WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Структурно-функциональное исследование механизмов организации веретенообразной активности нейронов бочонка соматической коры крысы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КИРИЧЕНКО Евгения Юрьевна

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОРГАНИЗАЦИИ
ВЕРЕТЕНООБРАЗНОЙ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ

БОЧОНКА СОМАТИЧЕСКОЙ КОРЫ КРЫСЫ

03.00.13 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2009

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

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

Сухов Александр Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Шульговский Валерий Викторович

доктор медицинских наук

Мационис Александр Эдуардович

Ведущая организация: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии

(РАН, г. Москва)

Защита диссертации состоится « 21 » мая 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.208.07 по биологическим наукам в Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42, ЮФУ, ауд. 203).

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

Автореферат разослан «___» ________ 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук Колмакова Т.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одним из важнейших свойств функциональных групп нейронов мозга является ритмическая активность. Функциональное состояние коры головного мозга отражает баланс между тормозными и возбуждающими процессами в коре и проявляется в смене частотных диапазонов ЭЭГ (Гусельников, 1976; Шевелев с соавт., 1991; Шевелев с соавт., 2001). Так, дельта-ритм наблюдается в состоянии глубокого сна, а альфа-ритм характерен для спокойного и дремотного состояний (Коган, 1964; Нарикашвили с соавт., 1965; Супин, 1968; Фельдман, 1974; Вербицкий, 1980; Буриков, 1985; Ковальзон, 1993; Сухов, 1995). Ритмы тета-диапазона усиливаются в состоянии активного бодрствования при выработке рефлексов (Котляр, 1977; Шульгина, 1978; Кураев, 1982; Кирой, 1998). По данным ряда авторов, тета-ритм также участвует в механизмах квантования сенсорного потока (Гусельников, Супин, 1968; Гусельников, Изнак, 1983; Шульгина, 1978; Симонов, 1979; Данилова, 1985; Сухов, 1995). Согласно многочисленным данным, ритмы ЭЭГ играют важнейшую роль в механизмах восприятия, обработки и передачи информации в мозге и обусловлены множеством механизмов, вклад которых зависит от текущего функционального состояния и частных проявлений ритмической активности (Gray, Singer, 1989).

В классических гипотезах ритмогенеза доминируют представления о ведущей роли подкорковых структур (Буриков, 1971; Нарикашвили, 1975; Вербицкий, 1980; Буриков 1985; Чаянов, 1986; Сунцова, 2000, и соавт.; Andersen, Eccles, 1962; Steriade, et. al., 1984-1991). В настоящее время все больше сторонников приобретают представления о локальном внутрикорковом происхождении ряда проявлений ритмической активности. В частности, ведущими в развитии локальных ритмов корковых колонок рассматриваются не повторные залпы таламокортикальной синаптической активации, а эндогенные волны пейсмекерной активности, обусловленные потенциалзависимыми калиевыми, натриевыми и кальциевыми H-каналами (Семьянов, 2003; McCormick, Pape, 1990; Pape, 1996; Santoro et al., 2000). Как показано при внутриклеточной и внеклеточной регистрации импульсной и фокальной активности, в начальной стадии развития локальных автономных ритмов в корковых структурах, в частности, веретенообразной активности колонок соматической коры крысы в зоне проекции вибрисс, импульсная активность нейронов нередко отсутствует вследствие доминирования процессов гиперполяризации (Сухов, 1995; Бездудная, 2000; Сухов, Сердюк, Коняхина, 2007; Timofeev et al., 2001). Эти данные свидетельствуют о незначительном вкладе процессов, опосредованных химическими синапсами, на ранних этапах формирования этого вида активности нейронов.

В этой связи возникает вопрос относительно механизма синхронизации осцилляторной активности пейсмекерных Н-каналов разных нейронов в начальной стадии веретена. По современным данным, важную роль в электротонической синхронизации этих каналов, активируемых при гиперполяризации мембраны отдельных нейронов одной колонки, могут играть электрические дендро-дендритические синапсы, выявленные в локальных системах тормозных нейронов в разных отделах мозга млекопитающих, в том числе в соматосенсорной коре крыс (Deans et al., 2001; Galarreta, Hestrin, 2002; Fukuda, Kosaka, 2003; Connors, Long, 2004; Gibson et al, 2005). Однако до настоящего времени структурные особенности и механизмы функционирования электрических синапсов, их распределение и роль в центральной нервной системе остаются мало изученными. В частности, несмотря на то, что электрические синапсы были описаны повсеместно в коре и подкорковых структурах мозга млекопитающих, в доступной литературе не удалось обнаружить сведений о количественном соотношении электрических и химических контактов в бочонках на уровне четвертого слоя соматической коры и о возможном вкладе электрических и химических синапсов на разных этапах развития веретенообразной активности в зоне представительства вибрисс.



