научная статья по теме ДИНАМИКА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНЫХ РАЗРЯДОВ В НЕОКОРТЕКСЕ КРЫС Биология

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИКА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНЫХ РАЗРЯДОВ В НЕОКОРТЕКСЕ КРЫС»

ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2015, том 65, № 1, с. 113-125

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

УДК 612.825.5

ДИНАМИКА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНЫХ РАЗРЯДОВ В НЕОКОРТЕКСЕ КРЫС

© 2015 г. В. Г. Марченко, М. И. Зайченко

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, e-mail: vgmarchenko@hotbox.ru Поступила в редакцию 07.07.2014 г. Принята в печать 20.10.2014 г.

Эпилептиформные потенциалы после аппликации блокатора ГАМК А рецепторов сначала возникали в одном локальном участке коры наркотизированных крыс и затем с небольшой временной задержкой появлялись в других областях коры. Внешне это выглядело как распространение. Потенциалы первоначально возникали в любой точке регистрации, а далее появлялись (распространялись) как в рострально-каудальном направлении (прямом), так и в обратном. Количественная оценка этого явления показала, что в процессе регистрации распространение эпилептиформных потенциалов имеет три периода. В начальный период эпилептиформные потенциалы возникали и распространялись в относительно равной степени как в ростро-ка-удальном, так и обратном направлении. В периоде 2 преобладало движение потенциалов в ро-стро-каудальном направлении. После аппликации блокатора натриевых каналов эпилептическая активность уменьшалась. Увеличивалось появление потенциалов в каудальных областях. Наблюдалось распространение активности как в одном, так и другом направлении. Полученные в работе количественные характеристики возникновения и распространения эпилептической активности показали, что в коре мозга существуют независимые генераторы, а распространение эпилептиформных потенциалов и характер их распространения говорит о том, что этот процесс осуществляется на основе прямых и обратных функциональных связей между нейронами.

Ключевые слова: эпилептиформные потенциалы, первоочередность возникновения, генераторы, пространственная синхронизация, прямые и обратные связи, неокортекс, крысы.

Dynamics of Spatial Synchronization of Epileptiform Discharges

in the Rat Neocortex

V. G. Marchenko, M. I. Zajchenko

Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology of RAS, Moscow, e-mail: vgmarchenko@hotbox.ru

Epileptiform potentials after the application of GABA A receptor antagonist first appeared in a local part of the cortex of anesthetized rats, and then with a small time lag appeared in other areas of the cortex. Externally, it looked like spreading. Potentials originally appeared at any point of recording, and then appeared (propagated) both in the rostral-caudal direction (forward) and reciprocally. The quantitative evaluation of this phenomenon showed that there are three periods of the epileptiform potential spreading. During the initial period, the epileptiform potentials appeared and spread relatively equally in ros-trocaudal direction and backwards. In period 2 dominated potentials shift in rostrocaudal direction. After application of a sodium channel blocker epileptic activity significantly decreased. Frequency of initial appearance of potentials in the caudal areas increased. Propagation of the activity in one or another direction was observed. Obtained in this study quantitative characteristics of the initiation and spreading of epileptic activity suggest that in the cortex may exist independent generators, and distribution of the epileptiform potentials and the nature of this distribution implies that this process is based on direct and reciprocal functional connection of neurons.

Keywords: epileptiform potentials, priority, generators, spatial synchronization, forward and backward connections, the neocortex, the rat.

DOI: 10.7868/S0044467715010098

8

113

Синхронизация электрических потенциалов, начиная с классических исследований, рассматривалась в двух формах — как локальная, которая отражает синхронную деятельность нервных элементов в локальном участке и пространственная, которая заключается в сходстве характеристик биопотенциалов в пространственно удаленных точках. Необходимо подчеркнуть, что для количественной оценки пространственной синхронизации обычно используются различные методы математического анализа. [Ливанов, 1972]. Эти представления не утратили своего значения и в настоящее время [Т1тоГееу, 2012].

РАСПРОСТРАНЕНИЕ

ЭПИЛЕПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПО КОРЕ

В классических работах степень синхронизации определялась как корреляция частот [Ливанов, 1972], но в последние несколько десятилетий количественной мерой синхронизации служит временная задержка между возникновением потенциалов в двух участках, расположенных на расстоянии друг от друга. Внешне это выглядит как распространение активности по структурам мозга, которое наиболее наглядно видно в коре и рассматривается как аналог синхронизации, количественным выражением (степенью) которой является скорость распространения. Наиболее ярко это выражено при эпилептической активности, является ее характерными свойствами и отличительными признаками [Марченко, Пасикова, 2008]. Возникнув сначала в локальной точке коры мозга [Ма е! а1., 2004], эта активность затем распространяется на значительные расстояния и захватывает другие области коры. Ранее эти явления наблюдались в экспериментах на изолированных структурах коры. Распространение эпилептической активности по срезу коры было продемонстрировано после электрической стимуляции [СЬетп, 1988].

