научная статья по теме ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРНОЙ СТИМУЛЯЦИИ КОЛЛАТЕРАЛЕЙ ШАФФЕРА ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАМКЕРГИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПРИ ЭКСТРАКЛЕТОЧНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ФОКАЛЬНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА Биология

Текст научной статьи на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРНОЙ СТИМУЛЯЦИИ КОЛЛАТЕРАЛЕЙ ШАФФЕРА ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАМКЕРГИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПРИ ЭКСТРАКЛЕТОЧНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ФОКАЛЬНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА»

ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2015, том 65, № 2, с. 131-138

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 612.812.6

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРНОЙ СТИМУЛЯЦИИ КОЛЛАТЕРАЛЕЙ ШАФФЕРА ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАМКЕРГИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПРИ ЭКСТРАКЛЕТОЧНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ФОКАЛЬНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА

© 2015 г. И. В. Кудряшова

Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, e-mail: iv_kudryashova@mail.ru Поступила в редакцию 13.10.2014 г. Принята в печать 22.12.2014 г.

Пресинаптическая фасилитация (PPF) является не единственным механизмом, определяющим величину реакции нейронов на парную стимуляцию. При достаточно коротких межсти-мульных интервалах постсинаптическая реакция в поле СА1 развивается на фоне генерируемого первым сигналом ТПСП, сокращая прирост, иногда вплоть до парной депрессии. Это свойство можно использовать для количественного определения эффективности ГАМК-ергического торможения в гиппокампе крыс. Разные методы сравнения парной пластичности были проанализированы с точки зрения возможности их применения для количественного определения эффективности ГАМКа торможения при экстраклеточной регистрации фокальных потенциалов в поле СА1 переживающих срезов гиппокампа крыс. Тестирование электрофизиологических показателей производили парными стимулами разной интенсивности, чередуя межсти-мульные интервалы 70 и 15 мс. При слабой интенсивности тестирующего раздражения парная фасилитация (PPF) была достоверно больше при коротких межстимульных интервалах, что может объясняться экспоненциальным затуханием Ca2+ сигнала. Увеличение интенсивности тестирующего раздражения приводило к подавлению PPF15 относительно PPF70, иногда это приводило к парной депрессии. Разница амплитуд вторых в паре ответов (А215—А270) в зависимости от интенсивности раздражения соответствовала линейной аппроксимации с отрицательным градиентом, величина которого достоверно уменьшалась на фоне бикуклина, что подтверждает участие тормозных синапсов. Предполагается, что соответствующие коэффициенты могут быть использованы в качестве меры средней эффективности ГАМКа торможения при исследовании динамики текущих модификаций в течение достаточно длительного времени.

Ключевые слова: гиппокамп, популяционный спайк, парная фасилитация, парная депрессия, ГАМКа торможение.

Application of Paired-Pulse Stimulation for the Measurement of Inhibitory Transmission from the Hippocampal СА1 Field Potentials

I. V. Kudryashova

Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS, Moscow, Russia, iv_kudryashova@mail.ru

Short-term modifications of postsynaptic responses to paired-pulse stimulation depend not only on presynaptic facilitation. IPSP generated immediately after EPSP in response to the first stimulus is superimposed to synaptic facilitation, decreasing PPF at the shortest interpulse intervals or even producing paired-pulse depression. This effect can be used to measure the efficacy of inhibitory transmission specifically in the hippocampal CA1 area. Comparison of paired-pulse ratio was performed by different methods for the better extraction of GABAa IPSP involvement into CA1 field potentials of the rat hippocampal slices. Paired-pulse stimuli were delivered with the set of different stimulus intensity and two interpulse intervals — 70 and 15 ms. PPF changes in accordance with exponential decrease of presynap-

tic residual calcium were observed mainly at low stimuli intensities, but more intensive activation suppressed PPF15 relative to PPF70, sometimes up to paired-pulse depression. The difference of the second in pair amplitudes (A215—A270) upon stimulus intensity corresponded to linear function with a negative slope. The negativity disappeared after bicuculline treatment, suggesting the involvement of GABAa inhibition. Therefore individual gradients of these functions can be considered as the coefficients of inhibition to measure its modifications in on-line regime.

Keywords: hippocamp, population spike, paired-pulse facilitation, paired-pulse depression, GaABAA inhibition. DOI: 10.7868/S0044467715020070

Следовые изменения, возникающие при активации синапсов, лежат в основе кратковременных модификаций эффективности проведения поступающих на этом фоне сигналов [Huang et al., 2007; Xu et al., 2007; Zucker, Regehr, 2002]. Согласно гипотезе остаточного Ca2+ при повторной активации с достаточно коротким межстимульным интервалом усиливается высвобождение медиатора, что приводит к фасилитации (PPF) постсинапти-ческого ВПСП [Burnashev, Rozov, 2005; Mo-chida, 2011; Neher, Sakaba, 2008; Scullin et al., 2012].