Целью настоящей работы являлось изучение основных структурно-функциональных закономерностей организации бочонков и возможных механизмов синхронизации фокальной веретенообразной активности в колонках (баррелях) соматической коры крысы.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить особенности пространственно-временной организации фокальной веретенообразной активности в морфофункциональных группировках нейронов четвертого слоя соматической коры крыс – в поле бочонков и в соответствующих баррелоидах таламуса. Исследовать особенности процессов синхронизации фоновой фокальной веретенообразной активности нейронов, отводимой от бочонков одного и разных рядов.

2. Провести электронномикроскопическое исследование функционально идентифицированных при микроэлектродной регистрации бочонков соматической коры крыс с целью определения ультраструктурных характеристик электрических и химических синапсов в бочонках баррельной коры крыс. Провести ультраструктурное исследование особенностей взаимного пространственного расположения электрических и химических синапсов на серийных срезах.

3. Выполнить иммуногистохимическое исследование экспрессии антигенов к синаптофизину, миелину, нейрофиламентам и глиальному фибриллярному кислому белку (Synaptophysin, Mielin Basic Protein, Glial Fibrillar Protein, Neurofilament), которые позволяют выявить особенности пространственного распределения химических синапсов, глиальных клеток и аксонов нейронов в баррельной коре крыс.

4. Сформулировать теоретически и экспериментально обоснованную гипотезу о роли электрических и химических синапсов в локальной эндогенной генерации разных фаз веретенообразной активности в корковых бочонках с использованием собственных и литературных данных.

Научная новизна работы.

  1. Разработан новый метод комплексного электрофизиологического, электронномикроскопического и иммуногистохимического исследования функционально и морфологически идентифицированных бочонков баррельной коры.
  2. Впервые проведено иммуногистохимическое исследование баррельной коры с использованием антител к синаптофизину, миелину, нейрофиламентам и глиальному фибриллярному кислому белку, которое позволило обнаружить некоторые особенности структурной организации бочонков с помощью реакции «антиген – антитело».
  3. Получены оригинальные данные об особенностях пространственно-временной организации веретенообразной активности в разных бочонках баррельной коры, идентифицированных функционально по представительству вибрисс. Показано, что медленная электрическая активность в гомологичных зонах представительства вибрисс коры и таламуса формируется более или менее независимо.
  4. Впервые проведено исследование электрических синапсов на серийных срезах бочонков баррельной коры, оценена частота встречаемости электрических и химических синапсов и их взаимное пространственное расположение.
  5. Сформулирована новая гипотеза о роли электрических и химических синапсов в локальном ритмогенезе в бочонках баррельной коры на разных фазах развития веретенообразной активности. Предполагается, что электрические синапсы обусловливают локальную (внутри одного бочонка) электротоническую синхронизацию начальных фаз формирования веретена, в то время как химические синапсы вносят основной вклад в дистантную синхронизацию активности различных корковых бочонков.

Научно-практическая значимость работы. На основании полученных результатов сформулирована гипотеза, согласно которой в качестве водителя ритма веретенообразной активности баррельной коры могут выступать пейсмекерные Н-каналы гиперполяризации. Синхронизацию начальной подпороговой активности пейсмекерных Н-каналов в отдельном бочонке могут обеспечивать щелевые контакты или электрические синапсы. В дальнейшем, когда ритмические потенциалы достигают порога импульсной активности, в процесс синхронизации ритма в разных бочонках включаются химические синапсы.

