научная статья по теме НЕЙРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА СЛУХОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ В ГЛУБОКОЙ ЗОНЕ ВЕРХНЕГО ДВУХОЛМИЯ СРЕДНЕГО МОЗГА КРЫСЫ Биология

Текст научной статьи на тему «НЕЙРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА СЛУХОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ В ГЛУБОКОЙ ЗОНЕ ВЕРХНЕГО ДВУХОЛМИЯ СРЕДНЕГО МОЗГА КРЫСЫ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2004, том 18, № 3, с. 211-217

ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ И ЦЕНТРАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СЛУХА

УДК 612.014.48:612.822:577.15

НЕЙРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА СЛУХОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ В ГЛУБОКОЙ ЗОНЕ ВЕРХНЕГО ДВУХОЛМИЯ СРЕДНЕГО МОЗГА КРЫСЫ

© 2004 г. Е. И. Краснощёкова, Л. А. Ткаченко, А. С. Самарина

Санкт-Петербургский Государственный университет, НИИ Физиологии им. A.A. Ухтомского 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 Поступила в редакцию 22.03.2004 г.

В настоящей работе проведено комплексное нейрогистологическое исследование представительства кортиева органа в глубокой зоне верхнего двухолмия мозга крысы с применением гистохимического метода выявления цитохромоксидазы (ЦО), импрегнационного метода, окрашивания по Нис-слю и компьютерной обработки полученного материала. При сравнительном гистохимическом исследовании реактивности цитохромоксидазы в глубокой зоне верхнего двухолмия (ВД) интактных лабораторных крыс и у животных с односторонне разрушенной улиткой внутреннего уха отмечено билатеральное изменение распределения фермента в ВД последних в виде чередующихся колонок низкой и высокой ЦО-реактивности. Построение графиков оптической плотности подтвердило визуальные наблюдения. Изучение цитоархитектоники, нейронного состава и пространственная реконструкция клеточных комплексов свидетельствуют об упорядоченной модульной организации глубокой зоны ВД. Проведено сопоставление модульной организации ВД и выявленных колонок гетерогенной ЦО-реактивности, указывающих на характер организации представительства слуховых рецепторов.

Ключевые слова: верхнее двухолмие, слуховые входы, колонки, разрушение улитки внутреннего уха.

ВВЕДЕНИЕ

Верхнее двухолмие (ВД) млекопитающих является важным отделом среднего мозга, на уровне которого зрительная, слуховая, вестибулярная и сенсомоторная информация интегрируется, трансформируется в моторные компоненты ориентировочной реакции (рефлекторный поворот головы, ушных раковин и глаз в направлении местонахождения сигнала) и обеспечивает локализацию источника сигнала в пространстве. По своим функциональным и морфологическим свойствам ВД делится на две зоны: слои, принимающие информацию от сетчатки (поверхностная зона) и интегративные слои (глубокая зона), получающие полимодальную информацию. Образующие глубокую зону клетки дают начало нескольким нисходящим моторным трактам, которые входят в состав медиального продольного пучка (Федорова, 1995). Именно на уровне глубокой зоны ВД генерируется ориентировочная реакция по направлению к источнику звука, в процессе оценки его положения в пространстве. Необходимым условием обеспечения такой реакции является наличие слуховых входов в ВД. В физиологических экспериментах реакция нейронов глубокой зоны

ВД на звуковые сигналы показана у кошки, морской свинки, хорька, мыши и других млекопитающих (Drager, Hubel, 1975; King, Palmer, 1983; King, Hutchings, 1989; Sterbing et al., 2002). У кошки выявлена упорядоченность расположения нейронов по критерию максимальной выраженности реакций, при локализации источника звука в пространстве (Куликов, 1989). Нейроны глубокой зоны ВД мозга хорька (животные находились в свободном звуковом поле), чувствительные к пространственному положению источника звука, реагируют на это положение в контрлатеральном квадранте (King, Hutchings, 1989). Подобные свойства нейронов ВД обусловливают формирование двумерных карт слухового пространства (King, Hutchings, 1989; King et al., 1998; Sterbing et al., 2002). Не известно, создается ли карта слухового пространства на уровне ВД или эта информация передается от других структур мозга, но, очевидно, что она является результатом интегративных процессов, происходящих в мозге. Есть данные, что топографическая карта частично формируется на уровне стволовых специфических центров слуховой системы и информация об этом поступает в ВД с упорядоченными проекциями от данных структур (King et al., 1998).

