научная статья по теме МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ДОФАМИНА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ БАЗАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ И ВЫБОР ДВИЖЕНИЯ (СОПОСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ) Медицина и здравоохранение

Текст научной статьи на тему «МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ДОФАМИНА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ БАЗАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ И ВЫБОР ДВИЖЕНИЯ (СОПОСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ)»

НЕЙРОХИМИЯ, 2013, том 30, № 4, с. 305-313

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

УДК 612.822.3

МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ДОФАМИНА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ БАЗАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ И ВЫБОР ДВИЖЕНИЯ (СОПОСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ)

© 2013 г. И. Г. Силькис*

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва

Ранее нами предложена унифицированная модель влияния дофамина на функционирование топически организованных замкнутых цепей кора — базальные ганглии — таламус — кора, вовлеченных в выбор движения и обработку сенсорной информации [Biosystems. 2001. 59(1): 7—14; 2007. 89(1—3): 227—235]. В этой модели активность нейронов коры, запускающих движение, зависит от характера срабатывания стрионигральных и стриопаллидарных клеток, экспрессирующих соответственно Д1 и Д2 рецепторы и дающих начало "прямому" и "непрямому" пути через базальные ганглии. Проходящие через "прямой" и "непрямой" путь сигналы оказывают соответственно растормаживающее и ингибирующее влияние на проецирующиеся в кору таламические клетки. Согласно сформулированным нами правилам модуляции дофамин способствует длительной потенциации эффективности кортикальных входов, сильно активирующих стрионигральные и слабо активирующих стрио-паллидарные нейроны, но длительной депрессии входов, слабо активирующих стрионигральные и сильно активирующих стриопаллидарные нейроны. Вследствие этого дофамин синергично увеличивает растормаживание и уменьшает ингибирование нейронов таламуса, возбуждающих первоначально сильно активированные нейроны коры. Одновременно уменьшается растормаживание и усиливается ингибирование нейронов таламуса, возбуждающих первоначально слабо активированные нейроны коры. В результате увеличения активности определенных групп стрионигральных и стриопаллидарных нейронов выбирается одно движение, а конкурирующие подавляются. В известных моделях учитывается модуляция только сильных кортикостриатных входов, дофамин-зависимое увеличение активности стрионигральных нейронов способствуют выполнению движения, а ослабление активности стриопаллидарных клеток запрещает движение или подавляет конкурирующие. Современные экспериментальные данные свидетельствуют в пользу нашей модели. Использование Cre-зависимой вирусной экспрессии генетически кодируемого индикатора кальция позволило зарегистрировать активность идентифицированных нейронов стриатума, характеризующихся наличием Д1 и Д2 рецепторов, у мышей, нажимающих на педаль в ответ на сенсорный стимул, и показать, что этому движению предшествует значительное повышение активности и стриониграль-ных, и стриопаллидарных клеток [Nature. 2013. 494(7436): 238-242].

Ключевые слова: дофамин, стриатум, длительная потенциация, длительная депрессия кортикостри-атные входы, прямой и непрямой путь через базальные ганглии.

DOI: 10.7868/S1027813313030138

В настоящее время общепринятой является точка зрения, что базальные ганглии (БГ), представляющие собой взаимосвязанную группу подкорковых ядер, являются структурой, участвующей в различных видах жизнедеятельности и, в частности, в выборе движений [1]. Входная струк-

*Адресат для корреспонденции: 117865 Москва, ул. Бутлерова, 5а; тел.: (495) 789-38-52, доб. 20-76; e-mail: isa-silkis@mail.ru.

Принятые сокращения: БГ — базальные ганглии; БШв и БШн — соответственно внутренняя и наружная части бледного шара; ДП и ДД — соответственно длительная потенциация и депрессия; ЧВк и ЧВр — соответственно компактная и ретикулярная части черного вещества; К—БГ— Т—К — цепь кора—базальные ганглии—таламус—кора.

тура БГ — стриатум получает возбуждение от большинства областей новой коры, таламуса, гиппокампа, миндалины, а нейроны выходных ядер БГ — внутренней части бледного шара (БШв) и ретикулярной части черного вещества (ЧВр), контролируют возбуждение таламических ядер, проецирующихся в новую кору. Благодаря топической организации цепей кора—БГ—тала-мус—кора (К—БГ—Т—К) [2, 3] БГ могут участвовать в параллельной обработке различных видов информации.

Детальный иммуногистохимический и морфологический анализ, а также регистрация нейронной активности показали, что все ядра БГ, кото-

305

3*

рые есть у млекопитающих, присутствуют и в переднем мозге миноги [4], относящейся к группе, родственной челюстным позвоночным. Находка окаменелой миноги показала, что они мало изменились за 360 миллионов лет [5].Связи между ядрами Б Г миноги организованы так же, как и у млекопитающих, клетки выделяют такие же ней-ропептиды, а нейроны выходных ядер проецируются в тектум и моторные области [4]. Полагают, что появившиеся в процессе эволюции другие области мозга в кооперации с БГ позволяют этой структуре участвовать в параллельных моторных, эмоциональных и когнитивных процессах и контролировать различные виды поведения [4]. Примерно треть нейронов выходных ядер БГ через та-ламические ядра проецируется в префронталь-ную кору, что сопоставимо с количеством нейронов, проецирующихся в моторные области коры [6]. В соответствии с параллельным характером обработки информации в цепях К—БГ—Т—К показано, что активность нейронов определенных участков стриатума больше коррелирует с когнитивными и сенсорными функциями, чем с моторной, а повреждение некоторых частей БГ приводит к значительно более выраженным когнитивным нарушениям и ухудшению сенсорного восприятия, чем к двигательным нарушениям [7]. Влиянию когнитивных, мотивационных и эмоциональных процессов на сенсорное восприятие и выбор двигательной активности способствует спиральная организация лимбических, ассоциативных и моторных цепей К—БГ—Т—К [8]. Нейроны стриатума, которые через таламус проецируются в премоторную и дополнительную моторную области коры, связываемые с планированием движения, могут получать информацию из всех областей коры [9].