Полученные результаты и разработанные методы комплексного морфофункционального исследования могут быть использованы как студентами и аспирантами-физиологами, так и морфологами при исследовании механизмов синхронизации и структурной организации баррельной коры крыс, а также для подробного изучения ультраструктуры электрических и химических синаптических контактов.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. В пределах таламокортикальной системы крыс в гомологичных зонах представительства вибрисс наблюдается относительно независимое формирование медленной электрической активности в коре и таламусе.
  2. Генерация веретенообразной активности имеет локальный эндогенный характер в каждом бочонке баррельной коры крыс без закономерного разделения соседних бочонков на ведущие или ведомые, без фиксированной последовательности их вовлечения в ритмогенез.
  3. Бочонки баррельной коры имеют особую клеточную и синаптическую организацию, а ультраструктура, количество и локализация электрических синапсов в баррелях позволяет рассматривать их как структуры, обеспечивающие электротонический этап синхронизации локального эндогенного ритмогенеза.
  4. Ведущую роль в локальной внутриколончатой синхронизации фокальной веретенообразной активности играют электрические дендро-дендритические синапсы, которые обеспечивают электротоническую синхронизацию гиперполяризационной активности нейронов одного бочонка, особенно в начальной нарастающей фазе веретена, когда импульсная активность еще подавлена и химические синапсы не активизированы.
  5. Предложена новая гипотеза о механизме развития начальных фаз веретенообразной активности в поле бочонков соматической коры крыс, в которой ведущая роль отводится электротонической синхронизации активности нейронов одного бочонка и формированию элементарного ансамбля тормозных нейронов, объединенных электрическими дендро-дендритиче-скими синапсами.

Апробация диссертационной работы. Материалы диссертации были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2006» (Москва, Россия, 2006), на 10-й Школе-конференции молодых ученых «Биология XXI века» (Пущино, Россия, 2006), на 5-й Международной конференции по функциональной нейроморфологии «Колосовские чтения – 2006» (Санкт-Петербург, Россия, 2006), на 18-м Конгрессе ESRS (Европейское общество изучения сна) (Инсбрук, Австрия, 2006), на XX Конгрессе Общества физиологов имени Павлова (Москва, Россия, 2007), на Третьем Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, Украина, 2007), на Научно-практической школе по конфокальной и флуоресцентной микроскопии «Горизонты современной микроскопии» (Leica) (Пущинский научный центр РАН, Россия, 2007), а также на конференции «Структурно-функциональные нейро-химические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (отдел исследования мозга ГУ НИИ неврологии РАМН) (2007), на 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, ЮФУ, 2008), на заседании ученого совета НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ.





Публикации. По теме диссертации было опубликовано 11 печатных работ, из них две статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и одна статья в журнале Neuroscience and Behavioral Physiology, общим объемом 1,524 п.л., личный вклад автора – 62,5%.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, методика, результаты исследования, обсуждение результатов), выводов и библиографического указателя, включающего 204 отечественных и зарубежных источника. Работа иллюстрирована 48 рисунками и двумя таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Постановка экспериментов. Объектом исследования являлись бочонки соматической коры головного мозга беспородных лабораторных белых крыс. Представленные в работе результаты были получены в опытах на 30 животных обоего пола, весом 150–200 г, которые содержались в виварии в стандартных лабораторных условиях при оптимальном температурном режиме и стандартном питании. При постановке экспериментов соблюдались «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденные директором НИИ НК РГУ имени А.Б. Когана, с учетом рекомендаций ученого совета НИИ нейрокибернетики РГУ им. А.Б. Когана и заключения комиссии по биомедицинской этике Российской академии наук, а также в соответствии с международными регламентациями экспериментов на животных (Копаладзе, 1998).

Трепанацию черепа проводили под эфирным наркозом ручным трепаном диаметром
3 мм, края кожных разрезов дополнительно инфильтрировали 1%-м раствором новокаина. После трепанации подачу эфирного наркоза останавливали, крыс обездвиживали введением d-тубокурарина внутримышечно (2 мг на 1 кг веса) и затем переводили на искусственное дыхание, обеспечивая частоту дыхания один раз в секунду.

Электрофизиологические методы исследования. Для отведения фокальной активности отдельных бочонков и баррелоидов таламуса использовали стеклянные капиллярные микроэлектроды, заполненные 2,5 М раствором NaCl, сопротивлением 2-5 МОм и диаметром кончика менее 1 мкм. Для регистрации активности соседних баррелей использовались склейки из четырех-шести микроэлектродов с расстоянием между кончиками 200–400 мкм. Микроэлектроды погружали в мозг с помощью микроманипуляторов ММ-1 с шагом погружения 10 мкм под контролем микрометра. Колонки коры определяли по первичному ответу при отклонении соответствующей вибриссы, а также оценивали на слух нейронную активность, трансформированную в звуковые сигналы. Регистрация фоновой активности производилась через АЦП L-205 (аналологово-цифровой преобразователь LCard, Россия). После регистрации электрической активности кончики регистрирующих микроэлектродов обрезали и оставляли в ткани мозга для определения расположения микроэлектродов в конкретном барреле по локализации их треков при последующем гистологическом контроле.



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

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.