ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 1, с. 80-85
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.821+612.821.8
МЕХАНИЗМЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ HELIX LUCORUM L.: ДАННЫЕ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК СЕТЧАТКИ
© 2007 г. А. М. Черноризов, М. М. Зимачев, Е. Д. Шехтер, А. В. Гарусев
Кафедра психофизиологии Московского государственного университета
им. М.В. Ломоносова, e-mail: amchern53@mail.ru Поступила в редакцию 06.07.2006 г. Принята в печать 09.11.2006 г.
Данные внутриклеточного исследования сетчатки глаза улитки Helix lucorum L. свидетельствуют о существовании там двух типов клеток, реагирующих на вспышки белого света тонической деполяризацией (клетки Д-типа) или же тонической гиперполяризацией (клетки Г-типа). Пики функций спектральных реакций клеток обоих типов (465-500 нм) совпадают с пиком спектральной чувствительности родопсина. Обнаруженные типы клеток рассматриваются как аналоги нейронов B- и D-типов зрительной системы позвоночных.
Ключевые слова: моллюск, сетчатка, ахроматическое зрение, B- и D-нейроны.
Mechanisms of Achromatic Vision in Snail Helix lucorum L.: Intracellular Study of Light-Sensitive Cells in Retina
A. M. Chernorizov, M. M. Zimachev, E. D. Shekhter, A. V. Garusev
Department of Psychophysiology, Lomonosov State University, Moscow, e-mail: amchern53@mail.ru
Intracellular study of the eye of land snail Helix lucorum L. demonstrated two types of visual cells responding to flashes of white light by slow sustained depolarization (D - type) and by slow sustained hy-perpolarization (H - type). Peaks of spectral sensitivity of both types at 465-500 nm coincide with the peak of spectral sensitivity of photopigment 'rhodopsin'. The revealed D- and H - cells in the snail retina are considered as analogous of B- and D - cells, respectively, in the vertebrate visual system.
Key words: mollusk, retina, achromatic vision, B- and D-cells.
В опытах с регистрацией электроретино-граммы (ЭРГ) на световые стимулы разных длин волн и интенсивности показано, что зрение улитки является монохроматическим и определяется активностью светочувствительного пигмента родопсина [4, 9]. В сетчатке позвоночных животных, включая человека, родопсин содержится в так называемых рецепторах ночного (ахроматического, нецветового) зрения - палочковых фоторецепторах (палочках). В этой связи монохроматическое зрение улитки может рассматриваться как своеобразный аналог в системе беспозвоночных такой формы полного выпадения цветового (кол-бочкового) зрения у позвоночных, как "палоч-
ковая монохромазия", и служить "простой" нервной моделью для экспериментального изучения нейронных механизмов кодирования яркости (изолированно от механизмов кодирования цвета). У позвоночных кодирование яркости реализуется (начиная с сетчатки) нейронами В- и D-типов [8, 14], входящих в состав так называемой магноцеллюлярной системы [3, 4]. Возникает вопрос о том, как организованы нейронные механизмы ахроматического зрения у беспозвоночных животных и, в частности, у виноградной улитки. В литературе отсутствуют данные о свойствах зрительных нейронов улитки, в связи с чем мы предприняли собственное внутриклеточное исследова-
ние светочувствительных клеток сетчатки глаза улитки Helix lucorum L. В настоящей работе описываются результаты этого исследования, свидетельствующие о наличии в сетчатке улитки двух типов светочувствительных клеток, представляющих собой аналоги "яр-костных" (B-типа) и "темновых" (D-типа) нейронов зрительной системы позвоночных животных.
МЕТОДИКА
Подготовка препарата. Опыты проводили на изолированном темноадаптированном глазном бокале при температуре 18-20°С. Доступ к сетчатке глаза осуществляли вскрытием передней (роговичной) оболочки глазного бокала и удалением хрусталика. Препарат размещался в специальной ванночке в экранированной светоизолированной камере. Для поддержания жизнеспособности препарата использовали стандартный физиологический раствор для холоднокровных животных (мМ): 80 NaCl, 4 KCl, 8 CaCl2, 5 MgCl2, 4 Tris-HCl (pH 7.8) [20].
Фотостимулятор. Стимулы. Для формирования световых стимулов использовался од-ноканальный фотостимулятор, который включал источник света (лампа с вольфрамовой нитью накаливания, 300 Вт) с блоком питания по постоянному току Б2-2, набор из 13 интерференционных и 8 нейтральных светофильтров, систему собирающих и фокусирующих линз. Интерференционные светофильтры, выравненные по квантовому выходу, позволяли изменять длину волны равноквантовых монохроматических излучений в диапазоне 400-800 нм с шагом 10-25 нм (ширина полупропускания фильтров 7-15 нм). Нейтральные светофильтры (отверстия концентрической формы разных диаметров) позволяли варьировать интенсивность света в пределах 0.0 —1.5 лог.ед с шагом 0.1-0.2 лог.ед. Максимальная интенсивность белого света (0.0 лог.ед.), измеренная на уровне препарата, составляла 5.0 х 105 эрг см-2 с-1. В качестве основных стимулов использовались диффузные вспышки белого света разной интенсивности и длительностью 1000 мс. Межсти-мульный интервал - 1-5 мин. Все калибровки оптических элементов фотостимулятора и выравнивание монохроматических излучений по квантовому потоку выполнялись с использованием компьютеризованного спектрофотометра S-2000 (WPI, Sarasota, США).
