective 5-HT uptake inhibi-

tor// Neuropharmacology. 1980. Vol. 19, N 11. P. 1075—1079.

32. Van Loon G. R., de Souza E. B. Effect of {5-endorphin on

brain serotonin metabolism // Life Sci. 1978. Vol. 23, N 5.

P. 971—978.

33. Weiss В. Т., Wurtman R. J., Munzo H. N. Disaggregation of

brain polysomes by L-5-Hydroxytryptophan mediation by

serotonin // Ibid. 1973. Vol. 13. P. 411—416.

УДК 612.821.2 + 822.1

ТОПОГРАФИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

БЕЛКОВОГО МЕТАБОЛИЗМА НЕЙРОНОВ

ДВИГАТЕЛЬНОЙ КОРЫ И ГИППОКАМПА КРЫС

ПРИ ВЫРАБОТКЕ УСЛОВНОГО РЕФЛЕКСА

В НОРМЕ И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ

ЦИКЛИЧЕСКОГО АНАЛОГА ЭНКЕФАЛИНОВ

В. Н. Мац, О. Л. Сегал

Известно, что в процессах образования и закрепления

временных связей важная роль принадлежит белковому

метаболизму мозга [12, 29]. Это научное положение

вытекает из многочисленных фактов изменений белко-

вого метаболизма мозга при формировании и фиксации

временных связей и изменений этих процессов при фар-

макологических вмешательствах в белковый метаболизм

мозга. Однако большинство исследований белкового

метаболизма при обучении проведены с использованием

биохимических методик, не позволяющих с достаточной

точностью исследовать топографию метаболических сдви-

гов. Между тем «приурочивание» изменений метаболизма

белков при обучении к определенным церебральным

структурам может способствовать не только уточнению

роли белков в интегративной деятельности мозга, но и

выяснению степени участия различных церебральных

структур в этих процессах. В связи с доказанным учас-

тием пептидов в регуляции белкового метаболизма мозга

представлялось целесообразным детальное сопоставле-

ние изменений белкового метаболизма при выработке

условных рефлексов в норме и при воздействии одного

из аналогов эндогенных опиоидов, модифицирующих

процессы обучения и памяти.

Изменение содержания белка

в нейронах двигательной коры

и гиппокампа крыс при выработке УРДИ

С целью изучения топографии метаболических измене-

ний различных классов нейронов двигательной коры

и гиппокампа крыс в процессах обучения использовали

быстро вырабатываемый электрооборонительный услов-

135

ный рефлекс — условный рефлекс двустороннего избега-

ния (УРДИ). Для этого использовали 15 беспородных

крыс-самцов массой 150—180 г, составивших три рав-

ные группы:

1) выработка УРДИ в виде перехода в эксперимен-

тальной камере из освещенного отсека в темный с целью

избежать электрического тока. Критерием выработки

УРДИ служили пять правильных побежек из шести.

Сеанс длился от 20 до 30 мин;

2) активный контроль — животные получали такое

же количество несочетанных условных (свет) и безуслов-

ных (электрический ток) стимулов. Сеанс, как и в первой

группе, длился от 20 до 30 мин;

3) пассивный контроль — животные проводили столь-

ко же времени в экспериментальной камере, что и жи-

вотные предыдущих групп.

Сразу после окончания сеанса животных декапити-

ровали. В один парафиновый блок заливали препараты

мозга трех животных — по одному из каждой группы.

Сухую массу вещества, которое на фиксированном

материале отражает содержание белков в ядре и цито-

плазме нейронов, определяли с помощью интерференци-

онного микроскопа МБИН-4 [3, 19]. Исследовали пира-

мидные нейроны СА-1 и СА-3 полей дорсального гиппо-

кампа, пирамидные нейроны III и V слоя, а также ин-

тернейроны V слоя двигательной коры. Статистическую

обработку материалов проводили по методу Стьюдента.

Функциональное состояние нейронов оценивали по из-

менению содержания белков, а не скорости их синтеза,

так как содержание белков в нейронах определяется не

только синтезом и катаболизмом белков, но и скоростью

их транспорта в аксон.

