ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2014, том 64, № 1, с. 77-81
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.821
ОПЫТ ПЕРВОГО, "ВИБРИССНОГО", НАВЫКА ВЛИЯЕТ НА ИНДУКЦИЮ ЭКСПРЕССИИ c-FOS В НЕЙРОНАХ БОЧОНКОВОГО ПОЛЯ СОМАТОСЕНСОРНОЙ КОРЫ КРЫС ПРИ ОБУЧЕНИИ ВТОРОМУ,
"НЕВИБРИССНОМУ", НАВЫКУ
© 2014 г. О. Е. Сварник1, К. В. Анохин2, Ю. И. Александров1
1Лаборатория психофизиологии им. В.Б. Швыркова Института психологии РАН, 2Отдел нейронаук, Курчатовский нано-био-инфо-когно-социогуманитарный (НБИКС) Центр, Москва
e-mail: olgasva@psychol.ras.ru Поступила в редакцию 20.03.2013 г. Принята в печать 22.07.2013 г.
В настоящей работе была предпринята попытка создания у крыс контролируемой истории последовательного обучения двум навыкам для выявления закономерностей активации нейронов первого навыка при формировании второго. Животных обучали сначала инструментальному питьевому поведению, требующему использование левых или правых вибрисс ("вибриссный" навык), а затем пищедобывательному навыку нажатия на педаль, не требующему использования вибрисс. Было установлено, что обучение пищедобывательному навыку вызывает экспрессию с-Fos в достоверно большем числе нейронов бочонкового поля у животных, обучавшихся предварительно инструментальному питьевому ("вибриссному") навыку, чем в аналогичной области контрольных животных, обучавшихся предварительно неинструментальному питьевому навыку. Наши данные позволяют предположить, что активация экспрессии c-Fos при втором обучении происходила и в тех нейронах, которые уже являлись специализированными относительно первого, "вибриссного", навыка.
Ключевые слова: Fos, нейрон, обучение, питьевой навык, пищевой нывык, бочонковое поле.
Experience of the First "Whisker-Dependent" Task Influenced c-Fos Induction in Rat Barrel Cortex Neurons during Acquisition of the Second "Whisker-Independent" Task
О. E. Svarnik, K. V. Anokhin, Yu. I. Alexandrov
V.B. Shvyrkov Laboratory of Neural Bases of Mind, Institute of Psychology, Russian Academy of Sciences, Neuroscience Department, Kurchatov Nano-bio-info-cogno-sociohumanitarian (NBICS)Center, Moscow,
e-mail: olgasva@psychol.ras.ru
In this work we aimed to create a controlled history of two sequential trainings in order to find out activation patterns of "the first task" neurons during the second task learning. Rats were first trained to perform instrumental water rewarded behavior that required using left or right whiskers (a conditioned "whisking" task), and then to perform food-acquisition task of pedal pressing (not a conditioned "whisking" task). We found that food-acquisition task learning is accompanied by c-Fos induction in the barrel cortex neurons in animals that learned previously a conditioned "whisking" task. These data suggest that c-Fos induction during the second training took place in neurons that were specialized in relation to the first, "whisking" task.
Keywords: Fos, neuron, learning, water rewarded task, food-acquisition task, barrel cortex. DOI: 10.7868/S0044467713060178
Многократно было показано, что последовательное формирование нескольких навыков в определенном временном интервале может приводить к так называемой интерференции [Martinez et al., 2012; Wixted, 2004], что свидетельствует в пользу наличия перекрывающихся на одном и том же нейронном субстрате молекулярных процессов. Можно предположить, что многие (если не все) виды обучения связаны по крайней мере с реактивацией предыдущего опыта [Dudai, 2012; McKenzie, Eichenbaum, 2011]. Однако экспериментальные исследования нейронных механизмов обучения и формирования индивидуального опыта чаще всего включают в себя только обучение одному навыку и, таким образом, не имеют контролируемой или учитываемой истории формирования данного опыта. В настоящей работе создавалась контролируемая история последовательного обучения двум различным навыкам для выявления закономерностей активации нейронов первого навыка при формировании второго.
