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

Подождите немного. Документ загружается.

Ораны к пороговому уровню, но и в регулировании эф-

фективности других, особенно возбуждающих входов.

Происходит это потому, что на фоне медленной холинер-

гической деполяризации активирующие влияния усили-

ваются за счет возросшего сопротивления мембраны. По

этой же причине возрастают константы длины и времени

мембраны, в результате чего быстрые ВПСП, возникаю-

щие одновременно с развитием медленных, будут рас-

пространяться по мембране на большие расстояния и

будут медленнее спадать по величине [27, 36, 371. Эти

механизмы, а также снижение реполяризации мембраны

после возникновения спайковых разрядов, происходя-

щее за счет уменьшения проницаемости для ионов К

создают условия как для более эффективного функцио-

нирования отдельных синаптических влияний, так и для

формирования следа памяти [24, 25]. Участие АХ в ус-

ловнорефлекторном процессе может обеспечиваться так-

же его влиянием'на синтез белков в нервной клетке [11.

Данная работа посвящена изучению влияния АХ

на реактивность нейронов моторной коры как возможно-

го механизма его участия в организации специальной для

этой "области коры моторной функции, а также как фак-

тора формирования условнорефлекторной активности.

Для этой'цели применялась методика микроионофоре-

за, с помощью которой кЪтдельным'нейронам коры в об-

ласти моторного представительства передней конечности

подводили АХ и одновременно внеклеточно регистриро-

вали импульсную'активность'нервных клеток. Использо-

вание в экспериментах бодрствующих необездвиженных

животных (кролики) позволило анализировать клеточную

активность в периоды двигательных реакций, а также в

процессе выработки условного рефлекса.

В качестве афферентных раздражителей применяли

тактильную стимуляцию — легкий удар по дорсальной

стороне запястья передней конечности и электрокожное

раздражение (ЭКР) той же лапы — серию из пяти пря-

моугольных импульсов тока силой 1,5—4,8 мА и частотой

следования Ю

-1

с.Оба вида стимуляции вызывали одно-

типный ответ — разгибание запястья раздражаемой ко-

нечности .'Такой же мышечный ответ возникал при элект-

рическом раздражении коры в области регистрации им-

пульсной активности. Вызванные и спонтанные двига-

тельные реакции оценивали по электромиограмме (ЭМГ)

мышц-разгибателей "запястья. В серии экспериментов'по

выяснению влияния АХ на формирование условных ней-

рональных реакций в процессе выработки у кролика ус-

ловного оборонительного рефлекса ЭКР указанных па-

раметров применяли в качестве безусловного стимула.

Реакции нейронов на афферентные раздражители

анализировали по суммарным перистимульным гисто-

граммам. Оценивали следующие параметры ответов:

1) латентный период — время от момента нанесения раз-

дражителя, за которое величина ответа достигала V

максимальной; 2) длительность ответа —- отрезок вре-

мени, ограниченный двумя моментами, в которых вели-

чина ответа составляла

максимальной; 3) среднюю

величину ответа — среднюю частоту импульсации за

период ответа; 4) максимальную величину ответа —- мак-

симальную частоту импульсации в период ответа. Сред-

нюю частоту ответа часто представляли в виде отношения

к средней величине фоновой активности, определенной за

сравнимый с длительностью ответа временной интервал,

предшествовавший нанесению раздражителей.

Влияние АХ

на реактивность нейронов моторной коры

к специфическим раздражителям

Из литературных данных известно, что при воздействии

АХ на клетку через м-холинорецепторы происходит уси-

ление и пролонгирование ответов, вызванных в том же

нейроне через другие синаптические входы [9, 13, 17,

25, 33, 36]. Так, на нейронах симпатического ганглия

лягушки микроаппликация мускаринового аналога АХ

метахолина вызывала медленно развивающуюся депо-

ляризацию, на фоне которой происходило увеличение

амплитуды быстрых В ПСИ, возникавших при стимуляции

преганглионарных волокон. Средняя величина быстрых

ВПСП возрастала с 2,7 до 3,3мВ, причем эти изменения

сохранялись даже тогда, когда мембранный потенциал,

смещенный метахолином в сторону деполяризации,

возвращался к исходному уровню [36]. Предварительное

микроионофоретическое подведение АХ к кортикаль-

ным нейронам меняло их реакцию в ответ на мик-

роаппликацию глутаминовой и других возбуждающих

аминокислот: увеличивалось число спайков в разряде

и возникали несвойственные для этих аминокислот дли-

тельные эффекты последействия [9, 17, 24]. Подобные

изменения можно было наблюдать на протяжении 1 мин

после прекращения аппликации АХ.