Результаты измерений концентрации белка, разме-

ров нейронов и их производного показателя — сухой

массы нейронов двигательной коры крыс, обученных

УРДИ, представлены на рис. 1, Л. Все данные приве-

дены в процентах относительно ПК.

Выработка УРДИ сопровождается увеличением сухой

массы ядер и цитоплазмы пирамид III и вставочных ней-

ронов V слоя, а также цитоплазмы крупных пирамид

V слоя. В средних пирамидах V слоя достоверных изме-

нений по сухой массе при выработке УРДИ не обнару-

жено, вероятно, вследствие противоположно направлен-

ных изменений размеров ядра и концентрации белка

в нем.

136

a- г

У1

И*

йо

^ s-

a £

л и

m га

a. о

о к

3 ж

a. a>

X к

•я ra

* о

о ^

* tq

Л V -

о ffl

s- о

•

— о

О и

а. о

sS х

ш и

х о

га о

SC >>

К СО

р 0)

5.S

f- о

XS ^

* 2

га g

X §

Таким образом, на выработку УРДИ реагируют все

исследованные классы нейронов однонаправленным из-

менением сухой массы относительно пассивного контроля

и, если судить по величине сдвигов, в одинаковой сте-

пени, за исключением средних пирамид V слоя. Наличие

достоверных сдвигов по сухой массе нейронов III слоя

и интернейронов V слоя двигательной коры и отсутствие

таковых в средних пирамидах при выработке УРДИ

объясняется их функциональными особенностями. Счи-

тается, что пирамидные нейроны III слоя обеспечивают

внутрикорковые ассоциативные связи в отличие от пи-

рамид V слоя, являющихся непосредственными эффе-

рентными нейронами, связанными с формированием но-

вых видов движений и осуществляющими контроль за

их выполнением [18, 271. Интернейроны V слоя, воздей-

ствуя на эфферентные нейроны, объединяют их для сов-

местной деятельности. Благодаря им удерживаются раз-

личные функциональные состояния, возникающие в оп-

ределенных группах корковых нейронов под воздействи-

ем разнообразных внешних и внутренних раздражите-

лей, что является необходимым условием образования

и упрочения временных связей [18].

Ранее, при изучении степени участия нейронов дви-

гательной коры в метаболическом обеспечении локаль-

ного (ЛДПУР) и общедвигательного (ОДПУР) пищевых

условных рефлексов [12, 17], были показаны разнона-

правленность изменений сухой массы пирамид V и III

слоев при ЛДПУР, пирамид V слоя при ЛДПУР и

ОДПУР и однонаправленность изменений сухой массы

всех исследованных классов нейронов при ОДПУР.

Было высказано предположение, что пирамидные ней-

роны III слоя, крупные, средние пирамиды и вставочные

нейроны V слоя двигательной коры по-разному вклю-

чаются в метаболическое обеспечение выработки пище-

вых инструментальных рефлексов в зависимости от фор-

мы инструментального рефлекса и длительности его вы-

работки. Относительно крупных пирамидных нейронов

V слоя был сделан вывод, подчеркивающий их особую

роль высоко специализированных нейронов, участвую-

щих в выработке тонких локальных движений.

УРДИ можно рассматривать как общедвигательный

условный рефлекс, не включающий высоко специализи-

рованных движений, и тогда примерно одинаковые по

величине и направленности изменения сухой массы всех

исследованных классов нейронов двигательной коры

138

105

100

_ Поле САЧ

Поле

СА-3

ПК

Я ц

°Гс

110

105

100

- Попе СА1

Поле' С/1-3

Я ц

Я ц '

Рис. 2. Содержание белка в нейронах гиппокампа при выработке

УРДИ (А) и несочетанном предъявлении условного и безус-

ловного стимулов (Б)

Обозначения те же, что на рис. 1

можно рассматривать как отражение одинаковой степени

их участия в метаболическом обеспечении УРДИ.