МЕТОДИКА
Эксперименты с животными проводили в соответствии с нормами Этической комиссии Института психологии РАН. Мы последовательно обучали крыс (самки Long-Evans, n = 11, возраст 6—8 мес.) двум видам поведения: сначала инструментальному питьевому поведению, требовавшему использования вибрисс, а затем пищедобывательному поведению, не требовавшему использования вибрисс. Инструментальное питьевое поведение заключалось в том, что животное проводило вибриссной подушкой (либо левой, либо правой) по краю рычага для получения порции воды в размере 20—30 мкл (группа "инструментальное питьевое", n = 7). Обучение данному виду поведения проходило поэтапно в течение пяти дней в течение 30-минутных ежедневных сессий: на первом этапе порция воды выдавалась в случае, если животное находилось рядом с поилкой; на втором этапе — животное отворачивалось от поилки; на третьем — животное подходило к середине клетки; на четвертом этапе — подходило к рычагу; на пятом этапе — крыса осуществляла контакт с рычагом (контролировалось визуально). В качестве контрольной группы мы обучали в течение такого же времени другую группу животных неинструментальному питьевому навыку, который заключался в том,
что животное обучалось находить воду на полке, где была расположена поилка (колодец с водой диаметром 3 см, группа "неинструментальное питьевое", п = 4). В этой ситуации от животных не требовалось выполнения инструментального акта использования вибрисс как условия доступа к порции воды. Животные обеих групп осуществляли приобретенные виды питьевого поведения в течение еще шести дней. Обучение животных проводилось на фоне питьевой депривации: животные получали свободный доступ к воде в домашней клетке только в течение 30 мин ежедневно после сессии обучения. После каждого сеанса обучения животных помещали на 5 мин в экспериментальную клетку пищевого навыка (где в дальнейшем они обучались пищедобывательному навыку) для привыкания к данной обстановке. За 24 ч до сессии пищевого обучения у животных забирали корм из домашней клетки для создания пищевой мотивации в последний экспериментальный день обучения пищевому навыку. В последний экспериментальный день животных помещали на 30 мин в экспериментальную клетку пищевого навыка, содержащую педаль и кормушку, для обучения пищедобыва-тельному навыку нажатия на педаль (размеры педали позволяли осуществлять нажатие любым способом, в том числе путем залезания на педаль). Нажатие на педаль приводило к появлению порции пищи в кормушке (кубик сыра размером 3 х 3 х 3 мм). Данное пищевое поведение не требовало использования вибрисс как условия достижения результата (в отличие от питьевого поведения, приобретенного ранее). Через 75 мин после окончания сессии обучения пищедобывательному навыку животных усыпляли ингаляционным наркозом (эфиром) и декапитировали. Непосредственно после этого мозг животных извлекали и замораживали в жидком азоте. Животные группы пассивного контроля (п = 3) были взяты из домашней клетки непосредственно перед декапитированием.
Вовлечение нейронов в формирование пи-щедобывательного навыка оценивали по индукции экспрессии транскрипционного фактора с-Бо8, поскольку известно, что индукция экспрессии гена с-О происходит при обучении, и распределение Бо8-положитель-ных нейронов зависит от того поведения, которое приобретается [Анохин, 1997]. Для анализа распределения с-Бо8-положительных нейронов в головном мозге были выбраны
бочонковое поле соматосенсорной коры, поскольку известно, что нейроны данной области активируются при использовании грызунами вибрисс [Harris et al., 1999], и ретро-сплениальная кора, в которой большой процент нейронов у крыс специализирован относительно второго, пищедобывательного поведения нажатия на педаль [Svarnik et al., 2005]. Выявление индукции экспрессии с-Fos проводили иммунногистохимически в соответствии с протоколом стрептавидин-биотин-пироксидазного иммунногистохи-мического набора (Vfectastain Elite ABC KIT, "Vkctor", США). Для реакции были использованы поликлональные кроличьи антитела к c-Fos (AB-5, "Oncogene Science", США) в разведении 1 : 2000. Оценку количества Fos-положительных клеток проводили на каждом из 10 срезов мозга каждого животного в прямоугольном поле, вписанном в каждую из выбранных областей. Для каждого животного осуществляли усреднение по всем срезам. Для анализа изображений срезов мозга использовали программу ImageProPlus ("Media Cybernetics", США). Для оценки разницы между полушариями использовали критерий Вилкоксона, для оценки межгрупповых различий — критерий Манна—Уитни в программе Statistica 6.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Число Fos-положительных нейронов у животных контрольной группы из домашней клетки равнялось 12 ± 5 в 1 мм2 (среднее ± ± стандартная ошибка, здесь и далее) для ре-тросплениальной коры и 8 ± 7 в 1 мм2 для бо-чонкового поля соматосенсорной коры (рисунок). Было установлено, что приобретение элемента опыта, связанного с выполнением пищедобывательного поведения нажатия на педаль после опыта питьевого "вибриссного" навыка, связано с индукцией экспрессии с-Fos как в нейронах ретросплениальной коры, так и в нейронах бочонкового поля сомато-сенсорной коры по сравнению с контрольной группой из домашней клетки (критерий Манна—Уитни, г = —2.39 и г = —2.32 соответственно, р = 0.02). Однако у животных группы "инструментальное питьевое" число Fos-положительных нейронов в бочонковом поле соматосенсорной коры оказалось достоверно больше в контралатеральном полушарии (по отношению к вибриссной подушке, использованной при предварительном обучении пи-
л Я л
4
в
5 *
о ч
0 С
1
и
о
ь
о
4 о
5
140 120 100 80 60 40 20 0 -20
"с Median □ 25-75% .1 Min-Max
п
■ н
RSABF RSARSA BFBF RSARSA BF BF L R L R ipci cntr ipci cntr
Число Fos-положительных клеток на 1 мм2 в ретросплениальной коре (RSA) и бочонковом поле соматосенсорной коры (BF) у контрольных животных из домашней клетки (темные столбики), а также у групп животных при обучении пищедобывательному навыку после предварительного обучения "неинструментальному питьевому" навыку (светлые столбики) и после предвар
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.