ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 5, с. 618-623
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ
УДК 612.821.6+612.822.3
ИЗМЕНЕНИЯ ОСЦИЛЛЯТОРНОЙ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ МЕДИАЛЬНОЙ СЕПТАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ У ЖИВОТНЫХ С МОДЕЛЬЮ ХРОНИЧЕСКОЙ ВИСОЧНОЙ ЭПИЛЕПСИИ
© 2007 г. А. Е. Мальков, Е. Н. Караваев, И. Ю. Попова, В. Ф. Кичигина
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино
e-mail: I-Yu-Popova@yandex.ru Поступила в редакцию 27.03.2007 Принята в печать 16.05.2007
Сравнительное исследование активности регистрируемых экстраклеточно нейронов в переживающих срезах медиальной септальной области у здоровых морских свинок и у животных с моделью хронической височной эпилепсии показало различия между ними по частоте и паттерну клеточных разрядов. В мозге с экспериментальной эпилепсией выявлено двукратное повышение общего уровня активности по сравнению с контрольным за счет возрастания частоты разрядов у нерегулярных и регулярных не-залповых нейронов. Обнаружено резкое (в 3 раза) возрастание числа клеток с ритмическими залповыми разрядами и изменение параметров залповой активности - как у нейронов с эндогенным (пейсмекерным) паттерном, так и у клеток, вторично вовлекаемых в ритмическую активность. Обсуждаются возможные механизмы наблюдаемых изменений. Полученные данные расширяют понимание процессов формирования патологической синхронизации при эпилепсии и могут способствовать созданию новых подходов к лечению этого заболевания.
Ключевые слова: септум, гиппокамп, тета-активность, эндогенные пейсмекеры, срезы мозга, модель хронической височной эпилепсии.
Alterations of the Oscillatory Activity of Neurons in the Medial Septal Area in the Animals with the Model of Chronic Temporal Lobe Epilepsy
A. E. Malkov, E. N. Karavaev, I. Yu. Popova, V. F. Kitchigina
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino
e-mail: I-Yu-Popova@yandex.ru
Comparative investigation of activity of medial septal neurons, which was performed by extracellular recordings in the brain slices of health guinea pigs and in such ones of animals with the model of chronic temporal lobe epilepsy, revealed the distinctions between them, concerning a neuronal frequency and pattern of discharges. In the epileptic brain, twofold increase of general level of activity was observed comparative to control one, owing to augmentation of frequency of discharges in non-regular and regular non-bursting neurons. Sharp increase (three times as much) of number of cells with rhythmic burst discharges and changing of parameters of burst activity were discovered, the letter both in the neurons with endogenous (pacemaker) pattern and in the cells secondary involved in the rhythmic activity. Possible mechanisms of these alterations are discussed. The present data advance the understanding of the processes of a pathological synchronization and may promote creation of new approaches to treatment this disease.
Key words: septum, hippocampus, theta activity, endogenous pacemakers, brain slices, model of chronic temporal lobe epilepsy.
Исследование механизмов развития височной эпилепсии - одного из наиболее распространенных и трудноизлечимых нейрологиче-ских заболеваний, до недавнего времени было сфокусировано на изучении свойств гиппокам-
па и энторинально-гиппокампальной сети. В последние годы внимание исследователей в этом аспекте начинает привлекать медиальная септальная область передне-базального мозга (МС). Эта область, являющаяся основным ис-
точником холинергических, ГАМКергических и глутаматергических афферентов гиппокампа [3, 6, 7, 12], в здоровом мозге модулирует его активность и возбудимость. Важная функция МС, в состав которой входят пейсмекерные залповые нейроны, состоит в организации гиппокам-пальных тета-осцилляций, участвующих в осуществлении процессов внимания и памяти (см. обзор [13]). Данные относительно участия МС в развитии эпилепсии пока немногочисленны и противоречивы: некоторые работы свидетельствуют о протекторной роли этой области мозга [10], другие указывают на ее повреждение в моделях височной эпилепсии [4.5], т.е. на вовлечение в патологический процесс. Кроме того, остается неизвестным характер осцилляторной активности в МС эпилептизированного мозга; исследования в этом направлении могут внести существенный вклад в выяснение механизмов формирования патологической синхронизации при височной эпилепсии. Цель настоящей работы состояла в сравнительном изучении нейронной активности МС в переживающих срезах мозга здоровых животных и животных с моделью хронической височной эпилепсии (МВЭ).