Несмотря на многолетние исследования особенностей функционирования БГ механизмы взаимодействий составляющих их ядер и их участия в выборе движения остаются до конца невыясненными и продолжают обсуждаться. Пониманию механизмов функционирования БГ должны способствовать разрабатываемые в последние годы новые методы исследований, позволяющие в экспериментах in vivo регистрировать активность идентифицированных нейронов стриатума, экс-прессирующих разные подтипы рецепторов и выделяющих разные опиоидные пептиды. Хотя пространственное разрешение этих методов пока невелико, полученные к настоящему времени экспериментальные данные [10] уже позволили получить ответы на некоторые спорные вопросы. В настоящей работе эти данные сопоставляются со следствиями предложенной нами ранее модели функционирования БГ при выборе движения [11, 12] и моделей, разрабатываемых в последние годы несколькими научными группами.

ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ НЕЙРОННОЙ ЦЕПИ КОРА-БАЗАЛЬНЫЕ ГАНГЛИИ—ТАЛАМУС—КОРА

Морфофункциональная организация возбудительных и тормозных связей в нейронных цепях, включающих БГ, новую кору и таламус (цепей К— БГ—'Т—К), достаточно хорошо изучена [13, 14]. Эти цепи являются замкнутыми вследствие того, что выходные ядра БГ через таламус активируют те области коры (экспериментально показано для фронтальной и теменной), которые иннервируют части стриатума, проецирующиеся в эти выходные ядра [6, 15]. Нейроны хвостатого ядра стриатума иннервируются именно теми та-ламическими клетками, которые получают входы из ЧВр [16]. Топическая организация является важной особенностью цепей К—БГ—Т—К и цепей таламус—БГ—таламус (Т—БГ—Т). В частности, моторная часть БГ включает соматотопически организованные микроцепи (каналы обработки), связанные с отображением рук, ног, лица [2, 3]. Даже в пределах отображения одной конечности могут быть микроцепи, связанные с отдельными движениями.

Из коры через БГ в таламус есть два пути. Начало прямому пути дают ГАМКергические стрио-нигральные шипиковые клетки, а непрямому — ГАМКергические стриопаллидарные клетки, которые проецируются в наружную часть бледного шара (БШн), а затем в ЧВр или БШв (рис. 1). ГАМКергические нейроны БШ и ЧВр получают возбуждение из субталамического ядра, находящегося под ингибирующим воздействием со стороны БШн [2]. По отношению к нейронам тала-муса прямой путь является растормаживающим (так как содержит два тормозных переключения), а непрямой — ингибирующим (так как содержит три тормозных переключения). Стриониграль-ные и стриопаллидарные клетки обладают сходными электрофизиологическими свойствами, но разным набором рецепторов, чувствительных к дофамину, ацетилхолину, аденозину и эндогенным опиоидным пептидам. В частности, стрио-нигральные клетки экспрессируют преимущественно Д1 рецепторы, а стриопаллидарные — Д2 рецепторы [17] (рис. 1). С целью упрощения во всех моделях используется такое разделение, хотя часть шипиковых клеток имеет оба типа рецепторов (Д1 и Д2) [18]. Кроме шипиковых клеток, составляющих около 95% от всего клеточного состава стриатума, в нем имеются тормозные интернейроны и холинергические клетки.

Рис. 1. Предлагаемая нами модель участия базальных ганглиев в выборе движения за счет контрастного увеличения активности одной группы нейронов моторной коры.

Стр. — стриатум; Тал. — таламическое ядро; БШн и БШв — наружная и внутренняя части бледного шара соответственно; ЧВр и ЧВк — ретикулярная и компактная части черного вещества соответственно; СТЯ — субталамическое ядро; Д1, Д2 — рецепторы, активируемые дофамином, черные кружки — ГАМКергические шипиковые клетки; стриони-гральные клетки, экспрессирующие Д1 рецепторы, дают начало прямому пути; стриопаллидарные клетки, экспресси-рующие Д2 рецепторы, дают начало непрямому пути. Утолщенные и тонкие линии со стрелками — возбудительные входы; утолщенные и тонкие линии с кружками — сильные и слабые тормозные входы соответственно; штрихпунк-тирные линии с открытыми стрелками — дофаминергические входы. Ядра базальных ганглиев, относящиеся к параллельным путям обработки, обведены пунктирными прямоугольниками. С целью упрощения, второе выходное ядро — внутренняя часть бледного шара, не отображено.

ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ДОФАМИНА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОРТИКОСТРИАТНЫХ ВХОДОВ

Во в

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Медицина и здравоохранение»