ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2010, том 60, № 6, с. 696-703
= ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ =
УДК 612.822.3+612.76
РЕАКЦИИ НА СВЕТ НЕЙРОНОВ СЕНСОМОТОРНОЙ И ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЫ КРОЛИКОВ, В ЦНС КОТОРЫХ БЫЛ СФОРМИРОВАН СКРЫТЫЙ ОЧАГ ВОЗБУЖДЕНИЯ (ОБОРОНИТЕЛЬНАЯ ДОМИНАНТА)
© 2010 г. Н. Н. Карамышева
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН,
Москва, e-mail: karam85@mail.ru Поступила в редакцию 26.08.2009 г.
Принята в печать 26.10.2009 г.
В сенсомоторной коре кроликов, в ЦНС которых был сформирован скрытый (подпороговый) очаг возбуждения, частота импульсации нейронов, ответивших на световое раздражение, была достоверно ниже (p = 0.01) частоты импульсации нейронов, на него не отреагировавших. То же наблюдали в зрительной коре интактных кроликов. Здесь также частота импульсации нейронов, ответивших на раздражение, была достоверно ниже (p = 0.01) частоты импульсации нейронов, не ответивших на световую стимуляцию. Как у интактных кроликов, так и у кроликов, в ЦНС которых был сформирован скрытый очаг возбуждения, 36% нейронов сенсомоторной коры ответили на неспецифические для данной области световые стимулы. В сенсомоторной коре кроликов, в ЦНС которых был создан скрытый очаг возбуждения, по сравнению с интакт-ными кроликами обнаружено достоверно большее (p = 0.01) число клеток, ответивших на световые стимулы с латентным периодом до 100 мс, и достоверно меньшее (p = 0.02), ответивших на световые стимулы с латентностью от 200 до 300 мс. В зрительной коре кроликов, в ЦНС которых был создан скрытый очаг возбуждения, по сравнению с интактными кроликами достоверно меньше нейронов (p = 0.01) ответило на световые стимулы с латентным периодом от 50 до 100 мс.
Ключевые слова: конвергенция, мультинейронная активность, кролики, скрытый очаг возбуждения, полисенсорные области коры.
Responses of Sensorimotor and Visual Cortical Neurons to Light in Rabbits with a Hidden Focus of Excitation in the CNS (Defensive Dominanta) N. N. Karamysheva
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: karam85@mail.ru
In the sensorimotor cortex of rabbits with a hidden focus of excitation in the CNS, the firing rate of neurons that responded to light was significantly lower (p = 0.01) than the firing rate of neurons that did not respond to light. The same phenomenon was observed in the visual cortex of intact rabbits. Both in intact rabbits and animals with the hidden focus of excitation, 36% of neurons in the sensorimotor responded to a nonspecific for them light stimulation. In the sensorimotor cortex of rabbits with the hidden focus of excitation, more (p = 0.01) neurons responded to light with the latency lower that 100 ms and less (p = = 0.02) neurons responded to light with the latency from 200 to 300 ms as compared to intact animals. In the visual cortex of rabbits with the hidden excitation focus, less (p = 0.01) neurons responded to light stimulation with the latency from 50 to 100 ms as compared to intact rabbits.
Key words: convergence, multiunit activity, rabbits, hidden focus of excitation, polysensory cortex.
Несмотря на большое число работ [3, 6, 9, 12—16, 18, 19, 21—26], посвященных проблемам конвергенции стимулов различной модальности в полисенсорных зонах коры головного мозга, механизмы такой конвергенции по-прежнему остаются неясными, особенно на уровне сетевых отношений между нейронами.
В результате многочисленных исследований, проведенных еще в 60-х годах прошлого века, было доказано, что у кроликов важным центром межсенсорного взаимодействия является сенсомоторная кора [3, 9, 16]. Так, после создания в этой коре скрытого (подпоро-гового) очага возбуждения (СОВ) предъявление животному неспецифических для данной области стимулов приводит к четким эффек-торным реакциям [1]. При этом изменения функциональной организации нейронов наблюдаются как в самом очаге [4, 5], так и в корковом представительстве тестирующего его стимула [2, 7].
Мы поставили перед собой задачу выявить, какова роль нейронов, реагирующих на неспецифическую стимуляцию, в возникновении таких изменений. Конкретной целью настоящей работы является исследование реакций нейронов сенсомоторной и зрительной областей коры на вспышки света при формировании в ЦНС кроликов скрытого очага возбуждения, тестируемого световыми стимулами.
МЕТОДИКА
Эксперименты проведены на семи бодрствующих кроликах (самцах) породы шиншилла массой 3—3.5 кг, нежестко зафиксированных в станке в естественной сидячей позе. Протоколы работы соответствовали требованиям Этической комиссии ИВНД и НФ РАН и международным правилам обращения с экспериментальными животными.
СОВ создавали ритмической электрокожной стимуляцией передней левой лапы кролика. Каждому животному предъявляли 5— 7 серий из 15 импульсов тока с межимпульсными интервалами 2 с и интервалами между сериями 2—3 мин. Длительность импульсов составляла 0.2 мс. Сила тока была пороговой для вызова двигательной реакции и подбиралась для каждого кролика индивидуально. Движения передних лап регистрировали через накладные пьезоэлементы.
