ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2014, том 64, № 6, с. 702-711
= МЕТОДИКА =
УДК 612.821.6
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ОДНОДНЕВНОГО ОБУЧЕНИЯ В ТЕСТЕ МОРРИСА ДЛЯ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ ДЕПРИВАЦИИ СНА НА СПОСОБНОСТЬ К ВОСПРОИЗВЕДЕНИЮ ПАМЯТНЫХ СЛЕДОВ ЧЕРЕЗ 1 СУТКИ ПОСЛЕ ОБУЧЕНИЯ
© 2014 г. В. Б. Дорохов, Р. Г. Кожедуб, Г. Н. Арсеньев, О. И. Бухгольц, В. Г. Марченко, А. Н. Пучкова
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: vbdorokhov@mail.ru Поступила в редакцию 27.02.2014 г.
Принята к печати 01.09.2014 г.
Модель быстрого однодневного пространственного обучения представляет интерес для изучения механизмов влияния сна на процессы консолидации гиппокамп-зависимого обучения. Мы исследовали влияние односуточной полной депривации сна на консолидацию пространственной памяти крыс (капюшонные крысы) после однодневного обучения в водном тесте Морриса по протоколу Фельдмана c соавторами [Feldman et al., 2010], при котором процедура обучение состояла в перемежающемся поиске невидимой, скрытой под водой платформы, и видимой по расположенному на платформе, выступающему над водой ориентиру. В предыдущей работе (Дорохов и др., 2011) нами использовалась другая модель однодневного обучения (Frick et al., 2000) и другая линия крыс (Вистар) и был показан большой индивидуальный разброс величины показателей обучения и эффективности влияния депривации сна на сохранность памятных следов. В проведенном исследовании были подтверждены ранее полученные результаты о негативном влиянии депривации сна на консолидацию пространственной памяти. Для оценки влияния эффектов депривации сна, была впервые использована оценка однодневного обучения по показателям пребывания животного в области расположения платформы и соответствующих ей зонах в остальных квадрантах.
Ключевые слова: консолидация памяти, однодневное обучение, водный тест Морриса, депривация сна.
Application of the Method of One-day Learning in a Morris Water Maze to Analyse the Effects of Sleep Deprivation on Memory Trace Recall 24 Hours Later, After Learning
V. B. Dorokhov, R. G. Kozhedub, G. N. Arsenyev, O. I. Bukhgolts, V. G. Marchenko, A. N. Puchkova
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow, e-mail: vbdorokhov@mail.ru
The proposed model of a one-day spatial learning is of interest in research of how sleep influences the hippocamp-dependent memory consolidation. We have studied the influence of a one-day total sleep deprivation on spatial memory consolidation in hooded rats after a one-day learning in the Morris water maze according to Feldman et al. [2010] protocol. According to it rats had to find a submerged platform that was alternatively marked by a flag or completely invisible to an animal. In a previous study [Dorokhov et al., 2011] we have used another one-day learning protocol [Frick et al., 2000] and Wistar rats and have demonstrated a large interindividual variance in learning parameters and sleep deprivation effects on memory consolidation. In this study we confirm previously acquired results on negative impact of sleep deprivation on spatial memory consolidation. To demonstrate the effects of sleep deprivation on the results of one-day learning we are using for the first time an evaluation of the
time spent by an animal in the area of the platform placement and corresponding areas in the other quadrants of the water maze.
Keywords: memory consolidation, one-day learning, Morris water maze, sleep deprivation.
DOI: 10.7868/S0044467714060045
До сих пор не существует единого мнения относительно процессов, определяющих влияние сна на процессы развития памяти. В большинстве работ развивается представление о том, что одной из важнейших функций сна является его положительное влияние на стадию консолидации памяти [Ellenbogen et al., 2006; Marshall, Born, 2007; Stickgold, Walker, 2007; Talamini et al., 2008; Wilhelm et al., 2012]. На этой стадии памятные следы переходят в стойкие формы, способные к воспроизведению в течение длительного времени [Robertson, 2009; Stickgold, Walker, 2007; Wilhelm et al., 2012]. Процессы, определяющие организацию стадии консолидации, протекают на разных уровнях, начиная от экспрессии генов и заканчивая активацией специфических мозговых структур [Crystal, 2010; Marshall, Born, 2007; Palmer, Good, 2011; Smith, Rose, 1996].
В задачах на гиппокамп-зависимое пространственное обучение широко используется водный тест Морриса [Morris, 1984] с многодневными и реже однодневными протоколами обучения. Гиппокамп, как полагают, создает временной код для хранящейся в коре мозга информации и связывает следы различных ощущений в единое событие [Smith, 2010]. Гиппокамп-зависимая память у грызунов отвечает за хранение информации об окружающей среде, о локализации в ней отдаленных объектов и близлежащих ориентиров, а также о связях между ними. Такую память обозначают как "эпизод-подобную" ("episodic-like" memory) [Crystal, 2010; Davis et al., 2013; Eacott, Norman, 2004; Inostroza et al., 2013; Morris, 2001; Redish, 1999], поскольку она имеет сходство с одним из компонентов декларативной памяти у человека, — эпизодической памятью. Сходство в организации процессов, участвующих в такой памяти у животных с эпизодической памятью у человека, найдено в общности вовлечения определенных макро- и микроструктур головного мозга. Близость причин, лежащих в основе нарушений этих типов памяти делает исследования на животных важными в контексте ее нарушений у человека [Davis et al., 2013;
Morris, 2001; Palmer, Good, 2011; Tartar et al., 2006].