Регистрирующая аппаратура. Электроды. Внутриклеточную регистрацию клеток
сетчатки осуществляли с использованием стеклянных микроэлектродов с пучками микрокапилляров внутри. Сопротивление электродов, заполненных раствором цитрата калия (3М), составляло 20-40 МОм. В качестве индифферентного электрода использовали фитиль из ваты, погруженный в физиологический раствор. Введение микроэлектрода в сетчатку производили под углом ~45 град. с использованием блока шаговой подачи MS-314 (WPI, Sarasota, США). Величину шага импульсной подачи варьировали в пределах 1-3 мкм. Активный электрод через хлорсеребряный переходник подсоединяли к входу катодного повторителя микроэлектродного усилителя MEZ-8201 ("Nihon Kohden", Япония) с высокоомным входным сопротивлением 10 ГОм и линейной амплитудно-частотной характеристикой в диапазоне 0-20 кГц. Усиленный сигнал поступал на двухлучевой осциллограф VC-10 ("Nihon Kohden", Япония), полоса частот 0-1000 Гц, и оттуда - на 16-канальный аналого-цифровой преобразователь (частота опроса - 400 Гц) персональной ЭВМ IBM "Pentium-I", где осуществлялась запись биопотенциалов в память ЭВМ с помощью специализированной программы регистрации и анализа данных "Conan" [2].
Идентификация клеток. Для идентификации клеток сетчатки использовали электрофизиологические критерии и показатели реакций на свет. Момент вхождения электрода в клетку сопровождался характерным скачком мембранного потенциала, значения которого контролировались непрерывно в режиме on line с помощью микроэлектродного усилителя. Окончательную идентификацию (классификацию) клеток осуществляли по результатам анализа их реакций на световые стимулы.
Обработка и представление данным. Обработку первичных электрофизиологических данных проводили с помощью специализированной компьютерной программы "Conan" [2]. Стандартный статистический анализ данных и построение графиков производили с применением статистического пакета STATISTICA-5. Достоверность различий средних величин определяли с использованием непараметрического критерия Вилкоксона, который был выбран из-за небольшого числа экспериментальных данных и невозможности достоверной аппроксимации распределения этих данных функцией нормального распределения.
Рис. 1. Пример реакции Д-клетки на вспышку белого света. Длительность вспышки 1000 мс. По оси абсцисс - длительность световой стимуляции, мс; по оси ординат - амплитуда реакции, мВ. Стрелками обозначены моменты включения (стрелка вверх) и выключения (стрелка вниз) стимула.
Fig. 1. The response of D-cell to diffuse flash of white light. Axis X - duration of light stimulation, ms; axis Y - amplitude of response, mV. Duration of light flash 1000 ms. Onset of light stimuli - arrow upward, offset of light stimuli - arrow downward.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В 47 опытах на 58 животных внутриклеточно и, в отдельных случаях, экстраклеточно зарегистрированы реакции 53 клеток на вспышки белого света и равноквантовые монохроматические излучения разной интенсивности. В соответствии со знаком световых реакций (тоническая деполяризация/тоническая гиперполяризация) большая часть зарегистрированных нами клеток была поделена на две группы: клетки, деполяризующиеся светом (клетки Д-типа), и клетки, реагирующие на свет гиперполяризацией (клетки Г-типа). Ниже приводится описание свойств клеток Д- и Г-типов, а также других обнаруженных нами клеток сетчатки, не подпадающих под данную класси-фикацию.
1. Клетки Д-типа (n = 16)
1.1. Мембранный потенциал покоя ("тем-новой потенциал') у клеток этого типа варьировал в пределах -40.. .-70 мВ (среднее значение -59 ± 8 мВ). У некоторых клеток в фоне (до и после предъявления засвета) наблюдалась спайкоподобная активность, прерываемая деполяризационной реакцией на свет.
1.2. Свойства единичных реакций на вспышки белого света. Типичная деполяриза-ционная тоническая реакция на свет Д-клеток представлена на рис. 1. При наиболее часто используемых нами интенсивностях белого света (-0.4 — 0.7 лог.ед) максимальная амплитуда реакций Д-клеток варьировала в пределах 416 мВ (среднее значение 12 ± 4 мВ), а значения латентного периода и латентности пика - в пределах 200-400 мс (среднее значение 243 ± ± 52 мс) и 1200-1800 мс (среднее значение 1517 ± 213 мс) соответственно. Значения всех перечисленных параметров зависели от интенсивности света: при ее увеличении амплитуда ответа возрастала, а латентный период и латентность пика уменьшались. При этом заметно возрастала крутизна переднего фронта реакции, и лишь незначительно увеличивалась длительность заднего фронта реакции, характеризовавшая скорость возвращения мембранного потенциала к темновому уровню. Длительность всего ответа Д-клетки, рассчитываемая от момента подачи стимула до возвращения к потенциалу
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.