ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.822.3+612.76
КОРРЕЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ СЕНСОМОТОРНОЙ И ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЫ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СКРЫТОГО ОЧАГА ВОЗБУЖДЕНИЯ (ОБОРОНИТЕЛЬНАЯ ДОМИНАНТА) В КОРКОВОМ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВЕ ПЕРЕДНЕЙ ЛАПЫ КРОЛИКОВ
© 2011 г. Н. Н. Карамышева, А. В. Богданов, А. Г. Галашина, Н. В. Пасикова, В. Н. Мац
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности
и нейрофизиологии РАН, Москва, e-mail: karam85@mail.ru Поступила в редакцию 10.12. 2009 г. Принята в печать 03.03.2010 г.
С использованием метода кросскорреляционного анализа исследовали взаимодействие нейронов сенсомоторной и зрительной коры у кроликов, в представительстве передней лапы которых был сформирован скрытый очаг возбуждения, а также роль нейронов сенсомоторной коры, ответивших на свет, в этом взаимодействии. Было показано, что у кроликов, в коре которых был сформирован скрытый очаг возбуждения, нейроны сенсомоторной коры, ответившие на световой стимул, достоверно чаще устанавливали корреляционные отношения с клетками зрительной коры, чем нейроны, на стимул не ответившие, а нейроны зрительной коры достоверно чаще образовывали корреляционные отношения с нейронами сенсомоторной коры, не ответившими на стимул.
Ключевые слова: конвергенция, мультинейронная активность, кролики, скрытый очаг возбуждения, полисенсорные области коры.
Correlation between Activities of Neurons of Sensorimotor and Visual Cortices after Forming a Hidden Focus of Excitation (Defensive Dominanta) in Cortical Representation of Forelimb in Rabbits
N. N. Karamysheva, А. V. Bogdanov, А. G. Galashina, N. V. Pasikova, V. N. Mats
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: karam85@mail.ru
The interaction between neurons of sensorimotor and visual cortices was investigated by cross-correlation analysis. In this interaction, we examined the role of sensorimotor neurons responding to light. In rabbits with a hidden focus of excitation, neurons of the sensorimotor cortex responding to light significantly more often formed correlation joints with cells of the visual cortex than neurons not responding to light. On the other hand, neurons of the visual cortex significantly more often formed correlation joints with neurons of the sen-sorimotor cortex not responding to light.
Keywords: convergence, multiunit activity, rabbits, hidden focus of excitation, polysensory cortex.
Несмотря на большое число работ, посвященных взаимодействию различных областей коры [10, 13, 23—27] и конвергенции афферен-тов разной модальности в корковых полисенсорных зонах [9, 16—18], сетевые нейронные отношения, обеспечивающие эти процессы, продолжают оставаться одним из наименее
изученных аспектов. Многочисленные исследования, проведенные еще в 60-х годах, показали, что у кроликов важным центром конвергенции является сенсомоторная кора [4, 15, 19]. После создания в этой области очага возбуждения изменения функционального состояния нейронов наблюдались как в самом очаге [2, 5],
67
5*
так и в корковом представительстве тестирующего его стимула [3, 13].
Считается, что при формировании очага возбуждения в двигательной зоне коры немаловажное значение имеют полисенсорные нейроны, реагирующие на неспецифические для данной области звуковые и световые стимулы [8]. Однако до сих пор не ясно, какую роль играют такие нейроны в происходящих сетевых перестройках. Целью данной работы является исследование сетевой активности нейронов сен-сомоторной коры, ответивших на свет, при формировании в этой области скрытого очага возбуждения (СОВ), тестируемого световыми стимулами.
МЕТОДИКА
Эксперименты проводили на шести бодрствующих кроликах (самцах) породы шиншилла массой 3—3.5 кг, нежестко зафиксированных в станке в естественной сидячей позе. Протоколы работы соответствовали требованиям Этической комиссии ИВНД и НФ РАН и международным правилам обращения с экспериментальными животными.
СОВ создавали ритмической электрокожной стимуляцией передней левой лапы кролика. Каждому животному предъявлялось 5—7 серий из 15 импульсов тока с межимпульсными интервалами 2 с и интервалами между сериями 2— 3 мин. Длительность импульсов составляла 0.2 мс. Сила тока была пороговой для вызова двигательной реакции и подбиралась для каждого кролика индивидуально. Движения передних лап регистрировали через накладные пьезо-элементы.
О наличии очага возбуждения судили по вздрагиваниям левой лапы в ответ на тестирующий (ранее индифферентный) световой стимул (правая лапа при этом оставалась неподвижной или вздрагивала менее выраженно) в 60% случаев его предъявления.
Тестирующим стимулом служил свет, подаваемый с плавно изменяющейся интенсивностью, от лампы накаливания (12 В, 15 Вт), питаемой постоянным током и расположенной над головой кролика, в условиях слабой освещенности экспериментальной камеры. Длительность стимула регулировалась произвольно и составляла 8—12 с.