Для оценки роли фактора сочетанности в выявляемых

сдвигах были исследованы животные группы активного

контроля, получавшие те же раздражители вне сочета-

ний. На рис. 1, Б видно, что несочетанные предъявления

света и электрического тока сопровождались такими

же, как и при выработке УРДИ, изменениями в пирами-

дах III слоя, менее выраженными, но такого же характе-

ра изменениями в цитоплазме интернейронов V слоя

и совершенно иными сдвигами в пирамидах V слоя:

уменьшением сухой массы ядра и цитоплазмы как круп-

ных, так и средних пирамид.

Если исходить из имеющихся в литературе данных

о том, что умеренная функциональная нагрузка сопро-

вождается повышением содержания белка в нейронах,

а чрезмерная нагрузка и стрессовая ситуация его —

снижением [1, 3, 5], можно предположить, что именно

крупные и средние пирамиды V слоя оказались более

подверженными влиянию стрессирующих факторов

УРДИ, и поэтому трудно определить степень их учас-

тия в формировании УРДИ.

О реакции нейронов дорсального гиппокампа на вы-

работку УРДИ можно судить, проанализировав рис. 2, А.

На этом рисунке видно, что выработка УРДИ сопровож-

дается увеличением сухой массы ядра и цитоплазмы (до

107,0 и 104,9% соответственно) нейронов поля СА-3 по

сравнению с группой пассивного контроля. В поле СА-1

гиппокампа достоверных изменений сухой массы нейро-

нов не обнаружено. По-видимому, количество предъяв-

лений света и электрического тока (16—53 сочетаний),

которого хватало для достижения критерия выработки

139

УРДИ, оказывается недостаточным для ощутимых сдви-

гов по сухой массе нейронов поля СА-1.

Как известно, в процессах обучения и памяти важ-

ная роль отводится гиппокампу. Гиппокамп занимает

центральное положение в лимбической системе и имеет

обширные связи с соседними структурами. Разные поля

гиппокампа по-разному вовлекаются в процессы обуче-

ния: наибольшая активность, как правило, отмечается

в поле СА-3, связанном с «регуляторным» циклом. Сле-

дует отметить также, что поле СА-1 (входящее в «инфор-

мационный» цикл) является адресатом тормозных влия-

ний поля СА-3 посредством коллатералей Шаффера

[см. 4].

В связи с этим специального внимания заслуживают

изменения содержания белка в нейронах гиппокампа при

несочетанных предъявлениях раздражителей. Как видно

из рис. 2обнаруживается выраженная тенденция

к уменьшению сухой массы ядер нейронов как в поле

СА-1, так и в поле СА-3. Следует отметить, что реактив-

ность нейронов поля СА-3 больше по сравнению с полем

СА-1, как и в случае выработки УРДИ. Однако направ-

ленность реакции при несочетанном предъявлении света

и электрического тока была иной, чем при выработке

УРДИ, а именно сухая масса в их цитоплазме умень-

шается до 94,3% относительно группы пассивного

контроля. Более выраженные изменения в нейронах поля

СА-3 при выработке УРДИ (по сравнению с полем СА-1)

и разнонаправленность изменений в нейронах поля

СА-3 при выработке УРДИ и ситуации активного конт-

роля свидетельствуют о большей причастности нейронов

поля СА-3 к процессам обучения. В пользу этого пред-

положения свидетельствует и работа [12], в которой ис-

следовали включение Н

-лейцина в ядра нейронов полей

СА-1 и СА-3 дорсального гиппокампа как мышей, обучав-

шихся оборонительному условному рефлексу в Т-об-

разном лабиринте, так и мышей, подвергавшихся несо-

четанному воздействию света и электрического тока.

В этой работе обнаружено достоверное изменение вклю-

чения метки в ядра нейронов только у обучавшихся мы-

шей, и то лишь в поле СА-3.

Анализ полученных в нашей работе результатов

свидетельствует, что выработка УРДИ сопровождалась

в значительной мере совпадающими изменениями сухой

массы нейронов двигательной коры и поля СА-3 гиппо-

кампа.

140