ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 2, с. 191-204
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ^^^^^^^^^^^^ ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.821.6
БЛОКАТОР НИКОТИНОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ ГЕКСАМЕТОНИЙ ИЗМЕНЯЕТ НЕЙРОННЫЕ РЕАКЦИИ НА ГЛУТАМАТ В МЕДИАЛЬНОЙ СЕПТАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ МОЗГА СУСЛИКА IN VITRO
© 2007 г. Е. Н. Караваев12, И. Ю. Попова1, В. Ф. Кичигина12
1Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, 2Пущинский государственный университет, e-mail: V_Kitchigina@mail.ru Поступила в редакцию 07.07.2006 г. Принята в печать 09.11.2006 г.
Несмотря на большой интерес к изучению медиальной септальной области, в характере взаимодействий ее различных нейрохимических систем остается много неясного. Целью работы было выяснение роли никотиновых рецепторов в осуществлении взаимодействий глутаматергической и холинергической систем этой структуры. В переживающих срезах мозга сусликов методом экстраклеточной регистрации нейронной активности исследовали влияния L-глутамата (1 мкМ) в условиях аппликации блокатора никотиновых рецепторов гексаметония (1 мМ). Реакции септаль-ных нейронов на глутамат зависели от типа их исходной активности и наличия пейсмекерных свойств. Впервые показано, что глутамат повышает частоту залпов у ритмических нейронов сеп-тум. Гексаметоний вызывал изменения в активности нейронов, аналогичные влиянию глутамата. При предварительной аппликации гексаметония реакции нейронов на глутамат изменялись: ак-тивационные реакции маскировались, а тормозные усиливались. Обнаружена возможность холинергической модуляции реакций септальных нейронов на глутамат, а также выраженности ос-цилляторных свойств септальной сети посредством никотиновых рецепторов.
Ключевые слова: медиальная септальная область мозга, глутаматергическая и холинергиче-ская системы, тета-активность.
Gexamethonium, Nicotinic Receptor Blocker, Changes the Neuronal Reactions on Glutamate in the Medial Septal Area In Vitro
E. N. Karavaev, I. Yu. Popova, V. F. Kitchigina
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino State University, Pushchino, e-mail: V_Kitchigina@mail.ru
Despite the great interest in studying the medial septal area, the interactions of its neurochemical systems are not yet clearly understood. The aim of this study was to elucidate the role of nicotinic receptors in the interaction of glutamatergic and cholinergic systems of the medial septal area. The effect of L-glutamate (1 цМ) on septal neurons was studied under the application of hexamethonium, nicotinic cholinoreceptor blocker by using the method of extracellular recording of neuronal activity in brain slices of ground squirrels. The response of septal neurons to glutamate depended on the type of their initial activity and on the presence of pacemaker properties. For the first time, the ability of septal neurons to respond to glutamate with an increase in burst frequency was shown. The influence of hexamethonium on the neuronal activity was similar to that of glutamate. After a preliminary application of hexamethonium, the reactions of neurons to glutamate changed. The excitatory reactions were masked, while the inhibitory reactions became stronger. It was found that nicotinic cholinergic receptors modulated the reactions of MS-DB cells to glutamate and the expression of the oscillatory properties of the septal neuronal network.
Key words: medial septal area, glutamatergic and cholinergic systems, theta activity.
Нейроны медиальной септальной области переднебазального мозга млекопитающих образуют афферентный путь к гиппокампу -структуре, имеющей ключевое значение в осуществлении высших когнитивных функций. Влияния, передаваемые посредством этого пути, необходимы для реализации гиппо-кампального тета-ритма, ассоциируемого с процессами обучения и памяти [25].
Классическими работами в медиальной септальной области (медиальное ядро септум и ядро диагонального пучка Брока, МС-ДБ) обнаружены две основные группы нейронов - холинергические и ГАМКергические. ГАМКергические нейроны обладают эндогенными осцилляторными свойствами [24] и предположительно являются пейсмекерами тета-осцилляций [25]. Холинергические нейроны МС-ДБ обеспечивают уровень возбудимости гиппокампальных клеток, необходимый для реализации тета-ритма [18]. Недавно в этой области обнаружена группа глутама-тергических нейронов [17, 24], функции которых пока мало изучены. При проведении электронно-микроскопических и иммуногистохи-мических исследований продемонстрировано существование в МС-ДБ сложной внутренней сети, образованной холинергическими [3], глу-таматергическими [27] и ГАМКергическими [12] связями. Показаны также холинергические влияния на локальные глутаматергиче-ские цепи посредством никотиновых рецепторов [27]. Все эти данные свидетельствуют о более тонких и сложных механизмах внутри-септальных и септо-гиппокампальных отношений, чем предполагалось ранее.
