авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Исследование потенциал-зависимых механизмов влияния постоянного электрического тока на функционирование колонок соматической коры мозга крыс

На правах рукописи

Лысенко Лариса Валерьевна ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛ-ЗАВИСИМЫХ МЕХАНИЗМОВ ВЛИЯНИЯ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОЛОНОК СОМАТИЧЕСКОЙ КОРЫ МОЗГА КРЫС 03.03.01 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону 2010 2

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте нейрокибернетики им. А.Б. Когана Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»

Научный консультант: доктор биологических наук, ст. н. с.

Сухов Александр Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Шульговский Валерий Викторович доктор биологических наук, профессор Омельченко Виталий Петрович

Ведущая организация: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится « 19 » ноября 2010 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.07 по биологическим наукам в ФАГОУ ВПО «Южный федеральный университет» (344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/1, НИИ нейрокибернетики, актовый зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «_» октября 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Е.В. Асланян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии является изучение роли эндогенного и экзогенного электрического поля в регуляции функционального состояния и когнитивной деятельности мозга в норме и патологии. Исследования последних лет показывают, что электрические поля в ткани мозга, генерируемые работой ионных каналов на мембранах клеток, регулируют миграцию клеток, их поляризацию и частоту делений во время эмбриогенеза (Song et al., 2002;

Li et al., 2008), обеспечивают дифференцировку нервных клеток (Sundelacruz et al., 2009), участвуют в регенерации тканей (Brown, Dransfield, 2008), влияют на синхронизацию активности нервных клеток (Anastassiou et al., 2010).

В коре, благодаря поляризации и вертикальной ориентации нейронов перпендикулярно ее поверхности, возникает дипольный момент, определяющий уровень постоянного потенциала (УПП) коры. Медленные изменения УПП мозга тесно связаны с характером текущего ритмогенеза, обусловленного активацией потенциал-зависимых K+-, Na+- и Ca2+-мембранных каналов нейронов, и нейроглиальными взаимодействиями (Amzica, Steriade, 2000;

Seigneur et al., 2006). Целый ряд ЭЭГ-феноменов, связанных с когнитивной деятельностью животных и человека, функциональными сдвигами в цикле сон-бодрствование и рядом патологических изменений ЭЭГ, сопровождается сдвигами УПП (Гусельников, 1976;

Фокин, Пономарева, 2002;

Шимко и др., 2005;

Lehmenkhler et al., 1999;

Miller et al., 2007;

Shinba, 2009). Однако причинно-следственная взаимосвязь этих процессов в настоящее время не исследована. Вопрос, влияет ли эндогенное поле на состояние нейронов или является побочным продуктом функционирования нейроглиального и сосудистого комплексов, представляет собой актуальную проблему современной нейробиологии.

Поскольку экзогенный постоянный электрический ток может имитировать поле постоянного потенциала и модулировать уровень возбудимости коры, большой интерес представляет поляризационная доминанта, формируемая действием постоянного электрического тока на кору и обладающая свойствами естественных мотивационных доминант: повышенной возбудимостью, ассоциативностью, усвоением ритма стимуляции (Русинов, 1969). Известно, что постоянный электрический ток избирательно модулирует частоту нейронных разрядов в зависимости от полярности, длительности и силы воздействия и приводит к долговременным эффектам последействия как у животных, так и у человека (Nitsche, Paulus, 2001;

Baudewig et al., 2001). Учитывая колончатый принцип структурно-функциональной организации коры мозга животных и человека, можно предположить, что ключ к раскрытию механизмов модулирующего влияния постоянного электрического тока следует искать на уровне организации отдельной корковой колонки, однако такие исследования ранее не проводились.

Возросший, в последнее время, интерес к механизмам влияния экзогенного электрического поля обусловлен успешным клиническим использованием транскраниальной электрической микрополяризации, позволяющей улучшить или восстановить двигательные (Fehlings, Tator, 1992;

Wu et al., 2008), психические функции (Nitsche, 2002;

Ferrucci et al., 2009;

George, Aston-Jones, 2010), купировать судорожные приступы (Шелякин и др., 2000;

Warren, Durand, 1998), уменьшить очаги поражения головного мозга у больных с инсультом и черепно-мозговой травмой в острый период (Шелякин, Пономаренко, 2006) и др. В настоящее время накапливается все больше свидетельств в пользу того, что ведущую роль в реакции мозга на постоянный ток играют сдвиги мембранного потенциала нейронов (Liebetanz et al., 2002) и несинаптические эффекты (Ardolino et al., 2005). В связи с этим выяснение потенциал-зависимых механизмов влияния электрического поля на мозг представляет несомненную актуальность с биомедицинской точки зрения.



Цель работы: исследование потенциал-зависимых механизмов влияния постоянного электрического тока на функционирование колонок соматической коры мозга крыс.

Достижение поставленной цели требовало решения следующих задач:

Изучить роль эндогенного электрического поля в формировании и регуляции 1.

уровня колебаний постоянного потенциала коры и ритмической веретенообразной активности корковых колонок при сниженном тонусе ретикулярной формации и низком уровне активированности мозга.

Изучить роль эндогенного электрического поля в соотношении колебаний УПП и 2.

эпилептиформной активности (ЭпиА) при повышенном уровне активированности мозга.

Изучить роль экзогенного постоянного электрического тока в регуляции 3.

функционального состояния корковых колонок при их микрополяризации.

Изучить роль экзогенного постоянного электрического тока в усвоении ритма 4.

стимуляции в очаге поляризационной доминанты.

Сформулировать теоретически и экспериментально обоснованную гипотезу о роли 5.

УПП и экзогенного электрического поля в регуляции функционального состояния и пластичности мозга.

Научная новизна работы.

Впервые выявлен разнонаправленный характер изменения УПП при развитии 1.

веретенообразной и ЭпиА, отражающий различие потенциал-зависимых механизмов их формирования. При веретенообразной активности отмечен электропозитивный сдвиг УПП, при эпилептиформной – электронегативный сдвиг.

Впервые установлена зависимость частотных параметров и формы ЭпиА от уровня 2.

негативного сдвига УПП. Большей электронегативности соответствует более высокая частота генерации эпилептиформных разрядов во время эпиактивности.

Впервые установлена возможность образования микроочага поляризационной 3.

доминанты на структурной основе отдельной корковой колонки.

Впервые исследована динамика изменений уровня возбудимости корковой колонки 4.

во время усвоенного ритма при поляризационной доминанте.

Установлено облегчение пластических перестроек ритмогенеза в коре при 5.

увеличении негативности УПП как в очаге поляризационной доминанты при усвоении, запоминании и воспроизведении ритма стимуляции, так и в очаге эпилептиформной патологической доминаты при усвоении паттерна эпилептиформных разрядов во вторичных зеркальных очагах.

Впервые сформулировано представление о двух разных формах электротонического 6.

