Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Электрофизиологический анализ мембранных механизмов долговременной сенситизации Береговой, Николай Алексеевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Береговой, Николай Алексеевич. Электрофизиологический анализ мембранных механизмов долговременной сенситизации : автореферат дис. ... кандидата биологических наук : 03.00.13 / Ин-т мед. и биол. кибернетики.- Новосибирск, 1996.- 22 с.: ил. РГБ ОД, 9 96-2/1470-2

Введение к работе

Актуальность темы. Изучение различных форм индивидуального адаптивного поведения и выяснение механизмов пластичности, лежащих в его основе, представляет собой важнейший класс задач науки о высшей нервной деятельности (Котляр, 1986). Под пластичностью понимаются относительно устойчивые функциональные изменения в системах нейронов, превышающие по длительности время обычных синаптических и импульсных процессов и определяющие эффективность и направленность межнейронных связей (Конорски, 1970; Костюк, 1972).

Внимание все большего количества исследователей привлекает долговременная сенситизация, которая является одной из наиболее интересных моделей для изучения базовых механизмов пластичности. Долговременная сенситизация (ДС) -устойчивое пластическое состояние нервной системы, которое характеризуется значительным повышением реактивности нервной системы в результате действия сильных сенситизирующих стимулов. ДС является одной из форм неассоциативного обучения и ее исследование позволяет проанализировать клеточные и молекулярные основы поведения, не прибегая к усложненным методам (Кэндел, 1980).

Исследование механизмов сенситизации у высших животных сопряжено с известными методическими трудностями, в этом отношении брюхоногие моллюски оказались очень удобными модельными объектами, дающими возможность прямого соотнесения результатов, полученных на клеточном уровне, с проявлениями реального поведения. При разработке этой проблемы наиболее эффективными оказались электрофизиологические методики, позволяющие непосредственно изучать изменения функционального состояния нейронных- структур различной сложности на определенных стадиях изменения поведения.

Долговременная сенситизация рефлекса отдергивания сифона и жабер у аплизии впервые была описана в 1973 г. (Pinsker et. al., 1973), но детальное изучение механизмов ДС началось сравнительно недавно (Frost, et.al. 1985; Dale et. al., 1987, Сафронова, 1987,

- 4 -Walters, 1987, Балабан, 1991).

Известно, что неспецифические сенситизационные изменения сопровождают ассоциативное обучение, могут ему предшествовать (Balaban, 1983; Литвинов, Логунов, 1979; Shtark et. al., 1982) и являются важным моментом в жизни животных, так как увеличивают реактивность и тем самым повышают готовность к модификации поведения (Гайнутдинов, Штарк, 1986; Kandel, Schwartz, 1982). К настоящему времени установлена ведущая роль командных нейронов в определенных видах поведения, а также значение сенсорных клеток и мотонейронов, включенных в дуги разных рефлексов (Balaban, 1979; Davis, 1983; Kandel, 1976). Хорошо известно также, что мембранные процессы определяют пластические модификации и ассоциативное обучение (Alkon, 1982; Davis, 1983; Hawkins, 1981; Литвинов, Логунов, 1979; Walters, Byrne, 1983; West et.al., 1982; Гайнутдинов, Штарк, 1986).

Результаты, полученные на аплизии (Frost et el., 1985, Montarolo et el., 1986), указывают на возможность формирования пластических сдвигов в пресинаптическом нейроне (в данном случае сенсорном нейроне аплизии) без участия постсинаптических механизмов, причем отмечено, что происходящая при долговременной сенситизации пресинаптическая фасилитация связана с синтезом новых белков и с изменениями в генной экспрессии (Montarolo et el., 1986, Castellucci et el., 1989, Kandel et el., 1993) и эти изменения индуцируются серотонином (Clark, Kandel, 1993). Этому соответствуют и данные, полученные на виноградной улитке, где подтверждается, что по крайней мере часть процесса сенситизации связана с чисто пресинаптическим по локализации процессом (Балабан, 1987, 1992). Субклеточный механизм сенситизации по этим данным представляет собой цАМФзависимое фосфорилирование серотонинчувствительных калиевых каналов, в результате уменьшения проводимости по калию увеличивается длительность потенциала действия и количество входящего во время потенциала действия кальция, что приводит к увеличенному выбросу медиатора в терминалях, а феноменологически выражается в увеличении амплитуды и длительности ВПСП в моносинаптически связанном мотонейроне.

Таким образом, фактически принято считать, что для возникновения долговременной сенситизации достаточно пластических изменений в паре сенсорный нейрон - командный нейрон только на

- 5 -пресинаптическом уровне и собственно в сенсорном нейроне. На наш взгляд, пластические изменения, происходящие на уровне командного нейрона, дают вклад в длительные эффекты сенситизации, но они пока недостаточно хорошо изучены.

