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

Подождите немного. Документ загружается.

Таким образом, модельный анализ показал, что

функциональная роль аутоадренорецепторов состоит в

формировании уровня стабильной секреции, обеспечи-

вающего стабилизацию количества секретируемого ме-

диатора на каждый импульс в серии пресинаптической

импульсации. Стабилизации секреции предшествует си-

наптическая депрессия при большей концентрации ме-

диатора в щели после первого импульса и пресинаптиче-

ское облегчение при меньшей концентрации медиатора

в щели после первого импульса. Нарушение функций

аутоадренорецепторов приведет, по-видимому, к деста-

билизации адренергической передачи. При увеличении

частоты стимуляции аутоадренорецепторы реализуют

процесс частотной потенциации увеличением секреции

медиатора. При этом модель предсказывает прямую за-

висимость между уровнем секреции медиатора и величи-

ной концентрации НА соответствующей зоне стабильной

секреции. В дальнейших экспериментальных работах

[5, 8—10] были проверены выводы модельного анализа.

Экспериментальное подтверждение

математической модели

Опыты проводились на самцах белых беспородных крыс

в возрасте 7—8мес, массой 100—350 г и в возрасте 3—4

мес, массой 180—230 г в зимний и весенний периоды.

Для исследования основных параметров секреции НА и

механизмов их регуляции был использован метод пере-

носа срезов, описанный ранее [3, 71.

На рис. 2, а представлены графики зависимости из-

менения величины коэффициента регуляции секреции С

от концентрации экзогенного НА у 7—8-месячных жи-

вотных в зимний (I) и весенний (II) периоды. График I

указывает на обратную зависимость эффекта усиления

секреции от концентрации экзогенного НА. Выявляется

четкое соответствие между гипотетической (рис. 1, а)

и данной экспериментальной кривой. Уровень стабиль-

ной секреции для животных в зимний период — точка

пересечения экспериментальной кривой с осью абс-

цисс—равен 5,5-Ю

-9

М НА. В весенний период ауто-

адренорецепторы коры мозга крыс зону стабильной

секреции не образуют (рис. 2, а,//). В достаточно боль-

шом диапазоне концентраций наблюдается только эф-

фект уменьшения секреции Н

-НА при активации ауто-

здоенорецепторов экзогенным НА. Причем отсутствует

1,1

0,8

0.6

1 1 \

г |

-II -10 -9\

Vfl ~7

X lj [НА]

Sn/S.

i,o

0,8

0,6

0,4

0,2

fWi

rt-

2 3 4 5

2 3 45

Рис. 2. Регуляция секреции

Н-норадреналина аутоадреноре-

цепторами в срезах коры мозга 7—8-месячных животных в зим-

ний (/) и весенний (//) периоды

а — экспериментальные кривые зависимости коэффициента регуляции сек-

реции С от логарифма концентрации НА при деполяризации срезов 20 мМ

КС1; б — изменения интенсивности секреции

Н-норадреналина при много-

кратных с интервалом 30 мин последовательных деполяризациях срезов;

Sn/S, — отношение интенсивности секреции при последующих деполяриза-

циях; к первой, принятой за единицу (пунктирная линия);

порядковый номер деполяризации

характерная для зимнего периода концентрационно-

зависимая реакция. Сопоставление результатов, пред-

ставленных на рис. 2, указывает на то, что при форми-

ровании уровня стабильной секреции аутоадренорецеп-

торами наблюдаются облегчение и стабилизация Н

-НА

при многократных последовательных деполяризациях

срезов коры мозга крыс так, как это представлено на

рис. 1, в.

А когда уровень стабильной секреции не формиру-

ется аутоадренорецепторами, то стабилизация секреции

при последовательных деполяризациях не проявляется.

Кроме того, в весенний период наблюдается соответствие

между превалирующим тормозным эффектом аутоадрено-

рецепторов и уменьшением секреции Н

-НА при после-

довательных деполяризациях срезов коры мозга крыс.