взаимодействия нейронов в колонках. Внеклеточное электротоническое (эфаптическое) взаимодействие разных нейронов одной колонки осуществляется за счет суммации внеклеточных потенциалов всех нейронов этой колонки. Избирательное электротоническое взаимодействие соседних однотипных тормозных нейронов, осуществляется за счет электрических синапсов. Оба механизма участвуют в обеспечении синхронизации осцилляторной активности нейронов колонки.

Научно–теоретическое и практическое значение результатов исследования.

Выявленные в настоящей работе нейрофизиологические механизмы влияния экзогенного электрического поля при микрополяризации отдельной корковой колонки могут быть использованы для дальнейшего развития методики микрополяризационной терапии человека. Исходя из того, что механизм усвоения ритмичных воздействий является единым для всех анализаторов, полученные в работе результаты по усвоению ритма стимуляции в зоне микрополяризационной доминанты могут быть использованы в лечебных мероприятиях для выработки артифициальных стабильных функциональных связей (Бородкин, Шабанов, 1986), супраспинальной регуляции мышечного тонуса, интенсивной терапии различных гиперкинезов. Используемая в работе комплексная методика функциональной оценки состояния коры головного мозга с регистрацией УПП расширяет возможности направленного поиска и изучения новых противосудорожных препаратов. Полученные сведения о разнонаправленных сдвигах УПП могут быть использованы для разработки методов коррекции патологических состояний мозга, связанных с повышенным уровнем возбудимости, а также для оптимизации электростимуляционной терапии при лечении нейрональных дисфункций. Результаты работы использованы при выполнении исследований по грантам РФФИ № 07–04–00424 и Минобразования № 2.1.1/1129, а также в учебном процессе при чтении спецкурса по эволюции ритмогенеза на кафедре физиологии человека и животных ЮФУ.

Основные положения, выносимые на защиту:

Эндогенный постоянный потенциал коры является производным от медленных 1.

изменений мембранного потенциала корковых нейронов при действии различных медиаторов и модуляторов на метаботропные рецепторы.

Длительное изменение потенциала покоя корковых нейронов в сторону 2.

деполяризации или гиперполяризации вызывает врожденную, генетически запрограммированную активацию различных потенциал-зависимых каналов с формированием соответствующей формы ритмогенеза.

Основной функциональной ролью пейсмекерного ритмогенеза, обусловленного 3.

активностью потенциал-зависимых каналов, является устранение избыточной де- или гиперполяризации нейронов и восстановление исходного потенциала покоя клеток.

Пейсмекерный ритмогенез с участием потенциал-зависимых каналов играет 4.

основополагающую роль в механизмах усвоения, запоминания и воспроизведения ритма стимуляции в очаге поляризационной доминанты, составляя основу временной организации активности нейронов в процессах анализаторной деятельности.

Сформулирована гипотеза о наличии двух типов электротонического 5.

взаимодействия и их различной роли в функциональной организации нейронов, учитывающая разную селективность этих взаимодействий. Экстраклеточное влияние электрического поля более эффективно действует на радиально-ориентированные пирамидные нейроны, а избирательный характер взаимодействия однотипных тормозных нейронов одного ансамбля обеспечивается наличием между ними электрических синапсов с низким электрическим сопротивлением, что способствует электротонической синхронизации осцилляторной активности нейронов этого ансамбля.

Апробация диссертационной работы. Материалы диссертации были представлены на: Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи» (Москва, 2004), II Межрегиональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века – будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2004), XI и XIII Всероссийских научных конференциях студентов–физиков и молодых ученых (Екатеринбург, 2005, 2007), XIV и XV Международных конференциях по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2006, 2009), XIII и XIV Международных конференциях «Ломоносов» (Москва, 2006, 2007), 18-м Конгрессе ESRS (Инсбрук, Австрия, 2006), XX Конгрессе Общества физиологов им. И.П. Павлова (Москва, 2007), Всероссийской конференции "Структурно–функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга" (Москва, 2007), II Всероссийской научно–практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2008), Х Всероссийской научно-технической конференции «Нейроинформатика–2008» (Москва, 2008). Работа была апробирована на заседании Ученого Совета НИИ нейрокибернетики ЮФУ, и совместном заседании кафедры физиологии человека и животных биолого-почвенного факультета ЮФУ и Ростовского-на Дону отделения физиологического общества им. И.П. Павлова (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Личный вклад автора в опубликованном материале составляет 76 %, объем 2,8 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, методика, результаты исследования, обсуждение результатов), выводов и библиографического указателя, включающего 272 работы отечественных и зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 24 рисунками и двумя таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Постановка экспериментов. Исследование проводилось как на уровне отдельных нейронов (механорецепторные нейроны речного рака (МРН) Astacus leptodactilus) in vitro, так и на уровне целого мозга крыс in vivo.

Эксперименты in vitro были проведены на 8 рецепторах растяжения речного рака Astacus leptodactilus в возрасте 2-х лет размером тела 8–10 см. МРН был выбран объектом исследования в качестве аналога пирамидных клеток V слоя коры, поскольку имеет сходную с ними геометрию и основные электрофизиологические показатели: потенциал покоя, амплитуду, длительность и ионный механизм генерации потенциалов действия (ПД), критический уровень деполяризации, входное сопротивление и постоянную времени мембраны. Преимуществом МРН является отсутствие неконтролируемой сетевой структуры его возбудительных и тормозных синаптических связей с другими нейронами.





При поляризации МРН, в отличие от работы на срезах мозга, можно строго контролировать расположение дендроаксональной оси.

МРН выделяли по методике Wiersma с соавт. (1953). Изолированные рецепторы с двумя кусочками панциря, между которыми были расположены мышцы с МРН, помещали в кювету с 2 мл раствора Ван–Харревельда. Внеклеточную регистрацию импульсной активности МРН осуществляли монополярно. Отводящий микроэлектрод располагался в заполненной раствором Ван–Харревельда пипетке, втягивающей аксон, индифферентный – в кювете. Сигналы усиливали УБС-1/10 (Россия), оцифровывали с частотой дискретизации 1 кГц через АЦП L-761 (L-Card, Россия) и записывали на жесткий диск компьютера. Поляризацию нейрона постоянным электрическим током осуществляли биполярно от специально сконструированного источника постоянного тока U=9 В при помощи двух неполяризующихся Ag–AgCl электродов (=50 мкм), которые располагались на расстоянии 300 мкм друг от друга: один – в области разветвления мышцы, второй – в области аксона.

Исследования на целом мозге in vivo проводили на 25 ненаркотизированных, частично обездвиженных d–tubocurarine chloride (2 мг на 1 кг веса) нелинейных взрослых белых крысах весом 200–250 г по методике, получившей положительное заключение Комитета по Биоэтике РАН (протокол № 98 от 11 марта 2002 г.). Трепанацию черепа проводили под эфирным наркозом ручным трепаном диаметром 3 мм. Координаты для трепанационных отверстий определялись согласно данным морфофизиологических исследований (Сухов, 1992) и стереотаксическим координатам (Paxinos, Watson, 1998).

