ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2010, том 60, № 2, с. 201-205
= ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ =
УДК 612.822.5 + 577.352 + 612.833
ДЕЙСТВИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКА СЕРОТОНИНА 5-ОКСИТРИПТОФАНА И НЕЙРОТОКСИЧЕСКОГО АНАЛОГА 5,7-ДИГИДРОКСИТРИПТАМИНА НА ФОРМИРОВАНИЕ УСЛОВНОГО ОБОРОНИТЕЛЬНОГО РЕФЛЕКСА
У ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ
© 2010 г. Р. Р. Тагирова, И. Б. Дерябина, Т. Х. Гайнутдинова, В. В. Андрианов, Х. Л. Гайнутдинов
Лаборатория биофизики Казанского физико-технического института КНЦРАН, e-mail: gainutdinov@mail.knc.ru; kh_gainutdinov@mail.ru Поступила в редакцию 01.05.2009 г. Принята в печать 26.10.2009 г.
Работа посвящена исследованию влияния метаболического предшественника серотонина 5-ок-ситриптофана и нейротоксического аналога 5,7-дигидрокситриптамина на выработку условного оборонительного рефлекса и на электрофизиологические параметры командных нейронов оборонительного поведения у улиток после обучения. Инъекции 5-окситриптофана внутрь улитки через синусный узел приводили к ускорению выработки условного оборонительного рефлекса. У улиток, инъецированных 5,7-дигидрокситриптамином, не происходило формирования условного рефлекса, а последующее применение 5-окситриптофана предотвращало эту блокаду. Если на поведенческом уровне 5-окситриптофан препятствовал действию 5,7-дигидрокситриптамина, то на уровне электрических характеристик командных нейронов подобный эффект отсутствовал.
Ключевые слова: обучение, условный рефлекс, серотонин, 5-окситриптофан, 5,7-дигидрокситриптамин.
The Effect of Serotonin Precursor 5-Hydroxytryptophane and Neurotoxic Analogue 5,7-Dihydroxytryptamine on Defensive Conditioning in a Snail
R. R. Tagirova, I. B. Deryabina, T. Kh. Gainutdinova, V. V. Andrianov, Kh. L. Gainutdinov
Laboratory of Biophysics, Kazan Physical-Technological Institute, Russian Academy of Sciences, Kazan, e-mail: gainutdinov@mail.knc.ru; kh_gainutdinov@mail.ru
This study is devoted to investigation of the influence of precursor of serotonin 5-hydroxytryptophane (5-НТР) and neurotoxic analogue 5,7-dihydroxytryptamine (5,7-DHT) on defensive conditioning and electrical characteristics of command neurones of defensive behaviour after learning. Snails injected with 5-HTP learned faster as compared to control group injected with physiological solution. After the 5,7-DHT injection, snails failed to form the conditioned reflex. Injection of 5-HTP after the preliminary injection of neurotoxin 5,7-DHT restored the capability of snails for learning. Injections of 5-HTP prevented the effect of 5,7-DHT at the behavioural level, but not at the level of electrical characteristics of the command neurones.
Key words: learning, defensive conditioning, serotonin, 5-hydroxytryptophane, 5,7-dihydroxytryptamine.
Серотонин является одним из широко распространенных и наиболее изученных медиаторов нервной системы [13, 18]. Изучение функциональной роли серотонина показало его важную роль в деятельности центральной нервной системы, а также в механизмах обучения и памяти [1—5, 15, 21].
Для исследования роли серотонинергиче-ской системы широко применяется апплика-
ция или инъекция серотонина либо его метаболического предшественника 5-окситрип-тофана (5-НТР) [2, 13, 15]. Для повышения содержания серотонина наиболее эффективно введение 5-окситриптофана — непосредственного предшественника в биологическом синтезе этого амина. Фармакологические эффекты 5-НТР проявляются в том, что уже через 30 мин содержание серотонина зна-
чительно повышается, достигая максимального развития в течение 1 ч, и продолжаются в течение нескольких часов, полностью исчезая через 1 сут [10]. Для специфического нарушения работы серотонинергической системы эффективно применение нейротокси-ческих аналогов серотонина 5,6- и 5,7-дигидрокситриптамина (5,6- и 5,7-ДОТ), что ведет к дегенерации серотониновых термина-лей и значительному снижению концентрации серотонина в ЦНС [17, 19, 20].
К настоящему времени накопился большой экспериментальный материал, свидетельствующий о связи уровня серотонина в нервной системе со способностью к обучению [1—3, 12, 15, 18, 21]. Эти работы включают исследования эффектов предшественника серотонина 5-HTP и нейротоксинов 5,6- и 5,7-ДОТ по отдельности. Однако в литературе нет сведений о том, какой пул серотонина затрагивает применение нейротоксинов 5,6-и 5,7-ДОТ и как действует в этом случае предшественник серотонина. Поэтому мы провели исследование влияния предшественника серотонина 5-НТР и нейротоксина 5,7-ДОТ на выработку условного оборонительного рефлекса и на электрические характеристики командных нейронов оборонительного поведения обученных животных.
