Cover Image

Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса

Исследованы модулирующие влияния холинергической системы на активность нейронов сенсомоторной коры, связанную с осуществлением инструментального условного рефлекса постановки лапы на опору. Досліджені модулюючі впливи холінергічної системи на активність нейронів сенсомоторної кори, пов’язану із здій...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Нейрофизиология
Date:2009
Main Author: Сторожук, В.М.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2009
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68285
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса / В.М. Сторожук // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 144-159. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859736151891378176
author Сторожук, В.М.
author_facet Сторожук, В.М.
citation_txt Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса / В.М. Сторожук // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 144-159. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Нейрофизиология
description Исследованы модулирующие влияния холинергической системы на активность нейронов сенсомоторной коры, связанную с осуществлением инструментального условного рефлекса постановки лапы на опору. Досліджені модулюючі впливи холінергічної системи на активність нейронів сенсомоторної кори, пов’язану із здійсненням інструментального умовного рефлексу постановки лапи на опору. We studied modulatory effects of the cholinergic system on the activity of sensorimotor cortex neurons related to realization of an instrumental conditioned placing reflex. Experiments were carried out on awake cats; multibarrel glass microelectrodes were used for extracellular recording of impulse activity of neurons in the sensorimotor cortex and iontophoretic application of synaptically active agents within the recording region. The background and reflex-related activity was recorded in the course of realization of conditioned movements, and then changes of spiking induced by applications of the testing substances were examined.
first_indexed 2025-12-01T15:12:08Z
format Article
fulltext НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2144 УДК 612.822+612.8211-15 В. М. СТОРОЖУК1 РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА БОДРСТВУЮЩЕГО ЖИВОТНОГО ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО УСЛОВНОГО РЕФЛЕКСА Поступила 10.03.09 Исследованы модулирующие влияния холинергической системы на активность ней- ронов сенсомоторной коры, связанную с осуществлением инструментального услов- ного рефлекса постановки лапы на опору. Опыты были выполнены на бодрствующих кошках; для внеклеточного отведения импульсной активности нейронов сенсомотор- ной коры и ионофоретической аппликации синаптически активных веществ в область отведения использовали многоканальный стеклянный микроэлектрод. Регистрировали фоновую и вызванную активность нейрона в ходе выполнения условнорефлекторно- го движения, а затем ее изменения при аппликации синаптически активных веществ. Аппликации ацетилхолина и карбахола вызывали повышение интенсивности импульс- ных реакций нейронов неокортекса, вызванных предъявлением звукового сигнала, с одновременным сокращением латентного периода (ЛП) ответа. Сходное влияние на вы- званную активность нейронов сенсомоторной коры оказывал и агонист мускариновых рецепторов пилокарпин. Блокаторы мускариновых рецепторов атропин и скополамин, наоборот, резко угнетали интенсивность импульсных реакций нейронов коры на аф- ферентную стимуляцию и одновременно достоверно увеличивали их ЛП. Аппликация агониста никотиновых рецепторов никотина сопровождалась угнетением импульсных ответов нейронов, увеличением ЛП нейронных реакций на предъявление звукового сиг- нала и соответствующим увеличением ЛП условнорефлекторной двигательной реак- ции. Аппликация антагониста никотиновых рецепторов тубокурарина, наоборот, спо- собствовала значительному усилению импульсных реакций нейронов и укорочению их ЛП. Обсуждаются механизмы влияний агонистов и антагонистов мембранных муска- риновых и никотиновых холинорецепторов и роль активации этих рецепторов в мо- дуляции активности пирамидных и непирамидных нейронов неокортекса, связанной с реализацией инструментального двигательного рефлекса. