ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 5, с. 579-588
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ;
ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.822.3+612.825.5
СВЯЗЬ МЕЖДУ АКТИВНОСТЬЮ МОНОАМИНЕРГИЧЕСКИХ НЕЙРОНОВ СТВОЛА МОЗГА И СПЕКТРАЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ РИТМОВ ЭЭГ БОДРСТВУЮЩЕЙ КОШКИ
© 2013 г. А. М. Куличенко, Ю. О. Дягилева (Фокина), О. И. Колотилова, В. Б. Павленко
Кафедра физиологии человека и животных и биофизики, Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, Украина, e-mail: alexander.kulichenko@gmail.com Поступила в редакцию 28.05.2012 г.
Принята в печать 19.10.2012 г.
Анализировали связь между частотой фоновой импульсной активности моноаминергических нейронов ствола мозга и спектральной плотностью мощности частотных компонентов ЭЭГ бодрствующей кошки. Частота фоновой импульсной активности изученных нейронов значимо (p < 0.05) коррелировала со всеми ритмами ЭЭГ. Чаще среди статистически значимых отмечались положительные взаимосвязи фоновой импульсной активности дофаминергических нейронов вентрального тегментума и норадренергических клеток голубого пятна со спектральной плотностью мощности альфа-ритма ЭЭГ (в 40.3 и 48.0% случаев соответственно). Относительное число серотонинергических нейронов ядер шва, проявляющих статистически значимые положительные корреляции частоты импульсной активности со спектральной плотностью мощности бета-ритма ЭЭГ, составило 47.7% случаев. Результаты настоящей работы указывают на возможность рассматривать специфические паттерны ЭЭГ как индикатор активности основных церебральных моноаминергических систем.
Ключевые слова: серотонинергические нейроны, дофаминергические нейроны, норадренергические нейроны, импульсная активность, ЭЭГ, спектральный состав ЭЭГ.
Correlation between Brain Stem Aminergic Neuronal Activity and EEG Patterns in a Wakeful Cat
А. М. Kulichenko, Yu. O. Dyagileva (Fokina), O. I. Kolotilova, V. B. Pavlenko
Department of Human and Animal Physiology and Biophysics, Taurida National V.I. Vernadsky University, Simferopol, Ukraine, e-mail: alexander.kulichenko@gmail.com
There was carried out a correlation analysis for the frequency of the background impulse activity of the brain stem monoaminergic neurons and the spectral power of electroencephalogram frequency components in a wakeful cat. The frequency of the background impulse activity in the studied neurons was found to be reliably (p < 0.05) correlated with all basic electroencephalogram rhythms. Among the statistically significant correlations, there were most often observed the positive ones between the background impulse activity of the ventral tegmentum dopaminergic neurons and the locus coeruleus noradrenergic neurons, on the one hand, and the power spectral density of alpha-rhythm, on the other hand (40.3% and 48.0% respectively). Besides, 47.7% of the raphe nuclei serotoninergic neurons under study showed positive correlation between their impulse activity and the spectral power density of beta-rhythm. The results obtained let us assume the possibility of taking specific EEG patterns as markers of activity for the basic cerebral monoaminergic systems.
Keywords: dopaminergic neurons, serotoninergic neurons, noradrenergic neurons, impulse activity, EEG, spectral composition of EEG.
DOI: 10.7868/S0044467713050055
Исследования последних десятилетий показали, что важные характеристики поведения человека и животных в значительной степени модулируются и даже определяются активностью моноаминергических систем головного мозга: дофаминергической (ДА), норадренер-гической (НА) и серотонинергической (СТ) [12, 25]. Моноаминергические системы, берущие начало в относительно локальных структурах ствола головного мозга, дают окончания, распределенные в подкорковых образованиях и коре головного мозга, контролируют синаптические корково-корковые связи нейронов, оказывают длительное влияние на их эффективность [26]. Окончания аксонов моноаминергических клеток образуют расширения — варикозеты. Благодаря этому медиаторы-моноамины свободно выбрасываются в межклеточное пространство, получая доступ ко всем корковым нейронам и их синапсам [4, 11, 25]. Взаимодействие моноаминергических нейронных систем влияет на процессы обучения, опосредует мотивационное и эмоциональное поведение, определяет конкретный стиль деятельности человека [3, 25]. Нарушения в работе этих систем приводят к развитию различных психических заболеваний, попыткам суицида [5]. При этом вклад каждой из указанных аминергических систем в организацию поведения является весьма специфичным.