МЕТОДИКА
Все эксперименты проведены в соответствии с международными нормами этического обращения с животными (Ехрепепйа, 1995. 51: 1-5). Использовали две группы морских свинок (массой 600-700 г): контрольных (п = 5) и животных с МВЭ (п = 6). Модель височной эпилепсии создавали путем инъекции в вентральный гиппокамп каиновой кислоты (0.6 мкг/0.3 мкл), которая вызывала у животных эпилептический статус [2]. Поведенческие судороги спонтанно прекращались спустя 3-4 ч после инъекции. Для контроля процесса развития эпилепсии в поле СА1 гиппокампа имплантировали электрод для регистрации ЭЭГ. Животных с хронической эпилепсией, демонстрирующих высокоамплитудные судорожные разряды на ЭЭГ, брали в эксперимент через 3 мес. после эпилептического статуса. В срезах мозга проводили внеклеточную регистрацию спонтанной активности нейронов МС. Изготовление и инкубацию срезов проводили по стандартным методикам [11]. Животных декапитировали, головной мозг полностью выделяли, помещали на агар-агаровый блок и в охлажденном до 5°С оксиге-нированном инкубационном растворе с помощью вибротома готовили фронтальные срезы
толщиной 300 мкм, содержащие МС. После приготовления срезы инкубировали в термо-статируемой камере (30-31°С) в течение 1 ч, после чего начинали регистрировать электрическую активность нейронов МС. Скорость подачи раствора составляла 4 мл/мин. Инкубационный раствор содержал (мМ): 124 №С1, 5 КС1, 1.25 КН2Р04, 26 NaHCOз, 1.3 MgSO4, 2.4 СаС12, 10 глюкозы (рН 7.4). Инкубационный раствор с повышенным (до 8 мМ) содержанием Mg2SO4 и пониженным (до 0.2 мМ) содержанием СаС12 использовали для блокады синаптической передачи в срезах с целью выявления у нейронов эндогенного пейсмекерного потенциала. Уровень и паттерн активности нейронов оценивали при построении гистограмм межимпульсных интервалов с определением средней частоты и коэффициента вариации (Кв). Для анализа активности нейронов с ритмической залповой активностью строили автокорреляционные гистограммы и гистограммы спектральных плотностей; оценивали также частоту залпов, их длительность и число импульсов в залпе. Обработку записей и анализ нейронной активности проводили с помощью специально разработанной компьютерной программы, использующей алгоритм дисперсионного анализа ANOVA. Различия параметров активности нейронов у контрольных и эпилептизированных животных определяли с использованием критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В группе контрольных животных было зарегистрировано 43 спонтанно- активных нейрона МС. Средняя частота нейронных разрядов составляла 9.0 ± 0.96 имп/с. В зависимости от паттерна активности было выделено три группы нейронов: с одиночными регулярными, нерегулярными и ритмическими залповыми разрядами. Средняя частота активности в этих группах составляла 9.6 ± 1.2, 6.2 ± 1.3 и 15.4 ± ± 3.4 имп/с соответственно (рис. 1). Нейроны, обладающие одиночной регулярной активностью (п = 24, 55.8%), имели узкое гауссовское распределение межимпульсных интервалов, характеризующееся низким значением Кв < 0.4. Для нейронов с нерегулярным паттерном разрядов (п = 15, 34.9%) было характерно пуассо-новское распределение межспайковых интервалов с Кв > 0.5. Третья группа нейронов (п = 4, 9.3%) характеризовалась наличием ритмических залпов или групп разрядов, которые следовали с частотой от 0.2 до 4.3 Гц. Активность
А
34.9%
Контроль 9.3%
Эпилепсия
29.8%
25.5%
О
44.7%
залповая активность
регулярная активность
нерегулярная активность
Частота разрядов, имп/с 25
Б
20 15 10
Нконтроль
I I эпилепсия
*
Вся нейронная популяция
Регулярная активность
Нерегулярная активность
Залповая активность
Рис. 1. Активность нейронов медиальной септальной области в срезах мозга морских свинок с моделью хронической височной эпилепсии по сравнению с контрольными животными. А - процентное распределение клеток по паттерну активности, Б - изменения фоновой частоты разрядов у групп нейронов с разным паттерном активности; достоверность различий между двумя группами животных обозначена звездочкой (p < 0.05).
Fig. 1. Activity of neurons of medial septal area in the brain slices of epileptic guinea pigs compared to control animals. А - percentage of cells with different activity pattern , Б - changes of frequency of discharges in neurons groups with distinct activity pattern; significance of differences between two groups of animals is marked by asterisk (p < 0.05).
*
5
0
залповых нейронов описывалась бимодальной гистограммой межимпульсных интервалов. Наблюдалось два типа залповой активности, различающейся по ряду параметров (частота залпов, межзалповый интервал, число и частота импульсов внутри залпа): большинство нейронов (п = 3, 75%) разряжались короткими залпами с частотой 1.7 ± 0.2 Гц, а одна клетка (25%) имела очень медленную залповую активность с частотой 0.3 Гц. Детальные параметры залповой активности отражены на рис. 2. При блокаде синаптической передачи активность всех залповых клеток первого типа (п = 3) сохранялась, что указывает на эндогенную природу их разрядов, тогда как разряды нейрона, относившегося ко второму типу залповой активности, полностью подавлялись. Кроме того, часть нейронов с одиночными регулярными (п = 4) и нерегулярными (п = 3) разрядами переходила на залповый режим активности. Таким образом, общее число эндогенных залповых пей-
смекеров в МС в контрольной группе составляло 11 из 43 нейронов (25.6%).
В группе животных с МВЭ было зарегистрировано 47 сп
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.