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бодрствующие животные, инструментальный условный рефлекс, нейронная импульсная активность, сенсомоторная кора, ацетилхолин, агонисты, антагонисты, холинорецепторы. 1 Институт физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины, Киев (Украина). Эл. почта: torvik@biph.kiev.ua (В. М. Сторожук). ВВЕДЕНИЕ Pоль ацетилхолина (АХ) в работе ЦНС привлека- ет внимание многочисленных исследователей, по- скольку активность холинергических нейронных систем тесно связана с реализацией различных ментальных функций. Именно эти функции с воз- растом, а также при некоторых нейродегенератив- ных заболеваниях (как, например, болезнь Альц­ геймера) значительно нарушаются. Результаты физиологических и фармакологических исследо- ваний показывают, что наиболее общим эффектом влияния АХ является облегчение активности пи- рамидных нейронов неокортекса. Возбуждающее действие АХ, как считают, опосредуется связыва- нием его с мускариновыми и никотиновыми рецеп- торами на мембранах пирамидных и, главным об- разом, непирамидных нейронов коры. АХ представляет собой необходимый и критиче- ски важный для нормального протекания процес- сов обучения и памяти медиатор. Развитие дефи- цита памяти и ухудшение способности к обучению, НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 145 как правило, происходят на фоне снижения интен- сивности холинергических влияний в коре голов- ного мозга. Доказательством роли АХ в обеспече- нии когнитивных процессов, в частности, служат следующие факты. Введение антагонистов муска- риновых холинорецепторов ухудшает память у жи- вотных и человека, а активация этих рецепторов, наоборот, облегчает процессы индукции продолжи- тельной синаптической пластичности, служащие физиологическим субстратом обучения и памяти. В обеспечении сенсорно­когнитивной функции ак- тивное участие принимают и никотиновые холи- норецепторы. Именно эти рецепторы опосредуют эффекты холинергических влияний в отношении процессов внимания и реализации когнитивных функций и обеспечивают последовательную акти- вацию элементов нейронных цепей во время про- хождения по ним сенсорной информации. Так, на- пример, известно, что у пациентов, страдающих шизофренией, наблюдается ненормальное распре- деление никотиновых рецепторов, особенно вклю- чающих в себя α7­ и α4β2­субъединицы. Полагают, что именно дефицит α7­рецепторов в коре являет- ся важным фактором, причастным к развитию ши- зофрении. Как свидетельствуют многочисленные литера- турные источники, механизмы влияния АХ на хо- линоцептивные нейроны коры весьма сложны. В частности, АХ вызывает относительно продолжи- тельное подавление калиевой проводимости, что делает корковые холиноцептивные нейроны более чувствительными к действию других возбуждаю- щих входов. Необходимо отметить, что влияние АХ на нейроны коры может быть и тормозным, реали- зуясь или непосредственно, или через ГАМК­эрги- ческие интернейроны. Так, еще в работе Раевско- го и соавт. [1] было показано, что холинергическая система переднего мозга активирует ГАМК­эрги- ческие нейроны неокортекса. Это приводит к се- лективному торможению нейронных реакций коры, вызванных сенсорной стимуляцией, причем без влияния на фоновую активность кортикаль- ных клеток. Активация мускариновых М1­, М3­ и М5­рецепторов интенсифицирует активность фос- фолипазы С и протеинкиназы, что обусловливает увеличение внутриклеточных концентраций ино- зитолтрифосфата и Са2+. Активация мускариновых М2­ и М4­рецепторов негативно коррелирует с ак- тивностью аденилатциклазы. В целом можно резюмировать, что ввиду доста- точно высокой плотности холинергических синап- сов в ряде структур мозга холинергическая пере- дача имеет решающее значение для реализации многих функций ЦНС. Ее участие существенно для реализации сенсорной перцепции, моторной функ- ции, когнитивных процессов, памяти, внимания, обучения, процессов, связанных