ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2008, том 58, № 1, с. 88-97
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ
УДК 612.822.3
СИНХРОНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ В НЕОКОРТЕКСЕ КРЫС ПОСЛЕ ИЗОЛЯЦИИ УЧАСТКА КОРЫ В КОНТРАЛАТЕРАЛЬНОМ ПОЛУШАРИИ МОЗГА
© 2008 г. В. Г. Марченко, Н. В. Пасикова
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: vgmarchenko@hotbox.ru Поступила в редакцию 27.06.2007 г. Принята в печать 12.11.2007 г.
Исследовали корреляцию между числом синаптических окончаний и степенью синхронизации электрической активности в двух точках интактной соматосенсорной коры на разных стадиях ак-сонного спраутинга, вызванного изоляцией участка коры контралатерального полушария крыс. Определяли временну ю задержку между эпилептическими потенциалами в двух точках, расположенных на расстоянии 4 мм друг от друга. Исследование проводили через 30 и 90 дней после изоляции и у интактных животных. Эпилептическую активность вызывали аппликацией пенициллина. Достоверное увеличение числа синапсов в III и V слоях интактной коры через 90 дней сопровождалось значимым уменьшением временной задержки, т.е. усилением синхронизации электрической активности. Такой же эффект наблюдался в V слое изолированного участка коры после 30 дней изоляции. Результаты позволяют предположить, что повреждение коры вызывает образование новых синапсов в контралатеральном полушарии и усиление степени синхронизации электрической активности. По-видимому, в неокортексе крыс пирамидные нейроны III и, наиболее вероятно, V слоев образуют нейронную сеть, которая обеспечивает синхронизацию эпилептических потенциалов.
Ключевые слова: крысы, неокортекс, спраутинг, синхронизация, эпилептические потенциалы.
Synchronization of Electrical Field Potentials in Neocortex of Rat after Isolation of a Cortex Island in the Contralateral
Brain Hemisphere
V. G. Marchenko, N. V. Pasikova
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: vgmarchenko@hotbox.ru
A correlation between the number of boutons and synchronization of electrical activity in two sites of the intact right somatosensory cortex of rats was anakyzed at different stages of axonal sprouting elicited by isolation of a cortex slab in the left cortex. Time delay between the development of epileptiform field potentials in two sites of intact cortex located at a distance of 4 mm from each other was determined as a parameter of synchronization. The analysis was carried out in 30 and 90 days after the complete isolation of the neural island in a symmetrical site of the contralateral cortex. Epileptiform activity was induced by penicillin. A significant increase in the number of boutons in the III and V layers of the intact cortex observed 90 days after the isolation of neural island in a symmetrical site of the cortex corresponded to a significant decrease in the delay of electrical activity development. Similar effects were observed in the V layer of the island 30 days after the isolation. The results suggest that the cortex lesion activates formation of new synaptic boutons in a contralateral site and increases a degree of synchronization of electrical activity, which may affect the epileptogenesis. The data suggest that pyramids of the III and, most probably, V layers form a neuronal network in the rat neocortex thus providing synchronization of epileptiform field potentials.
Key words: epilepsy, neocortex, sprouting, rats, synchronization, epileptiform field potentials.
Исследования, начатые М.Н. Ливановым и продолжающиеся до настоящего времени, наглядно показали, что синхронизация электрических потенциалов в коре и подкорковых областях мозга является отражением функциональных связей разных структур. Структурной основой процесса синхронизации у разных видов животных и человека являются мощные морфологические связи, соединяющие различные области коры одного полушария [10, 22, 28] и кору обоих полушарий мозга [14, 24]. Так, полная хирургическая изоляция участков коры приводит к потере синхронизации [1], а частичная изоляция - к значительному изменению степени синхронизации [19].
Степень синхронизации сильно зависит от числа связей в структурах мозга. При повреждении структур мозга происходят структурные изменения - аксонный спраутинг, сопровождающийся увеличением числа синапсов [8, 16], и, как результат, увеличение степени синхронизации [2, 3, 23]. Синхронизация в коре мозга осуществляется за счет внутрикорковых связей. Существенную роль в синхронизации электрической активности в коре играют электрические синапсы, соединяющие тормозные интернейроны в единую сеть [12].
Наиболее наглядно синхронизация электрических потенциалов в структурах мозга проявляется медленными [27] и быстрыми осцилля-циями [25], при различных формах эпилептической активности у человека и животных [2, 7, 9, 11, 17, 26], а также при экспериментальной эпилепсии у млекопитающих [5].