211

2*

Пространственно упорядоченная организация приходящих в BД афферентов, как от слуховых структур мозга, так и от других сенсорноспеци-фичных образований, показана неоднократно, в том числе и в наших опубликованных ранее исследованиях (Edvards et al., 1979; Kudo, Niimi, 1980; Kudo, 1981; Henkel, 1983; Cadusseau, Roger, 1985; Meredith, Clemo, 1989; Harting et al., 1992; King et al., 1998; Harting, Van Lieshout, 2000; Крас-нощёкова, Ткаченко, 2002). O6 организации нейронами BД пространственно упорядоченных комплексов свидетельствуют результаты исследований (Chevalier, Mana, 2000; Mana, Chevalier, 2001), согласно которым ацетилхолинэстеразо-пози-тивные (АХЭ) клетки и терминали формируют сотовидные модули на уровне глубокой зоны. Многочисленные экспериментально-морфологические и физиологические исследования указывают на упорядоченное представительство сетчатки в поверхностной зоне BД разных животных (Масс, Супин, 1985; Топорова и др., 1997). Прямых морфологических данных об упорядоченном представительстве рецепторов слуховой системы в BД в доступной нам литературе мы не обнаружили. Кроме того, в литературе отсутствуют сравнительные данные по цитоархитектонике, нейронному строению и организации представительства сенсорных рецепторов в глубокой зоне BД, которые позволили бы дать структурное обоснование механизму реализации согласованных ориентировочных движений головы, глаз и ушных раковин по направлению источника сенсорного сигнала. Задача настоящего исследования - изучение организации представительства слуховых рецепторов методом гистохимического выявления цитохромоксидазы (ñO-метод) в BД ин-тактной крысы и после одностороннего разрушения улитки внутреннего уха и особенностей пространственного расположения нейронных комплексов глубокой зоны BД.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Исследование было выполнено на четырнадцати белых беспородных крысах. Четырем животным проводили левостороннее разрушение улитки внутреннего уха. Экспериментальных крыс наркотизировали гексеналом из расчета 10 мг на 100 г веса животного, внутрибрюшинно. Oпepa-цию по разрушению улитки выполняли под операционным микроскопом МБС-2. Через наружный слуховой проход иглой разрушали барабанную перепонку, косточки среднего уха извлекали тонким пинцетом. Затем с помощью тонкого копья разрушали улитку. После операции животные жили 10-14 дней, после чего их наркотизировали гексеналом и перфузировали интракардиально фиксатором, состоящим из 0.4% параформальде-гида и 0.25% глютаральдегида на 0.1 М фосфат-

ном буфере (рН = 7.4). После этого извлекали мозг и проводили контроль полноты разрушения улитки. Также перфузировали и фиксировали мозг двух интактных животных. Фиксированный мозг пропитывали 30%-ным раствором сахарозы и изготавливали фронтальные криостатные срезы толщиной 40 мкм. С целью идентификации ци-тоархитектонических структур один из каждых двух срезов окрашивали крезиловым-фиолето-вым по методу Ниссля. Второй - обрабатывали на реактивность цитохромоксидазы (ЦО) по методу Вонг-Райли (Wong-Riley, 1979). Обработка контрольного и экспериментального материала шла параллельно.

Фронтальные срезы ВД, обработанные ЦО-методом, исследовали визуально под микроскопами МБС-1 и МБИ-2 на различных увеличениях для предварительной оценки динамики реактивности фермента ЦО и для сопоставления с цитоархи-тектоническими структурами на препаратах, окрашенных по методу Ниссля. Структуры среднего мозга идентифицировали по стереотаксическому атласу мозга белой крысы (Paxinas, Watson, 1982). Затем препараты были отсняты видеокамерой "Volcano DS 1316A/32 A Digital Cam", установленной на микроскопе "Биолам И", соединенной с компьютером на базе процессора "Celeron 300". Для измерения реактивности фермента по уровню оптической плотности проводили компьютерную обработку полученных изображений в программе "MATHCAD 7.0". В этой программе изображение представляется в виде матрицы, с содержащимися в ее ячейках числами от 0 (абсолютно черного, непрозрачного) до 255 (абсолютно белого, прозрачного). Оптическую плотность измеряли вдоль слоев ВД на разных ростро-каудальных уровнях структуры и на основании полученных данных в этой же программе строили графики оптической плотности.

Из мозга четырех интактных животных были сделаны серии непрерывных парафиновых горизонтальных срезов толщиной 12 мкм, окрашенных по методу Ниссля. На этих сериях проводили реконструкцию глубокой зоны ВД с помощью графического редактора Gimp. Срезы совмещали по найденным ранее ориентирам, которыми являлись сосуды, крупные клетки или небольшие трещины препарата. Трехмерная реконструкция проводилась по тем же совмещенным срезам с помощью пакетов программ: sEM, Align и IGL trace. Для изучения особенностей дендритных систем нейронов ВД были изготовлены фронтальные срезы среднего мозга четырех интактных животных, обработанные по методу Гольджи в модификации Бюбенета. Толщина срезов составляла 6080 мкм.

Средняя оптическая плотность 255.0

195.3

Средняя оптическая плотность 255.00

187.99

750 1500 мкм

Медиолатеральная протяженность глубокой зоны ВД

750 1500 мкм

Медиолатеральная протяженность глубокой зоны ВД

Рис. 1. Распределение ЦО-реактивности на фронтальном срезе мозга крысы на уровне верхнего двухолмия в норме (а) и после одностороннего разрушения улитки (б).

Графики оптической плотности глубокой зоны верхнего двухолмия интактной крысы (в) и после одностороннего разрушения улитки (г).

Стрелками указаны колонки высокой ЦО-реактивности. Римскими цифрами обозначены слои ВД. ПЗ - поверхностная зона ВД, ГЗ - глубокая зона ВД. Масштабная линейка - 500 мкм. На графиках оптической плотности по горизонтальной оси отмечена медиолатеральная протяженность глубокой зоны ВД в мкм, по вертикальной оси - значения оптической плотности.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На препаратах фронтальных срезов мозга крысы в норме, обработанных на ЦО-реактив-ность, на уровне ВД отмечено гетерогенное распределение цитохромоксидазы (рис. 1, а). Самой высокой ЦО-реактивностью отличаются зональный (I) и поверхностный серый (II) слои, которые на данных препаратах выглядят как один слой. Между поверхностным сер

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.

Показать целиком