со сном, форми- рования мотиваций. Как уже указывалось, наруше- ния холинергической передачи наблюдаются при развитии ряда психических заболеваний. Попыт- ки детально оценить роль нейромодуляторов, в том числе АХ, в работе неокортекса были в свое время предприняты Гю [2] и рядом других исследовате- лей. Мы полагаем, что адекватное описание влияния тех или иных фармакологических веществ на актив- ность нейронов коры головного мозга невозможно без проведения опытов в условиях, максимально приближенных к нормальному функционально- му состоянию, во время выполнения подопытным животным определенной реальной физиологиче- ской функции. Соответствующие эксперименталь- ные подходы не следует ограничивать опытами на наркотизированных животных или переживающих срезах мозга, как это делается во многих случаях. Цель наших исследований состояла в том, чтобы оценить роль воздействия АХ, агонистов и антаго- нистов мускариновых и никотиновых рецепторов нейронов сенсомоторной коры в реальных физио- логических условиях – на животных во время вы- полнения ими инструментального (оперантного) условного рефлекса. МЕТОДИКА Наши эксперименты были проведены на 11 бодр- ствующих кошках с предварительно выработанным у них условным инструментальным рефлексом по- становки лапы на опору. Методика подобных ис- следований была детально описана нами ранее [3] (рис. 1). Животные обучались в ответ на предъяв- ление акустического сигнала (звуковой щелчок ин- тенсивностью порядка 50 дБ над порогом слыши- мости у человека) осуществлять правой передней конечностью постановочное движение с после- дующим пищевым подкреплением. У обученных животных под нембуталовым наркозом над зоной будущего отведения импульсной активности ней- ронов сенсомоторной коры производили трепана- цию черепа и фиксировали в трепанационном от- верстии металлическую втулку, к которой во время РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2146 Р и с. 1. Схема выработки инструментального условного рефлекса, регистрации импульсной активности кортикальных нейронов и начального анализа экспериментального материала. А – положение животного в гамаке при выработке условного рефлекса и во время проведения эксперимента. Б – локализация области отведения импульсной активности нейронов в сенсомоторной коре. В – очередность подачи условного (УС) и безусловного (БС) стимулов и пищевого подкрепления во время обучения. Г – соотношение времени реализации условнорефлекторного инструментального движения и подачи подкрепления. Д – соотношение времени микроионофоретической аппликации тест­веществ (обозначено пунктирной линией) и инструментального движения. Е – растровые диаграммы импульсной активности нейрона дó и после нанесения звукового стимула (обозначено стрелкой). Ж – растровые диаграммы реализаций, построенные относительно момента начала движения (обозначено стрелкой) и дающие возможность определить временны́е соотношения импульсной реакции конкретного нейрона и начала условнорефлекторного инструментального движения. З – пример перистимульной гистограммы (ПСГ), построенной относительно момента предъявления звукового стимула. Ширина бина 50 мс. Пунктиром отмечено время аппликации вещества­анализатора. И – аналог ПСГ, построенный относительно момента начала движения. Р и с. 1. Схема вироблення інструментального умовного рефлексу, реєстрації імпульсної активності кортикальних нейронів і початкового аналізу експериментального матеріалу. А Ответ ЕВ Г Д Б Ж З И 5 с0 УС БС Ответ 5 с0 УС УС Пища Пища Пища УС Движение 6000 с 4000 с 0 0Ответ 5 с0 0 1000 2000 3000 мс 0УС 1000 2000 мс эксперимента можно было крепить миниатюрный микроманипулятор с микроэлектродом. В опытах использовали трехканальные стеклянные микро- электроды. Один из каналов микроэлектрода за- полнялся раствором NaCl (3.0 М); он имел сопро- тивление 5–7 МОм и служил для внеклеточного отведения импульсной активности отдельных кор- ковых нейронов. Два другие канала микроэлектро- да заполняли растворами синаптически активных веществ и использовали для ионофоретической ап- пликации, обеспечивающей специфическое вли- яние на нейрон, активность