Внеклеточная фоновая и вызванная активность отводились заполненными 2,5 М раствором стеклянными микроэлектродами (2–5 =2 мкм), погружаемыми NaCl MОм, микроманипуляторами ММ–1 с шагом 10 мкм. Для регистрации фокальной активности соматосенсорной коры использовались блоки из двух микроэлектродов: горизонтальные – с расстоянием между кончиками 0,3–1 мм для отведения биоэлектрической активности от одной или различных колонок в пределах одного слоя коры, и вертикальные – с расстоянием между кончиками 0,7–1 мм для регистрации активности верхних (глубина погружения микроэлектродов 0,3–0,5 мм) и нижних слоев (глубина погружения 1,3–1,5 мм) одной колонки. Идентификация колонок в коре осуществлялась путем оценки параметров первичного ответа при отклонении соответствующей вибриссы, а также с использованием слухового контроля нейронной активности, преобразованной в звуковые сигналы. Для регистрации активности таламуса микроэлектроды погружали на 4,5–5,5 мм. Активность гиппокампа и ретикулярной формации регистрировали посредством вертикального блока микроэлектродов с расстоянием между кончиками 0,5 мм по горизонтали и 3,5 мм по вертикали. Блок погружали на глубину 3 мм от поверхности коры, что соответствовало началу поля С1 гиппокампа и ретикулярной формации на глубине 6,5 мм. Фокальную активность зоны представительства вибрисс в мозжечке – Crus II регистрировали микроэлектродами, погружаемыми на глубину 1 мм от поверхности мозжечка.

ЭпиА вызывали прямым электрическим раздражением поверхностных слоев соматической коры прямоугольными импульсами длительностью 0,2 мс, частотой 10– Гц, напряжением 15–50 В, подаваемыми от стимулятора ГЭФИ-3БУ (Россия) с помощью биполярных вольфрамовых электродов, и микроаппликацией раствора антагониста ГАМКА-рецепторов пикротоксина (3 мМ, 125–150 нл) через микроэлектрод, погруженный на глубину 1 мм вблизи регистрирующего электрода в соматической коре.

Блокаду активируемых гиперполяризацией проводили путем h-каналов микроаппликации раствора ZD7288 (Tocris) (100 мкМ, 150 нл) в верхние слои корковой колонки на глубину 200–300 мкм. В качестве контрольной служила соседняя колонка.

Искусственную доминанту формировали путем вертикальной поляризации отдельной корковой колонки через два микроэлектрода (1 МОм, сила тока 0,5–4 мкA).

Воздействие осуществляли в течении 5–20 мин, плотность тока составляла 10–30 А/м2.

Анод располагали в I слое, катод – у основания колонки в VI слое, что приводило к дипольному заряду пирамидных нейронов V слоя коры. В целях выявления изменений уровня возбудимости колонок анализировали динамику их фоновой и вызванной активности при сопутствующей стимуляции вибрисс струей воздуха. Воздушная струя длительностью 30 мс подавалась от компрессора под давлением 1 атм с задаваемой от электростимулятора частотой от 0,5 до 5 обдуваний/с.

Методика исследования функционального состояния нервной ткани. Для оценки функционального состояния нервной ткани проводили одновременную регистрацию фоновой и вызванной биоэлектрической активности и УПП, отражающего уровень поляризации нервной ткани. Регистрацию биоэлектрической активности проводили униполярно с помощью 10-ти канального усилителя УБС-1/10 с полосой пропускания 0,1–2000 Гц через АЦП L-761 (L-Card, Россия) с частотой дискретизации 1– 10 кГц. Регистрацию УПП с частотой дискретизации 1 кГц проводили униполярно с помощью 16-ти канального усилителя УБЦ–М8 («Мета», Россия) с полосой пропускания от 0 Гц по постоянному току и аппаратной компенсацией постоянного входного напряжения, а также с помощью 4-х канального усилителя «Synapsis» (ОКБ «Ритм», Россия), позволяющих регистрировать как быстрые (фоновая активность, вызванные потенциалы, разряды отдельных нейронов), так и медленные изменения потенциалов, длящиеся десятки минут и часы. Для минимизации контактных электрохимических поляризационных потенциалов при регистрации УПП использовали специальные хлорсеребряные электроды (ОКБ «Ритм», Россия). Для стимуляции использовали электростимуляторы ЭСЛ–2 (Россия), ГЭФИ-3-БУ (Россия). Управление стимуляцией производили через выходы TTL платы L-205 или L-761 (L-Card, Россия). Обработку электрофизиологических данных осуществляли методами спектрального анализа с использованием оригинальных прикладных программ, разработанных в НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ.

Методы статистической обработки результатов. Для оценки статистической значимости полученных результатов использовали t–критерий Стьюдента, критерии Вилкоксона и Манна – Уитни. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимался равным 0,05. Результаты представлены в виде M ± m, где M – среднее арифметическое, а m – стандартное отклонение. Рассчитывали коэффициенты корреляции Спирмена (различия считали значимыми при p0,05), спектры когерентности и фазовые кросспектры с шагом по частоте 1 Гц. Анализ вызванных потенциалов (ВП) проводили с помощью программ AEP и Fms по 50–100 реализациям в каждой серии. Выделяли первичные и вторичные компоненты ВП, для которых определяли пиковую латентность и амплитуду.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Соотношение колебаний УПП и ритмической веретенообразной активности корковых колонок при сниженном уровне активированности мозга. Проведенный электрофизиологический анализ ритмической веретенообразной активности показал, что как для фоновых (Рис. 1, А), так и для вызванных веретен (Рис. 1, Б) был характерен зависящий от исходного постоянного потенциала позитивный сдвиг УПП, который в среднем для различных животных (n=6) составлял 0,61±0,12 мВ.

А + Б + Отметка стимула Рис. 1. Позитивный сдвиг постоянного потенциала коры при веретенообразной активности.

А – фоновая веретенообразная активность соматической коры;

Б – вызванная веретенообразная активность соматической коры;

Пунктиром обозначена огибающая уровня постоянного потенциала.

Каждое веретено начиналось с периода положительного сдвига УПП, по литературным данным, соответствующего гиперполяризации клеток, с последующим возвратом УПП к исходному и даже выше исходного уровня, что соответствует возврату к потенциалу покоя или деполяризации, причем уровень потенциала стремился к исходному в конце веретена, что, по-видимому, и вызывало обрыв веретена при компенсации избыточной гиперполяризации. Появление позитивного сдвига УПП коррелировало с предшествующим появлением веретен и не было привязано к ритму афферентной стимуляции (Рис. 1, Б). Величина предшествующего веретену сдвига УПП была достоверно выше в верхних слоях коры, по-сравнению с нижними слоями той же корковой колонки (t-критерий, p0,05). В среднем, в верхних слоях коры позитивный сдвиг составлял 0,60±0,13 мВ c максимальным значением 0,85 мВ и минимальным 0,38 мВ, в нижних слоях той же колонки он достигал в среднем 0,41±0,12 мВ с максимумом в 0,52 мВ и минимумом, равным 0,21 мВ.