Исследования пластических преобразований в командных нейронах показали наличие в них изменений мембранных параметров при сильной стимуляции (Balaban, 1983) или при стимуляции серотонинергических нейронов (Zakharov et.al., 1991), в работах, проведенных в нашей лаборатории, показаны изменения в белковых спектрах командных нейронов на ранних стадиях обучения (Гринкевич, 1980). Ранее на полуинтактном препарате Helix lucorum было показано (Балабан, 1978), что в командном нейроне закрытия дыхательного отверстия происходит усиление ответов на второй - третий стимул в серии тактильных стимулов, т. е. происходит сенситизация ответов нейронов, сопровождающаяся остаточной деполяризацией, однако подтверждения этим фактам на более длительном временном интервале и в более адекватной экспериментальной ситуации получено не было. Это и определило цель и задачи настоящей работы.

Дели и задачи исследования.

Цель настоящей работы состояла в выяснении мембранных механизмов постсинаптических изменений при формировании долговременной сенситизации на идентифицированных командных нейронах оборонительного поведения моллюска Helix Pomatla L.

На основе поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

  1. Изучить характер формирования и сохранения ДС на интактном животном при нанесении сильных ноцицептивных электрических стимулов.

  2. Проследить на полуинтактном препарате электрофизиологические корреляты ДС, полученной на интактном животном, при адекватной тактильной стимуляции.

  3. Изучить мембранные механизмы ДС на идентифицированных командных нейронах оборонительного поведения.

  4. Разработать математическую модель, описывающую возбудимость нейрональной мембраны, применительно к соме Helix Pomatia.

  5. В экспериментах на математической модели определить характер количественных изменений ионных проводимостей,

- 6 -определяющих вариации возбудимости мембраны командных нейронов при выработке ДС.

Научная новизна полученных результатов. Решение поставленных задач позволило получить следующие результаты:

  1. Разработана экспериментальная модель долговременных изменений характеристик командных нейронов оборонительного рефлекса закрытия пневмостома виноградной улитки Helix Pomatia.

  2. Показано, что формирование ДС сопровождается пластическими изменениями в постсинаптических нейронах - при этом повышается возбудимость злектрогенной мембраны командных нейронов ЛПа2,3 и ППа2,3, что выражено в облегчении генерации ДЦ при адекватной тактильной стимуляции сенситизированных животных.

  3. Впервые показано, что при ДС наблюдается значительная (до 10 mV) деполяризация мембраны командных нейронов оборонительного рефлекса закрытия пневмостома.

  4. Обнаружено явление накопления (аккумуляции) деполяризации в командных нейронах улиток после выработки ДС, которое заключается в том, что при последовательном нанесении тактильных стимулов происходят ступенчатые деполяризационные сдвиги мембранного потенциала.

  5. Установлено, что изменение возбудимости мембраны командных нейронов оборонительного поведения происходит вследствие уменьшения порогового потенциала в результате гиперполяризационного сдвига критического потенциала и деполяризационного смещения потенциала покоя.

  6. Создана математическая модель, описывающая генерацию потенциалов действия злектрогенной нейрональной мембраной при разделении входящего тока на натриевую и кальциевую компоненты, а выходящего - на "быстрый" и "замедленный" калиевый ток.

  7. В экспериментах на математической модели показано, что наиболее вероятной причиной наблюдаемых изменений критического потенциала и потенциала покоя при ДС является уменьшение проводимости каналов "быстрого" выходящего калиевого тока.

Практическая ценность работы. Совокупность данных, полученных в работе, расширит понимание клеточных механизмов пластичности. Описанная модель может

- у -

применяться при исследовании действия биологически активных веществ в различных модельных ситуациях на простой клеточной модели долговременной сенситизации. Кроме того, ДС может рассматриваться в качестве модели неспецифической гипертрофированной реакции тревоги, на которой возможно изучать особенности развития хронических патологических состояний центральной нервной системы.

Апробация материалов диссертации. Основные положения диссертации доложены на:

  1. II Всесоюзной конференции "Простые нервные системы и их значение для теории и практики" (Казань, 1988).

  2. Международном симпозиуме "Интегративная деятельность нейрона: молекулярные основы" (Ялта, 1988).

  3. IX Всесоюзной конференции "Проблемы нейрокибернетики" (Ростов, 1989).

  4. XXVIII Совещании по проблемам высшей нервной деятельности (Ленинград, 1989).

  5. IV конференции по нейробиологии обучения и памяти (Irvine, California, 1990).

  1. Конференции Международного общества нейробиологии беспозвоночных (Минск, 1991).

  2. X Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов, 1992).

8. II съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск,
1995).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), главы, посвященной методике исследований (глава 2), результатов собственных исследований (глава 3), обсуждения результатов (глава 4), выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на ^|^страницах машинописного текста и иллюстрировано 3 таблицами и 18 рисунками. Список литературы содержит 128 источников.