Существует достаточное число работ, демонстрирующих важную роль как глутама-тергической, так и холинергической систем МС-ДБ в когнитивной деятельности мозга. Внутрисептальное введение глутаматергиче-ских веществ оказывает значительное влияние на гиппокампальный тета-ритм и процес-
сы памяти [8, 14, 20]. Возможно, это вызвано изменениями под влиянием этих веществ ритмической активности проецирующихся на гиппокамп септальных нейронов посредством активации глутаматных рецепторов. Имеющиеся факты указывают, что трансмиссия глутамата может играть существенную роль в модуляции ритмической активности МС-ДБ. Во-первых, глутаматергические афференты со стороны неокортикальных [15] и подкорковых структур [16] могут модифицировать залповые разряды септальных нейронов. Во-вторых, такая модификация может осуществляться посредством локальных глутаматергических проекций: недавними исследованиями в медиальной области септум идентифицирована группа глутаматергических нейронов, контактирующих с ГАМКергическими [10] и, возможно, холинергическими клетками [26].
Известно также, что холинергический компонент септо-гиппокампального пути облегчает тета-ритм и необходим для осуществления процессов внимания и памяти. При умственных расстройствах, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдромах Дауна и Корсакова, наблюдается атрофия холинер-гических септо-гиппокампальных волокон и нейронов [4]. Никотин существенно улучшает когнитивные функции [21]. В МС-ДБ описаны холинергические синапсы и локальные колла-терали холинергических нейронов [6], а также холинергические никотиновые рецепторы [5, 11], посредством которых могут модулироваться когнитивные процессы.
Для лучшего понимания механизмов организации высших функций мозга важно знать характер взаимодействий глутаматергической и холинергической систем МС-ДБ. Целью настоящей работы было выяснение роли никотиновых рецепторов (Н-рецепторов) в осуществлении этих взаимодействий при регистрации электрической нейронной активности в экспериментах in vitro.
Fig. 1. Influence of glutamate on the spontaneous activity of MS-DB neurons. A - an excitatory effect of glutamate on a neuron with periodic burst activity that shows endogenous pacemaker properties. a - the spontaneous activity of neuron in the control and in a calcium free medium, calibration time 1 s; б - the current frequency of spontaneous activity of the same neuron. The ordinate: the mean frequency of spontaneous activity (imp/s); the abscissa: time of registration (s), calibration time 60 s. The duration of glutamate action is marked by the line beneath the diagram. в - the interspike histograms of the same neuron, in the control and during exposure to glutamate; the ordinate: intervals/bin; the abscissa: time, bin 10 ms. The mean frequency of discharges is indicated above the histograms. Б - inhibiting effect of glutamate on a neuron with no endogenous pacemaker properties. The spontaneous activity of neurons (a), the current frequency of spontaneous activity (•), the interspike histograms (e). The markers are the same as in A.
А
Контроль БКС
1 с
имп/с 20
10
/ср = 12.0 имп/с
_|_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_1_
Глутамат /ср = 17.9 имп/с
960 [60] с
мс
500 [10] мс
Глутамат
Б
Контроль БКС
1 с
имп/с 20
10
_|_I_I_|_
Контроль /ср = 11.0 имп/с
Глутамат /ср = 6.3 имп/с
11ПП111
А
1020 [60] с
мс
500 [5]
мс
Рис. 1. Влияние глутамата на спонтанную активность нейронов МС-ДБ. А - активирующее действие глутамата на нейрон с ритмической залповой активностью, проявляющий свойства эндогенного пей-смекера. На а - записи активности нейрона в контроле и при действии бескальциевой среды (БКС); калибровка времени 1 с; б - текущая частота спонтанной активности того же нейрона. По оси ординат -средняя частота спонтанной активности, имп/с; по оси абсцисс - время регистрации, с, цена деления 60 с. Время действия глутамата отмечено линией под графиком; в - гистограммы межимпульсных интервалов того же нейрона в контроле и при действии глутамата; по оси ординат - число интервалов/бин; по оси абсцисс - время, бин 10 мс; Над гистограммами указана средняя частота разрядов (/р). Б - тормозное действие глутамата на нейрон, не обладающий пейсмекерными свойствами. Показаны записи нейронной активности (а), текущая частота спонтанной активности (•) и гистограммы межимпульсных интервалов (в). Обозначения как на А.
а
а
МЕТОДИКА
Исследование проводилось на срезах мозга гибернирующих якутских длиннохвостых сусликов (Citellus undulatus), отловленных в летний период в естественной среде обитания по специальному разрешению и в соответствии с санитарными нормами. Ранее было показано, что основные характеристики септальных нейронов у этих животных не отличаются от таковых у морских свинок [1]; в то же время выживаемость нейронов МС-ДБ у сусликов значительно выше, что делает их удобным объектом исследования. Масса животных варьировала в пределах 500-700 г. Изготовление и инкубацию срезов проводили по стандартным методикам [30]. Фронтальные срезы толщиной 300 мкм, содержащие MC-ДБ, готовили с помощью вибротома, после чего помещали их в термостатиру
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.