Поскольку ряд исследователей связывали развитие веретенообразного ритма со взаимодействием токов потенциал-зависимых, активируемых гиперполяризацией 2+ h-каналов с токами низкопороговых Ca -каналов на мембранах нейронов (McCormick, Bal, 1997;

Luthi, McCormick, 1998;

Destexhe, Sejnowski, 2003), для выяснения вклада h каналов в наблюдаемые позитивные сдвиги УПП, предшествующие развитию веретена, нами были проведены дополнительные исследования с использованием специфического блокатора h-каналов – ZD7288 (100 мкМ, 150 нл).

Б А S верх S нижн УПП, УПП, мВ мВ Рис. 2. Влияние блокады h-каналов на величину позитивного сдвига УПП, предшествующего развитию веретенообразной активности в верхних (S верх) и нижних (S нижн) слоях соматической коры. (t–критерий Стьюдента, p0,05). А – до блокады. Б – после подведения блокатора ZD7288.

Аппликация ZD7288 приводила к достоверному уменьшению амплитуды позитивного сдвига УПП, который в среднем достигал 0,43±0,08 мВ в верхних слоях колонки и 0,25±0, мВ – в нижних слоях той же колонки (Рис. 2). Таким образом, блокада h-каналов приводила к снижению исходного УПП как в верхних, так и в нижних слоях коры приблизительно на одну и ту жу величину порядка 0,2 мВ. При этом тенденция большей величины сдвига УПП в верхних слоях, по-сравнению с нижними, оставалась неизменной.

Соотношение колебаний УПП и эпилептиформной активности при повышенном уровне активированности мозга. Проведение экспериментов (n=5) по ритмичной электрической стимуляции коры с частотой 10 стимулов/с показало, что в ответ на каждый стимул возникал отрицательный дендритный потенциал с амплитудой 0,5–1,0 мВ и длительностью 10–15 мс. Через 1–2 секунды после начала стимуляции амплитуда дендритных потенциалов уменьшалась до исходного уровня, и затем, через 5– 10 с, наблюдалась их инверсия в положительные потенциалы. При этом происходило усиление активности нейронов в виде генерации пачек импульсов. Если на этом этапе ритмичную стимуляцию прерывали, то наблюдалось последующее развитие ЭпиА типа волна–пик. При этом каждому пику фокальной активности соответствовало возникновение пачки импульсов с катодической депрессией потенциалов действия во время отрицательной фазы пика, что является наиболее характерным признаком пароксизмальных деполяризационных сдвигов (ПДС), когда волна внутриклеточной деполяризации достигает 20–30 мВ. После каждого пика чрезмерная деполяризация мембраны устранялась гиперполяризацией клеток во время следующей за пиком эпилептиформной волны, что приводило к восстановлению амплитуды потенциалов действия в начале волны, а затем и к их торможению на вершине волны.

Для выяснения механизмов, вызывающих развитие ПДС во время эпилептиформного пика и приводящих к самопроизвольной генерации корковыми нейронами пачек импульсов, отсутствующих после обычных ТПСП при афферентной стимуляции, нами была исследована зависимость проявления клонической и тонической фаз ЭпиА гиппокампа и соматической коры от уровня постоянного фокального потенциала, являющегося хорошим индикатором уровня МП нейронов и глии в локусе микроэлектродной регистрации. Вызов ЭпиА микроаппликацией раствора пикротоксина, антагониста ГАМКА рецепторов, исключал участие ТПСП в формировании межпиковых интервалов и указывал на их преимущественно эндогенное пейсмекерное происхождение на основе потенциал-зависимых h-каналов, активация которых сопровождалась электроотрицательными сдвигами внеклеточного УПП до нескольких милливольт.

Переход от клонической фазы ЭпиА к тонической сопровождался ростом негативности постоянного потенциала на 3 мВ, что свидетельствовало о преобладании процессов деполяризации МП большинства нейронов во время тонической фазы.

Постепенное уменьшение негативности потенциала коры во время тонической фазы ЭпиА отражало уменьшение уровня деполяризации мембраны нейронов и сопровождалось урежением частоты разрядов эпилептиформных пиков (Рис. 3, А, Б). Так, при снижении негативного потенциала коры на 1 мВ, частота эпиразрядов во время тонической фазы снижалась с 4 Гц до 2 Гц, после чего наблюдался переход в клоническую фазу ЭпиА с уменьшением негативности еще на 4 мВ (Рис. 3, Б).

Во всех экспериментах наблюдалась линейная зависимость между частотой эпиразрядов и величиной электроотрицательных сдвигов УПП (r=0,87, р0,05).

Рис. 3. Зависимость клонико–тонической фазы ЭпиА от УПП.

1–фокальная активность гиппокампа;

2 – фокальная активность соматической коры.

А – переход из клонической фазы ЭпиА в тоническую. Б – переход из тонической фазы ЭпиА в клоническую. Пунктиром обозначены сдвиги уровня постоянного потенциала.

Как частота следования потенциалов клонической фазы, так и частота тонической фазы, зависела от УПП. После внутримышечного введения нембутала и засыпания животного амплитуда сдвигов УПП, также, как и амплитуда эпилептиформных пиков, существенно редуцировалась, что свидетельствовало о нейрогенном происхождении сдвигов УПП.

ЭпиА в соматической коре, вызванная локальной блокадой ГАМКА-рецепторов раствором пикротоксина, по форме не отличалась от картины ЭпиА во вторичных или зеркальных очагах в гиппокампе, ретикулярной формации и мозжечке, где ГАМКА рецепторы не были блокированы, и где ТПСП могли вызываться. Поэтому логично допустить, что непосредственный механизм генерации ЭпиА был одинаковым и в коре, и в подкорковых структурах и был обусловлен активностью пейсмекерных потенциал зависимых каналов, а не ионотропными синаптическими ТПСП.

Влияние экзогенного постоянного электрического тока на функциональное состояние корковой колонки при ее микрополяризации. Для исследования зависимости эффектов внеклеточной поляризации от геометрии клетки в качестве аналога пирамидных клеток нами использовался МРН речного рака. Пропускание тока силой мкА через два микроэлектрода, помещенных на расстоянии 300 мкм друг от друга, с катодом на стороне дендритов и анодом на аксоне, вызывало уменьшение частоты импульсации МРН в 3 раза. Эффект торможения, очевидно, был обусловлен сдвигом УПП рецептора растяжения за счет внеклеточного электрического поля. Смена полярности, при которой анод располагался вблизи дендритов, а катод – подводился к аксону, приводила к учащению импульсации нейрона, сохранявшемуся после отключения тока. При этом наряду с медленно адаптирующимся нейроном активировался также молчавший ранее быстро адаптирующийся нейрон. Таким образом, любой нейрон может возбуждаться или тормозиться посредством внеклеточного электрического поля.

