ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2014, том 64, № 1, с. 82-100
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.822.3
МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОЗАВИСИМОГО ВЛИЯНИЯ ПРЕФРОНТАЛЬНОЙ КОРЫ, ГИППОКАМПА И МИНДАЛИНЫ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ БАЗАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ И ВЫБОР ПОВЕДЕНИЯ
© 2014 г. И. Г. Силькис
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: isa-silkis@mail.ru Поступила в редакцию 04.03.2013 г.
Принята в печать 26.09.2013 г.
Предложен гипотетический механизм функционирования нейронных сетей, включающих лимбические структуры, новую кору и базальные ганглии. Гипотеза базируется на известных данных о том, что гиппокамп, миндалина и префронтальная кора взаимодействуют между собой, что входы из этих структур конвергируют на шипиковых нейронах прилежащего ядра, что эти входы организованы топически и могут модифицироваться. Поскольку ГАМКергические шипиковые клетки прилежащего ядра иннервируют нейроны выходных ядер базальных ганглиев, которые ингибирующе влияют на прохождение возбуждения через таламические ядра в лимбические структуры и в новую кору, от характера реакций шипиковых клеток существенно зависит степень активации нейронов указанных областей и, следовательно, выбор поведения. При одновременном срабатывании нейронов лимбической структуры и коры суммация возбуждения на шипиковых клетках и усиление их реакций в конечном счете приведет к повышению активности коры и усилению ее влияния на выбор поведения. При срабатывании двух структур с временным сдвигом возбуждение нейронов той структуры, которая первой была сильно активирована, может дополнительно увеличиться за счет растормаживания таламиче-ских ядер через базальные ганглии, тогда как активность нейронов другой структуры может подавляться, если реакции шипиковых клеток на поступающее от этой структуры возбуждение уменьшены. Такое уменьшение может являться следствием гетеросинаптической депрессии, в основе которой лежит потенциация эффективности возбудительных входов из разных структур, конвергирующих на тормозных интернейронах прилежащего ядра и базолатеральной миндалины. В результате выбор поведения будет определяться той структурой, которая была вовлечена в активность первой. Повреждение разных входов в прилежащее ядро из лимбических структур должно приводить к различным нарушениям поведения вследствие топической организации этих входов.
Ключевые слова: прилежащее ядро, шипиковые клетки, лимбические структуры, гетеросинапти-ческая депрессия, выбор поведения.
The Mechanisms of Interdependent Influence of Prefrontal Cortex, Hippocampus and Amygdala on the Basal Ganglia Functioning and Selection of Behaviour
I. G. Silkis
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: isa-silkis@mail.ru
The hypothetical mechanism of functioning of neural networks that include limbic structures, neocortex and basal ganglia is proposed. A hypothesis is based on known data that the hippocampus, amygdala and prefrontal cortex interreact with each other, that their efferents converge on spiny cells of nucleus accumbens, that these inputs are topically organised and could be modified. Since GABAergic spiny cells of nucleus accumbens innervate neurons in the output basal ganglia nuclei which inhibit excitatory transmission through the thalamic nuclei into limbic structures and neocortex, the degree of activation of neurones in mentioned structures and, hence, a behaviour selection essentially depends on the character of responses of spiny cells. A summation of excitation of spiny cells and amplification of their re-
sponses during simultaneous firing of neurons of a limbic structure and neocortex, ultimately will lead to rising in neocortical activity and increase of its influence on a behaviour selection. If two structures are excited with temporary shift, activation of neurons of that structure which has firstly been strongly excited can be additionally increased due to a disinhibition of thalamic nuclei through the basal ganglia, whereas activity of neurons in other structure can be depressed if responses of spiny cells evoked by excitation arriving from this structure are decreased. Such suppression can be a consequence of heterosyn-aptic depression which is based on potentiation of efficacy of excitatory inputs from the different structures converging on inhibitory interneurons in the nucleus accumbens and basolateral amygdala. As a result, the behaviour choice will be determined by that structure which has been involved in activity firstly. A damage of different inputs into the nucleus accumbens from limbic structures must result in various behaviour disorders owing to the topical organisation of these inputs.
