ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.821.6+612.822.3
АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ КОРЫ МОЗГА И ДОРЗАЛЬНОГО СТРИАТУМА У ЖИВОТНЫХ В СИТУАЦИИ "ПРАВА ВЫБОРА" ПИЩЕВОГО ПОДКРЕПЛЕНИЯ
© 2013 г. В. В. Сидорина, Е. П. Кулешова, Г. Х. Мержанова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, e-mail: merzhan@ihna.ru Поступила в редакцию 20.05.2012 г. Принята в печать 19.10.2012 г.
В зависимости от пищедобывательной стратегии кошек в поведенческой модели "права выбора" разного по пищевой ценности подкрепления животные были классифицированы как: "самоконтролирующие", "амбивалентные" и "импульсивные" на основе достоверных различий в проявлениях разных типов рефлексов. Организация межнейронных взаимодействий во фронтальной, зрительной, моторной областях коры и дорзальной части хвостатого ядра оценивали при реализации коротко-, длинноотставленных рефлексов и ошибок. Анализировали сходство и различия в организации сетевой деятельности нейронов изучаемых структур мозга у кошек с разным типом поведения. Оказалось, что у "импульсивных" и "самоконтролирующих" животных только нейроны зрительной коры и хвостатого ядра работали сходно. При сравнении "импульсивных" и "амбивалентных" животных сходство было обнаружено в сетевой активности нейронов зрительной, моторной коры и хвостатого ядра. Различия в сетевой деятельности нейронов фронтальной коры были выявлены между животными всех трех групп при реализации длинноотставленных рефлексов.
Ключевые слова: импульсивность, самоконтролируемость, выбор, нейрон, межнейронные взаимодействия, неокортекс, дорзальный стриатум.
Neuron Activity of Cortex and Striatum at Animals in the Situation with "Right of Choice" of Reinforcement
V. V. Sidorina, E. P. Kuleshova, G. Kh. Merzhanova
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: merzhan@ihna.ru
In behavior model of "right of choice" of value of appetitive reinforcement animals have classified in self-control, ambivalent and impulsive groups based on significant distinctions in displays of short delayed or long delayed reflexes. The organization of functional cross correlation interneuron interactions in frontal, visual, motor cortical areas and dorsal part of caudatus have estimated at realization short delayed, long delayed reflexes and errors. Similarity and distinctions in the organization of network activity were analyzed. It was shown that only interneuron relation of visual cortex and caudatus were similar for impulsive and self-control animals. When comparing the "impulsive" and "ambivalent" animals similarity was found in the network activity of neurons of visual, motor cortex and dorsal part of caudatus. The differences in the network activity in the frontal cortex were identified between animals of all three groups during realization of long delayed reflexes.
Keywords: impulsiveness, self-control, choice behavior, neuron, interneuron interaction, cortex, dorsal striatum. DOI: 10.7868/S0044467713020093
Исследование основ импульсивности и самоконтролируемости в настоящее время является предметом многочисленных работ на животных и человеке. Это стало особенно ак-
туальным в связи с тем, что патологическая импульсивность у человека связана с алкоголизмом, наркоманией, некоторыми формами шизофрении, синдромом гиперактивности у
детей и др. Для понимания механизмов мозга, обусловливающих такое поведение, проводят на животных нейрофизиологические, нейрофармакологические исследования импульсивности. В экспериментальной модели "права выбора" типа поведения в зависимости от ценности подкрепления и его получения были выявлены две стратегии, такие как импульсивная (невоздержанность и проигрыш в ценности вознаграждения) и самоконтролируемая (способность к ожиданию и получению высокоценного вознаграждения). В отличие от более простых форм обучения усложненная выбором отсроченная реакция всегда несет в себе элемент психической деятельности в виде решения задачи, что сближает цели экспериментов на животных с практикой исследования психической деятельности человека.
Настоящая работа является частью направления исследований структурной организации мозга при импульсивном и самоконтролируемом поведении. Ранее были выявлены различия при этих видах поведения кошек во взаимодействии лимбических структур, а также в пределах двух структур мезокортикальной системы — фронтальной коры и прилежащего ядра [3, 5—7, 15]. Согласно данным литературы с участием дорзального стриатума происходит выбор соответствующей реакции для достижения подкрепления в ответ на стимул [19]. Так, показано, что нейроны дорзального стриатума активируются в период ожидания подкрепления и, таким образом, кодируют ожидаемую награду [16, 18, 19, 21], что предполагает его участие в организации "самоконтролирующего" поведения.