Для исследования механизмов взаимосвязи между сдвигом УПП и ритмической активностью коры и выяснения вопроса, играет ли УПП управляющую роль, или является лишь отражением функциональных изменений, нами использовалась внеклеточная поляризация коры мозга постоянным током, которая имитировала поле постоянного потенциала. Поляризация отдельной колонки изменяла пространственно-временную организацию ее взаимодействия с окружающими колонками, что выявлялось в изменениях спектров когерентности и фазовых кросспектров. В контроле (до поляризации) спектры когерентности электрической активности верхних и нижних слоев контрольной и поляризуемой колонок характеризовались высокими значениями (0,6—0,9) практически во всех анализируемых диапазонах частот. Под влиянием расположенного в I слое колонки анода наблюдались статистически значимые перестройки электрической активности в верхних слоях поляризуемой и контрольной колонок – падение значений когерентности в тэта- (до 0,2–0,4) и альфа-диапазонах (до 0,2–0,5) частот, сохранявшееся и после выключения постоянного тока. Одновременно с этим наблюдалось фазовое рассогласование: ритмика на частотах 4–7 Гц в поляризуемой колонке опережала на 20°– 60° тэта-ритм в контрольной колонке.

О формировании микроочага поляризационной доминанты на структурной основе отдельной корковой колонки судили по 40 % увеличению амплитуды отрицательной фазы первичных ответов (ПО) вызванных потенциалов (ВП) коры, возникающему вследствие деполяризации мембраны преимущественно пирамид V слоя под действием катода с понижением порогов импульсации нейронов (Рис. 4, Б) после 15 минут воздействия постоянным током силой 0,5–1 мкА. Постепенный рост амплитуды ВП, проявляющийся через 10–15 минут после включения тока (Рис. 4, А, Б), свидетельствует против только электротонического влияния собственно поляризации.

ВП А Б ВП _ _ _ ВП _ _ _ ВП 200 мкВ 250 мс + Рис. 4. Влияние поляризации на амплитуду усредненных (n=100) фокальных ВП.

ВП 1–ВП до поляризации, ВП 2–при поляризации I=0,5мкА, t=5 мин, ВП 3 – I=0,5мкА, t=15 мин.

– отметка стимула. Горизонтальными линиями под графиками обозначены моменты достоверных отличий (t–критерий Стьюдента, p0,05).

Наряду с ростом ПО, обусловленным действием синаптических факторов, наблюдался 56 % рост амплитуды отрицательной фазы вторичных компонентов ВП – вызванных ритмичных разрядов (ВРР) (Рис. 4, Б), которые большинство авторов связывают с оценкой биологической значимости стимула. Подтверждением этого предположения являлось постоянство периода следования ВРР при увеличении силы тока и длительности воздействия, т.е. независимость от физических параметров поляризации (Рис. 4, Б).

Вероятность возникновения ВРР зависела от функционального состояния, поскольку ВРР, как и фоновые веретена, легче вызывались во время спокойного или дремотного состояния и наличия фоновых веретен. Вероятность (Р) появления ВРР также зависела от интервала между предшествующим (фоновым или вызванным) веретеном и моментом стимуляции и была максимальной при наличии сходной ритмики в фоне, перед P появлением фонового веретена (Табл. 1, ).

Таблица Зависимость вероятности возникновения ВРР от наличия сходной фоновой активности.

Вероятность ВП №1 ВП №2 ВП № 0,110 0,022 0, P 0,209 0,185 0, P 0,033 0,022 0, P 0,640 0,772 0, P Обозначения: Рij – вероятности возникновения-отсутствия вторичных компонентов ВП (j), в зависимости от наличия-отсутствия выраженных пиков фоновой активности (i), i,j=1,2.

«+» – наличие, «-» – отсутствие веретен.

ВП №1 – до поляризации, ВП №2 – через 5 мин поляризации I=0,5 мкА, ВП №3 – через 15 мин поляризации I=0,5 мкА.

Увеличение вероятности обнаружения ВРР при наличии сходной фоновой ритмики ( P22 ) было прямо пропорционально увеличению среднего значения амплитуды фоновых колебаний. Таким образом, ВРР можно рассматривать как эндогенную реакцию на интервал следования фонового веретена и предшествующую избыточную гиперполяризацию клеток.

Наблюдаемый рост амплитуды ВП был фазозависимым (Рис. 5). Подача стимула на восходящей негативной фазе фоновой волны приводила к 50 % росту амплитуды ПО. При стимуляции на позитивной фазе амплитуда ПО не изменялась, или уменьшалась. Увеличение тока до 1,5 мкА приводило к 20 % уменьшению амплитуды ответа, формирующегося на негативной фазе в поляризуемой колонке и к 40 % ее росту в соседней колонке. При этом наблюдался 50 % рост амплитуды ВП, вызываемых на нисходящей позитивной фазе фонового потенциала.

- 250 мкВ + 300 мс Рис. 5. Динамика усредненных ВП при подаче стимула на восходящей – ( ) и нисходящей – ( ) фазах фоновой активности нейронных колонок соматической коры крысы.

Таким образом, при анодной микрополяризации наблюдалась фазозависимая и зависимая от силы тока модуляция уровня возбудимости в результате взаимодействия собственного электрического поля колонки с полем внешнего источника, вследствие чего последовательно достигался оптимум возбудимости сначала на восходящей негативной фазе, а затем – на нисходящей позитивной. В последующем в процесс вовлекались соседние колонки с аналогичной модуляцией реакции на экзогенный стимул и реверсией ответа в зависимости от фазы фонового ритма и силы тока воздействия.

Как показали проводимые нами исследования, при поляризации постоянным током отдельной корковой колонки, имитирующей увеличение эндогенного постоянного потенциала коры, изменялась не только возбудимость, но и становилось возможным усвоение ритма 1 Гц афферентной тактильной стимуляции.

Исследование уровня возбудимости колонки по показателям ВП на тестирующую стимуляцию показало наличие длительного периода торможения, который и регулирует период следования волн посттормозного возбуждения, связанных с открытием калий зависимых низкопороговых кальциевых каналов. На рис. 6 А видно, что в начале каждого периода, следующего за ритмической отрицательной волной, на протяжении 500–600 мс ВП были подавлены либо полностью, либо частично и восстанавливались только к концу периода усвоенного ритма частотой 1 Гц. В этом случае высокоамплитудные ВП приводили к срыву предшествующего периода и преждевременному запуску следующего периода, что наблюдается и в случае врожденных форм тэта- и альфа-ритмогенеза.

Усвоенный ритм следовал с отклонением от ритма афферентной стимуляции на величину 250±50 мс. На Рис. 6 Б, видно, что наблюдалась тенденция к недооценке периода ритма стимуляции, что могло играть решающую роль в опережающем реагировании на циклически повторяющиеся события.

P t, мс Б А Рис. 6. А – Зависимость амплитуды усредненных ВП от момента подачи стимула, по отношению к фоновой усредненной волне усвоенного 1 Гц ритма в поляризуемой колонке соматической коры (V слой);

Б – График зависимости точности усвоения периодов следования очередных волн усвоенного 1 Гц ритма фоновой фокальной кортикограммы от силы тока и времени наблюдения.

