На правах рукописи

Григорчук Ольга Святославовна

РОЛЬ НЕЙРОНОВ ДОРСАЛЬНОГО ГИППОКАМПА В

МЕХАНИЗМАХ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЭМОЦИОНАЛЬНОМОТИВАЦИОННЫХ СОСТОЯНИЙ У КРЫС: ЭФФЕКТЫ ПЕПТИДА

ДЕЛЬТА-СНА.

03.03.01 –физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 2013 2

Работа выполнена в лаборатории системных механизмов эмоционального стресса Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт имени П.К. Анохина»

Российской академии медицинских наук

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук Умрюхин Павел Евгеньевич

Официальные оппоненты:

Андрианов Владимир Васильевич - доктор медицинских наук, профессор кафедры нормальной физиологии Первого московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова Лосева Елена Владимировна - доктор биологических наук; главный научный сотрудник лаборатории функциональной нейроцитологии Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Ведущая организация: Биологический факультет Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Защита диссертации состоится «18» декабря 2013 г. в 13.00 ч. На заседание Диссертационного совета Д.001.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина» РАМН по адресу:

125009, г. Москва, ул. Моховая, д. 11, стр. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт имени П.К. Анохина» РАМН Автореферан разослан « » ноября 2013 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Кандидат биологических наук О.В. Кубряк Актуальность темы Несмотря на многочисленные исследования, посвященные актуальной проблеме физиологии эмоций, мотиваций и эмоциональных стрессов, роль отдельных лимбических структур в формировании эмоциональномотивационного возбуждения требует уточнения. Одним из важных центров среди структур головного мозга, принимающих участие в системных механизмах поведения и интегративных функциях эмоций и мотиваций, является гиппокамп [Duric V. et al., 2012]. Ежегодное количество работ, посвященных изучению участия гиппокампа в механизмах эмоциональномотивационных состояний, неуклонно увеличивается. В то время как отрицательные эмоции способны к суммации и способствуют генерализации эмоционального возбуждения, приводя к гормональным, вегетативным изменениям и психосоматическим заболеваниям [Судаков К.В., Умрюхин П.Е., 2009], позитивные эмоции обладают противоположным эффектом, нормализуя нарушенные функции организма. В процессе экспериментального изучения эмоциональных состояний выработаны модели «глубокой» электрической стимуляции мозговых центров, отвечающих за приятные и негативные переживания организма как у животных [Olds J., 1958], так и у человека [Hosseini H. et al., 2012]. В рамках этой модели при стимуляции разных гипоталамических центров достоверно воспроизводятся поведенческие, гуморальные и нейрональные механизмы, которые способствуют формированию эмоционально-мотивационных состояний разного знака. Принимая во внимание голографический принцип работы мозга [Судаков К.В., 2010] и обширные связи гипоталамуса с другими отделами мозга, актуальной задачей является изучение механизмов вовлечения нейронов других структур, в том числе гиппокампа, в интеграцию эмоционально-мотивационного возбуждения.

Согласно концепции о связи индивидуальных особенностей взаимодействия эмоционально-мотивациогенных мозговых структур (фронтальная кора, гиппокамп, гипоталамус, миндалина) с типологическими различиями высшей нервной деятельности, П.В. Симонов рассматривал гиппокамп как структуру, детерминирующую поведение сангвиников и индивидуальных вариаций стрессреактивности.

эмоциональных реакций, по данным литературы, сводится, в основном, к реализации тревожности и страха [Maratos E.J., et al., 2001; Gur R.C. et al.,2002; Vyas A., et al., 2002]. Поэтому важной целью является выяснение различий в механизмах вовлечения нейронов дорсального гиппокампа в эмоционально-мотивационное возбуждение при формировании различных эмоционально-мотивационных состояний.

С этой точки зрения перспективен поиск способов для управления механизмами, селективно включающими или выключающими процессы эмоционального возбуждения в центральной нервной системе. Поэтому регуляторные пептидные соединения, в частности, пептид дельта сна [Л.Ф.

Панченко и др., 2000]. Следовательно, необходимо оценить, какое влияние на гипоталамуса, оказывает данный пептид.

характеристики животных во многом определяются индивидуальными особенностями специализированных структур головного мозга, связанных с информационными (гиппокамп и префронтальная кора) и мотивационными процессами (миндалина и гипоталамус). Поэтому выявление особенностей активности нейронов гиппокампа при эмоционально-мотивационных состояниях у животных с различным типом поведения в тесте «открытое поле» позволит выявить индивидуальный подход к поиску таких веществ.

Цель исследования: выяснить изменения характеристик импульсной активности нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа при формировании различных эмоционально-мотивационных состояний, вызванных стимуляцией разных зон гипоталамуса, в условиях микроионофоретического подведения пептида дельта-сна у крыс с различной поведенческой активностью в тесте «открытое поле».

