ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2015, том 65, № 4, с. 456-470
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.822.3
ЛАТЕНТНОСТИ ПОВТОРНЫХ ОТВЕТОВ НА ОДИНОЧНУЮ СТИМУЛЯЦИЮ КОЛЛАТЕРАЛЕЙ ШАФФЕРА, РЕГИСТРИРУЕМЫХ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА У КРЫС ВО ВРЕМЯ СНА
© 2015 г. В. А. Зосимовский, В. А. Коршунов
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии, Москва e-mail: zosimov@ihna.ru; vkorshunov@ihna.ru Поступила в редакцию 23.10.2014 г.
Принята в печать 22.12.2014 г.
Полагают, что нейроны гиппокампа, активированные через неокортекс новым стимулом во время бодрствования и сохраняющие память о нем, должны повторно активироваться во время сна, чтобы в неокортексе сформировался соответствующий постоянный след памяти. В связи с этим мы исследовали возможность реверберации возбуждения в нейронных цепях, объединяющих гиппокамп и энторинальную кору. У спящих крыс в проксимальной части поля СА1 дорзального гиппокампа регистрировали двойные и тройные ответы на одиночную стимуляцию коллатералей Шаффера с предварительно потенцированными синапсами. Анализ латентных периодов повторных ответов позволил предположить, что волна возбуждения, инициированная в поле СА1 гиппокампа, возвращаясь из энторинальной коры в область регистрации в СА1 непосредственно, по волокнам перфорантного пути, и через поле СА2, может снова вызвать разряд нейронов СА1, но уже не тех, что были активированы первоначально при стимуляции коллатералей Шаффера. Таким образом, нейронные цепи, объединяющие гиппокамп и энторинальную кору, не обеспечивают реактивацию "обученных" нейронов в последующие периоды сна.
Ключевые слова: крысы, гиппокамп, коллатерали Шаффера, потенциация, СА1, энторинальная кора, СА2, реактивация нейронов, бодрствование и сон, память.
Latencies of Repeated Responses to Single Pulse Stimulation of the Schaffer Collaterals Registered in Hippocampal Field CA1 in Rats During Sleep
V. A. Zosimovskii, V. A. Korshunov
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow e-mail: zosimov@ihna.ru; vkorshunov@ihna.ru
It is assumed that hippocampal neurons which were activated via the neocortex by new stimulus during the wakefulness and after that maintain its transient memory trace must be reactivated during the sleep to consolidate corresponding permanent memory trace in the neocortex. So we investigated the possibility of reverberation of excitation in the neuronal circuits connecting the hippocampus and entorhinal cortex. In sleeping rats within proximal part of the field CA1 of dorsal hippocampus we recorded double and triple responses to single pulse stimulation of Schaffer collaterals with previously potentiated synapses. Analysis of latent periods of repeated responses permitted to assume that the wave of excitation that was initiated in the field CA1 and returned from the entorhinal cortex to the locus of registration in the CA1 directly via perforant path fibers or throw the field CA2, can evoke repeated discharge of neurons in the CA1 but not the same that were activated initially by stimulation of Schaffer collaterals. So the neuronal circuits connecting the hippocampus and entorhinal cortex don't maintain reactivation of "learned" neurons in following periods of sleep.
Keywords: rats, hippocampus, Schaffer collaterals, potentiation, CA1, entorhinal cortex, CA2, neuronal reactivation, wakefulness and sleep, memory.
DOI: 10.7868/S0044467715030144
Дорзальный гиппокамп играет важную роль в реализации мозгом функций обучения и памяти [Fanselow, Dong, 2010]. Полагают, что новый стимул, активируя через неокор-текс нейроны гиппокампа у бодрствующего животного, оставляет временный след в виде ансамбля нейронов с модифицированными синапсами. Реактивация этих нейронов в периоды сна обеспечивает формирование в не-окортексе соответствующего постоянного следа памяти [Buzsaki, 1989; Ribeiro, Nicolelis, 2004]. Информация из неокортекса поступает в зубчатую извилину (ЗИ), поля СА3—СА1 собственно гиппокампа и субикулум — структуры, составляющие гиппокампальную формацию (ГФ) — в основном через слои II—III энторинальной коры (ЭК). В неокортекс информация передается из поля СА1 гиппокампа и субикулума в основном через слои IV—VI ЭК [Witter et al., 2000]. Между нейронами слоев IV—VI и II—III ЭК существуют моноси-наптические возбуждающие связи [Barte -saghi, Gessi, 2003; Kloosterman et al., 2004; Van Haeften et al., 2003], которые в принципе позволяют выходящей из ГФ информации возвращаться в ГФ. Таким образом, одним из механизмов реактивации "обученных" нейронов гиппокампа в процессе консолидации памяти могла бы служить реверберация возбуждения в нейронных цепях, объединяющих ГФ и ЭК.