По оси абсцисс – время, мс. По оси ординат – вероятность появления соответствующего периода усвоенного ритма.

При этом следует отметить, что доминирующий интервал в процессе поляризации последовательно смещался с 800 мс до 875 мс и затем до 950 мс (Рис. 6, Б), что указывало на постепенное повышение точности отслеживания и усвоения ритма стимуляции. Таким образом, усвоение ритма стимуляции было связано, главным образом, с эффектами внеклеточной поляризации и, как следствие, изменением постоянного потенциала коры.

Роль постоянного потенциала коры в пластичности мозга. Усвоение ритма могло достигаться не только за счет сдвига УПП при внеклеточной поляризации, но и при эндогенных сдвигах УПП, которые развивались в очаге ЭпиА. Об этом факте свидетельствовали результаты, полученные нами в серии (n=4) экспериментов с усвоением ритма биполярной электрической пачечной стимуляции поверхности соматической коры (частота 50 Гц, длительность пачки 290 мс, период следования пачек 1006 мс) (Рис. 7, А).

кора гиппокамп мозжечок А + В Б Рис. 7. А – Реакция усвоения ритма пачечной электрической стимуляции поверхности коры в очаге ЭпиА;

Б – последовательное распределение периодов следования пяти усвоенных пачек, усредненных по трем отведениям, представленным на Рис. 7, А;

В – длительность этих пачек, усредненная для трех отведений.

Количество разрядов, их форма, амплитуда, период следования во вторичных очагах в гиппокампе и мозжечке полностью повторяли паттерн эпиразрядов первичного очага в коре (Рис. 7, А, Б, В), причем с очень высокой степенью синхронизации, в пределах 4 мс.

Усвоение ритма по частоте и длительности пачек в синаптически связанных структурах, где наблюдались такие же пачки с тем же ритмом, может являться отражением общих механизмов пластичности мозга.

Таким образом, при увеличении негативности постоянного потенциала коры как в очаге поляризационной доминанты при усвоении, запоминании и воспроизведении ритма стимуляции, так и в очаге эпилептиформной патологической доминаты при усвоении паттерна эпилептиформных разрядов во вторичных зеркальных очагах наблюдалось облегчение пластических перестроек ритмогенеза.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Возможность обратного влияния внеклеточного потенциала на функциональные свойства клеток отмечалась в ряде исследований (Эзрохи, 1969;

Taylor, Dudek 1982;

Dudek et al., 1986;

Hochman et al., 1995;

Anastassiou et al., 2010). Однако, несмотря на большое число работ по регистрации вне- и внутриклеточного потенциала нейронов и спонтанной фокальной активности коры при сниженном и повышенном уровне активированности мозга, практически отсутствуют исследования с одновременной регистрацией постоянного фокального потенциала коры, как комплексного индикатора нейроглиальных взаимодействий. В связи с этим, вопрос о причинно-следственной связи вне- и внутриклеточного эндогенного постоянного потенциала коры остается открытым.

Результаты, полученные нами на мозге крыс, свидетельствуют о значительном вкладе эндогенного УПП в формирование фонового ритмогенеза. Появлению веретенообразной активности в соматической коре обычно предшествовал электропозитивный сдвиг УПП, составлявший в среднем 0,6 мВ для различных животных.

Несмотря на наличие данных о существовании градиента УПП между различными слоями коры (Коштоянц, 1957;

Аладжалова, 1962), нам не встретилось ни одного исследования послойных различий сдвигов УПП коры при развитии веретена. Проведенное нами сравнительное исследование показало, что величина сдвига УПП была достоверно выше в верхних слоях коры, по-сравнению с нижними слоями той же колонки коры (Рис. 2, А).

Последнее указывало на возможный вклад в УПП потенциал-зависимых h-каналов гиперполяризации, плотность которых максимальна на дистальных дендритах пирамидных нейронов V слоя (Williams, Stuart, 2000) в верхних слоях коры. Блокада h каналов, приводившая к снижению исходного УПП как в верхних, так и в нижних слоях коры (Рис. 2, Б), также свидетельствовала в пользу возможного вклада h-каналов в предваряющий веретено позитивный сдвиг УПП. Таким образом, полученные нами данные показали, что эндогенный постоянный потенциал коры может сопровождать развитие веретена и отражать активность потенциал-зависимых каналов на мембранах нейронов.

В отличие от электропозитивного сдвига УПП, наблюдавшегося при веретенообразной активности (Рис. 1), при ЭпиА развивался электронегативный сдвиг (Рис. 3). Величина зарегистрированных нами значений амплитуды сдвигов УПП от 1 до мВ в нижних слоях коры крыс была сопоставима с величиной сдвигов УПП от 10 до мВ, зарегистрированных F. Amzica и M. Steriade (2000) в нижних слоях коры кошек при развитии ЭпиА. Выявленная в нашем исследовании прямая линейная зависимость частоты фоновой фокальной ритмики от уровня постоянного потенциала коры крысы при ЭпиА (Рис. 3) также была аналогична зависимости частоты внутриклеточных нейронных разрядов от уровня постоянного потенциала коры кошки при ЭпиА, показанной этими же авторами. Развитие эпилептиформных разрядов, по современным данным, обусловлено активацией потенциал-зависимых каналов под действием избыточной деполяризации мембраны нейронов, возникающей в результате разных воздействий. При этом активация пейсмекерных h-каналов гиперполяризации обуславливает интервал между пароксизмальными деполяризационными сдвигами (Poolos, 2005;

Jung et al., 2007;

Skov et al., 2009), а Са2+- и Na+-каналы формируют деполяризационный сдвиг (Srinivas, Sikdar, 2008;

Chu et al., 2009) и соответствующий ему эпилептиформный разряд при внеклеточной фокальной регистрации. Эти представления соответствуют наблюдавшейся в наших опытах корреляции между колебаниями постоянного потенциала коры и развитием эпилептиформных разрядов.

Обсуждая возможность эфаптического взаимодействия и синхронизации активности нейронов в очаге ЭпиА, следует иметь в виду два различных механизма такого взаимодействия: первый – за счет фокального внеклеточного электрического потенциала, так называемых эфаптических влияний, роль которых до сих пор обсуждается;

второй – за счет электрических синапсов, связывающих однотипные, с одним и тем же добавочным пептидом (Galarreta, Hestrin, 2002;

Fanselow et al., 2008), тормозные клетки в функциональные нейронные ансамбли, имеющие общую осцилляторную активность.

Однако оба этих механизма способны обеспечить только локальную синхронизацию нормальной и эпилептиформной активности нейронов на расстояниях до 200–300 мкм, что совпадает с размерностью корковых колонок и обеспечивает индивидуальный характер их ритмогенеза (Сухов и др., 2007;

Кириченко, Повилайтите, Сухов, 2008).