Поставлены следующие задачи:

1. исследование распределения межимпульсных интервалов разрядной деятельности нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у животных с различными параметрами поведения;

2. исследование распределения межимпульсных интервалов разрядной деятельности нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у животных с различными параметрами поведения при стимуляции латерального или вентромедиального гипоталамуса микроионофоретического подведения пептида, вызывающего дельта-сон, (ПВДС) на характеристики распределения межимпульсных интервалов нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у животных с различными вентромедиального гипоталамуса.

4. Исследование импульсной активности нейронов поля СА дорсального гиппокампа у крыс с различными характеристиками поведения при стимуляции латерального или вентромедиального гипоталамуса.

5. Исследование влияние пептида, вызывающего дельта-сон, на импульсную активность нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у крыс с различными характеристиками поведения при стимуляции латерального или вентромедиального гипоталамуса.

Научная новизна.

электрической стимуляции латерального и вентромедиального гипоталамуса на импульсную активность нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у животных, обладающих различной поведенческой активностью в тесте «открытое поле».

В работе впервые показано, что нейроны поля СА1 дорсального гиппокампа поведенчески активных в тесте «открытое поле» животных в меньшей степени изменяют параметры импульсной активности при стимуляции как вентромедиальной, так и латеральной области гипоталамуса по сравнению с пассивными особями.

импульсной активности нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа животных с различной поведенческой активностью в условиях стимуляции ВМГ И ЛГ. Так, у поведенчески активных в тесте «открытое поле» крыс, предварительное подведение ПВДС увеличило «чувствительность» нейронов предрасположенных к стрессу животных – снизило. Подведение ПВДС уменьшило «чувствительность» нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа к раздражению ЛГ как у поведенчески активных в тесте «открытое поле», так и поведенчески пассивных животных.

микроионофоретического подведения ПВДС на пространственно-временные характеристики паттернов импульсной активности. Выявлено, что ПВДС снижает количество нервных клеток поля СА1 дорсального гиппокампа, характеризующихся перестройкой паттернов импульсной активности в условиях электрической стимуляции эмоционально-мотивациогенных зон гипоталамуса.

Теоретическая значимость работы.

Выявлены особенности активности нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа у крыс с различной поведенческой активностью в условиях стимуляции латерального гипоталамуса и вентромедиального гипоталамуса.

Нейроны гиппокампа поведенчески активных в тесте «открытое поле»

животных изменяли характеристики импульсной активности в ответ на стимуляцию как ЛГ, так и ВМГ в достоверно меньшей степени, чем нейроны животных, обладающих пассивным поведением.

Пептид дельта сна изменяет дискриминационные способности нейронов дорсального гиппокампа. В работе установлен разнонаправленный характер модулирующего эффекта стресспротективного олигопептида ПВДС на нейроны дорсального гиппокампа крыс при стимуляции вентромедиального гипоталамуса, заключающийся в достоверном снижении частоты импульсной активности нейронов у животных, обладающих пассивным поведением в тесте «открытое поле», и усилении частоты импульсной активности нейронов поведенчески активных животных. Однако при стимуляции латерального гипоталамуса характер модулирующего действия ПВДС оказался однонаправленным. Предварительное подведение ПВДС вызывает тенденцию снижения частоты импульсной активности нейронов дорсального гиппокампа в ответ на стимуляцию данной зоны гипоталамуса.

Предварительное подведение ПВДС оказывает модулирующее действие на пространственно-временные характеристики паттернов активности нейронов поля CA1 дорсального гиппокампа в условиях стимуляции эмоционально-мотивациогенных структур (латерального и вентромедиального гипоталамуса). После подведения ПВДС характеристики паттернов менялись, в том числе, у нейронов дорсального гиппокампа, ранее ареактивных при стимуляции зон гипоталамуса. Данный эффект может быть связан с тем, что ПВДС способен избирательно изменять чувствительность нейронов к нейромедиаторам и гормонам. Таким образом формируется новая специфическая нейрохимическая интеграция, которая определяется интегративной деятельностью нейронов поля СА1 гиппокампа.

Выявление особенностей активности нейронов гиппокампа при эмоционально-мотивациогенных состояниях у животных с различным типом поведения в тесте «открытое поле» определяет критерии для поиска веществ, лимитирующих распространение эмоционально-мотивационного возбуждения отрицательного знака в будущем.

Апробация работы. Результаты исследований представлены в виде докладов на VIII Международном Конгрессе «Нейронаука для медицины и междисциплинарной конференции "Современные проблемы системной регуляции физиологических функций" (Бодрум, Турция, 2012), III Научной медицине» (Москва, 2012), III Международная междисциплинарная физиологических функций" (Лимассол, Кипр, 2013).

