ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2004, том 54, № 2, с. 183-191
= ПАМЯТИ О.С. ВИНОГРАДОВОЙ =
УДК 612.822.3
ДВОЙНЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ОТВЕТЫ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА ПРИ СТИМУЛЯЦИИ КОЛЛАТЕРАЛЕЙ ШАФФЕРА
© 2004 г. В. А. Коршунов, В. А. Попов, Н. В. Теннова, В. А. Зосимовский, В. А. Маркевич
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: mlno@mlno. msk.ru@
Поступила в редакцию 18.07.2002 г. Принята в печать 28.10.2002 г.
При стимуляции коллатералей Шаффера одиночными импульсами тока обнаружены двойные вызванные ответы в поле СА1 гиппокампа у свободноподвижных крыс. Второй ответ был представлен нерегулярно возникающим популяционным возбудительным постсинаптическим потенциалом, иногда с присутствием популяционного спайка, с постоянной латентностью от начала развития первого ответа. Эффект наблюдался у 22 крыс из 54 (40.74%), использованных в экспериментах. У 10 животных из 22 (45.45%) второй ответ присутствовал изначально при слабой тестирующей стимуляции хотя бы одной из коллатералей, у остальных 12 (54.55%) второй ответ появлялся при усилении стимулирующего тока (9 животных) или после потенциации стимулируемых входов (11 животных). В отличие от первого ответа второй был чувствителен к функциональному состоянию животного и в основном регистрировался в покое или во время сна (естественного или наркотического). Латентности возникновения второго ответа от начала развития первого были сходны у различных животных и у каждого животного маловариабельны, что свидетельствует о том, что возбуждение проходит по одной и той же системе связей. Предполагается, что гиппокамп способен поддерживать динамические процессы типа реверберации возбуждений.
Ключевые слова: крысы, гиппокамп, поле СА1, коллатерали Шаффера, электростимуляция, реверберация возбуждения.
Double Evoked Responses to Electrical Stimulation of Shaffer's Collaterals
in CA1 Hippocampal Field
V. A. Korshunov, V. A. Popov, N. V. Tennova, V. A. Zosimovskii, V. A. Markevich
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow
Double evoked responses to single current pulses applied to Shaffer's collaterals were observed in CA1 hippocampal field in freely moving rats. The second response was an irregular population EPSP with constant latency sometimes accompanied by a population spike. The effect was observed in 22 of 54 tested rats (40.74%). In 10 of these 22 animals (45.45%) the second response was evoked by a weak testing stimulus of at least of a single collateral, in the remaining 12 rats the second response appeared to stimulation with increased current or after potentiation of the stimulated pathways. The second responses were very sensitive to the functional state of an animal and were recorded at the state of rest or during sleep. The latencies of the second response measured from the beginning of the first response were very close in different animals and with low intraindividual variability indicating that the same circuits are involved in its generation. It is suggested that hippocampus can support dynamic processes such as reverberation of signals.
Key words: rats, hippocampus, CA1 field, Shaffer collaterals, electrostimulation, reverberation.
Деление памяти на кратко- и долговременную основано на различии устойчивости данных форм памяти к воздействиям, блокирующим нейронную активность. Обратимое охлаждение структур мозга [1] и электрошок [4] блокируют кратковременную память и нарушают процессы консолидации, в
то время как ранее выработанные рефлексы после подобных воздействий сохраняются. Предполагается, что в основе механизмов кратковременной памяти лежат динамические процессы типа реверберации возбуждений [3]. Реверберация возбуждения рассматривается и как один из возмож-
ных механизмов консолидации информации в долговременную память [3]. В пользу подобных предположений свидетельствуют данные о блокаде ревербераций электрошоком, гипоксией, гипотермией и наркотизацией [2], т.е. воздействиями, нарушающими кратковременную память и процессы консолидации.
Гиппокамп рассматривается как одна из структур, связанных с механизмами кратковременной памяти и консолидации [15]. Анатомические данные указывают на наличие в этой структуре как собственной замкнутой системы связей, так и связей, замкнутых через субикулюм и энторинальную кору (см. [11]). Таким образом, анатомическая конфигурация гиппокампальной нейронной сети не исключает возможности реверберации возбуждения в данной структуре. Обнаруженная в гиппо-кампе длительная посттетаническая потенциация (ДПП) рассматривается как модель синаптической пластичности, возможно лежащей в основе механизмов обучения и памяти. Однако синаптические модификации типа ДПП весьма трудно адаптировать в качестве механизма обучения на том основании, что для вызова ДПП требуется стимуляция с нефизиологическими параметрами (стимуляция, "подделанная" под тета-ритм проблему не решает: в генезе тета-ритма основную роль играют сеп-тальные холин- и ГАМКергические входы и неясно, почему подобную стимуляцию применяют для внутригиппокампальных глутаматергических волокон). Многократная активация одних и тех же синапсов при реверберации возбуждения может приводить к постепенной потенциации активируемых синапсов в "мягких" условиях, без стимуляции с нефизиологическими параметрами. Подобный механизм может лежать в основе процессов консолидации.