Оценить степень активности моноаминер-гических систем человека можно с помощью биохимических методов — по концентрации метаболитов моноаминов в крови, моче, спинномозговой жидкости, — но эти показатели могут неоднозначно отражать функционирование нейронных систем, так как моноамины могут синтезироваться в разных тканях тела. В то же время ряд авторов [14, 18] предполагают, что текущая активность центральных моноаминергических систем способна влиять на некоторые особенности паттерна ЭЭГ. Известно [4, 6, 23], что ритмы ЭЭГ, являясь информативными показателями функционального состояния мозга, генерируются теми же нейронными системами возбуждения и торможения, которые участвуют в генезе эмоциональных состояний. Широко иннервируя различные регионы мозга, связанные с организацией эмоционального поведения, а также цепь кора-ба-зальные ганглии-таламус-кора [11], моно-аминергические системы имеют возможность модулировать активность этих образований, менять эффективность синап-
тической передачи в звеньях указанной цепи. Существуют единичные работы по изучению взаимосвязи активности аминергических систем с паттерном ЭЭГ [13]. Однако конкретный характер взаимосвязей между импульсной активностью моноаминергических нейронов ствола мозга и паттерном ЭЭГ изучен недостаточно.
В настоящей работе была поставлена задача выявить связи между активностью нейронов основных моноаминергических систем (ДА, НА, СТ) и спектральной плотностью мощности (СПМ) ритмов ЭЭГ. Решение этой задачи позволит приблизиться к раскрытию механизмов формирования паттерна ЭЭГ, использованию ее амплитудно-частотных характеристик в качестве индикатора состояния моноаминергических систем и оценки функционального состояния головного мозга в целом.
МЕТОДИКА
Все эксперименты выполнялись в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (БТ8 N 123 от 18 марта 1986 г.).
Активность нейронов изучали на 13 кошках обоего пола массой 2.5-4 кг.
Перед каждой серией опытов животных обучали спокойно сидеть в течение длительного времени в специальном фиксирующем гамаке, расположенном в звукоизолированной камере. Животных предварительно оперировали под наркозом (нембутал 40 мг/кг, внутрибрюшинно). Все оперативные действия проводили с соблюдением принципов асептики и антисептики. Сквозь трепанаци-онное отверстие (диаметр 2.5 мм) в соответствии с координатами атласа Ф. Рейнозо-Су-ареца [22] в мозг животных вводили направляющую канюлю из нержавеющей стали, через которую в дальнейшем выдвигался микроэлектрод. Кончик направляющей канюли в зависимости от задачи исследования располагался в 3-5 мм от одной из трех исследуемых структур ствола головного мозга: вентрального тегментума, А10 (ВТ, шесть животных), голубого пятна, А6 (ГП, четыре кошки) или дорзального ядра шва, В7 (ЯШ, три кошки). Данное расстояние от расчетной точки цели выбиралось с целью минимизации повреждений структур-мишеней.
В первом случае, когда расчетной точкой цели являлась область ВТ, во избежание повреждения канюлей венозного синуса она вводилась в ткань мозга под углом 10.3 град. к сагиттальной плоскости. Область отведения нейронной активности ВТ соответствовала стереотаксическим координатам Р = +4; Ь = = 0...2; Н = 4...5; именно в этой зоне расположены в наибольшем количестве дофаминер-гические нейроны. Во втором и в третьем случаях канюлю вводили в мозг соответственно стереотаксическим координатам ГП и ЯШ наклонно, чтобы избежать попадания в костный намет (20 град. по отношению к фронтальной плоскости и 15 град. — по отношению к сагиттальной). Зоны отведения нейронной активности ГП и ЯШ соответствовали стереотак-сическим координатам Р = —1; Ь = 1.3; Н = = 7.10 мм и Р = -1 .-2; Ь = 2.0; Н = 5.9 мм соответственно. В лобную кость черепа вкручивали винт, который служил индифферентным электродом при отведении нейронной активности.
ЭЭГ-электроды изготавливали из позолоченной проволоки диаметром 1.0 мм, сгибая ее в виде кольца диаметром 4.0 мм. Активные электроды располагали на костях черепа над лобной, правой и левой височными и затылочной областями коры (лобный и затылочный электроды размещались по сагиттальной линии). Референтный электрод располагался в лобной пазухе. Отводящую поверхность каждого ЭЭГ-электрода помещали в небольшое углубление на кости черепа, сделанное бором; электроды фиксировали с помощью акрилоксида и соединяли с контактами миниатюрного разъема, также закрепленного на черепе. Разъем мог соединяться со входами электроэнцефалографа тонким гибким кабелем, что позволяло регистрировать ЭЭГ у бодрствующего животного. После размещения канюли и ЭЭГ-электродов поверхность черепа заливали акрилоксидом. Послеоперационный уход заключался в регулярной обработке раневых поверхностей перекисью водорода и раствором бриллиантовой зелени, а также включал внутримышечное введение антибиотиков.
Через два-три дня после операции состояние животного обычно позволяло приступать к серии сеансов отведения биопотенциалов. Во время каждого опыта параллельную регистрацию импульсной активности моноами-нергических нейронов с отведением ЭЭГ у бодрствующих кошек проводили в условиях,
приближенных к свободному поведению (в состоянии двигательного покоя).
Для внеклеточной регистрации импульсной активности нейронов использовали подвижный электрод из серебряного микропровода (диаметр 12 мкм) в стеклянной изоляции (общая толщина 70 мкм). Кончик микроэлектрода с помощью полировального круга, на котором была
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.