Волне возбуждения, покинувшей ГФ и прошедшей через слои IV—VI ЭК, преодолеть слои II—III ЭК мешают опережающие тормозные влияния из поля СА1 и субикулума [Gnatkovsky, de Curtis, 2006]. Однако она могла возвращаться в ГФ, если была вызвана на фоне развивающейся "острой волны" у ин-тактных крыс [Buzsaki, 1989], а также в условиях низкочастотной стимуляции, приводившей к фасилитации ответа в слоях II—III ЭК у анестезированных животных [Bartesaghi, Gessi, 2003; Kloosterman et al., 2004]. Мы наблюдали двойные ответы в поле СА1 дорзаль-ного гиппокампа на одиночную стимуляцию коллатералей Шаффера (КШ) у крыс во время бодрствования (после тетанизации КШ) и во время сна [Зосимовский и др., 2007; Зоси-мовский, Коршунов, 2009, 2010]. Тетаниза-ция КШ способствовала появлению в последующие периоды сна тройных ответов в СА1 [Зосимовский, Коршунов, 2010]. В настоящей работе мы анализировали латентные периоды повторных ответов, чтобы выяснить, предположительно по каким нейронным це-
пям распространяются волны возбуждения в системе ГФ-ЭК и являются ли эти цепи замкнутыми, чтобы за счет реверберации возбуждения обеспечить реактивацию первоначально активированных нейронов СА1.
МЕТОДИКА
Хронические эксперименты проведены на 20 свободно передвигавшихся крысах, взрослых самцах линии Вистар массой 300—500 г. Крыс содержали в отдельных клетках в условиях свободного доступа к воде и пище и 12-часового цикла чередования света и темноты. Все процедуры выполняли в соответствии с международными этическими нормами и положением Института ВНД и НФ о работе с животными. Перед хирургической операцией крыс анестезировали золетилом (Zoletil 100, VIRBAC S.A., Франция, 35 мг/кг внутри-брюшинно). Скальпирование и сверление в черепе отверстий под электроды проводили под дополнительной новокаиновой блокадой (2%-ный раствор, 1 см3 подкожно).
Применяли биполярные стимулирующие и монополярные регистрирующие электроды, изготовленные из двух скрученных, покрытых эмалью нихромовых проволок диаметром 0.08 мм с припаянными разъемами и обрезанными под углом 45° кончиками. Для регистрации использовали одну из проволок такого электрода. Заземляющим электродом служил кусок проволоки (нержавеющая сталь) диаметром 0.2 мм, вживленный в затылочную кость черепа крысы. Разъемы электродов фиксировали на черепе животного зу-ботехнической пластмассой.
Электрическую активность регистрировали в дорзальном гиппокампе крыс, в проксимальной части поля СА1, примыкающей к полю СА2, в пирамидном или радиальном слое СА1. Электроды вводили в левый гиппокамп (AP = -2.7; L = 1.5; H = 2.4-3.4 мм [Фифкова, Маршала, 1962]) или симметрично в оба гиппокампа (AP = -3.8; L = ±2.5; H = 2.5-3.2 мм). В первом случае стимулировали коллатерали Шаффера (КШ), в радиальном слое поля СА1 в симметричных точках ипси- и контралате-рального гиппокампа (AP = -3.0; L = ±3.0; H = 2.7-3.7 мм), а также вентральную гиппо-кампальную комиссуру (ВГК) (AP = -1.3; L = = -1.0; H = 3.2-4.3 мм). Во втором случае стимулировали дистальную часть поля СА3, примыкающую к СА2 (AP = -3.0; L = -1.9; H = 2.9-3.5 мм), и ВГК. Электроды вводили,
добиваясь максимального ответа в поле СА1 на стимуляцию КШ. Локализацию электродов уточняли гистологическими методами.
На время эксперимента крысу сажали в заземленную камеру, в прозрачный, открытый сверху ящик из плексигласа 30 х 30 х 40 см. Электроды подсоединяли к аппаратуре с помощью легкого гибкого кабеля, позволявшего крысе свободно передвигаться. Регистрирующий и заземляющий электроды через миниатюрный предварительный усилитель, располагавшийся около головы крысы, связывали со входом усилителя биопотенциалов УБФ4-03 (полоса пропускания 0.5—10000 Гц, Россия). Стимулирующие электроды через изолирующие приставки, помещенные внутри экспериментальной камеры, подключали к выходам многоканального стимулятора (Ин-т ВНД и НФ). Выход усилителя и входы стимулятора соединяли соответственно с аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователями на плате L-100 (L-CARD, Россия), вставленной в компьютер РС АТ-486. Обслуживание исследований обеспечивала программа для компьютера, разработанная авторами.
Опыты проводили в одной и той же обстановке и в одно и то же время суток в течение двух—трех недель. За 30—60 мин до начала измерений, продолжавшихся несколько часов, крысу помещали в камеру и подсоединяли вживленные в ее мозг электроды к соответствующей аппаратуре. Состояние крысы (бодрствование, сон) определяли визуально, через окно в камере, и по электроэнцефалограммам (ЭЭГ), записываемым в СА1. Тем же электродом в СА1 регистрировали популяци-онные возбуждающие постсинаптические потенциалы и спайки (пВПСП и пС), вы-
званные стимуляцией КШ монополярными прямоугольными импульсами тока амплитудой 0.03—0.30 мА и длительностью 0.1 мс. У бодрствовавшей крысы КШ тетанизировали серией из 100 импульсов тока, предъявляемых с частотой 100 Гц. Амплитуду импульсов в серии подбирали так, чтобы избежать возникновения эпилептической активности в гиппокампе. Тетанизацию использовали для изменения эффективности синаптических входов КШ-СА1 и для получения более сильных повторных ответов в СА1 в последующие периоды сна. Среднюю величину латентного периода ответа и стандартную ошибку среднего вычисляли по десяти реализациям, регистрируемым с интервалом не менее 10 с. Различия межд
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.