НЕЙРОХИМИЯ, 2008, том 25, № 3, с. 184-190
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
УДК 612.822.3
МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ДОФАМИНА ЧЕРЕЗ БАЗАЛЬНЫЕ ГАНГЛИИ НА СЕПТО-ГИППОКАМПАЛЬНЫЙ ТЕТА-РИТМ
© 2008 г. И. Г. Силькис*
Лаборатория нейрофизиологии обучения Института высшей нервной деятельности
и нейрофизиологии РАН, Москва
Предположен механизм влияния дофамина на индукцию и частоту септо-гиппокампального тета-рит-ма. В основе механизма лежит вызванная дофамином модуляция эффективности возбудительных входов во входную структуру базальных ганглиев - стриатум и последующее растормаживание через базальные ганглии таламического ядра реуниенс, а также холинергических ядер моста, что увеличивает возбуждение их клеток-мишеней в медиальной перегородке, поле СА1 гиппокампа и энтори-нальной коре. Моделирование показало (Борисюк, 2004; Whittington et al., 1995), что в нейронной сети со взаимосвязанными тормозными нейронами (к такому типу относится и сеть, включающая перегородку, гиппокампальную формацию и базальные ганглии), возникают осцилляции, частота которых позитивно коррелирует с "силой" возбуждения и негативно - с "силой" торможения. Из предлагаемого механизма следует, что увеличение концентрации дофамина или искусственная активация Д1- и Д2-рецепторов в стриатуме, способствующие ослаблению торможения и усилению возбуждения септо-гиппокампального комплекса, должны приводить к увеличению частоты тета-ритма во всех звеньях сети. Это следствие согласуется с известными экспериментальными данными.
Ключевые слова: гиппокамп, тета-ритм, базальные ганглии, дофамин, синаптическая пластичность.
Сокращения: БГ - базальные ганглии; БШв - внутренняя часть бледного шара; ВП - вентральный паллидум; МП - медиальная перегородка; ПЯ - прилежащее ядро; ППЯ - педункулопонтийное ядро; РЕ - реуниенс; ЧВр - ретикулярная часть черного вещества.
Результаты исследования гиппокампального тета-ритма, коррелирующего с различными поведенческими процессами, подробно описаны в ряде обзорных статей [1, 2]. Основное внимание при анализе механизмов возникновения этого ритма уделяется входу из медиальной перегородки (МП) [1-6]. Согласно современным представлениям, генерация тета-ритма в области пирамид СА1 и зубчатой извилины требует возбуждения гиппокампа (поддерживаемого через холинергические муска-риновые и глутаматергические входы) в комбинации с фазическим растормаживанием, осуществляемым через проекции ГАМКергических клеток МП [6]. Растормаживание является следствием того, что ГАМКергические клетки МП ингибируют тормозные интернейроны гиппокампа, которые выключают тета-ритм. Модельные исследования показали, что тета-ритм, генерация которого основана на реципрокных тормозных связях между гиппокампом и МП, характеризуется устойчивыми колебаниями в широком диапазоне изменений параметров ритма [3].
Генерации гиппокампального тета-ритма способствует и холинергический компонент активно-
* Адресат для корреспонденции: 117485, Москва, ул. Бутлерова, 5а, e-mail: isa-silkis@mail.ru
сти ядер моста, тогда как инактивация одного из этих ядер - педункулопонтийного ядра (ППЯ), подавляла гиппокампальный тета-ритм [7]. С одной стороны, ядра моста - ППЯ и расположенное под голубым пятном, оказывают холинергическое влияние на гиппокампальную формацию и перегородку как непосредственно [8], так и через талами-ческое ядро средней линии - реуниенс (РЕ) [9, 10]. С другой стороны, активность нейронов ядер моста находится под контролем ГАМКергических нейронов выходных ядер базальных ганглиев (БГ) - ретикулярной части черного вещества (ЧВр) и внутренней части бледного шара (БШв) [11, 12].
О влиянии различных ядер БГ на гиппокампальную тета-активность свидетельствует ряд экспериментальных данных. Так, тета-ритм в гиппокампе появлялся в результате электрической стимуляция черного вещества, бледного шара, хвостатого ядра/скорлупы [13]. В возникновение гиппокампального тета-ритма вовлечены нейроны как вентральной, так и дорзальной частей входного ядра БГ - стриатума [14]. Существенное воздействие на гиппокампальный тета-ритм оказывает выделяемый в БГ дофамин. Так, стимуляция дофаминергических структур - компактной части черного вещества и вентрального
поля покрышки, приводила к генерации тета-рит-ма в гиппокампе и МП [15, 16]. Инактивация вентрального поля покрышки, наоборот, приводила к потере тета-компонента (3-6 Гц) в ЭЭГ гиппо-кампа крыс [17]. При повышении уровня эндогенного дофамина в мозге с помощью ингибитора обратного захвата дофамина увеличивалась не только выраженность, но и частота тета-модуля-ции (4-8 Гц) в активности септо-гиппокампаль-ных нейронов [4]. Было выдвинуто предположение, что дофамин может оказывать непосредственное воздействие на нейроны МП, хотя количество поступающих в нее дофаминергиче-ских терминалей незначительно [4]. Обращает на себя внимание тот факт, что аппликация дофамина непосредственно в гиппокамп не только не позволяла вызвать в нем тета-активность, но и не сильно влияла на индукцию тета-ритма с помощью ацетилхолина [18]. На основании того, что блокирование МП препятствует появлению тета-активности в гиппокампе крыс при электрической стимуляции ядер БГ, было выдвинуто предположение, что они влияют на тета-активность опосредованно, через изменение активности нейронов МП [13]. Кроме того, влияние БГ на тета-активность может осуществляться через активацию стволовых структур, ответственных за частоту и регулярность тета-осцилляций, как это было предположено в работе [4]. Однако оставалось неясным, каким именно образом реализуется опосредованное влияние дофамина на гиппо-кампальный тета-ритм. Принимая во внимание роль дофамина в модуляции активности БГ и многочисленные связи БГ со структурами, участвующими в генерации тета-ритма, целью настоящей работы являлось выявление возможных механизмов влияния дофамина через БГ на септо-гиппокампальную тета-активность.