Для определения роли сна в процессах консолидации долговременной памяти используют разные формы депривации, отличающиеся по продолжительности (острая и хроническая), времени осуществления по отношению к обучению (до и после), затрагиваемым фазам сна (полная и селективная). Известно, что депривация сна влияет на функции организма, как на поведенческом, так и клеточном уровнях [Colavito et al., 2013; Hage-woud, Meerlo et al., 2010; Hagewoud, Wëinreder et al., 2010; Guan и др., 2004; Smith, 2010]. Классический вариант обучения в водном тесте Морриса основан на обучении животных в течение нескольких дней, с тестированием воспроизведения памяти через одни сутки после последней процедуры обучения. В соответствии с современными представлениями, для консолидации памяти достаточно нескольких часов [Stickgold, Walker, 2007]. Упрочение памятного следа при обучении с использованием многодневной схемы, носит довольно сложный характер, связанный с повторными процессами: извлечения следа из памяти, консолидации, реконсолидации и др. [Stickgold, Walker, 2007]. Использование однодневной формы обучения [Frick et al., 2000; Ward et al., 2009], предоставляющее возможность лишения сна непосредственно после обучения животного, значительно упрощает анализ и интерпретацию эффектов де-привации сна на консолидацию памяти.
В предыдущих наших работах по исследованию влияния депривации сна на пространственную память [Дорохов и др., 2011; Кожедуб и др., 2012] в водном тесте Морриса, мы апробировали экспериментальную парадигму, совмещающую однодневное обучение крыс по протоколам К. Фрик с соавторами [Frick et al., 2000] и Ч. Уорд с соавторами [Ward et al., 2009] и 24-часовую полную депривацию сна с помощью бесстрессорной методики "карусель" [Lan, 2001]. При обоих протоколах крыс обучали избеганию принудительного плавания путем нахождения невидимой, скрытой под
Перерыв или ^
„ Тестовая Пробы при обучении депривация проба
24 часа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Скрытая платформа
Платформа с флажком
Платформа отсутствует
Рис. 1. Схема эксперимента: однодневное обучение по модифицированному протоколу Фельдман с соавторами [Feldman et al., 2010]; 24-часовой перерыв; тестирующая проба.
Черными прямоугольниками обозначены пробы с поиском платформ с флажком, серыми — пробы с поиском платформ без флажка, белым прямоугольником — тестирующая проба без платформы. По горизонтали цифрами 1—15 обозначены порядковые номера проб при обучении. Стрелкой под цифрой 6 отмечено начало чередования видимой и невидимой платформ.
Fig. 1. The design of an experiment: the modified one-day protocol by Feldman et al. [2010]; 24 hour break; testing probe.
Black rectangles mark the probes with a visible platform during training, gray — probes with an invisible platform, white rectangle — testing probe without a platform. X axis: 1—15 are the numbers of probes during training. Arrow under number 6 indicates beginning of alternation between a visible and an invisible platform during learning.
водой платформы. Полученные тормозные эффекты депривации сна на консолидацию памяти были не очень устойчивы и имели высокую вариабельность [Дорохов и др., 2011, Кожедуб и др., 2012]. Поэтому мы решили проверить полученные результаты на другой модели однодневного обучения [Feldman et al., 2010], в которой чередовался поиск платформы, скрытой под водой и платформы с выступающим над водой ориентиром [Feldman et al., 2010], что обеспечивало быстрое обучение и надежное воспроизведение памятных следов. По этому протоколу первые 10 проб платформа была видима за счет находящегося на ней выступающего над водой ориентира. После этого до 15-й пробы чередовали предъявление видимой и невидимой (без ориентира) платформы. Мы модифицировали этот протокол, начиная чередование видимой и невидимой платформой с 5 пробы, чтобы увеличить число предъявлений невидимой платформы (рис. 1). Для сравнения эффектов депривации сна с ранее проведенными нами исследованиями [Дорохов и др., 2011; Кожедуб и др., 2012], пробы предъявляли с интервалами времени, близкими к интервалам в прежних работах и в результате обучение занимало около трех часов вместо
15 мин при протоколе [Feldman и др., 2010]. Мы исходили из двух ранее нами полученных результатов. Во-первых, при протоколе К. Фрик с соавторами [Frick et al., 2000] с предъявлением при научении проб тремя сериями с 30-минутными перерывами выявлено более выраженное влияние депривации сна, чем при пр
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.