При проведении настоящего исследования учитывали, во-первых, что синхронизация электрической активности является одним из основных механизмов эпилепсии, поэтому в последнее время очень плодотворным для исследования механизмов синхронизации является подход с использованием моделей эпилепти-формной активности. Во-вторых, известно, что в сенсомоторной коре (SI) аксоны нейронов, преимущественно III и V слоев, направляющиеся в противоположное полушарие, образуют мозолистое тело [29]. Аксоны из дисгрануляр-ной зоны SI [6], а также из гранулярной зоны [13] через мозолистое тело направляются в контралатеральное полушарие. В зрительной коре крыс аксоны из II и III слоев направляются в гомотопический участок противоположного полушария [20]. Существенно, что нейроны, образующие каллозальные связи, в зрительной, сенсомоторной (SI) и париетальной коре находятся во всех слоях, но преимуще-
ственно в III и V слоях [14]. Необходимо отметить также, что в мозге грызунов каллозальные связи преимущественно или исключительно связывают гомотопические точки сенсомоторной коры контралатерального полушария [14].
В более ранних наших исследованиях на ней-ронально-изолированной полоске коры было показано, что в течение 60 дней происходят значительные структурные перестройки цитоархи-тектоники полностью изолированного участка коры. Уменьшается число пирамидных нейронов, а площади их тел в III и V слоях коры становятся значительно меньше, уменьшается также плотность нейронов [4]. В эти же сроки наблюдались и существенные ультраструктурные перестройки нервных элементов слоев коры. Увеличивалось число синаптических окончаний и числа отростков (спраутинг). Необходимо отметить, что эти изменения закончились к 60-му дню переживания. Похожие результаты были получены в ряде работ других авторов. В отличие от нейронально-изолированно-го участка в симметричном участке коры контралатерального полушария даже через 90 сут не наблюдались структурные изменения [3]. В этих условиях изменение числа синапсов в III и V слоях коры даже в большие сроки после операции происходили без сколько-нибудь заметных структурных перестроек, и по этим характеристикам структура гомотопического участка не очень отличалась от интактной коры [2].
В настоящей работе была поставлена задача определить, какие ультраструктурные перестройки произойдут в сенсомоторной коре мозга крыс после изоляции участка в противоположном полушарии через разные сроки переживания, а затем определить, как структурные изменения в неповрежденном участке отразятся на степени синхронизации электрических потенциалов в коре.
МЕТОДИКА
Изоляция участка коры. Опыты проведены на 22 крысах линии Вистар обоего пола массой 180 - 250 г. Животных содержали в условиях искусственного светового режима (день 8.00 : 20.00; ночь 20.00 : 8.00). При манипуляции с животными соблюдалась Директива 86/609/ЕЕС о защите животных, используемых для экспериментальных исследований, а также рекомендации PHS Guide for the Care and Use of Laboratory Animals US.
Рис. 1. Экспериментальная парадигма. А - схема расположения регистрирующих электродов (1-4), мест аппликации пенициллина и изолированного участка коры на черепе крысы. Б - метод определения временного сдвига dT между пиками эпилептических потенциалов, возникающими в точках коры 1-2 и 3-4 на А. Вертикальные линии на Б проведены через экстремумы пиков. Fig 1. Experimental paradigm. Fragment A - schematic presentation of epidural recording electrodes (1-4), two holes for Penicillin application in isolated neocortical slab and another hole in contralateral cortex. Fragment Б -method of measurement of time lags dT between the peaks of epileptiform potentials arising in the sites of cortex 1-2 and 3-4 on fragment A. The vertical lines are carried out through extremmums of peaks.
На первом этапе экспериментов проводили хирургическую изоляцию участка коры мозга. После операции через 30 дней у одной группы крыс исследовали ультраструктурные перестройки и изменение степени синхронизации, а у второй - через 90 дней. Еще одна группа животных служила контролем. Процедура изоляции участка коры левого полушария осуществлялась под кетаминовым наркозом (70 мг/кг, внутрибрюшинно) аналогично методу, использовавшемуся в более ранних исследованиях [2]. Изолированный участок захватывал сен-сомоторную (81), частично зону бочонков, париетальную и зрительную кору [21].
Регистрацию и обработку эпилептических потенциалов проводили на втором этапе экспериментов. В первой части экспериментов в острых опытах использовали нембуталовый наркоз (40 мг/кг). Подробно процедура эксперимента была описана ранее [2]. После того как ЭЭГ оцифровывалась с частотой 500 Гц и сохранялась в компьютере, определяли степень
синхронизации электрической активности. В настоящей работе в качестве критерия синхронизации мы использовали абсолютное значение временного интервала между моментами возникновения эпилептических разрядов в двух точках коры (рис. 1, Б). Сначала подсчитывали абсолютное значение временного сдвига в миллисекундах между экстремумами пиков эпилептических разрядов ёТ (рис. 1, Б
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.