которого отводили. В экспериментах для ионофореза применяли раство- ры АХ, карбахолина (КХ), атропина, скополамина, пилокарпина, никотина, гексаметония, тубокура- рина, ГАМК, бикукуллина и ряда других веществ. Для предотвращения утечки веществ через кана- лы для фореза пропускался постоянный запираю- щий ток 5–10 нA необходимого направления. Для ионофореза применяли токи порядка 10–20 нА от- носительно нулевого уровня. Анализировали осо- бенности импульсной активности исследуемого В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 147 нейрона, генерируемой в ответ на предъявление условного стимула при реализации условного реф- лекса. Импульсную активность нейрона отводили в контроле, а затем ее изменения регистрировали в условиях ионофоретической аппликации синап- тически активных веществ. Для анализа строили гистограммы двух типов – перистимульные гисто- граммы (ПСГ) импульсной активности нейрона с накоплением потенциалов действия (ПД) относи- тельно момента предъявления звукового сигнала, обеспечивающего инициацию инструментального движения, и гистограммы тех же записей, но по- строенные относительно момента начала условно- рефлекторного движения (регистрируемого соглас- но сигналу от механодатчика, фиксированного над m. biceps brachii). Это позволяло оценить, насколь- ко импульсная реакция нейрона опережает нача- ло движения, и ответить с достаточной степенью уверенности на вопрос о том, принадлежит ли ис- следуемый нейрон к нейронам пирамидного тракта или нет. Как правило, для построения гистограмм накапливали по 10 реализаций активности нейро- на в тех или иных условиях с интервалами между реализациями 50–60 с и интервалами между серия- ми реализаций не менее 5–10 мин. Всего в опытах было исследовано 68 нейронов. Поскольку оценить латентный период (ЛП) им- пульсной реакции нейрона по ее ПСГ можно лишь приблизительно (прежде всего, из­за естественных флуктуаций положения импульсов в накапливае- мых ответах), ниже приведены именно оценки дан- ного параметра с точностью порядка 50 мс, а не его точные расчетные значения. Такая точность вполне достаточна для выявления выраженных (достовер- ных) изменений ЛП реакций. РЕЗУЛЬТАТЫ Мы начинали исследования модуляции импульс- ных реакций кортикальных нейронов со сравнения эффектов аппликаций АХ хлорида как эндогенно- го нейропередатчика и аппликаций КХ – вещества, имеющего те же основные фармакологические свой- ства, что и АХ, но, в отличие от него, резистентного к действию холинэстеразы. Как показано на рис. 2, A, аппликации и АХ, и КХ вызывали почти одина- ковые изменения реакции нейрона на предъявление афферентного стимула. Интенсивность импульсной реакции нейрона значительно повышалась парал- лельно с уменьшением ЛП от 350 мс в контроле до 150 мс. Следует обратить внимание на тот факт, что с самого начала аппликации АХ или совместной ап- пликации АХ и КХ наблюдалось повышение уровня фоновой активности (ФА) нейрона (4, 6). Эти сдви- ги отмечались еще до возникновения импульсно- го ответа нейрона на звуковую стимуляцию и под- держивались после завершения такой реакции, но в условиях продолжения аппликации. Интересно, что в иллюстрируемом случае интенсивность самой ре- акции при совместной аппликации АХ и КХ была даже несколько меньшей по сравнению с величина- ми реакций при изолированных аппликациях толь- ко одного АХ или одного КХ. Необходимо отметить еще одну особенность действия исследованных ве- ществ: в случае аппликации АХ ФА нейрона во всех случаях усиливалась, тогда как во время ионофоре- за КХ она существенно не изменялась. Эти особен- ности эффектов, возникавших при аппликации АХ и КХ, склонили нас к мысли о том, что в дальней- шем предпочтительнее было бы использовать для ионофореза именно КХ, вызывавший такие же эф- фекты в отношении импульсной реакции на звуко- вую стимуляцию, как и АХ, но без попутного влия- ния на ФА нейрона. Мы сопоставляли также эффекты аппликации КХ и миансерина, который оказывает угнетаю- щее действие на систему серотониновых рецеп- торов в коре. На рис. 2, Б представлены импульс- ные реакции нейрона на условную стимуляцию в