Наблюдаемая нами иррадиация локального очага ЭпиА на другие отделы мозга по аксональным связям между структурами облегчалась, благодаря пачечному характеру синхронно возникающих разрядов пирамидных клеток во время пароксизмальной деполяризации их мембраны при активации Са2+- и Na+- каналов. Ряд авторов характеризуют пирамидные клетки V слоя как класс нейронов, играющих ключевую роль в распространении эпилепсии (Telfeia, Connors, 1998;

Trevelyan et al., 2006), в связи с тем, что их аксоны покидают кору и выходят к другим структурам мозга, Возникает вопрос: если наблюдается корреляция между сдвигом УПП и ритмической активностью коры, то является УПП лишь отражением функциональных изменений, или играет управляющую роль? Ответ на этот вопрос дает внеклеточная поляризация коры мозга постоянным током, которая может имитировать поле постоянного потенциала и реализовывать свойства естественных доминант.

Согласно полученным нами на МРН данным и исследованиям на срезах мозга (Durand, 2003), поляризационные явления в нейронах зависят от ориентации клеток.

Существенную роль в этом должно играть неравномерное распределение потенциал зависимых каналов вдоль аксо-дендритной оси клеток (Williams, Stuart, 2000;

Korngreen, Sakmann, 2000;

Kole et al., 2008). Однако, в доступной литературе нам не удалось обнаружить исследований, посвященных установлению данной взаимосвязи. В связи с этим, нами был разработан методический прием вертикальной микрополяризации отдельной корковой колонки. Гиперполяризации апикальных дендритов под действием анода, по-видимому, приводила к активации токов потенциал-зависимых каналов, активируемых гиперполяризацией, плотность которых линейно увеличивается по направлению от сомы к апикальным дендритам. При этом повышение возбудимости клеток V слоя под действием катода может являться результатом суммации ВПСП с деполяризацией сомы вследствие активации потенциал-зависимых Na+-каналов, имеющих преимущественно аксосоматическую локализацию.

Пирамиды V слоя подвергаются наибольшему влиянию тока при микрополяризации по ряду причин: сопротивление мембраны пирамидных клеток на десятки МОм ниже сопротивления остальных нейронов других слоев (Schubert et al., 2003, 2006);

наибольшая длина сома-дендритного участка обуславливает наибольший перепад напряжения на пирамидах V слоя, в 5–6 раз превышающий перепад напряжения на интернейронах.

Невозможность формирования поляризационной доминанты в наркотизированном мозге (Русинов, 1980) может объясняться подавлением возбудимости дендритов пирамидных нейронов V слоя под влиянием анестетиков (Potez, Larkum, 2008) Результаты исследований, проведенных нами на ненаркотизированных крысах, свидетельствовали о возможности формирования микроочага доминанты на основе отдельной корковой колонки (Рис. 4) с последующей активацией соседних колонок (Рис. 5).

Возникновение сопряженной активации соседних колонок и формирование вторичных доминантных очагов согласуется с данными других авторов (Дроздовска, 1986;

Русинова, 1988) о формировании «зеркальных» доминантных очагов симметричных отделов мозга при формировании доминанты под влиянием поверхностной анодной микрополяризации.

Проведенное нами определение уровня возбудимости поляризуемой колонки на разных участках усвоенного ритма по параметрам вызванных потенциалов на тестирующую стимуляцию показало наличие длительного периода торможения, которое, на наш взгляд, и регулировало период следования волн посттормозного возбуждения, связанных с открыванием калий-зависимых низкопороговых кальциевых каналов. Ритм стимуляции в этом случае мог являться датчиком временных интервалов для частотной настройки h-каналов, контролируемых семейством HCN–генов, которые и запускали работу каналов соответствующего частотного диапазона (Santoro, 2004).

Гиперполяризация апикальных дендритов под действием анода приводит к активации h каналов, переводя ряд «потенциальных» пейсмекеров в «актуальные». По литературным данным, их преимущественная локализация в супрагранулярном слое совпадает с данными (Magee, 1998;

Williams, Stuart, 2000) о большей плотности h-каналов на апикальных дендритах, по сравнению с сомой. Таким образом, активация гиперполяризационных катионных токов и дезактивация низкопороговых кальциевых токов вследствие гиперполяризации дендритов пирамидных нейронов, по-видимому, инициировали последующее поддержание синаптических и внутренних мембранных свойств кортикальных нейронов, подстраивающихся под соответствующие временные интервалы входного сигнала. Можно предположить, что время усвоения сопутствующего ритма составляло около 10–15 минут за счет включения под действием поляризации различных вторичных посредников. Это сопоставимо со временем активации ранних генов, наблюдаемым в других процедурах обучения (Анохин, 1997;

Islam et al., 1995;

Staiger et al., 2002). Длительное (более 30 минут) сохранение усвоенного ритма после отключения тока может указывать на участие в этой реакции поздних генов, вызывающих изменение свойств белковых молекул ионных каналов и рецепторного аппарата мембраны.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о наличии двух типов электротонических взаимодействий разной селективности и их различной роли в функциональной организации нейроглиального комплекса: экстраклеточного экзогенного и внутриклеточного эндогенного. Экзогенное влияние более избирательно для радиально– ориентированных пирамидных нейронов, а внутриклеточное электротоническое взаимодействие, обусловленное электрическими контактами обеспечивается избирательностью тормозных нейронов, с одним и тем же добавочным пептидом (Galarreta, Hestrin, 2002;

Halabisky et al., 2006;

Fanselow et al., 2008), объединяя различные интернейроны в индивидуальные тормозные ансамбли.

ВЫВОДЫ Развитию веретенообразной активности при сниженном уровне активированности 1.

мозга предшествует появление позитивного сдвига эндогенно обусловленного постоянного потенциала коры, величина которого в верхних ее слоях достоверно выше сдвига в нижних слоях той же колонки и коррелирует с амплитудой веретенообразной активности.

Рост возбудимости нейронов при развитии эпилептиформной активности 2.

сопровождается ростом эндогенного негативного постоянного потенциала коры, причем частота следования эпиразрядов прямо пропорциональна величине негативного сдвига УПП, отражающего уровень деполяризации мембраны нейронов, максимальное значение которого соответствует негативным пикам эпиразрядов, а минимальное – волне.

Установлена возможность образования локального очага повышенной возбудимости 3.

на структурной основе отдельной корковой колонки при ее микрополяризации. Создание доминантного очага в соматической коре крысы путем поляризации постоянным током нейронной колонки уже через 15 минут приводит к росту амплитуды первичного ответа ВП, и вторичных вызванных разрядов.

Установлено, что при анодной микрополяризации корковой колонки экзогенное 4.

электрическое поле, действующее преимущественно на радиально ориентированные пирамидные клетки, создает возможность для усвоения ритма афферентной стимуляции за счет частотной настройки соответствующей пейсмекерной активности потенциал зависимых каналов с участием внутриклеточных вторичных посредников, о чем свидетельствует сохранение изменений активности в нейронных колонках после отключения тока.