В соответствии с этими данными характер реагирова-

ния нейронов моторной коры на специфические раздра-

жители после аппликации АХ изучался в течение первых

1—2 мин после выключения тока фореза. В этой серии

экспериментов было зарегистрировано 57 нейронов. В пе-

риод регистрации отдельной нервной клетки подавали

несколько тактильных проб и проб ЭКР. Затем после

20—30-секундной микроаппликации к нейрону АХ (ток

фореза 40 нА) вновь применяли периферическую стиму-

ляцию и сравнивали возникавшие ответы с теми, что бы-

ли зарегистрированы до применения АХ.

Среди клеток, которые отвечали на подведение АХ

увеличением частоты импульсации, выявлено наибольшее

число реагировавших на периферическую стимуляцию

нейронов (85,2%). И напротив, клетки, нечувствитель-

ные к АХ, реже отвечали на афферентные раздражители

(68%), а число ареактивных нейронов в этой группе было

соответственно выше (32 против 14,8%). Эти данные

подтверждают представление о большей конвергентной

емкости холиночувствительных нейронов [8, 9].

Знак реакции нейронов после применения АХ в

большинстве случаев не менялся, и основные отличия

касались количественных характеристик ответов. Так,

микроаппликация АХ достоверно увеличила максималь-

ную величину активационной реакции на ЭКР (в сред

нем с 1,47 до 1,65 имп/25 мс), сократила латентный пери-

од (с 54,1 до 34,2 мс) и увеличила длительность (с 474

до 507 мс) ответов на тактильную стимуляцию. Что каса-

ется тормозных ответов, то влияние на них АХ прояви-

лось лишь в достоверном увеличении длительности отве-

тов на ЭКР (с 1204 до 1475 мс).

Несмотря на то что для всех тестированных нейронов

средняя величина вызванных ответов не менялась под

влиянием АХ, в группе клеток из числа активировав-

шихся в ответ на специфическую стимуляцию произошло

изменение соотношения средней частоты импульсации

в фоне и в ответах на раздражители. На рис. 1 показано,

что средняя величина активационных и тормозных отве-

тов на тактильный стимул и ЭКР положительно корре-

лирует со средней фоновой активностью, предшествую-

щей ответу. На рисунке приведены линии регрессии вида

у=а-\-Ьх, где у — средняя величина ответа за 25 мс,

ах — средняя фоновая активность за 25 мс; коэффици-

енты а и b найдены по методу наименьших квадратов.

После микроионофоретического подведения АХ ха-

Контроль

®©

«з

0,2

^ 0,0

°0,0 0,2 0,4 Ц6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Частота дшнобой

