ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ ^^^^^^^^^^^^ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821.6
ВЛИЯНИЕ УДАЛЕНИЯ КАУДАЛЬНОЙ ЧАСТИ ГИППОКАМПА РЫЖИХ ПОЛЕВОК Clethrionomys glareolus НА ОБУЧЕНИЕ В ВОДНОМ ТЕСТЕ МОРРИСА
© 2013 г. И. В. Лебедев*, Д. В. Безряднов**, Р. М. Д. Дикон***, П. А. Купцов*, В. М. Малыгин*, М. Г. Плескачева*
* Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119234Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12 ** НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина, 112009 Москва, ул. Моховая, 11, стр. 4 *** Оксфордский университет, OX1 2JD Оксфорд, пл. Веллингтон E-mail: elie_lebedev@neurobiology.ru Поступила в редакцию 12.03.2012 г.
Оценено влияние двустороннего цитотоксического удаления малоизученной каудальной части гиппокампа (~30% его полного объема) на обучение рыжих полевок Clethrionomys (Myodes) glareolus в водном тесте Морриса. Использована версия теста, предназначенная для оценки долговременной пространственной памяти. Показано, что удаление влияет на динамику обучения, замедляя его, а также снижает на ранних этапах обучения точность запоминания местоположения платформы. Полученные данные свидетельствуют об участии этой области в контроле пространственного обучения грызунов.
DOI: 10.7868/S0002332913020082
Гиппокамп является частью переднего мозга, давно привлекающей к себе внимание исследователей. Изучение принципов функционирования этой структуры представляет как фундаментальный, так и значительный прикладной интерес: нарушение работы гиппокампа происходит при болезни Альцгеймера и при височной эпилепсии. Хотя функции этой структуры и ее частей у животных и человека до сих пор остаются предметом дискуссии, роль гиппокампа в механизмах памяти и пространственного обучения неоспорима (Виноградова, 1975; O'Keefe, Nadel, 1978; Morris etal., 1982; Bast, 2007; Moser etal., 2008). Кроме того, гиппокамп, являясь частью лимбической системы, вовлечен в контроль тревожного поведения (Bannerman et al., 2004, Royer et al., 2010).
В гиппокампе грызунов выделяют область, прилегающую к септуму, занимающую ростральную часть гиппокампа и расположенную дорсаль-но, и каудальную темпоральную область, расположенную более вентрально. В настоящее время имеются многочисленные факты, свидетельствующие о функциональной гетерогенности гиппокампа вдоль рострокаудальной оси. Наиболее изучена ростральная часть гиппокампа, в то время как исследования его каудальной части малочисленны и их неоднозначные результаты являются предметом дискуссий (Bannerman et al., 2004; Yartsev, 2010).
Ряд исследователей (Moser et al., 1993; Moser et al., 1998; Kjelstrup et al., 2002; Bannerman et al.,
2004; Czerniawski etal., 2009; Fanselow, Dong, 2010; McHugh et al., 2011) полагают, что для пространственного обучения необходима прежде всего ростральная часть гиппокампа. Удаление его каудальной части не влияет на решение пространственных задач в водном тесте Морриса и радиальном лабиринте (Moser et al., 1993; Banner-man et al., 2004). Такая точка зрения подтверждается данными об афферентных входах двух областей гиппокампа: зрительная информация, необходимая для успешного пространственного обучения, попадает через энторинальную кору преимущественно в ростральную его часть. Ка-удальная часть гиппокампа получает от миндалины и гипоталамуса информацию, связанную с регуляцией мотиваций, эмоций и тревожного поведения (Bast, 2007; Kerr et al., 2007).
В то же время есть данные, свидетельствующие об участии каудальной части гиппокампа в контроле пространственного обучения. Показано, что удаление этой области ухудшает обучение в некоторых версиях водного теста Морриса (de Hoz et al., 2003; Ferbinteanu et al., 2003; Loureiro et al., 2012). Активация каудальной части гиппо-кампа отмечена у крыс, мышей и полевок при обучении в лабиринтах (Vann et al., 2000; Купцов и др., 2005, 2012). Как и в ростральной части, в этой области обнаружены клетки места — нейроны, активизирующиеся в момент нахождения животного в определенном месте пространства, хотя пространственная специфичность таких нейронов
менее выражена (Jung et al., 1994; Poucet et al., 1994; Kjelstrup et al., 2008).
Большая часть работ по изучению функций гиппокампа была выполнена на крысах. Мы выбрали для экспериментов используемых в лабораторной практике (Vandebroek et al., 1999) рыжих полевок Clethrionomys (Myodes) glareolus, хорошо обучающихся в водном тесте Морриса (Pleskache-va et al, 2000).
Цель работы — оценка вовлеченности каудаль-ной части гиппокампа в процессы пространственного обучения. Исследовано влияние удаления этой области на обучение рыжих полевок в водном тесте.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В эксперименте использовали 25 молодых (возраст 3—6 мес.) самцов рыжей полевки C. glareolus, отловленных живоловками на Звенигородской биостанции МГУ. Животных кормили стандартным комбикормом с добавлением свежей травы и овощей. Комбикорм, вода и трава предоставлялись полевкам ad libitum. Для проведения эксперимента полевок разделили случайным образом на экспериментальную (N = 11) и контрольную (N = 14) группы.
