WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Экспериментальное исследование межполушарной асимметрии электроэнцефалограммы во время медленноволнового сна у северных морских котиков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Косенко Петр Олегович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЖПОЛУШАРНОЙ АСИММЕТРИИ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ВО ВРЕМЯ МЕДЛЕННОВОЛНОВОГО СНА У СЕВЕРНЫХ МОРСКИХ КОТИКОВ

03.03.01 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2010

Работа выполнена в группе поведения морских млекопитающих государственного учреждения «Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова» РАН
(г. Москва) и на кафедре общей биологии Педагогического института Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» (г. Ростов-на-Дону)

Научный руководитель: кандидат биологических наук

Лямин Олег Ирикович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Черноситов Александр Владимирович

доктор биологических наук,

ведущий научный сотрудник

Ковальзон Владимир Матвеевич

Ведущая организация: Институт эволюционной физиологии и биохимии

им. И.М. Сеченова РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится “25” марта 2010 года в 13 00 час 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 “ ________” ­февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, с.н.с. Е.В. Асланян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Сон наземных млекопитающих состоит из двух стадий – медленноволновой и парадоксальной и характеризуется рядом признаков, главными из которых являются полная неподвижность животного и синхронное развитие медленных волн электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в двух полушариях мозга (Ковальзон, 2003; Siegel, Langley, 1965; Frederickson, Rechtschaffen, 1978; Borbely, 1982; Neckelmann, Ursin, 1993; Tobler, 1995; Siegel, 2009). Северные морские котики (ластоногие, представители отряда хищных) обитают в двух резко различающихся по своим характеристикам средах – на суше и в воде. Поэтому, в процессе эволюции формирование структуры сна морских котиков определялось бинарностью фактора «окружающая среда». Когда морские котики находятся на суше, их сон сопровождается неподвижностью, медленноволновой сон (МС) развивается преимущественно в обоих полушариях (билатерально-симметричный МС или БМС), а количество и частота парадоксального сна (ПС) соизмеримы с таковыми у наземных млекопитающих. В воде сон морских котиков сопровождается двигательной активностью одного ласта, а МС характеризуется межполушарной асимметрией ЭЭГ и напоминает однополушарный медленноволновый сон китообразных (Мухаметов, Супин, 1975; Лямин, Мухаметов, 1998; Mukhametov и др., 1977; Lyamin и др., 2002-2008; Ridgway, 2002). Во время сна в воде у котиков резко увеличивается доля МС с межполушарной асимметрией ЭЭГ (асимметричный МС или АМС) и сокращается количество ПС (более чем в 10 раз), что также напоминает ситуацию с ПС у китообразных, у которых эта фаза сна либо протекает в виде редких, коротких эпизодов, либо отсутствует (Lyamin и др., 2008). Во время МС, как на суше, так и в воде, у морских котиков, также как и у китообразных, регистрируется открывание одного глаза.

Таким образом, сон морских котиков сочетает в себе признаки типичного ”наземного” и “водного” типов (паттернов) сна. Принимая во внимание перечисленные особенности сна северного морского котика, это животное является уникальным объектом (моделью) не только для изучения особенностей сна морских млекопитающих (механизмов асимметричного и однополушарного МС), а также причин отсутствия ПС у китообразных и у котиков в воде, но и механизмов и функций сна в целом.

У наземных млекопитающих - грызунов (Borbely и др., 1984; Tobler и др., 1993; Huber и др., 2000; Tobler, Deboer, 2001) и птиц (Amlaner, Ball, 1994; Rattenborg и др., 1999 - 2001) - изучение межполушарных отношений во время сна проводится с помощью компьютерного анализа ЭЭГ. Электрофизиологические исследования сна морских котиков до настоящего момента проводились преимущественно методом визуального стадирования, что практически не позволяло количественно охарактеризовать выраженность межполушарной асимметрии ЭЭГ в разных частотных диапазонах. Другим широко применяемым методическим приемом при изучении сна является метод избирательной депривации МС или ПС (Rechtschaffen, Bergmann, 2002; Bonnet, 2005; Dinges и др., 2005). Эксперименты, проведенные на дельфинах-афалинах, показали возможность осуществления не только тотальной депривации сна у этих животных, но и избирательной депривации МС в одном полушарии мозга (Oleksenko и др., 1992). На ластоногих подобные эксперименты никогда не проводились.

Таким образом, в данном исследовании были впервые применены несколько экспериментальных подходов современной сомнологии, которые позволили не только продолжить исследование механизмов межполушарной асимметрии ЭЭГ во время МС у котиков, но и исследовать взаимосвязь между разными фазами сна у этих животных.



Цель работы: исследование механизмов межполушарной асимметрии ЭЭГ у северных морских котиков в цикле сон–бодрствование.