В исследованиях на интактной коре анестезированной кошки эпилептическая активность появляется сначала локально в 7 поле, а затем распространяется на значительное расстояние в 5 поле [№ске1тапп, 1998].

При аппликации 4АР (блокатора калиевых каналов) в первичной обонятельной коре изолированного целого мозга морской свинки появляется эпилептическая активность, которая распространяется на анатомически

связанные области коры. В частности, локальная аппликация небольшого количества 4АР на пириформную кору вызывает появление эпилептической активности в ростральной пириформной коре, каудальной пири-формной коре и латеральной энторинальной коре. Аппликация на латеральную энтори-нальную кору не вызывает появления эпилептической активности такого же вида [Ша, 2013].

Между точками регистрации, находящимися на расстоянии несколько миллиметров, при аппликации блокатора ГАМК А рецепторов потенциал сначала возникал в одной точке коры, а через короткий временной интервал активность наблюдалась уже в другой точке. Наличие временной задержки между возникновением потенциалов отражало эффект распространения активности по коре [Марченко, Пасикова, 2008; Марченко, Салтыков, 2010].

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В КОРЕ

Распространение эпилептической активности по коре описывается в работах разных авторов как механический процесс движения по коре из пункта А в пункт Б. При ближайшем рассмотрении все довольно просто, наглядно и понятно. Тем более, что области коры тесно связаны между собой. Так, различные кортикальные области, такие как первичная моторная и вторичная моторная кора, первичная и вторичная сенсомоторная получают не только прямые входы, но что особенно важно, имеют реципрокные связи. [СЬакгаЪагИ, А11о^а, 2006; АгопоЙТ е! а1., 2010; РеШтеуег, 2012].

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

ЭПИЛЕПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Этот один из важнейших параметров является также показателем степени синхронизации. Скорость распространения эпилептической активности сильно различалась в разных исследованиях [Тгеуе1уап е! а1., 2007; Ма е! а1., 2013] и составляла в коре крыс от 60 до 90 мм/с [СЬетп е! а1., 1988; РМо е! а1., 2005] и до 130 мм/с в срезе неокортекса крыс ^и е! а1., 2001]. Интериктальные спайки эпилептиформной активности распространялись в локальных сетях гиппокампа и коры со скоростью от 70 до 200 мм/с. Отмечалось,

что эта скорость существенно ниже скорости распространения по аксону и наиболее вероятно, что такое ограничение связано со временем интеграции, необходимым для достижения нейронами порога возникновения разряда [McCormick, Contreras, 2001]. По нашим данным, скорость распространения эпилептиформных разрядов в интактной коре крыс составляла 235 мм/с и была наибольшей из приведенных здесь данных [Марченко, Пасикова, 2008; Марченко, Салтыков, 2010]. Тем не менее, даже такая высокая скорость была несравнимо ниже скорости распространения по аксонам. Очевидно, что распространение осцилляций, эпилепти-формной и другой периодической активно -сти по коре не является отражением перемещения потенциалов действия по аксонам в пространстве. Существенное уменьшение скорости, по-видимому, связано с переработкой сигнала в локальных нейронных сетях [McCormick, Contreras, 2001].

Эпилептическая активность в коре сильно синхронизирована. Локальная синхронизация выражается в виде потенциалов большой амплитуды, которая определяется одновременной активностью большого числа соседних нейронов [Timofeev, 2004]. Простейшей формой эпилептической активности являются интериктальные спайки — синхронизированный взрыв потенциалов действия, генерируемый возвратным возбуждением, и следующий за периодом гиперполяризации в локальном пуле пирамидных нейронов [Mc-Cormick, Contreras, 2001]. Пространственная синхронизация определяется как распространение активности по коре [Timofeev, 2012]. Механизмы этого явления не вполне ясны. Так, распространение эпилептической активности по коре было определено как импульс синхронной активности, передающейся от одной нейронной популяции к другой [Pinto et al., 2005]. Пароксизмальная активность, появляющаяся в 7 и 5 полях коры анестезированной кошки, показывает высокую степень синхронизации, которая была значительно выше, чем в период предшествующий появлению эпилептической активности. Главную роль в этом процессе играют, по-видимому, корковые механизмы [Nechekman et al., 1998].

В настоящее время в литературе существует два взгляда на природу синхронизации между удаленными точками коры. Один — это распространение активности по коре, а

другой — наличие нескольких генераторов в коре и их синхронизация. Существуют данные, прямо подтверждающие оба предложенных

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»