контроле и во время аппликации названных аген- тов. Как уже указывалось, и АХ, и КХ, действуя на холинорецепторы, вызывают значительное уси- ление импульсных реакций. Следует отметить, что при этом ЛП таких ответов обычно уменьшаются всего примерно на 100 мс. Аппликация же миан- серина – антагониста серотониновых рецепторов 5­НТ2 – вопреки ожиданиям не вызывала угнете- ния вызванной активности кортикальных нейро- нов, а, наоборот, сопровождалась повышением ее интенсивности по сравнению с интенсивностью в предыдущих контрольных реализациях. Однако од- новременно аппликация миансерина увеличивала ЛП реакции нейрона на звуковое раздражение при- мерно на 50 % (в иллюстрируемом случае с 400 до 600 мс), и этот эффект сохранялся при совместной аппликации КХ и миансерина. Принимая во внимание тот факт, что нейроны неокортекса имеют холинорецепторы двух типов – мускариновые и никотиновые – и на них мож- но воздействовать достаточно селективно, мы те- стировали эффекты подобных влияний в процессе РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2148 Р и с. 2. Сравнение эффектов микроионо- форетических аппликаций ацетилхолина (АХ), карбахола (КХ) и миансерина на ак- тивность двух нейронов (А, Б) сенсомо- торной коры кошки во время выполнения инструментального условного рефлекса. Представлены перистимульные гистограм- мы (нуль соответствует моменту подачи звукового сигнала). Апплицируемое веще- ство­анализатор и ток фореза указаны над гистограммами слева, латентный период инструментальной двигательной реакции (мс) – справа. Контр. – контроль. Р и с. 2. Порівняння ефектів мікроіоно- форетичних аплікацій ацетилхоліну (АХ), карбахолу (КХ) і міансерину на активність двох нейронів (А, Б) сенсомоторної кори кота під час виконання інструментального умовного рефлексу. выполнения подопытным животным условнореф- лекторных движений. Сначала были исследованы особенности модуляции импульсной активности нейронов сенсомоторной коры при изменении со- стояния мускариновых рецепторов. С этой целью были проведены эксперименты с микроаппликаци- ями агониста мускариновых рецепторов пилокар- пина и антагониста данных рецепторов атропина. На примерах импульсации двух нейронов (рис. 3) четко видно, что под воздействием пилокарпи- на интенсивность импульсного ответа нейрона на предъявление условного звукового сигнала значи- тельно повышалась, а ЛП такой реакции сокращал- ся (у первого нейрона – на 200, а у второго – всего примерно на 50 мс). В последующем контроле (по- сле прекращения аппликаций) ЛП ответов первого нейрона возвращался к значению, которое было в начале эксперимента, – около 600 мс. В последу- ющей аналогичной тест­серии интенсивность ре- акции на предъявление звукового сигнала по срав- нению с таковой в условиях первой аппликации пилокарпина значительно уменьшалась. Аппликация атропина (блокатора мускарино- вых рецепторов) приводила у первого нейрона к А Б150 75 0 50 0 Контр. Контр. 350 мс 500 мс 150 75 0 100 50 0 КХ +20 нА КХ +20 нА Контр. Контр.150 75 0 100 50 0 150 75 0 100 50 0 АХ +20 нА Миансерин +20 нА Контр. Контр.150 75 0 100 50 0 150 75 0 100 50 0 АХ +20 нА КХ +20 нА КХ +20 нА Миансерин +20 нА 150 400 150 400 150 600 350 550 350 600 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 100 В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 149 незначительному уменьшению интенсивности им- пульсной реакции относительно наблюдаемой в предыдущем контроле. Одновременно значительно увеличивался ЛП: до 850 мс по сравнению с 600 мс в предыдущем контроле и 400 мс во время пред- ыдущей аппликации пилокарпина. У второго ней- рона во время аппликации атропина интенсивность реакции становилась значительно меньшей, чем в предыдущем контроле, а ЛП также возрастал с 450 до 700 мс. Совместная аппликация пилокарпина и атропина приводила к уменьшению ЛП реакции у первого нейрона до 500 мс, но интенсивность ре- акции оставалась невысокой даже по сравнению с интенсивностью реакции в предыдущем контроле. У второго нейрона агонист мускариновых рецеп- торов пилокарпин также способствовал значитель- ному усилению реакции нейрона и некоторому уменьшению