У 3—4-месячных животных в зимний период [4, 9]

увеличение концентрации Са

с 1,3 до 2,6 мМ при кон-

1,2

',0

0,8

0,6

Sn/S, •

125

1°

Sn/S,

•1.5

Sn/S,

(25

075

2ЪЧ п

23Ч п

2 3 4

I Л Ш

Рис. 3. Регуляция секреции

Н-норадреналина аутоадреноре-

цепторами в срезах коры мозга 3—4-месячных животных при

деполяризации срезов 20 мМ КС1, 1,3 мМ СаС1, (/); 20 мМ К.С1,

2,6 мМ СаС1

(//); 30 мМ KCI, 2,6 мМ СаС1

(III)

а — экспериментальные кривые зависимости коэффициента регуляции сек-

реции НА; б — изменение интенсивности секреции

Н-норадреналина при

многократных с интервалом 30 мин последовательных деполяризациях сре-

зов; S

— интенсивность секреции. Остальные обозначения те же, что на

рис. 2

центрадии К

20 мМ усиливает интенсивность секреции

в 1,44 раза. Увеличение концентрации К

до 30 мМ,

Са

2,6 мМ усиливает интенсивность секреции в 3,18

раза по отношению к 20 мМ КС1, 1,3 мМ СаС1

и в

2,21 раза по отношению к 20 мМ КС1, 2,6 мМСаС1

(рис.

3, б). Как видно из рис. 3, а,1 при 20 мМ КС1 и 1,3 мМ

СаС1

(/) все исследованные концентрации экзогенного

НА вызывают уменьшение секреции Н

-НА. При депо-

ляризации срезов 20мМКС1 и 2,6мМСаС1

(рис.3,а,II)

уменьшение секреции наблюдается при концентрациях

-9

, 10~

М НА. Уровень стабильной секреции —

2,4-Ю

-10

М НА. Более интенсивная деполяризация

30 мМ КС1 и 2,6 мМСаС1

(рис. 3, а,III) меняет реакцию

аутоадренорецепторов. Концентрация экзогенного НА

10"

—10~

М вызывает значительное усиление секре-

ции Н

-НА. Концентрация 10~

уменьшает секрецию,

но незначительно по отношению к 20 мМ КС1. Уровень

стабильной секреции (рис.3, а,///) — 6-10"

М НА.

Если достроить кривую I зависимости С от концентра-

ции НА подобно двум другим кривым II и III, приве-

денным на рис. 3, а, то получим величину уровня ста-

бильной секреции—• 2,4-Ю

-11

М НА (пунктирная ли-

ния) .

Многократная деполяризация срезов теменной коры

через каждые 30 мин приводит к усилению и стабилиза-

ции последующих секреций Н

-НА при S

—S

, где

5 — интенсивность секреции Н

-НА, а нижний индекс

показывает порядковый номер деполяризации — п

(рис. 3, б). Разница между величинами S

/Si при п=3

и 4 равна 1—4%. Полученные экспериментальные ре-

зультаты идентичны синаптическому облегчению, ко-

торое описано математической моделью и представлено

на рис. 1,в. Результаты, представленные на рис. 3,

указывают на то, что облегчение и стабилизация секре-

ции Н

-НА при многократной К

-деполяризации, уси-

ление интенсивности секреции Н

-НА при усилении

интенсивности деполяризации и депрессия секреции

-НА, наблюдаемые в весенний период, обусловлены

работой аутоадренорецепторов.

Экспериментальные исследования показали [4], что

через 6 мин после деполяризации содержание медиатора

в инкубационной среде доходит до уровня спонтанной

секреции. Это, как показали исследования активности

ауторецепторов при спонтанной секреции [4, 8], сводит

до минимума активность ауторецепторов. Следователь-

но, в условиях нашего эксперимента регуляция секре-

ции Н

-НА аутоадренорецепторами реализуется первые

6 мин после деполяризации, сохраняется и проявляется

через 30 мин. Таким образом, экспериментально полу-

ченные результаты полностью подтвердили выводы мате-

матического анализа.