акти вности

Рис. 1. Взаимоотношения между средней фоновой активностью и

средней величиной ответов нейронов в контроле и после подве-

дения АХ

По оси абсцисс — частота фоновой активности, вычисленная для каждого

нейрона за период 250 мс, предшествовавший подаче раздражителей; по оси

ординат — средняя величина ответа на тактильный стимул и ЭКР (нейроны,

тестированные обоими раздражителями, представлены двумя точками). Сред-

няя фоновая и вызванная частоты подсчитывались в интервале 25 мс. Отло-

жены данные по 27 активационным нейронам (Л) и по 8 нейронам с тормозными

реакциями (В) на раздражители до и после микроаппликации АХ. Среди

нейронов, отвечавших активацией на раздражители, символом «кружок с

точкой» отмечены клетки, выделившиеся после подведения АХ в группу с

высоким коэффициентом корреляции между спонтанной и вызванной актив-

ностью

рактер зависимости между средней фоновой и вызванной

активностью сохраняется (см. рис. 1). Однако, как видно

из рисунка, нейроны, реагирующие активацией на раз-

дражители, теперь составляют две группы. Первая груп-

па клеток (на рисунке отмечены точками) имеет невысо-

кий коэффициент корреляции между вызванной и фоно-

вой активностью (г=0,46). Среднее абсолютное превыше-

ние величины ответа над фоном в этой группе равно

0,37 имп/25 мс. Во вторую группу входят клетки (на ри-

сунке отмечены символом кружок с точкой), средняя вели-

чина ответов которых имеет максимальное и почти одина-

ковое абсолютное приращение над уровнем фона (в сред-

нем 1,07 имп/25 мс). Вследствие этого соотношение между

средней фоновой и вызванной активностью характери-

зуется высоким коэффициентом корреляции (г=0,8), а

соответствующие точки на графике почти точно ложатся

на прямую, определяемую уравнением регрессии.

У нервных клеток, отвечавших торможением на пери-

ферические раздражители, характер и степень зависимо-

сти между средней частотой вызванной и фоновой ак-

тивности не менялись под влиянием микроионофорети-

ческой аппликации АХ (см. рис. 1, Б).

По результатам, представленным на рис. 1, для ак-

тивационных ответов были вычислены средние процент-

ные приращения величин реакций к фону. Наибольшее

превышение средней величины реакции над средней фо-

новой активностью отмечено после микроионофоретиче-

ского подведения АХ у нейронов второй группы

(276,9% — на рис. 1 обозначены символом кружок с точ-

кой). У остальных нейронов после воздействия АХ эта

величина составляла всего 102,6%. При контрольном

тестировании для всех клеток, представленных однород-

ной группой, средний уровень ответа на 166,7% превы-

шал фоновые значения. Это процентное отношение

достоверно отличалось от величины, полученной для

нейронов, которые после микроаппликации АХ были

выделены во вторую группу высокореактивных клеток

(критерий И, а<0,05).

Наиболее стабильный эффект АХ состоял в умень-

шении латентного периода активационных клеточных

ответов на тактильный стимул. Средний латентный пери-

од для всех тестированных нейронов сократился с 54,1

до 34,2 мс (знаково-ранговый критерий Уилкоксона,

а<0,005). Рис. 2 демонстрирует этот эффект на примере

нейрона, относящегося к группе высокореактивных кле-

ток. Видно, что после аппликации АХ активационный

ответ нейрона на тактильную стимуляцию возникает с

латентным периодом, который в 2 раза короче зарегистри-

рованного при контрольном тестировании (см. рис. 2,

А, Б). На рис. 2 также показано, что в результате умень-

шения латентного периода клеточного ответа на так-

тильный раздражитель возрастание частоты импульсной

активности нейрона наступает одновременно с развитием

Illlllllllllllll'llllllllllllllllllllllllllllliilllllll 1111111'

Рис. 2. Соотношения между импульсной активностью нейрона и

электромиограммой мышц-разгибателей запястья

Нейрон 5. Принадлежит к группе высокореактивных клеток, отмеченных

на рис. 1 символом «кружок сточкой». А, В — клеточный и электромиогра-

фический ответ на тактильный стимул (момент нанесения тактильного раздра-

жителя отмечен вертикальной пунктирной линией) до АХ (А) и после микро-

ионофоретнческой аппликации АХ (Б); В — импульсная активность нейрона

и электрэмиограмма мышц-разгибателей запястья при спонтанной двига-

тельной активности. Верхний луч на Л — В — запись активности нейрона,

нижний — ЭМГ мышц-разгибателен запястья

ЭМГ-реакции (см. рис. 2, Б), тогда как в контроле акти-

вационная реакция нейрона появлялась позднее соот-

ветствующего ЭМГ-ответа (см. рис. 2, А).

Воздействие АХ на латентный период реакций, воз-

никавших при тактильной стимуляции, имело следстви-

ем перераспределение величин латентных периодов кле-

точных ответов таким образом, что активационные реак-

ции нейронов на ЭКР и тактильный стимул возникали

не позднее ЭМГ-реакции мышц-разгибателей запястья.

На рис. 3 показано, что до воздействия АХ основная часть

нейронов, отвечавших на ЭКР, реагировала раньше, чем

возникала соответствующая ЭМГ-реакция (рис.3,1,1').