ее ЛП. Совместная аппликация пило- карпина и атропина вызывала еще более заметное увеличение интенсивности реакции нейрона по сравнению с интенсивностью в предыдущем кон- троле, но ЛП таких ответов возрастал до 600 мс. Мы сравнивали также эффекты блокирования мускариновых рецепторов под влиянием атропина Р и с 3. Влияние агониста мускариновой си- наптической передачи пилокарпина и бло- катора М­холинорецепторов атропина на активность двух нейронов (А, Б) сенсомотор- ной коры. Обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с 3. Вплив агоніста мускаринової синап- тичної передачі пілокарпіну та блокатора М­холінорецепторів атропіну на активність двох нейронів (А, Б) сенсомоторної кори. 120 А БКонтр. Контр. 600 500 Пилокарпин +20 нА Пилокарпин +20 нА Контр. Контр. Атропин +20 нА Атропин +20 нА Контр. Контр. Пилокарпин +20 нА Атропин +20 нА Пилокарпин +20 нА Атропин +20 нА 400 450 600 450 850 700 650 550 500 600 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 80 40 0 120 80 40 0 120 80 40 0 120 80 40 0 120 80 40 0 120 80 40 0 РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2150 Р и с 4. Взаимодействие эффектов, обу- словленных аппликациями пилокарпина, ГАМК, бикукуллина и атропина. Обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с 4. Взаємодія ефектів, зумовлених аплікаціями пілокарпіну, ГАМК, бікуку- ліну та атропіну. с эффектом аппликации другого блокатора муска- риновой холинергической передачи – скополамина. На примере реакций нейрона пирамидного тракта (см. ниже) на предъявление звукового сигнала вид- но, что и скополамин, и (несколько интенсивнее) атропин угнетали и ФА, и, особенно, вызванную активность нейрона (рис. 5). Совместная апплика- ция атропина и скополамина приводила к угнете- нию реакций нейрона в такой же степени, как и ап- пликация одного атропина, т. е. суммации эффектов атропина и скополамина не происходило. Интерес- но, что ЛП реакции при аппликации одного скопол­ амина или совместной аппликации скополамина с атропином уменьшались до 150 мс по сравнению с 250–200 мс в контроле. В контроле импульсные реакции данного нейрона заметно опережали на- чало условнорефлекторного движения; такое опе- режение варьировало в пределах 350–450 мс. Это свидетельствует о принадлежности исследуемого нейрона к нейронам пирамидного тракта. При ап- пликации скополамина и атропина величина опере- жения уменьшалась до 300 мс. А Б120 60 0 50 0 Контр. Контр. 600 250 120 60 0 100 50 0 Пилокарпин +20 нА Бикукуллин +20 нА Контр. Контр.120 60 0 100 50 0 120 60 0 100 50 0 ГАМК +20 нА Атропин +20 нА Контр. Контр.120 60 0 100 50 0 120 60 0 100 50 0 Пилокарпин +20 нА ГАМК +20 нА Бикукуллин +20 нА Атропин +20 нА 250 150 200 400 500 500 250 250 200 250 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 100 В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 151 Поскольку угнетение импульсных реакций, вы- званное блокированием холинергической систе- мы связей в неокортексе с помощью атропина или скополамина, может быть несколько ослаблено под действием пилокарпина (pис. 3, А, Б), представля- ло интерес сравнить влияние пилокарпина на изме- нения импульсной активности исследуемых нейро- нов, обусловленные аппликацией ГАМК (рис. 4, А). Оказалось, что при совместной аппликации пило- карпина и ГАМК интенсивность реакции нейронов на звуковую стимуляцию значительно превышала интенсивность реакции в начальном контроле и во всех последующих контрольных ответах, но была меньшей, чем при изолированной аппликации пи- локарпина. ЛП такой реакции в условиях совмест- ной аппликации уменьшался до 200 мс, в то время как в случаях раздельной аппликации пилокар- пина и ГАМК он составлял соответственно 250 и 500 мс. С другой стороны, сопоставление эффектов, обу­ словленных аппликациями таких блокаторов хо- линергической и ГАМК­эргической передачи, как Р и с. 5. Влияния аппликаций антагонистов мускариновых рецепторов скополамина и атропина на вызванные реакции нейрона пирамидного тракта. А – перистимульные гистограммы, по- строенные относительно момента предъяв­ ления условного стимула. Б – гистограммы, построенные относительно момента начала движения. Остальные обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с. 5. Вплив аплікацій антагоністів мускаринових рецепторів скополаміну та атропіну на викликані реакції нейрона пірамідного тракту. 