При исследовании эффекта восстановления долговременной потенциации при стимуляции эмоцио-генных структур [5, 10, 13] нами были обнаружены двойные вызванные ответы в поле CA1 гиппокампа у свободноподвижных крыс при стимуляции колла-тералей Шаффера одиночными импульсами тока. Вторые ответы возникали нерегулярно, но с постоянной латентностью после развития первого ответа. Стабильность латентности наводит на мысль о возможности циркуляции возбуждения в гиппокампе. В настоящей работе исследованы характеристики двойных ответов при стимуляции внутригиппокампальных проекций одиночными импульсами тока для проверки гипотезы, что двойные ответы являются проявлением ревербераций в гиппокампе.
МЕТОДИКА
В экспериментах были использованы 54 нелинейные белые крысы (16 самок и 38 самцов). Крыс содержали поодиночке при естественном суточном цикле освещения и свободном досту-
пе к воде и пище. Животных анестезировали калип-солом (150 мг/кг) или нембуталом (40 мг/кг) интрапе-ритонеально и помещали в стереотаксис Мещерского. Скальпирование проводили под дополнительной новокаиновой блокадой (2%, 1 см3, подкожно) с сохранением всех вибрисс. Ориентацию головы, разметку и сверление трепанационных отверстий под электроды определяли согласно координатам стереотаксического атласа [9]. Биполярные стимулирующие и регистрирующие электроды изготавливали скручиванием двух отрезков нихро-мовой проволоки (100 мкм) в заводской изоляции и припаивали к отдельным контактам. Кончик биполярного электрода срезали под углом 45 град. Отрезок проволоки толщиной 200 мкм из нержавеющей стали использовали в качестве электрода заземления.
Стимулирующие электроды устанавливали позади области регистрации по ходу коллатералей Шаффера, что позволило избежать повреждения волокон, идущих к полю CA1.
Первый стимулирующий электрод вживляли в коллатерали Шаффера левого полушария по координатам AP = -3.0; L = 3.0; H = 3.4 и фиксировали к кости зуботехническим цементом. Регистрирующий электрод вводили в поле CA1 ипсилатерально (AP = -2.7; L = 1.5; H = 2.5-3.2) по регистрируемому ответу. Электрод фиксировали на глубине, где одиночный импульс тока, приложенный к стимулирующему электроду, вызывал в CA1 ответ наибольшей амплитуды. Второй биполярный стимулирующий электрод вживляли контралатерально и симметрично относительно первого стимулирующего электрода (AP= -3.0; L = 3.0; H = 2.6-3.6) по регистрируемому ответу и фиксировали на глубине, где ток, приложенный к данному электроду, вызывал в поле CA1 наибольший ответ.
Биполярные электроды вводили также в дор-зальные ядра шва (AP = -7.0; L = 0.3; H = 8.5) и латеральный гипоталамус (ориентация головы горизонтальная; AP= -3.5; L = 1.5; H = 8.0).
Через 3 сут после операции животное помещали в плексигласовый ящик размером 30 х 30 х 40 см, стоящий в звуко- и светоизолирующей экспериментальной камере. Миниатюрный предусилитель с гибким кабелем подключали к одному из регистрирующих электродов. После отсечения постоянной составляющей сигнал подавали на усилитель УБФ-4. Усиленные и отфильтрованные сигналы (полоса пропускания 0.5-10000 Гц) подавали на вход аналого-цифрового преобразователя (L-100 CARD, Москва) персонального компьютера IBM PC AT-286. Стимуляцию током осуществляли с помощью стимулятора (разработан Ю.В. Райгород-ским), управляемого от компьютера. Ввод данных, управление экспериментом и статистическую обработку осуществляли с использованием программы MAIN (автор - Ю.В. Райгородский).
При предварительном тестировании подбирали параметры тока, вызывающего максимальный по амплитуде вызванный потенциал (ВП) в поле СА1, и ток компенсации артефакта. После этого ток уменьшали, чтобы амплитуда ВП составляла приблизительно 40% от максимума; такую стимуляцию использовали в качестве тестирующей. Параметры тестирующей стимуляции составляли: амплитуда 65-300 мкА, длительность импульса 65-100 мкс. Ипси- и контралатеральные входы стимулировали отдельно. Тестирование состояло из предъявления по одному из стимулируемых входов 10 одиночных импульсов тестирующего тока, следующих с псевдослучайным интервалом 15-25 с. ВП усредняли по 10 предъявлениям и вычисляли его латентность, усредненную амплитуду, тангенс угла наклона переднего фронта и вариабельность перечисленных параметров. Достоверность различий усредненных характеристик ВП оценивали по критерию Стьюдента.
Стимуляцию по второму входу осуществляли немедленно по окончании стимуляции по первому входу. Тестирование проводили с интервалом от 10 мин до 1 ч для каждого входа. Для тетанизации использовали высокочастотную стимуляцию (400 Гц, 100 мкс, 100 импульсов), амплитуда импульсов составляла 100-20
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.