Следовательно, физиологическая роль аутоадрено-

рецепторов сводится к стабилизации секреции НА через

реализацию процессов синаптической депрессии и си-

наптического облегчения [2] (см. рис. 1—3), а также

к увеличению и стабилизации на более высоком уровне

количества секретируемого медиатора при увеличении

частоты импульсации или степени деполяризации (см.

рис. 1, 3). Стабилизация секреции реализуется при-фор-

мировании аутоадренорецепторами стабильной секреции.

Нарушение механизмов формирования ауторецепторами

уровня стабильной секреции, наблюдаемое у животных

в весенний период, приводит к дестабилизации секре-

ции, выраженной в увеличении коэффициентов вариации

интенсивности секреции, и к ухудшению выработки обо-

ронительного условного рефлекса [5, 10].

Динамика изменения эффективности

адренергической синаптической передачи

в процессах обучения и памяти

Целью этой части экспериментов было исследование эф-

фективности адренергической передачи путем определе-

ния интенсивности секреции НА и стабильности секре-

ции, определения коэффициентов вариации интенсив-

ности секреции НА в динамике формирования и фикса-

ции временной связи.

Опыты проводились на 100 самцах белых беспород-

ных крыс в возрасте 3—4 мес, массой 180—230 г и на

8 самцах в возрасте 7—8 мес, массой 300—350 г.

Оборонительный условный рефлекс вырабатывался

в челночной камере двустороннего избегания. Условным

раздражителем являлся свет. Через 5 с после подачи

света на пол камеры подавался безусловный раздражи-

тель — электрический ток, до тех пор пока животное

не убегало в темный отсек камеры. Через 30 с сочетание

повторялось. Правильной реакцией считался переход

животного в темный отсек до подачи безусловного раздра-

жителя, т. е. условный рефлекс избегания. Использо-

вали два критерия выработки условного рефлекса:

5 правильных реакций из 6 предъявлений и 9 правильных

реакций из 10 предъявлений. Контролем служили ин-

тактные животные и животные, у которых, несмотря на

предпринимавшиеся усилия, выработать условные реф-

лексы за принятое время длительности сеанса обучения

не удалось (недообученные животные).

В экспериментах использованы следующие группы

животных.

I. Декапитация сразу после предпринятых воздей-

ствий.

Зимний период, стабильная секреция (см. рис. 2 и 3).

Критерий — 5 правильных реакций из 6 предъявлений.

Время выработки — 7—30 мин. Количество сочетаний —

10—40. Количество животных — 7.

Весенний период, дестабилизированная секреция:

1) критерий — 5 правильных реакций из 6 предъяв-

лений. Время выработки —14—30 мин. Количество со-

четаний— 29—36. Количество животных — 3;

2) недообученные животные. Время предъявления

сочетаний — 30 мин. Количество сочетаний —7—20. Ко-

личество животных—8.

II. Декапитация через 30 мин после воздействий.

Зимний период, стабильная секреция (см. рис. 2

и 3):

1) критерий выработки — 5 правильных реакций из

6 сочетаний. Время выработки —7—15 мин. Количество

сочетаний — 10—20. Количество животных —7;

2) критерий выработки — 5 правильных реакций из

6 сочетаний. Время выработки —16—30 мин. Количе-

ство сочетаний — 25—40. Количество животных —7;

3) критерий выработки — 9 правильных реакций

из 10 сочетаний. Время выработки —5—15 мин. Коли-

чество сочетаний —7—20. Количество животных —6;

4) недообученные животные. Время предъявления

сочетаний—15 мин. Количество сочетаний—17—23.