О наличии СОВ судили по вздрагиваниям левой лапы в ответ на тестирующий (ранее индифферентный) световой стимул (правая лапа при этом оставалась неподвижной или вздрагивала менее выраженно) в 60% случаев его предъявления.
Тестирующим стимулом служил свет лампы постоянного тока, подаваемый с плавно изменяющейся интенсивностью в условиях слабой освещенности экспериментальной камеры. Длительность стимула регулировалась произвольно и составляла 8—12 с.
Мультинейронную активность (МНА) регистрировали монополярно с помощью пластинок из семи склеенных в одной плоскости и обрезанных под углом 35—45 град. нихро-мовых 50-микронных электродов в заводской изоляции (ПЭВХН-2, ГОСТ 85-98-69). Индифферентные электроды изготавливали из стальной проволоки диаметром 100 мкм.
В сенсомоторную кору пластину электродов имплантировали согласно стереотакси-ческим координатам AP 1—2, L 1—2 (представительство передней левой лапы у кролика). Для зрительной коры координаты определяли непосредственно перед операцией в пределах поля 17 по месту максимальной выраженности вызванного потенциала на вспышки света, подаваемые в правый глаз животного. Регистрацию МНА начинали на 2—3-й день после операции. В работе использовали четырехканальный усилитель с полосой пропускания в диапазоне от 5 кГц до 400 Гц.
У одного кролика регистрировали МНА только до, а у двух — только после формирования СОВ. У четырех животных активность оказалась достаточно стабильной, что позволило нам проанализировать ее как до, так и после создания в ЦНС кроликов СОВ.
Для исследования реакции зарегистрированных нейронов на свет животному на расстоянии примерно 30 см от глаз в условиях слабо освещенной камеры подавалось 60 световых вспышек максимальной интенсивности (0.7 Вт/с) с интервалами 2—5 с (фотостимулятор FTS 21, Венгрия).
Момент подачи каждого стимула отмечался по 4-му каналу усилителя, а по 3 каналам шла непрерывная регистрация МНА.
С помощью программы Spike2 версия 5.09 (Copyright © Cambridge Electronic Design 1988— 2004) из МНА выделяли отдельные импульсные ряды, для которых строили перисти-
Таблица 1. Средняя частота импульсации нейронов сенсомоторной и зрительной областей коры при световой стимуляции (С) у кроликов контрольной и экспериментальной групп
Table 1. A mean firing rate of neurons in sensorimotor and visual cortex during the light stimulation in rabbits of control and experimental groups
Средняя частота импульсации, Гц
Группы животных нейроны соматосенсорной коры нейроны зрительной коры
ответившие на С не ответившие на С ответившие на С не ответившие на С
Контрольная Экспериментальная 18.4 ± 9.7 (n = 35) 16.9 ± 7.5 (n = 39) 22.3 ± 10.8 (n = 62) 20.9 ± 11* (n = 78) 18.4 ± 10 (n = 27) 23.8 ± 12.6 (n = 21) 27.1 ± 7** (n = 7) 25.8 ± 10.6 (n = 10)
Примечание. п — число нейронов; достоверные различия по и-критерию Манна—Уитни: * — р = 0.05; ** — р = 0.01. Объяснение в тексте.
мульные гистограммы (ПСГ) с шагами анализа от 5 до 20 мс и эпохой анализа 2 с (пред-стимульная часть — 0.5 с). По первым пикам или провалам на ПСГ (превышающим границы доверительного интервала За при среднем наборе спайков N > 15 и выявляющимся при разных шагах анализа) определяли латентный период ответа нейрона на световые стимулы.
В общей сложности в сенсомоторной коре была зарегистрирована активность 97 нейронов у пяти интактных кроликов и 118 нейронов у шести кроликов, в ЦНС которых был создан СОВ. В зрительной коре зарегистрировали активность 34 нейронов у четырех кроликов контрольной группы и З1 нейрона у четырех кроликов экспериментальной группы.
При статистической обработке полученных данных пользовались точным критерием Фишера и U-критерием Манна—Уитни.
После завершения всех экспериментов проводили морфологический контроль положения кончика электродной пластинки в сенсомоторной и зрительной областях коры.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В сенсомоторной коре у интактных кроликов и кроликов, в ЦНС которых был сформирован СОВ, средняя частота импульсации всех зарегистрированных нейронов при световой стимуляции достоверно не различалась и составила 20.9 ± 10.4 и 19.5 ± 10.2 Гц соответственно. Средняя частота импульсации всех зрительных нейронов при стимуляции также достоверно не различалась у животных экспериментальной и контрольной групп и составила 20.2 ± 10.0 Гц и 24.2 ± 11.2 Гц.
Однако раздельный анализ частот импуль-сации нейронов, ответивших на световую стимуляцию, и нейронов, у которых ответов обнаружено не было, показал, что частота импульсации первых ниже, чем частота им-пульсации вторых. Достоверными эти различия оказались для нейронов сенсомоторной коры у животных экспериментальной группы (p = 0.05) и для нейронов зрительной коры у животных контрольной группы (p = 0.01) (табл. 1).
Выделение импульсных рядов по форме спайков и их амплитуде позволяет различать нейроны, генерирующие большие, средние и малые спайки. Нейроны сенсомо
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.