Увеличение негативности внеклеточного постоянного потенциала при подавлении 5.

ГАМКА–рецепторов, пачечной электрической стимуляции, микрополяризации отдельных колонок коры способствует пластическим перестройкам коры мозга в форме усвоения ритма афферентной стимуляции в очаге микрополяризации, в очаге патологической эпилептиформной доминанты при пачечной электрической стимуляции коры, и усвоению ритма эпиразрядов во вторичных зеркальных очагах.

Результаты проведенного комплексного исследования позволяют сформулировать 6.

представление о существовании в коре двух типов электротонических взаимодействий различной селективности: экстраклеточного влияния суммарного фокального потенциала, более эффективно действующего на радиально-ориентированные пирамидные нейроны, и электротонических взаимодействий однотипных тормозных нейронов одного ансамбля, в котором благодаря наличию между интернейронами электрических синапсов с низким электрическим сопротивлением осуществляется электротоническая синхронизации осцилляторной активности нейронов.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Лысенко Л.В. Доминанта, как физиологическая основа внимания и основной механизм поддержания определенного функционального состояния // Валеология. – 2008.

– № 2. – С. 60–65 (0,492 п.л., личный вклад 100 %).

2. Лысенко Л.В. Потенциал-зависимые механизмы эпилептиформной активности / А.Г. Сухов, Л.В. Лысенко, А.К. Логвинов // Валеология. – 2009. – № 4. – С. 54–60 (0, п.л., личный вклад 30 %).

Список работ, опубликованных по теме диссертации 3. Лысенко Л.В. Исследование влияния параметров поляризации постоянным током на функциональное состояние коры мозга крысы // Материалы II Межрегиональной научно–практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Молодежь ХХI века – будущее Российской науки – Ростов н/Д, 2004 – С. 61–62 (0,082 п.л., личн. вк. 100 %).

4. Лысенко Л.В. К механизму усвоения ритма стимуляции в очаге поляризационной доминанты, как модели отсчета собственного времени в биологической системе / Л.В. Лысенко, Б.М. Владимирский, А.Г. Сухов // Материалы Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи». – М., 2004. – С. 49 (0,041 п.л., личн. вк. 30 %).

5. Лысенко Л.В. К механизму усвоения ритма стимуляции в очаге поляризационной доминанты // Материалы XI Всероссийской научной конференции студентов–физиков и молодых ученых. – Екатеринбург, 2005. – Т. 1 – С. 410–412 (0,082 п.л., личн. вк. 100 %).

6. Лысенко Л.В. Влияние анодной поляризации на уровень возбудимости координационно–управляющей системы нейронных модулей // Материалы XI Всероссийской научной конференции студентов–физиков и молодых ученых. – Екатеринбург, 2005. – Т. 1 – С. 412–413 (0,082 п.л., личн. вк. 100 %).

7. Лысенко Л.В. Влияние поляризации постоянным током на компоненты вызванных потенциалов нейронного модуля соматической коры крысы // Материалы XIV Международной конференции по нейрокибернетике. – Ростов н/Д, 2006. – Т. 1. – С. 48– (0,164 п.л., личн. вк. 100 %).

8. Лысенко Л.В. К механизму усвоения ритма стимуляции при микрополяризации корковой колонки / А.Г. Сухов, Л.В. Лысенко // Материалы XIV Международной конференции по нейрокибернетике – Ростов н/Д, 2006. – Т. 1. – С. 102–106 (0,205 п.л., личн. вк. 40 %).

9. Лысенко Л.В. О возможной роли эндогенных пейсмекерных каналов гиперполяризации в формировании и функционировании поляризационной доминанты // Материалы XIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов–2006». – М., 2006. – С. 144–145 (0,041 п.л., личн. вк. 100 %).

10. Lyssenko L.V. The probable mechanisms of autonomous spindle oscillations in the thalamus and neocortex on the rat / R.V. Yasenkov, L.V. Lyssenko, T.S. Serdjuk, D.S. Medvedev, A.G. Sukhov // Journal of sleep research. Abstracts of the 18th Congress of the European Sleep Research Society. – Innsbruck, Austria, 2006. – V. 15. – S. 1, P. 098 (0,025 п.л., личн. вк. 20 %).

11. Лысенко Л.В. Трансформация ритма внешней стимуляции в системе нейронных модулей, как основа сенсорного восприятия // Материалы XIII Всероссийской научной конференции студентов–физиков и молодых ученых. – Екатеринбург, 2007. – C. 469– (0,041 п.л., личн. вк. 100 %).

12. Лысенко Л.В. Фазозависимая модуляция возбудимости нейронных модулей соматической коры крысы при анодной поляризации // ХХ Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова. – М., 2007. – С. 315 (0,025 п.л., личн. вк. 100 %).

13. Лысенко Л.В. Фазовая автоподстройка эндогенного ритма нейронных модулей как механизм детекции входных сигналов // Материалы XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов–2007» секция «Биология». – М., 2007. – С. 149–150 (0,041 п.л., личн. вк. 100 %).

14. Лысенко Л.В. Циклическая регуляция возбудимости нейронных колонок, как основа адаптации к внешним воздействиям/ Л.В. Лысенко // Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Структурно–функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга».– М., 2007. – С. 369–373 (0,2 п.л., личн. вк. 100 %).

15. Лысенко Л.В. Усвоение ритма стимуляции в доминантном очаге, как адаптационная преднастройка к ожидаемому воздействию / Л.В. Лысенко, А.Г. Сухов // Х всероссийская научно–техническая конференция «Нейроинформатика–2008»:Сборник научных трудов. – М., 2008. – Ч.1. – С. 164–173 (0,328 п.л., личн. вк. 60 %).

16. Лысенко Л.В. Исследование потенциал-зависимых механизмов формирования доминанты // Материалы XV Международной конференции по нейрокибернетике. – Ростов н/Д, 2009. – Т. 1. – С. 109–112 (0,164 п.л., личн. вк. 100 %).

17. Лысенко Л.В. Механизмы локального пейсмекерного ритмогенеза и его роль в инициации произвольных движений / А.Г. Сухов, Л.А. Беличенко, А.К. Логвинов, Л.В.

Лысенко, Т.С. Сердюк, М.В. Скорнякова // Юбилейная конференция «125 лет Московскому психологическому обществу». – М., 2010. – С. 128–132. (0,205 п.л., личн. вк. 20 %).

Список сокращений ВП – вызванный потенциал ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал ВРР – вызванные ритмичные разряды МП – мембранный потенциал МРН – механорецепторный нейрон ПДС – пароксизмальный деполяризационный сдвиг ПО – первичный ответ ТПСП – тормозный постсинаптический потенциал УПП – уровень постоянного потенциала ЭЭГ – электроэнцефалограмма ЭпиА – эпилептиформная активность h-каналы – каналы, активируемые гиперполяризацией Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс».

Формат 60х84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л.

Заказ № 1896. Тираж 100 экз.

Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.