Количество животных —6;

5) недообученные животные. Время предъявления

сочетаний — 15 мин. Количество сочетаний —5—7. Ко-

личество животных —6.

Весенний период, дестабилизированная секреция:

1) критерий — 5 правильных реакций из 6 предъяв-

лений. Время выработки —7 мин. Количество сочета-

ний—5. Количество животных—1;

2) недообученные животные. Время предъявления

сочетаний — 30 мин. Количество сочетаний —10—25.

Количество животных — 7. Эти животные исследова-

лись в возрасте 7—8 месяцев. Результаты исследований

полностью идентичны с результатами, полученными на

7—8-месячных интактных животных в весенний период.

Объединенные результаты, полученные при исследова-

нии контрольных и недообученных животных в весенний

период, представлены на рис. 2.

Эффективность адренергической передачи у каждого

животного из представленных выше групп исследовалась

в паре с интактным животным по описанной ранее ме-

тодике [3, 7].

Проведенные исследования выявили значительные

различия по выработке условного рефлекса у животных

в весенний и зимний периоды. В весенний период, когда

выработку условного рефлекса проводили до 30 мин,

100

ВО

п>

о 1 I Ж

Рис. 4. Параметры, определяющие эффективность адренергиче-

ской передачи сразу после выработки условного рефлекса, в %

от величин тех же параметров у интактных животных, при-

нятых за 100%

I — зимний период: выработка условного рефлекса до критерия пяти пра-

вильных реакций из шести предъявлений (от 7 до 30 мин); II — весенний

период: выработка условного рефлекса до критерия пяти правильных реакций

из шести предъявлений (от 14 до 30 мин); III — весенний период: недообу-

ченные животные (30 мин) *р^ <0,05

рефлекс удалось выработать лишь у 27% (3—4-месяч-

ные) и у 12,5% (7—8месячные) животных. В зимний же

период, даже при более жестких условиях эксперимента

(двухкратное уменьшение времени для достижения кри-

терия, 15 мин), рефлекс удалось выработать у 69% жи-

вотных.

Результаты по исследованию параметров, определяю-

щих эффективность адренергической передачи сразу

после выработки условного рефлекса, представлены

на рис. 4. Как видно из рисунка, сразу после выработки

условного рефлекса наблюдается значительное уменьше-

ние СУ

(р<0,01), а интенсивность секреции неменяется.

В эту группу объединены животные, достигшие крите-

рия независимо от времени и числа сочетаний, так как

между ними не наблюдалось различий по исследован-

ным показателям. Такая же реакция по изменениям

р и CV

наблюдается у весенних «дестабилизирован-

ных» животных с выработанным условным рефлексом.

Статистической обработки этих результатов не прово-

дилось из-за небольшого количества обученных живот-

120

100

во

•

I л ш

Рис. 5. Параметры, определяющие эффективность адренерги-

ческой передачи через 30 мин после выработки условного реф-

лекса в зимний период, в % от величин тех же параметров у ин-

тактных животных, принятых за 100%

I, II — выработка рефлекса до критерия пяти правильных реакций из шести

предъявлений от 7 до 15 мин (/) и от 16 до 30 мин (II): III — выработка реф-

лекса до критерия девяти правильных реакций из 10 предъявлений (от 5

до 15 мин) *p

<0,05

ных. Причем у животных зимнего периода CV

умень-

шается с 14 (интактные) до 9% (обученные), а у живот-

ных весеннего периода — с 25 (интактные) до 10% (обу-

ченные). Из этих результатов видно, что, несмотря на

разный первоначальный уровень стабильности секре-

ции, выработка условного рефлекса уравнивает этих

животных по данному показателю. У дестабилизирован-

ных недообученных животных различия по CV

не наблюдаются.