Мультинейронную активность (МНА) регистрировали монополярно с помощью пластинок из семи склеенных в одной плоскости и об-
резанных под углом 35—45 град. нихромовых 50-микронных электродов в заводской изоляции (ПЭВХН-2, ГОСТ 85-98-69). Индифферентные электроды изготавливали из стальной проволоки диаметром 100 мкм.
В сенсомоторную кору пластину электродов имплантировали согласно стереотаксическим координатам AP 1—2, L 1—2 (представительство передней левой лапы у кролика). Для зрительной коры координаты определялись непосредственно перед операцией в пределах поля 17 по месту максимальной выраженности вызванного потенциала на вспышки света, подаваемые в правый глаз животного. Регистрацию МНА начинали на 2-3-й день после операции. В работе использовали четырехканальный усилитель с полосой пропускания в диапазоне от 400 Гц до 5 кГц.
У двух кроликов регистрировали МНА только до, а у двух — только после формирования СОВ. У двух животных активность оказалась достаточно стабильной, что позволило нам проанализировать ее как до, так и после создания в коре кроликов СОВ.
Сначала у каждого животного регистрировали МНА в состоянии спокойного бодрствования. Затем, для исследования реакции зарегистрированных нейронов на свет, животному на расстоянии примерно 30 см от глаз в условиях слабо освещенной камеры подавали 60 световых вспышек максимальной интенсивности (0.7 Вт/с) с интервалами 2—5 с (фотостимулятор FTS 21, Венгрия).
Момент подачи каждого стимула отмечался по 4-му каналу усилителя, а по 3 каналам шла непрерывная регистрация МНА.
С помощью программы Spike2 версия 5.09 (Copyright © Cambridge Electronic Design 1988— 2004) из МНА выделяли отдельные импульсные ряды, для которых строили перистимульные гистограммы (ПСГ) (суммированные по 60 стимулам) с шагами анализа от 5 до 20 мс и эпохой анализа 2 с (предстимульная часть — 0.5 с). По первым пикам или провалам на ПСГ (превышающим границы доверительного интервала 3 а при среднем наборе спайков N > 15 и выявляющимся при разных шагах анализа) определяли латентный период ответа нейрона на световые стимулы.
Из МНА, зарегистрированной в состоянии спокойного бодрствования в тот же день, в который животное тестировали на вспышки света, выделяли спайки тех же самых нейронов (по сохраненным эталонам), у которых иссле-
Таблица 1. Количество обнаруженных корреляций в активности нейронов внутри исследуемых областей коры и между ними у кроликов контрольной и экспериментальной групп. В скобках — процент относительно количества всех построенных для данных пар нейронов ККГ
Table 1. Quantity of correlations in neurons activity within investigated cortical areas in rabbits of the control and experimental groups. In brackets — percentage of all CCH examined for the given pairs of neurons
Количество обнаруженных корреляций в активности
Группы животных нейронов нейронов нейронов зрительной
зрительной коры сенсомоторной коры и сенсомоторной коры
Контрольная группа 16 (32.7%) 158 (30.4%) 107 (28.2%)
Экспериментальная группа 12 (31.6%) 65 (24.4%) 46 (25.6%)
Таблица 2. Корреляционные связи разного направления, обнаруженные между нейронами сенсомоторной коры, ответившими (отв.) и не ответившими (не отв.) на свет. В скобках — процент от количества построенных ККГ такого типа
Table 2. Correlation joints of different direction which have been found between neurons of sensorimotor cortex, that responded and no responded to the light. In brackets — percentage of all examined CCH each type
Направление корреляционной связи Контроль Опыт
нейрон, отв. на свет —»- нейрон, не отв. на свет 50 (40.3%) 18 (29.0%)
нейрон, не отв. на свет —»- нейрон, отв. на свет 39 (31.5%) 16 (25.8%)
нейрон, отв. на свет —»- нейрон, отв. на свет 37 (44.0%) 17 (44.7%)
нейрон, не отв. на свет —- нейрон, не отв. на свет 33 (23.9%) 14 (16.3%)
довали реакции на свет. Для выделенных импульсных рядов строили кросскорреляционные гистограммы (ККГ) с шагами анализа 0.5—2 мс и эпохой анализа 100 мс. О наличии корреляции в активности двух одновременно зарегистрированных нейронов судили по пикам, превышающим доверительный интервал 3 а при среднем наборе спайков N> 15. Нейроны, активность которых регистрировали под одним электродом, рассматривали как близлежащие, под разными электродами — как удаленные друг от друга.
В общей сложности в сенсомоторной коре была зарегистрирована активность 61 нейрона у четырех интактных кроликов и 43 нейронов у четырех кроликов, у которых в представительстве передней лапы был сформирован СОВ. В зрительной коре зарегистрировали активность 20 нейронов у четырех кроликов контрольной группы и 17 нейронов у четырех кроликов экспериментальной группы.
При статистической обработке полученных данных пользовались критериями Fisher exact (two-tailed), Chi-square и t-test (single sample) (STATISTICA 6.0).
После завершения экспериментов проводили морфологический контроль положения кончика электродной пластинки в сенсомоторной и зрительной областях коры.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В сенсомоторной коре интактных кроликов было обнаружено 44.3% нейронов, ответивших на
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.