Keywords: nucleus accumbens, spiny cells, limbic structures, heterosynaptic depression, behaviour selection. DOI: 10.7868/S0044467714010110
Участие базальных ганглиев (БГ) в различных видах поведения исследуется в течение многих лет [Шуваев, Суворов, 2001]. К настоящему времени накоплены экспериментальные данные об участии нейронных сетей, включающих БГ, новую кору, гиппокамп и миндалину, в поведении, направленном на поиск и получение подкрепления (например, пищи или наркотических веществ). Полагают, что фундаментальную роль в таком целенаправленном поведении может играть динамическое взаимодействие между вентральной частью гиппокампа, префронтальной корой (ПфК), базолатеральной миндалиной (БЛМ, basolateral amygdala) и вентральной частью стриатума, называемой прилежащим ядром (ПЯ, nucleus accumbens), которая является входной структурой вентральной части БГ. Вход из вентрального гиппокампа обеспечивает поступление информации о контексте и пространстве, от БЛМ поступает эмоционально важная информация, а ПфК обеспечивает интегративное влияние на целенаправленное поведение [Sesack, Grace, 2010]. Поскольку в пределах ПЯ имеются области, в которых перекрываются лимбические афферентные волокна и волокна, исходящие из гиппокампа (субикулюма) и миндалины, предполагают, что они играют роль в такой парадигме, как обусловленный выбор места [French, Totterdell, 2003]. Вклад возбудительных входов из разных структур в ПЯ на выбор поведения, направленного на получение подкрепления, исследовался многими авторами [Britt et al., 2012]. Показано, что если животным давали возможность, они сами стимулировали входы в ПЯ из БЛМ или из вентрального гиппокампа. Эти данные указывают на то, что усиление поведенческой активности является следствием поступления сильного
возбудительного драйва из БЛМ на нейроны ПЯ. Однако животные не осуществляли самостимуляцию входа из мПфК в ПЯ. Этот факт объясняют недостаточной эффективностью входа из мПфК для возбуждения клеток ПЯ [Britt et al., 2012]. Повреждение входа из БЛМ в ПЯ или повреждение этих структур приводило к тому, что невозможно было выработать условный рефлекс на мотивационно значимый стимул [Setlow, Holland, Gallagher, 2002]. Хотя активация каждого из путей приводит к усилению инструментального поведения, избирательная активация различных глутаматергических входов в ПЯ приводит к различным поведенческим реакциям. Характер реакции зависит от вида воздействия. Например, в экспериментах in vivo показано, что разнонаправленные воздействия на вход из вентрального гиппокампа в медиальную часть раковины ПЯ могут либо усилить, либо ослабить локомоции, вызванные кокаином [Britt et al., 2012]. Повреждение ПЯ приводит к нарушению поведенческой реакции в радиальном лабиринте [Альбертин, 2002]. С учетом данных о том, что волокна, исходящие из ПфК, гиппокампа и миндалины, конвергируют на нейронах ПЯ, это ядро рассматривают как лимбико-моторный интерфейс. Примечательно, что характер взаимодействия различных структур коррелирует с типом поведения. Так, показано, что нейроны сердцевины ПЯ срабатывают синхронно с нейронами гиппокампа при пространственном поисковом поведении, но когда животное должно нажать на педаль, нейроны сердцевины ПЯ срабатывают синхронно с нейронами ПфК [Gruber, Hussain, O'Donnell, 2009].
Существенное модулирующее действие на функционирование ПЯ оказывает дофамин, поступающий из вентрального тегменталь-
ного поля [Sesack, Grace, 2010]. Ранее нами был предложен гипотетический механизм участия дофамина и нейронной цепи кора— базальные ганглии—таламус—кора (К—БГ— Т—К) в условнорефлекторном выборе двигательной активности [Силькис, 2004; Silkis, 2001]. Выбор движения определяется теми нейронами коры, чья активность увеличивается вследствие циркуляции возбуждения в нейронной цепи ПфК—субталамическое ядро—педункулопонтийное ядро—таламус—кора (рис. 1 и 2), причем это возбуждение находится под тормозным контролем со стороны БГ [Силькис, 2011]. Базальные ганглии влияют на возбуждение коры потому, что ГАМ-Кергические нейроны выходных ядер БГ оказывают тоническое ингибирующее действие на нейроны педункулопонтийного ядра и таламуса (рис. 1). Растормаживание тала-мических ядер через замкнутые цепи К—БГ— Т—К должно способствовать возбуждению коры [Силькис, 2001].
Следует отметить важность того, в какой последовательности возбуждение из разных структур поступает на нейроны ПЯ. Например, поступление сигналов из гиппокампа способствует прохождению через ПЯ следующего за ним сигнала из новой коры, а поступление сигналов из коры, наоборот, подавляет реакции нейронов ПЯ на стимуляцию лимбических структур. Активация БЛМ, предшествующая активации гиппокампа, вызывает в медиальной части ПЯ усиление ответа на стимуляцию гиппокампа, тогда как стимуляция гиппокампа, предшествующая стимуляции миндалины (обратный порядок), вызывает ослабление ответов шипико-вых нейронов ПЯ на стимуляцию миндалины [Mulder et al., 1998]. Очевидно, что зависящий от времени вовлечения характер влияния миндалины и гиппокампа на реакции нейронов ПЯ следует принимать во внимание при интерпретации поведенческих феноменов, особенно в связи с кажущимися противоречивыми влияниями, оказываемыми этими структурами на обучение месту (place learning.). Однако механизмы влияний разных структур на нейроны ПЯ недостат
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.