Результаты по исследованию тех же показателей

через 30 мин после выработки условного рефлекса пред-

ставлены на рис. 5. Полученные результаты указывают

на значительные различия между быстро и медленно

обучающимися животными. Когда критерий выработки

условного рефлекса 5 правильных реакций из 6 предъяв-

лений достигается в течение 7—15 мин, то у животных

наблюдается достоверное снижение CV

(р

<0,01) и

увеличение S

(р

<0,05). Если тот же критерий дости-

гается в течение 16—30 мин, то у животных достигается

достоверное снижение 5

СР

(р

<0,01).

Известно [15], что у медленно обучающихся живот-

ных нередко наблюдается более прочное сохранение

временной связи, чем у быстро обучающихся. На осно-

вании этих данных мы предположили, что уменьшение

секреции Н

-НА у животных, достигших критерия вы-

работки в течение 16—30 мин, отражает особенности

механизмов более эффективной консолидации временной

связи, чем у быстро обучающихся животных. Для про-

верки этого предположения были исследованы живот-

ные, достигшие критерия 9 правильных реакций из 10

предъявлений за 5—15 мин. Можно предположить, что

у этих животных консолидация временной связи через

30 мин после выработки носит более совершенный

характер по сравнению с первыми двумя группами жи-

вотных (см. рис. 5). У этих животных наблюдается до-

стоверное уменьшение средней величины интенсивности

секреции Н

-НА (р

<0,01) и отсутствие разницы по по-

казателю стабильности секреции.

Исследования недообученных животных в зимний

период проводились с целью выяснения специфичности

наблюдаемых изменений для процессов формирования

и фиксации временной связи. Результаты проведенных

исследований представлены на рис. 6. Как видно из ре-

зультатов, усредненных по 12 животным (рис. 6,/),

через 30 мин после предпринятых воздействий не наблю-

дается достоверных изменений по исследованным пока-

зателям. На основании этих результатов и полученных

при исследовании недообученных дестабилизированных

животных сразу после предпринятых воздействий можно

сделать вывод, что наблюдаемые изменения отражают

специфические механизмы, свойственные именно про-

цессам формирования временной связи.

Более детальный анализ результатов, полученных

при исследовании недообученных животных, показал,

что они делятся на две группы. Животные, у которых

наблюдается достоверное снижение CV

(р

(

-<0,01) с 15

до 7%, и животные, у которых наблюдается достоверное

увеличение CF

(р;-<0,01) с 12 до 29%. Анализ поведе-

ния этих групп животных показал, что во II группу

преимущественно входят животные, у которых наблю-

дается выработка условного рефлекса избавления —

уход в темный отсек камеры после 1—2 ударов тока.

200

100

I - E Ш

Рис. 6. Параметры, определяющие эффективность адренергиче-

ской передачи в зимний период у недообученных животных через

30 мин после предпринятых воздействий, в % от величин тех же

параметров у интактных животных, принятых за 100%

/ — недообученные животные, усредненные по двум группам; // — недо-

обученные животные, число сочетаний

17 —

23, 15 мин; III — недообученные

животные, число сочетаний 5

—

7, 15 мин; *р^ <0,05

В III группу входят животные, которые осуществляли

всего около 5 избавлений и в течение 15 мин получили

значительное количество электрокожных раздражений,

что привело к увеличению у них показателя стабиль-

ности секреции CT

до уровня весенних дестабилизи-

рованных животных. Таким образом, можно сделать

вывод, что у недообученных животных также наблю-

даются значительные изменения исследованных пока-

зателей. Но эти изменения носят индивидуальной не-

стандартный характер, который при усреднение ниве-

лируется. Выработка же условного рефлекса в прин-

ципе отличается тем, что она приводит к стандартным,

характерным для каждого животного, изменениям, в

чем, по-видимому, и заключается специфичность иссле-

дуемых показателей для выработки условного рефлекса.

Как видно из результатов, у животных в весенний

период наблюдается ухудшение в 2,35 раза выработки

оборонительного условного рефлекса в челночной ка-

мере по сравнению с зимним периодом. Причиной ухуд-