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ НЕЙРОННОЙ СЕТИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ СЕПТО-ГИППОКАМПАЛЬНУЮ СИСТЕМУ, БАЗАЛЬНЫЕ ГАНГЛИИ И ТАЛАМИЧЕСКОЕ ЯДРО РЕУНИЕНС
Как уже указывалось во введении, основную роль в возникновении гиппокампального тета-ритма играет МП, однако БГ непосредственно с
ней не связаны. Судя по известным морфологическим и электрофизиологическим данным, БГ могут влиять на перегородку через таламическое ядро РЕ и ядра моста (см. схему на рис. 1а). Ядро РЕ реципрокно связано с областью СА1 гиппо-кампа, субикулюмом и энторинальной корой, проецируется в МП, а получает афферентацию из латеральной перегородки [9]. Ядро РЕ и отдельные части гиппокампальной формации связывает несколько петель, так как разные популяции таламических нейронов иннервируют энто-ринальную кору, СА1, субикулюм и МП [19, 20]. Ядро РЕ оказывает на пирамиды области СА1 сильное возбуждающее влияние [9], однако не может довести их до генерации спайков, хотя вызывает разряды интернейронов этой области [21]. Нейроны области СА1/субикулюм проецируются преимущественно в раковину вентральной части стриатума, называемой прилежащим ядром (ПЯ). Это ядро через вентральный паллидум (ВП) проецируется в таламические ядра средней линии, а последние обратно в ПЯ и гиппокамп [22]. Таким образом образуется замкнутая цепь гиппокамп-БГ-таламус-гиппокамп (рис. 2).
Медиальная перегородка проецируется в зубчатую извилину, поля СА3 и СА1, субикулюм и энторинальную кору [23]. Нейроны областей СА1 и СА3 проецируются обратно как в медиальную, так и латеральную перегородку [24]. Существует ГАМКергический вход из медиальной части перегородки в латеральную, а вход из латеральной части перегородки в медиальную образован сравнительно небольшим числом волокон [25]. В латеральную перегородку проецируются также нейроны субикулюма, энторинальной коры и холинергические клетки пПя [26, 27]. Холинергические волокна из другого ядра моста, расположенного под голубым пятном, поступают в ростральную часть энторинальной коры, зубчатую извилину и поля СА3-СА1 гиппо-кампа [8]. Кроме того, ППЯ реципрокно связано как с таламическими ядрами, так и с различными ядрами БГ [28, 29]. Нейроны ППЯ находятся под тоническим тормозным влиянием со стороны ЧВр и ВП [29] (рис. 2). В свою очередь, ППЯ возбуждает дофаминергические клетки [11, 12].
Функциональная организация БГ и их связи с другими структурами исследованы достаточно подробно [11, 12, 30] (рис. 2). Гиппокампальные тер-
Рис. 1. Нейронная сеть, в которой осуществляется взаимовлияние нейронов гиппокампальной формации, перегородки, базальных ганглиев и таламуса, до (а) и после (б) увеличения концентрации дофамина и перестроек активности в базальных ганглиях. БГ - базальные ганглии; ЗИ - зубчатая извилина, СА1 и СА3 - поля гиппокампа; Суб. - субикулюм; ЭК - энторинальная кора; ЛП и МП - соответственно латеральная и медиальная части перегородки; ППЯ и ПГП - ядра моста, соответственно педункулопонтийное и расположенное под голубым пятном; РЕ - таламическое ядро РЕ. Сплошные стрелки - возбудительные входы; открытые стрелки - модуляторные входы. Линии, оканчивающиеся черными кружками - тормозные входы. Толстые и пунктирные линии - соответственно потенциированные и депресси-рованные синаптические пути. Квадраты со структурами гиппокампальной формации, базальных ганглиев и таламуса заполнены соответственно прямой сеткой, наклонной сеткой, точками.
186
силькис
Рис. 2. Нейронная сеть, которая осуществляет дофамин-зависимое растормаживание со стороны базальных ганглиев нейронов таламуса и моста, проецирующихся в перегородку и гиппокампальную формацию. ПЯ - прилежащее ядро; ВП - вентральный паллидум; ВПП - вентральное поле покрышки; ЧВк и ЧВр - компактная и ретикулярная части черного вещества; БШн и БШв - наружная и внутренняя части бледного шара; Д1 и Д2 - рецепторы, чувствительные к дофамину; большие кружки - нейроны; маленькие незаштрихованные кружки, треугольники и квадрат - немоди-фицированные, потенциированные и депрессированный возбудительные входы, соответственно. Остальные обозначения как на рис. 1.
минали из фимбрии/форникса конвергируют на дендритных ветвях и шипиках нейронов ПЯ с до-фаминергическими волокнами из вентрального
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.