Метод избирательного удаления гиппокампа, разработанный для лабораторных мышей (Deacon et al., 2002), был адаптирован автором для рыжих полевок. Полевкам экспериментальной группы проводили частичное билатеральное ци-тотоксическое удаление гиппокампа. Животных наркотизировали с помощью раствора нембутала в дозе 40 мг/кг, вводимого внутрибрюшинно. Дополнительно вводили миорелаксант и транквилизатор хлордиазепоксид в дозе 20—30 мг/кг. Для удаления использовали стереотаксис (David Kopf Instruments, США), оснащенный системой дозатора, обеспечивающей равномерную и точную инъекцию. Проводили по одной инъекции NMDA (М-метил^-аспартат) в концентрации 10 мг/мл с каждой стороны (рострокаудально +0.16 см от брегмы, латерально +0.3 см от средней линии, дорсовентрально —0.4 см от поверхности черепа на уровне лямбды; объем инъекции 0.4 мкл). Контрольных животных подвергали ложным операциям, включавшим в себя наркоз, вскрытие скальпа и введение инъекционной иглы в мозг.
После завершения поведенческих экспериментов животным под глубоким наркозом проводили транскардиальную перфузию 4%-ным раствором параформальдегида. Срезы мозга толщиной 20 мкм изготавливали на замораживающем микротоме и окрашивали методом Ниссля. Затем оценивали объем удаления и характер повреждений на различных рострокаудальных уровнях,
определяемый с помощью атласа мозга рыжей полевки (Vandebroek et al., 1999).
Поведенческие эксперименты начинали не ранее чем через две недели после окончания операций. Полевок тестировали в водном тесте Морриса (Morris, 1984). Диаметр бассейна с водой составлял 130, высота стенок — 30 см. Бассейн был заполнен водой до 20-сантиметровой высоты. Температура воды в бассейне поддерживалась на уровне 23— 25°С. В комнате находились различные предметы обстановки, мебель, на стенах висели постеры.
Траектории передвижения животных регистрировали с помощью автоматизированной системы, состоящей из видеокамеры "Sony" (Япония), расположенной на высоте 2 м от арены и компьютера, оснащенного дополнительной платой видеоввода изображения Picolo (Нидерланды). Программа EthoVision 3.0 (Noldus, Нидерланды) позволяла сохранять траекторию в виде координат. Регистрацию координат проводили с частотой 12.5 точек в секунду.
В первые четверо суток эксперимента полевок обучали находить скрытую под водой платформу (9 х 9 см), которая всегда находилась в одном и том же месте, на расстоянии 30 см от стенки бассейна. В течение всего обучения расположение платформы не изменяли (хотя оно могло быть разным у разных животных). Такой протокол соответствует варианту теста, предназначенному для оценки пространственной долговременной референтной памяти (Morris, 1984). Место выпуска полевок изменяли от попытки к попытке в исходно заданной случайной последовательности. Интервал между попытками составлял не менее 30 мин. Если животное не находило платформу самостоятельно в течение 60 с, его аккуратно направляли к платформе с помощью сачка. На платформе полевку оставляли на 30 с. На 3-и и 5-е сут эксперимента перед началом обучения были проведены тестовые попытки продолжительностью 60 с, для чего платформу из бассейна убирали. Тестовые попытки позволяют выявить, используют ли животные при поиске платформы дистантные зрительные ориентиры (пространственная стратегия) или применяют другие стратегии поиска (например, запоминают, на каком расстоянии от борта расположена платформа, и плавают по кругу). В последние, 5-е сут для выявления возможных мотивационных, моторных или сенсорных нарушений эксперимент проводили с использованием "сигнальной" версии теста (Morris, 1984). В этом случае платформа была скрыта под водой, но ее положение обозначали "сигналом" — флажком, расположенным выше уровня воды. Местоположение платформы и место выпуска животных изменяли от попытки к попытке.
Анализ зарегистрированных траекторий полевок проводили с помощью предусмотренных в
Характеристики пространственного обучения полевок
Характеристика Сутки Контроль Удаление каудальной части гиппокампа
Индекс эффективности пути, % 1 15.2 ± 1.4 13.6 ± 0.8
2 31.6 ± 2.3 21.1 ± 1.7*
3 31.7 ± 2.2 25.2 ± 2.3
4 35.4 ± 1.9 27.2 ± 2.4*
5 40.8 ± 2.2 44.4 ± 2.7
Доля пути, пройденная параллельно стенкам, % 1 30.8 ± 1.7 29.4 ± 1.8
2 25.2 ± 1.4 23.8 ± 1.9
3 21.5 ± 1.4 20.6 ± 1.7
4 20.5 ± 1.2 24.0 ± 2.2
5 21.6 ± 1.2 18.6 ± 1.5
Средняя скорость, м/с 1 0.25 ± 0.01 0.23 ± 0.01*
2 0.27 ± 0.01 0.27 ± 0.01
3 0.28 ± 0.01 0.27 ± 0.01
4 0.27 ± 0.01 0.28 ± 0.01
5 0.28 ± 0.01 0.29 ± 0.01
*Различия в сравнении с контрольной группой (Г-критерий Стьюдента) приp < 0.05.
системе EthoVision средств. Кроме того, траектории экспортировали в программу WinTrack (Wolfer et al., 2001), с помощью которой вычисляли характеристики траекторий.
Для каждой попытки (за исключением тестовых) вычисляли: длину пройденного пути (м), время поиска платформы (с), индекс эффективности пути (%, доля пути, отличающегося менее чем на 15° от направления на цель), долю пути, пройденного параллельно стенкам бассейна (%), среднюю скорос
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.