Вместе с тем в ответ на тактильную стимуляцию мак-

симальное количество нейронов реагировало с латент-

ным периодом 50 мс, т. е. более чем на 25 мс позже, чем

возникает большинство ЭМГ-реакций (рис. 3, 2, 2').

После микроионофоретической аппликации АХ распре-

деления латентных периодов клеточных и ЭМГ-ответов

на тактильный раздражитель почти полностью совпада-

ют, т. е. активационные ответы нейронов моторной коры

начинают возникать одновременно с соответствующим

двигательным ответом (рис. 3,3,3').

Контроль

_ 1

Г^ 1 1 1—г

. I

ад щ4

Контроль

После

АХ

хп

V-

<25 50 150 250 350мс с25 50

150 мс <-25

50 100мс

Латентный период

Рис. 3. Гистограммьфаспределения"латентных периодов'актива-

ционных ответов нейронов и ЭМГ-реакций на^ЭКР и^тактиль-

ный стимул до и после 'подведения АХ

По оси абсцисс — величина латентного периода, по оси ординат — число

нейронов (1 — 3) и число сопутствующих ЭМГ-реакций (на /'

—

3') с данным

латентным периодом. 1—3 — гистограммы распределения латентных периодов

ответов нейронов на ЭКР (/) и на тактильный стимул (2) до подведения АХ;

на тактильный стимул после подведения АХ (3). —3' — гистограммы рас-

пределения латентных периодов сопутствующих ЭМГ-реакций

При анализе приведенных данных следует обратить

внимание на то, что АХ оказывает наибольшее воздейст-

вие на активационные реакции нейронов. При этом отве-

ты на специфическую стимуляцию становятся более

эффективными: уменьшается латентный период, растет

величина и длительность ответов. Влияние АХ на тормоз-

ные реакции проявляется в значительно меньшей степени:

увеличивается только длительность тормозных реакций

на ЭКР, тогда как изменений других параметров ответов

на ЭКР и тормозных реакций на тактильную стимуляцию

после АХ обнаружено не было. Частично эту осо-

бенность влияния АХ можно объяснить недостаточным

количеством нейронов, проявивших тормозные реакции

на периферические раздражители, и трудностью анализа

параметров тормозного ответа при внеклеточной регист-

рации.

Однако здесь может проявиться и более общая зако-

номерность действия АХ, заключающаяся в том, что при

смещении мембранного потенциала в сторону гиперпо-

но-

30 -

s ли

N .

& 10

• • •

v.:.'

• • • • •

их- 40 н A

Время,

16,7 33,1 50,0 66,8

Амплитуда

ЭМГ,мкВ

73,5 100

Рис. 4. Чувствительность к АХ нейрона, связанного с движением

Нейрон 27. Принадлежит к группе высокореактивных клеток, обозначенных на рис. 1 сим-

волом «кружок с точкой». А — реакция нейрона на 'микроионофоретическую аппликацию

АХ. Непрерывные гистограммы активности с шириной бина в 1 с построены при усред-

нении трех фрагментов. Началом окончание аппликации отмечены стрелками. Б — зависи-

мость между импульсной активностью в фоне за каждые 250 мс (по оси ординат) и амплитудой

спонтанной ЭМГ-реакции мышц-разгибателей запястья передней конечности (по оси абс-

цисс). Коэффициент корреляции г — 0,33. В — соотношение максимумов спонтанной дви-

гательной реакции и соответствующей ей частоты фоновой активности нейрона. Обе ги-

стограммы построены при усреднении четырех фрагментов. Ширина бина — 250 мс. Вер-

тикальной пунктирной линией отмечен момент наступления максимальной ЭМГ-реакции

ляризации АХ почти не изменяет сопротивление мембра-

ны [11, 25], вследствие чего тормозные влияния на клет-

ку не претерпевают значительных изменений. Вместе с

тем активационные воздействия под влиянием АХ вы-

зывают более интенсивные по величине и длительности

ответы, как это было неоднократно показано для холино-

чувствительных нейронов, реагирующих по мускарино-

вому типу [13, 17, 24, 36]. Причиной этого усиления яв-

ляется вызываемое АХ уменьшение проницаемости для

ионов К

,вследствие чего растет сопротивление мембра-

ны — эти процессы наиболее эффективны при деполяри-

зационном сдвиге потенциала мембраны [11, 17, 24, 25].