Задачи исследования:

  1. Изучить выраженность межполушарной асимметрии ЭЭГ в различных частотных диапазонах у северных морских котиков во время сна на суше.
  2. Оценить степень межполушарной латерализации ритмов ЭЭГ у морских котиков.
  3. Исследовать изменение структуры сна у северных морских котиков в условиях избирательной депривации билатерально-симметричного медленноволнового сна и в последующий период восстановления.
  4. Исследовать изменение структуры сна у северных морских котиков в условиях избирательной депривации парадоксального сна и в последующий период восстановления.
  5. Исследовать изменение структуры сна у северных морских котиков в условиях повышенной тревожности животных и в последующий период восстановления.

Научная новизна результатов исследования. Впервые детально исследована межполушарная асимметрия ЭЭГ у северных морских котиков в частотном диапазоне от 1,2 до 16 Гц с помощью метода спектрального анализа на групповом и индивидуальном уровнях. Установлено, что межполушарная асимметрия ЭЭГ выражена во всем частотном диапазоне 1,2-16 Гц в медленноволновом сне, а латерализация ритмов ЭЭГ между полушариями во время медленноволнового сна носит динамический характер.

Впервые изучены эффекты избирательной депривации парадоксальной и билатерально-медленноволновой фаз сна, а также влияния повышенной тревожности на структуру сна у северных морских котиков. Показано, что, несмотря на значительное сокращение количества парадоксального сна и билатерального медленноволнового сна у северных морских котиков в воде, депривация данных фаз сна на суше сопровождается развитием повторяющихся эпизодов билатерального медленноволнового и парадоксального сна. Это свидетельствует о невозможности полного переключения морских котиков с «наземного» на «водный» тип сна во время пребывания на суше.

Впервые показано, что в ситуации повышенной тревожности у северных морских котиков доля асимметричного медленноволнового сна в общем количестве медленноволнового сна не изменяется. Эти данные свидетельствуют о том, что экспериментально вызванное состояние тревожности не является единственным фактором, определяющим развитие асимметричного медленноволнового сна у морских котиков.

Научно-практическая значимость работы. Настоящая работа относится к области фундаментальных нейробиологических и нейрофизиологических исследований. Полученные данные вносят вклад в понимание функций и механизмов сна морских млекопитающих и дополняют сложившиеся представления об основных механизмах состояний сна и бодрствования у млекопитающих в целом. Исследование межполушарной асимметрии ЭЭГ у северных морских котиков во время сна важно для понимания адаптивных функций сна, а также эволюции функциональных асимметрий мозга животных.

Полученные данные могут быть использованы в медицине при разработке новых методик лечения расстройств сна у людей, таких как фрагментированность сна, инсомния, дефицит парадоксального сна, нарушение контроля двигательной активности во время сна (снохождение, синдром беспокойных ног) и т. д.

Северные морские котики являются популярными объектами дельфинариев и морских парков, а также животными, которые могут быть использованы для выполнения различных задач в открытом море (патрулирование нефтепроводов, поиск затонувших предметов и т.д.). Полученные данные свидетельствуют о том, что сон морских котиков в воде и на суше неодинаков, поэтому работающему с ними персоналу необходимо учитывать особенности структуры сна котиков при работе с этими животными.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Асимметрия ЭЭГ между полушариями в диапазоне 1-16 Гц, по всей видимости, свидетельствует о наличии асимметрии биоэлектрической активности на уровне подкорковых структур головного мозга у северных морских котиков.
  2. У отдельно взятого морского котика не наблюдается постоянной латерализации спектральной мощности ритмов ЭЭГ между симметричными передне-затылочными отведениями полушарий.
  3. Условия сна на суше определяют необходимость развития билатеральной медленоволновой активности ЭЭГ у морских котиков во сне.
  4. Механизмы генерации парадоксального и асимметричного медленноволнового сна у северных морских котиков относительно автономны, что отражается в неизменности количества асимметричного медленноволнового сна в условиях избирательной депривации парадоксальной фазы сна.
  5. Состояние повышенной тревожности не является единственной причиной возникновения асимметричного медленноволнового сна у северных морских котиков.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: IV, V Всероссийской школе-конференции «Сон - окно в мир бодрствования» (Москва, 2007, Ростов-на-Дону, 2009), VI Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные проблемы сомнологии» (Санкт-Петербург, 2008), XXIII ежегодной конференции APSS (Объединенное профессиональное сомнологическое общество) (Сиэтл, США, 2009), XVIII конференции Американского общества по изучению биологии морских млекопитающих (Квебек, Канада, 2009). Диссертация апробирована на межлабораторном коллоквиуме ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН, совместном заседании кафедры физиологии человека и животных и УНИИ валеологии ЮФУ и заседании ученого совета НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана ЮФУ.





Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ). Личный вклад автора в опубликованном материале составляет 68%, объемом – 1,62 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 122 страницах, содержит 21 рисунок и 11 таблиц. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методик проведенного исследования, результатов исследования, обсуждения, выводов и списка литературы, который содержит 30 источников на русском и 176 - на английском языке.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные животные. Работа выполнена на 19 северных морских котиках (Callorhinus ursinus, 18 самцов и 1 самка) в возрасте 2-3 года весом 20-25 кг.

Операция по вживлению электродов. Всем животным были вживлены электроды для регистрации ЭЭГ от двух полушарий, электромиограммы (ЭМГ) шейной мускулатуры и электроокулограммы (ЭОГ). После операции животных помещали в вольер (6 м) с небольшим количеством морской воды (5-7 см). Вольер располагался внутри помещения. В центре вольера над водой была установлена деревянная платформа (1 х 0,6 м). В течение 4-6 дней после операции котикам с рыбой давали антибиотики и болеутоляющие препараты.

Полиграфическая регистрация. ЭЭГ (две пары симметричных передне-затылочных и передне-височных отведений), ЭМГ и ЭОГ регистрировали биполярно с помощью коаксиальных кабелей непрерывно в течение нескольких дней. Все сигналы усиливали (Медикор, частота пропускания для ЭЭГ и ЭОГ – 0,3-30 Гц, для ЭМГ 0,3-70 Гц) и оцифровывали с частотой 200 Гц (аналого-цифровой преобразователь CED1401 plus и программное обеспечение Spike 2, CED, UK). Поведение животных непрерывно видеофильмировали. Котиков кормили два раза в день (08:00 и 18:00). В бассейне поддерживали искусственный режим освещения: 12 часов дневное (08:00 – 20:00, 400 люкс на поверхности пола) и 12 часов сумеречное (20:00 – 08:00, <50 люкс) освещение.

Выделение стадий сна и бодрствования. Полиграммы фрагментировали на 20-секундные эпохи, выделяя стадии активного и спокойного бодрствования (СБ), МС и ПС. Парадоксальный сон характеризовался десинхронизацией ЭЭГ, сниженным (вплоть до полной атонии) тонусом шейной мускулатуры, вздрагиваниями вибрисс, головы, туловища и быстрыми движениями глаз. К МС относили все эпохи, в которых медленные волны ЭЭГ регистрировались хотя бы в одном полушарии. МС делили на низкоамплитудный и высокоамплитудный двумя способами – визуально и на основании спектральной мощности ЭЭГ - если спектральная мощность медленноволновой ЭЭГ была меньше или больше спектральной мощности в ПС более чем 10 раз, то МС делился на низко- и высокоамплитудный МС, соответственно.

Расчеты спектральной мощности ЭЭГ. Спектральную мощность ЭЭГ рассчитывали в четырех частотных диапазонах (1,2-4 Гц, 4-8 Гц, 8-12 Гц, 12-16 Гц) и эти значения соотносили с данными визуального стадирования для соответствующих 20-секундных эпох. Мощность ЭЭГ в каждом из четырех диапазонов относили к средней мощности в соответствующем диапазоне в том же полушарии во время ПС. Для анализа спектральной композиции ЭЭГ во время СБ, МС и ПС рассчитывали мощность спектра ЭЭГ в диапазоне 1,2-25,5 Гц с шириной класса 0,8 Гц отдельно для отведений каждого полушария. Для оценки степени межполушарной асимметрии ЭЭГ во время сна и бодрствования использовали коэффициент асимметрии (КА) рассчитываемый по формуле:

где Л и П - нормированные значения спектральной мощности ЭЭГ в передне-затылочных отведениях левого и правого полушарий, соответственно.

Было показано (Pokidchenko и др., 2005), что у крыс независимо от состояния (бодрствование, медленноволновой сон или парадоксальный сон) в большинстве 20-секундных эпох абсолютное значение КА в полосе 1,2-4 Гц меньше 0,3 (88-99% всего бодрствования, МС и ПС). У дельфинов примерно в 80% и 60% эпох МС значение КА было > 0,3 или > 0,6, соответственно. Поэтому, число эпох сна с абсолютным значением КА < 0,3 и КА > 0,3 использовалось как оценка продолжительности билатерально симметричного и асимметричного МС, соответственно. Соотношение числа эпох с КА > 0,3 и < -0,3 в разных диапазонах рассматривалось как показатель степени латерализации спектральной мощности ЭЭГ в данном диапазоне.

Статистический анализ. Различия между парными значениями тестировалось с помощью парного Т-теста, разница между двумя рядами значений оценивалась критерием Вилкоксона. Эффект экспериментального воздействия на цикл бодрствование-сон северных морских котиков тестировался с помощью ANOVA и post hoc тестам.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


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.