ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2010, том 60, № 4, с. 474-485
= ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ =
УДК 612.577.3
ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ВОВЛЕЧЕНИЕ НЕЙРОМЕДИАТОРНЫХ СИСТЕМ МОЗЖЕЧКА В МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
ОБОРОНИТЕЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ
© 2010 г. З. И. Сторожева, А. Т. Прошин
Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт нормальной
физиологии им. П.К. Анохина РАМН, Москва, е-mail: storozheva_zi@mail.ru Поступила в редакцию 12.05.2009 г.
Принята в печать 26.10.2009 г.
Исследовано внеклеточное содержание нейромедиаторных аминокислот методом микродиализа, а также суммарный уровень серотонина и его метаболита 5-оксииндолуксусной кислоты (5-ОИУК) в черве мозжечка крыс на разных этапах формирования долговременного угашения акустической стартл-реакции и условного обстановочного замирания в стартл-камере до начала звуковой стимуляции. Показано, что через 10 мин после окончания обучения происходит возрастание содержания ГАМК и серотонина, а спустя 24 ч — повышение уровня глутамата и глицина, а также снижение содержания серотонина и 5-ОИУК в черве мозжечка. Выявлены положительные корреляции между уровнем ГАМК и глицина во время обучения и показателем формирования условного замирания, а также между уровнем глутамата во время тестирования и показателем угашения ориентировочной компоненты акустической стартл-реакции. Обнаружено, что аппликация на червь мозжечка до начала обучения антагониста N-метил-В-аспар-тат глутаматных рецепторов 2-амино-5-фосфовалериановой кислоты подавляет, а антагониста альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол пропионат рецепторов 6-циано-7-нитрохи-ноксалин-2,3-диона стимулирует долговременное привыкание ориентировочно-исследовательской составляющей акустической стартл-реакции. Антагонисты ГАМК-рецепторов бику-куллин и факлофен в тех же условиях подавляют долговременное угашение оборонительной составляющей акустической стартл-реакции и формирование условного обстановочного замирания. Антагонист серотониновых рецепторов ритансерин, апплицируемый на червь мозжечка до начала обучения, нарушает формирование долговременной памяти условного замирания и угашения оборонительной составляющей акустической стартл-реакции, а при введении за 1 ч до тестирования стимулирует угашение оборонительной составляющей акустической стартл-реакции. Полученные данные свидетельствуют, что с уровнем активности глутаматергических синаптических процессов в мозжечке связаны механизмы долговременного привыкания ориентировочной составляющей акустической стартл-реакции, в то время как серотонинергиче-ские терминали и ГАМК-ергические интернейроны вовлечены в процессы долговременного угашения оборонительного компонента акустической стартл-реакции и формирования условного обстановочного страха.
Ключевые слова: память, обучение, мозжечок, глутамат, аспартат, ГАМК, глицин, серотонин, акустическая стартл-реакция, условное замирание.
Selective Involvement of Cerebellar Neurotransmitter Systems in the Mechanisms of the Long-term Memory for Different Defensive Behavior Types
Z. I. Storozheva, A. T. Proshin
Anokhin Institute of Normal Physiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow,
е-mail: storozheva_zimail.ru
The extracellular level of neurotransmitter amino acids and total content of serotonin and its metabolite 5-HIAA were estimated by microdialysis in cerebellar vermis at different stages of habituation of the acoustic startle reaction (ASR) and conditioned freezing in a startle chamber prior to acoustic stimulation. An increase in GABA and serotonin levels was observed 10 min after training. Twenty four hours after training, glycine and glutamate levels increased, whereas serotonin and 5-HIAA contents decreased. Positive correlations were revealed between the GABA and glycine levels during training and
characteristics of the freezing behavior during testing. Glutamate level during the test session positively correlated with the index of long-term habituation of the ASR orienting component. NMDA receptor antagonist APV applied on cerebellar vermis before training suppressed, whereas AMPA receptor antagonist CNQX enhanced the long-term habituation of the ASR orienting component. Under the same conditions, GABA receptor antagonists bicuculline and phaclofen suppressed the long-term habituation of the defensive ASR component and formation of the conditioned freezing behavior. Applied before training 5-HT antagonist ritanserin impaired long-term habituation of defensive ASR component and formation of conditioned freezing behavior, but its application 1 h before testing enhanced the habituation of the defensive ASR component without any effect on conditioned fear. The results testify to the involvement of glutamatergic cerebellar system activity predominantly in long-term habituation of orienting ASR component and participation of GABA interneurons and serotoninergic projections to cerebellum in the mechanisms of the long-term habituation of the defensive ASR component and formation of conditioned freezing behavior.
Key words: memory, learning, cerebellum, glutamate, aspartate, GABA, glycine, serotonin, acoustic startle, conditioned freezing.