В последнее время исследователи все чаще обращаются к изучению сетевой деятельности мозга, обеспечивающей поведение. Взаимодействие четырех корково-стриатных петель — моторной, зрительной, мотивацион-ной и "управляющей" при разных типах обучения рассматривается в виде гипотезы в работах [27, 28]. На основе выявленных коррелированных осцилляций (бета- и гамма-ритмов) в структурах коры мозга обезьян и человека в заданиях с принятием решения [28] авторы приходят к выводу о формировании сети, лежащей в основе принимаемого решения. В то же время в пределах каждой структуры в процессе обучения формируются локальные сети. Ранее с помощью регистрации мультиклеточной активности и крос-скорреляционного статистического анализа
были получены данные о перестройке функциональных межнейронных взаимодействий в слуховой, моторной, зрительной коре у кошек и кроликов после выработки разных типов условных рефлексов [2, 4, 10, 13]. Возникает вопрос, как формируются локальные сети в первую очередь в проекциях условного раздражителя, в моторных структурах, формирующих двигательный акт, во фронтальной коре — структуре, связанной с принятием решения в условиях возможности выбора стратегии поведения.
Целью настоящей работы было исследование сетевой деятельности нейронов трех корковых структур — зрительной, фронтальной, сенсомоторной областей коры и дорзального стриатума у животных, проявивших разную стратегию поведения в условиях возможности выбирать пищевое подкрепление по ценности с учетом возможности его получения.
МЕТОДИКА
Объект исследования и предварительное обучение. В эксперименте участвовали восемь взрослых кошек обоего пола со средней массой 3.5 кг. Эксперименты осуществляли с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского Сообщества (86/609/ЕС) и одобренных Комитетом по медицинской этике в соответствии с положением ИВНД и НФ РАН о работе с экспериментальными животными.
Сначала у животного вырабатывали инструментальную реакцию нажатия правой передней лапой на педаль, что подкрепляли мясом. Затем вводили условный раздражитель — свет (непрерывный свет частотой 50 Гц) и с задержкой 1—4 с свет подкрепляли мясом.
Основные эксперименты состояли в предъявлении животным возможности "выбора" подкрепления [9]. В ответ на условный раздражитель нажатие на педаль с короткой задержкой 1 с приводило к подаче кормушки с низкоценным подкреплением (хлебо-мясная смесь), при нажатии через 9 с — кормушки с высокоценным подкреплением (мясо). При коротко- и длиннолатентных реакциях животные должны были осуществлять нажатия на педаль в течение 2 с, когда педаль была "эффективной". Свет был включен в течение всего сочетания (отключался в том случае, если животное нажимало на педаль, попадая в так называемое активное окно, когда нажатие приводит к получению подкрепления,
либо по завершении пробы). Ситуации, когда животное нажимало на педаль после того, как свет выключался или педаль была недожата во время "активных окон", мы описывали как ошибочные реакции.
Обучение проводили в режиме управляемого эксперимента с использованием РС АТ 386 по программам, составленным сотрудником ИВНД и НФ РАН А.З. Партевым.
Регистрация и анализ клеточной активности
Вживление электродов. Всем кошкам после того, как выбранная стратегия поведения в виде приоритетной реакции стабильно проявлялась, в операции под наркозом (золетил 40 мг/кг) были вживлены пучки полумикро-электродов, состоящие из 3—4 нихромовых проволок в заводской изоляции с диаметром каждой 50 мкм. Электроды вводили стереотак-сически по координатам атласа Рейнозо-Суа-реза [23] в зрительную (F0; L 2; H5—8), фронтальную (F 30; L 4; H 8-13), моторную (F 25; L 10; H 5—6 — корковая проекция передней инструментальной конечности) области коры и в дорзальную часть хвостатого ядра (F 15; L 5.5; H 15). Во время операции производили контроль регистрации клеточной активности из всех исследуемых областей. Локализацию электродов в структурах мозга проверяли с помощью рентгенограмм и в лаборатории морфологии ИВНД и НФ РАН. При сопоставлении с атласом и параметрами вживления электроды были локализованы в соответствующих областях мозга.
Регистрация клеточной активности. Через 7 дней после операции приступали к опытам с многодневной регистрацией мультинейрон-ной активности (МНА) в условиях хронического эксперимента. В качестве конечного каскада усиления мы использовали усилители миографа фирмы "Медикор" (Венгрия, полоса пропускания 200—10000 Гц). МНА записывали в память компьютера (РС АТ 386, 586) в режиме on-line через аналогово-цифро-вой преобразователь (АЦП) PCL 718 (США) и АЦП 1401 (SED, Великобритания) с частотой дискретизации 20 кГц по каждому каналу отведения. На каждой кошке были проведены опыты с регистрацией МНА в течение от 15 до 70 дней. В каждый день опытов животные получали в среднем по 30 сочетаний.
Статистический анализ МНА. Из натив-ной записи выделяли эталоны спайков по программам П. Бух-Винера, А. Партева [1,
11]. Пакет включал программу ввода МНА, специальную программу "Собиратель" для разделения спайков по форме, суперпозицию спайков по выделенным эталонам, формирован
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.