Публикации. По теме опубликовано 10 научных работ (в том числе:

статьи в журналах ВАК – 4, статьи в сборниках – 1, тезисы докладов конференций – 5), в которых изложены основные результаты выполненного исследования.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 23 рисунка и состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания методов исследования (глава 2), изложения результатов исследования (глава 3), обсуждения полученных результатов (глава 4), выводов, библиографического указателя (207 источников, из них 93 на русском языке, 114 на английском языке).

Положения, выносимые на защиту:

нейроны поля СА1 дорсального гиппокампа у животных с чувствительностью к электрической стимуляции латерального или вентромедиального гипоталамуса;

импульсной активности нейронов дорсального гиппокампа у крыс изменяется в большей степени при электрической стимуляции латерального гипоталамуса, чем при раздражении вентромедиального гипоталамуса;

пептид, вызывающий дельта-сон, оказывает модулирующее воздействие на чувствительность нейронов поля СА1 дорсального гиппокампа к раздражению структур гипоталамуса у крыс. Характер влияния ПВДС на чувствительность нейронов указанной области вентромедиального гипоталамуса различается у поведенчески активных и пассивных животных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Предварительно 60 крыс-самцов линии Вистар тестировали в открытом поле в течение 3 мин для определения исходных поведенческих характеристик. На основе показателей поведения крыс в тесте «открытое поле» был рассчитан индекс активности (ИА) [8].

Периферические амбуляции центральные амбуляции латентный период.

дорсального гиппокампа при симуляции структур гипоталамуса и микроионофоретическое подведение веществ.

животным (из них 5 были поведенчески активными и 5 – поведенчески пассивными) под хлоральгидратной анестезией (450 мг/кг внутрибрюшинно) вживляли металлические электроды в область ЛГ по координатам (АР:

-1,2;

LP: 1,9; Ventr: 8,6; угол наклона 0°) (Рис.5), другим 10 животным (из них активных и 5 пассивных особей) – в область ВМГ по координатам (АР:

-3,1;

LP: 2,4; Ventr: 9,9; угол наклона 10°) (Рис.6) [Paxinos G., Watson C., 2006].

Через 1 сут. после вживления проводили контроль локализации электродов путем раздражения структуры в течение 1 секунды серией импульсов тока силой 50-200 мА (порог раздражения подбирали индивидуально), частотой 100 Гц и продолжительностью каждого прямоугольного стимула 1 мс.

Критерием попадания в ЛГ у животных служило появление пищевого или питьевого поведения, в ВМГ – реакция агрессии и избегания. Затем скальпировали. В головной мозг крыс через трепанационное отверстие вводили стекляные трехканальные микроэлектроды (стереотаксический координатами: AP:

-4 мм, LP: 2 мм, Ventr: 2-4 мм. Угол наклона – 10 ° (Рис.7) [Paxinos G., Watson C., 2006]. Диаметр кончика трехканального микроэлектрода составлял 4-5 м-9, импеданс от 10 до 20 Мегом.

Регистрирующий канал микроэлектрода заполняли 3М раствором NaCl, второй – раствором ПВДС (100 мкг/мл, Serva). Третий канал для микроионофореза заполняли раствором NaCl для инъекций (контроль).

Значение тока при микроионофорезе ПВДС или раствора NaCl для инъекций составляло +20 нА, удерживающий ток –5нА. Индифферентный электрод декапитации [Paxinos G., Watson C., 2006].

Регистрацию нейрональной активности осуществляли экстраклеточно.

Каждый эксперимент начинали с регистрации спонтанной (фоновой) активности нейронов дорсального гиппокампа (поле CA1) в течение секунд. Затем записывали импульсно-разрядную деятельность в течение 1, минуты после раздражения ВМГ или ЛГ, после чего следовал 2 минутный интервал, в течение которого активность нейрона восстанавливалась. Вслед за этим проводили микроионофоретическое подведение ПВДС в течение секунд. После этого 30 секунд регистрировали импульсную активность нейрона до повторной стимуляции и 1,5 минуты после стимуляции соответствующей области гипоталамуса.

Таким образом, в период регистрации импульсной активности одной нервной клетки стимуляция структуры производилась дважды – после измерения фоновой импульсной активности и после предварительного введения ПВДС. В течение двухминутного перерыва происходило полное восстановление разрядной активности нейронов.

Среднюю частоту разрядной деятельности нейронов подсчитывали, усредняя количество спайков за совокупность эпох анализа, продолжительностью 2,8 секунды. Таким образом, проводя регистрацию нейрональной активности до стимуляции гипоталамуса в течение 30 секунд, среднюю частоту импульсной активности рассчитывали по 11 эпохам анализа.

При статистическом анализе данных использовали пакет программ STATISTICA 6. Для оценки изменения активности нейронов использовали t критерий Стьюдента. Достоверным усилением или уменьшением частоты импульсной активности считали отличие средней частоты разрядной