Вовлечение мозжечка в механизмы памяти и обучения, независимо от его участия в регуляции двигательной активности, убедительно показано в клинических и лабораторных исследованиях [1, 19]. Традиционно основной функцией мозжечка считалось запрещение ошибочных движений под инструктивным контролем со стороны других отделов мозга [8]. Однако в последнее время выдвинута концепция, предполагающая существование в мозжечке собственных внутренних моторной и ментальной моделей, кодируемых паттернами активности структурно -функциональных единиц коры мозжечка [9]. Сформулирована гипотеза о роли различных нейромедиаторных систем мозжечка в формировании и функциях внутренних моделей. Предполагается, что реакция на новый сигнал определяется эффективностью синапсов между мшистыми волокнами и клетками-зернами, фильтрация поступающей информации происходит при воздействии так называемого нейромодуляторного входа (холи-нергических и моноаминергических терми-налей), а взаимодействие ГАМКергической и серотонинергической систем обеспечивает формирование новой внутренней модели [20, 21]. Однако эти предположения базируются в основном на данных, полученных in vitro и результатах математического моделирования. При исследовании вовлечения отдельных нейромедиаторных систем мозжечка в когнитивные процессы in vivo целесообразным представляется использование моделей поведения, для которых сохранность функций мозжечка является принципиальной. Одной из таких моделей является долговре-
менное угашение акустической стартл-реак-ции (АСР) — генерализованной реакции организма на внезапный интенсивный стимул, обеспечивающей торможение текущей активности и активизацию сенсомоторного аппарата для сканирования обстановки и формирования специализированного оборонительного поведения (побежка, атака и т.д.) [10]. Показано также, что мозжечок вовлекается и в консолидацию долговременной памяти условного замирания, которое выполняет те же функции, что АСР [17].
Целью настоящей работы явилось изучение особенностей участия отдельных нейро-медиаторных систем мозжечка в процессах обучения и памяти при формировании различных видов оборонительного поведения. Было изучено внеклеточное содержание нейромедиаторных аминокислот, а также суммарное содержание серотонина и 5-оксиин-долуксусной кислоты (5-ОИУК) в черве мозжечка крыс на разных этапах формирования долговременной памяти угашения АСР и поведения замирания. Исследовано влияние антагонистов рецепторов глутамата, ГАМК и серотонина на процессы долговременной памяти этих форм поведения в условиях аппликации на червь мозжечка крыс.
МЕТОДИКА
Исследования проведены на 269 крысах-самцах линии Вистар массой 250—300 г, содержавшихся по три в клетке при температуре 24°С и световом цикле 12/12. Время проведения опытов с 11 : 00 до 15 : 00. Эксперименты проводились с соблюдением принципов
гуманности, изложенных в Директиве Европейского сообщества (86/609/ЕС).
Изучение кратковременного и долговременного привыкания АСР с одновременной регистрацией поведения замирания проводили в камере из плексигласа размером 15 х х 10 х 17 см, которую устанавливали на платформу, оснащенную тензодатчиком, соединенным с компьютером для фиксации амплитуды АСР. Подача звуковых стимулов осуществлялась усилителем мощности 100Y-101 (Россия) через динамик. Параметры звукового сигнала (широкополосный шум длительностью 500 мс и громкостью 110 дБ) контролировались персональным компьютером. Регистрацию времени замирания — полного отсутствия движения животного, включая движение вибрисс, — осуществляли визуально. За 24 ч до начала обучения крыс адаптировали к экспериментальной камере в течение 5 мин. В ходе сеанса обучения животных помещали в камеру и в течение 5 мин регистрировали реакцию замирания, затем предъявляли 10 звуковых стимулов с интервалом 20 с. Через 24 ч после обучения проводили сеанс тестирования долговременного угашения АСР и условного замирания по той же схеме. При анализе долговременного привыкания оценивали индекс спонтанного восстановления реакции — разность амплитуд последнего ответа в день обучения и первого ответа в день тестирования. Достоверное отрицательное значение индекса в группе указывает на нарушение долговременного привыкания. Для характеристики межгрупповых различий динамики АСР в течение сеансов угашения и тестирования проводили вычисление коэффициентов регрессии амплитуды реакции Sn от номера стимула N в уравнении Sn = A — — b • N при обучении (b1) и тестировании (b2) [13]. Кроме того, различия в динамике АСР между группами оценивали с помощью дисперсионного анализа с повторными измерениями (repeated measures ANOVA).
Определение внеклеточного содержания нейромедиаторных аминокислот проводили методом внутримозгового диализа на свобод-ноподвижных крысах (7 особей) через микродиализный U-образный зонд (мембрана типа AN-69, проницаемос
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.