Несмотря на максимальное содержание остаточного кальция, при самых коротких межстимульных интервалах многие синапсы демонстрируют подавление парной фасили-тации, нередко переходящие в депрессию [Dittman et al., 2000]. Ослабление парных импульсов наблюдается обычно при самых коротких интервалах времени между ними (меньше 20—40 мс). Это, по-видимому, больше, чем требуется для предполагаемой в качестве одного из механизмов рефрактерной инактивации пресинаптических каналов [Huang et al., 2007; Sippy et al., 2003; Zucker, Regehr, 2002]. Маловероятно также, чтобы одиночный импульс мог приводить к существенному истощению запасов медиатора низкоэффективных синапсов. Об этом свидетельствует и более быстрая кинетика восстановления после депрессии [Sun et al., 2005].

В пирамидных нейронах поля СА1 в ответ на стимуляцию коллатералей Шаффера регистрируется сложный постсинаптический потенциал, который состоит из первоначального ВПСП, на фоне которого развивается более поздний ТПСП [Freund, Buzsaki, 1996]. За счет этого существенно снижаются постси-наптические проявления парной фасилита-ции и могут, в зависимости от интенсивности торможения, переходить в парную депрессию [Saliba et al., 2007; Saraga et al., 2008]. Это

свойство можно использовать для количественного определения эффективности ГАМК-ергического торможения в гиппокампе.

С этой целью предполагалось подобрать метод сравнения парной фасилитации при соответствующих межстимульных интервалах, наиболее эффективный для создания критерия оценки эффективности ГАМКа торможения.

МЕТОДИКА

Электрофизиологические эксперименты проводили на переживающих срезах гиппо-кампа крыс Вистар месячного возраста (24— 33 постнатальные дни). Состав перфузион-ной среды (мМ): NaCl 124; KCl 5; MgSO4 ■ ■ 7H2O 1.3; CaCl2 2.5; NaH2PO4 1; NaHCO3 26; D-глюкоза — 10; карбоген — 95% O2 и 5% CO2; pH 7.3—7.4, температура 34°С. Регистрацию суммарной электрической активности из пирамидного слоя проводили в поле СА1 стеклянным микроэлектродом, заполненным 0.33 M раствором хлористого натрия. Раздражающие биполярные электроды устанавливали в радиальном слое на коллатерали Шаффера. Тестирование электрофизиологических показателей производили каждые 30 с парными стимулами, чередуя межстимульные интервалы 70 и 15 мс. При этом интенсивность тестирующего раздражения изменяли в диапазоне 1—14 В. Такой режим тестирования позволил получить экспериментальный материал для анализа кратковременных модификаций свойств передаточной функции при разных межстимульных интервалах. В некоторых срезах (n = 11) производили повторное тестирование на фоне бикукулина (10 цМ).

Измеряли амплитуду популяционного спайка и уровень фасилитации при парной стимуляции (PPF). Последний определяли как отношение амплитуды второго ответа к амплитуде первого (А2/Ах). Дальнейшая обработка включала сравнение парной фасили-

тации при одной и той же интенсивности тестирующего раздражения, но с разными меж-стимульными интервалами. Дополнительно вычисляли также различия между амплитудами вторых ответов в зависимости от уровня исходной активности. При определении различий между амплитудами вторых ответов учитывали фактор спонтанной и индуцированной стимуляцией вариабельности исходных амплитуд. Для определения коэффициентов, характеризующих эффективность тормозных влияний, анализировали зависимость этих величин от интенсивности тестирующего раздражения. В частности, оценивали соответствие функции линейной аппроксимации. Сравнивали градиенты функций аппроксимации до и на фоне бикукулина. Коэффициенты этой функции определяли для каждого среза в отдельности. Достоверность эффектов бикукулина оценивали с помощью ANOVA (Repeated measures) и t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В предварительных экспериментах было обнаружено, что процесс затухания парной фасилитации при увеличении межстимуль-ного интервала не всегда полностью соответствовал экспоненциальному закону. Так, при сокращении межстимульных интервалов (не более 35 мс) прирост амплитуды ответа при парной стимуляции с интенсивностью раздражения, соответствующей половине максимальной амплитуды первого ответа, чаще всего оказывался меньше ожидаемого, а при измерении амплитуды популяционного спайка фасилитация в некоторых экспериментах даже сменялась парной депрессией (например, рис. 1, А). На рис. 1, Б показано, как меняется величина PPF в зависимости от длительности межстимульного интервала. В соответствии с этими данными, для упрощения схемы эксперимента в дальнейшем были использованы два межстимульных интервала — 15 и 70 мс.

Парная депрессия при 15-миллисекунд-ном межстимульном интервале наблюдалась в 7 из 25 срезов. Еще в 15 срезах фасилитация была меньше при более коротких межсти-мульных интервалах, что, исходя из гипотезы "остаточного кальция", можно объяснить влиянием возвратного ТПСП. Остальные 3 среза имели более высокую фасилитацию при коротких межстимульных интервалах, как это наблюдается, например, на фоне бло-

А

70 мс

15 мс

PPF

Б

20 60 100 140 180 Межстимульный интервал, мс

Рис. 1. Подавление парной фасилитации при коротких межстимульных интервалах. A: Пример реакции одного и того же среза на парную стимуляцию с межстимульными интервалами 70 и 15 мс. На верхней иллюстрации для наглядности часть записи перед началом второго стимула удалена. Б: Средняя величина PPF в зависимости от длительности ме

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»