МЕТОДИКА
В эксперименте использовали половозрелых особей Helix lucorum, однородных по массе и размеру, которые две недели находились в активном состоянии. Выработка условного оборонительного рефлекса закрытия пнев-мостома (УОР) происходила по отработанной схеме [9]. В качестве условного стимула (УС) использовали постукивания по раковине, которые в норме не вызывали оборонительной реакции улитки. Безусловным стимулом (БС) служило вдувание струи воздуха в пневмо-стом, что вызывало у животных безусловную реакцию его закрытия. В день предъявляли 60 сочетаний УС и БС. Полное закрытие пневмостома в ответ на УС отмечалось как положительная реакция. УОР считался выработанным, если животное давало положительные реакции на 30 УС подряд. После этого оценивали число сочетаний, необходимых для обучения.
Для истощения серотонина применяли инъекцию внутрь улитки через синусный узел 5,7-дигидрокситриптамина фирмы "Sigma" (USA) в дозе 20 мг/кг массы. Нейроток-
син был растворен в 0.1 мл физиологического раствора (ФР) для виноградной улитки, в раствор также добавляли 0.1%-ную аскорбиновую кислоту в качестве антиоксиданта. Физиологический раствор для виноградной улитки содержал (ммоль/л): NaCl — 78, KCl — 4.5, СаС12 - 10, MgCl2 - 6.7 и ШНСО3 - 4.5; рН 7.6-7.8. Метаболический предшественник серотонина 5-HTP в дозе 10 мг/кг массы был растворен в 0.1 мл ФР. Части улиток производили инъекции ФР (контроль) в том же количестве и в те же сроки, что и в экспериментальных сериях. УОР начинали вырабатывать спустя 5 дней после инъекции 5,7-ДОТ или ФР. Каждую из этих групп разделили на две подгруппы и за 1 ч до сеанса обучения улиткам одной подгруппы делали инъекцию 5-НТР, другой - инъекцию ФР. Таким образом, УОР вырабатывался у четырех подгрупп животных: 1) ФР + 5HTP + УОР, 2) ФР + ФР + + УОР, 3) ДОТ + 5HTP + УОР, 4) ДОТ + ФР + + УОР. Кроме того, в электрофизиологическом эксперименте использовались две контрольные подгруппы: (интактные улитки) и (улитки после инъекции 5-HTP).
После окончания поведенческой части производили регистрацию электрических характеристик командных нейронов оборонительного поведения: ЛПа3, ППа3, ЛПа2 и ППа2. Для электрофизиологических экспериментов использовался препарат изолированной центральной нервной системы улитки. Перед изготовлением препарата животных охлаждали в холодной воде со льдом в течение 30 мин. Измерения проводили с помощью внутриклеточных стеклянных микроэлектродов, имеющих сопротивление 525 МОм. В ходе эксперимента регистрировались следующие параметры электрической активности нейронов: мембранный потенциал покоя (Vm), порог генерации потенциалов действия (Vt) и амплитуда потенциала действия (Vs) Производилась компьютерная регистрация. Результаты статистически обрабатывались с одновременным применением t-критерия Стьюдента и U-критерия Манна-Уитни. В статье приведены средние значения измеряемых величин и стандартные ошибки среднего (M± SEM).
РЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выработка УОР (число улиток n = 5) достигалась в результате предъявления 330 сочетаний (рис. 1). Ежедневная инъекция внутрь улитки через синусный узел 5-HTP
(п = 7) ускоряла формирование условного оборонительного рефлекса (выработка за 260 сочетаний). Введение внутрь улитки через синусный узел нейротоксина 5,7-ДОТ препятствовало обучению (п = 3) (рис. 2). Данный эксперимент повторяет полученные нами ранее результаты по блокированию ней-ротоксином 5,6-ДОТ выработки условного рефлекса [3]. В то же время ежедневная инъекция 5-НТР после инъекции нейротоксина 5,7-ДОТ внутрь улитки через синусный узел возвращала способность животного к обучению (п = 6). Так как 5-НТР приводит к синтезу серотонина в нервной системе, можно предположить, что таким образом 5-НТР предотвращает блокаду обучения веществом 5,7-ДОТ Это указывает на то, что блокада выработки условного рефлекса, по-видимому, связана со снижением уровня серотонина, а не с деградацией серотонинергических си-наптических терминалей и не с токсическим действием 5,7-ДОТ.
При регистрации электрических характеристик командных нейронов оборонительного поведения мы получили следующие результаты: по сравнению с интактными улитками (контрольная группа) в нейронах обученных улиток (группа ФР + ФР + УОР), как было показано ранее в нашей лаборатории [5], происходил деполяризационный сдвиг Уш и снижение VI (таблица). Ранее также было показано, что инъекция интакт-ным улиткам 5,7-ДОТ приводит к еще большему сдвигу мембранного и порогового потенциалов в сторону деполяризации, чем при обучении улиток, инъецированных ФР [3, 4]. После процедуры обучения у улиток, предварительно инъецированных 5,7-ДОТ, не происходит дальнейшей деполяризации и снижения порогового потенциала.
Инъекция 5-НТР контрольным улиткам достоверно не изменяла электрические ха-
Рис. 1. Влияние инъекции 5-НТР на выработку условного оборонительного рефлекса (УОР) у виноградных улиток. По оси абсцисс — количество сочетаний условных и безусловных стимулов, по оси ординат — количество положительных ответов в процентах за10 сочетаний условных и безусловных стимулов. Показаны стандартные ошибки среднего. ФР — физиологический раствор, 5-НТР — 5-окси-триптофан. Fig. 1. Influence of 5-HTP injections on elaboration of defensive conditioned reflex in terrestrial snails. Abscissa — the quantity of pairs of conditioned and unconditioned stimulus. Ordinate — the quantity of positive responses in percents for ten pa
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.