Другая особенность взаимодействия АХ с нейронами

моторной зоны коры состоит в появлении у некоторых

клеток под влиянием АХ стабильных высокоэффектив-

ных активационных ответов на специфические раздра-

жители (см. рис. 1, А). Величина ответов этих нейронов

более чем на 100% превосходила нейрональные реакции

при контрольном тестировании, а также ответы осталь-

ных нейронов, которые, несмотря на подведение АХ,

остались на прежнем уровне реагирования. Эти резуль-

таты говорят о том, что для наиболее полного проявления

модулирующего влияния АХ воспринимающие нервные

элементы, по-видимому, должны обладать специальными

морфологическими и функциональными свойствами. Так,

было показано, что из шести нейронов, средняя величина

ответов которых значительно возросла под влиянием

АХ, импульсная активность трех коррелировала с ам-

плитудой ЭМГ активности. Поэтому был проведен спе-

циальный анализ по выяснению холиночувствительности

нейронов, связанных с движением.

Связь частоты импульсной активности с амплитудой

ЭМГ-реакции мышц-разгибателей запястья определялась

для 16 клеток, которые были зарегистрированы в перио-

ды спонтанной мышечной активности. Для девяти из

этих нейронов обнаружена достоверная корреляция с

движением. Величина коэффициента корреляции коле-

балась в пределах г=0,24—0,51. Знак корреляции всег-

да соответствовал знаку ответов нейронов на тактиль-

ную стимуляцию и ЭКР. В целом для нейронов, обнару-

живших корреляцию с движением, не установлено ка-

кого-либо преимущественного типа реагирования на

подводимый ионофоретически АХ.

Однако среди этих нейронов была выделена группа

клеток с высоким уровнем спонтанной импульсации

(20 имп/с и более), для которых положительная корре-

ляционная связь с ЭМГ-активностью сочеталась с акти-

вационной реакцией на АХ (рис. 4, А, Б). Обнаружено

пять таких нейронов. Они отличались относительно

наиболее высокой связью с движением (/=0,31—0,51),

а максимальное увеличение частоты их импульсной ак-

тивности наступало одновременно (два нейрона) или на

250—1000 мс опережало развитие максимальной

ЭМГ-реакции в период спонтанных движений (рис. 2, В

и 4, В). Все перечисленные свойства выделенной группы

клеток свидетельствуют о возможной их принадлежно-

сти к нейронам пирамидного тракта. А так как высокая

чувствительность к АХ является отличительным призна-

ком больших пирамид коры [15, 22, 34], трудно признать

случайным тот факт, что именно к этой группе нейронов

принадлежали связанные с движением клетки, обнару-

жившие после подведения АХ наиболее эффективные

реакции на периферические раздражители (см. рис. \ ,А).

И наконец, микроионофоретическая аппликация АХ

значительно уменьшала латентный период активацион-

ных реакций нейронов на тактильную стимуляцию.

В связи с этим клеточные реакции, ранее возникавшие

после соответствующего электромиографического отве-

та, стали появляться одновременно с движением.

Было показано, что стимуляция седалищного нерва

или передней конечности приводит к значительному уве-

личению высвобождения АХ с поверхности сенсомотор-

ной коры [26]. Следовательно, АХ, непосредственно не

участвуя в передаче сенсорной информации, выделяется

в холинергических синапсах при поступлении аффе-

рентных сигналов к корковым структурам. В моторной

зоне коры это приводит к возникновению более быстрых,

эффективных и стабильных реакций на специфические

афферентные посылки. Кроме того, связь части холино-

чувствительных нейронов с ЭМГ-активностью свиде-

тельствует о том, что происходящие изменения способст-

вуют мобилизации коры для выполнения моторных функ-

ций.

Влияние АХ на формирование

условнорефлекторных перестроек

нейронов моторной коры

Избыточное выделение АХ с поверхности моторной коры

наблюдалось не только при реакциях на сенсорные раз-

дражители, но также при реализации условных поведен-