150 А БКонтр. 11.1 250 450 Скополамин +20 нА Контр. Атропин +20 нА Контр. Скополамин +20 нА Атропин +20 нА 4.3 150 300 11.2 200 400 2.5 250 350 3.5 200 350 3.8 150 300 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2152 атропин и бикукуллин соответственно, показало следующее (рис. 8, А, Б). Бикукуллин, как и ожи- далось, ограничивая или исключая влияния актив- ности тормозных нейронов, значительно повы- шал интенсивность реакций корковых нейронов на условную звуковую стимуляцию и способствовал сокращению их ЛП (в иллюстрируемом случае – от 250 до 150 мс). Атропин, наоборот, резко ослаблял реакцию нейрона и увеличивал ее ЛП примерно до 500 мс. Совместная аппликация этих блокаторов, влияющих на разные по характеру синаптические связи, приводила к неожиданному эффекту. В дан- ных условиях развивались достаточно интенсив- ные импульсные реакции с ЛП, которые совпадали со значениями, наблюдаемыми в контроле в начале эксперимента (250 мс). Анализ влияния аппликации АХ на активность нейронов неокортекса был бы неполным, если бы мы ограничились только анализом эффектов, ре- ализуемых через систему мускариновых рецеп- торов, не ознакомившись с некоторыми особен- ностями влияния АХ на никотиновые рецепторы Р и с. 6. Угнетающее влияние активации ни- котиновых холинорецепторов на активность двух нейронов (А, Б) сенсомоторной коры, обусловленное аппликациями агониста ни- котиновых рецепторов никотина и антаго- ниста – гексаметония. Обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с. 6. Пригнічуючий вплив активації нікотинових холінорецепторів на активність двох нейронів (А, Б) сенсомоторної кори, зумовлений аплікаціями агоніста нікотинових рецепторів нікотину та антагоніста – гексаметонію. А Б 100 50 0 Контр. 450 350 Никотин +20 нА Контр. Гексаметоний +20 нА Контр. Гексаметоний +20 нА Никотин +20 нА 900 800 500 500 750 750 550 700 400 500 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 Контр. Никотин +20 нА Контр. Гексаметоний +20 нА Контр. Гексаметоний +20 нА Никотин +20 нА В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 153 нейронов коры. Одна из особенностей эффектов, которые возникают при активации никотиновых рецепторов, проиллюстрирована на pис. 6. Аппли- кация никотина тартрата, т. е. агониста никотино- вых рецепторов, привела к несколько неожиданно- му результату. Она сопровождалась существенным ростом ЛП импульсных реакций нейронов на зву- ковую стимуляцию (с 450 до 900 и с 350 до 800 мс), а также значительным уменьшением интенсивно- сти ответов по сравнению с наблюдаемой в кон- троле (у реакций, которые развивались дó и после аппликации никотина). Что же касается реакций, генерируемых во время аппликации такого антаго- ниста никотиновых рецепторов, как гексаметоний, то они имели бóльшие ЛП по сравнению с задерж- ками контрольных ответов, но по интенсивности примерно соответствовали последним. Совместная аппликация гексаметония и никотина также обу­ словливала некоторое подавление импульсных ре- акций по сравнению с контрольными. Правда, ЛП таких ответов оказались меньшими, чем в контроле в начале эксперимента. Р и с. 7. Усиление импульсных реакций нейронов, обусловленное аппликациями антагониста никотиновых рецепторов тубокурарина и сопоставление этих эффектов с эффектами аппликаций карбахола (КХ). Обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с. 7. Посилення імпульсних реакцій нейронів, зумовлене аплікаціями антагоніста нікотинових рецепторів тубокурарину, та співставлення цих ефектів з ефектами аплікацій карбахолу (КХ). 120 60 0 50 0 Контр. Контр. 250 100 50 0 КХ +20 нА КХ +20 нА Контр. Контр.100 50 0 100 50 0 Тубокурарин +20 нА Тубокурарин +20 нА Контр. Контр.100 50 0 100 50 0 Тубокурарин +20 нА КХ +20 нА Тубокурарин +20 нА КХ +20 нА 200 250 150 350 350 –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс 100 120 60 0 120 60 0 120 60 0 120 60 0 120 60 0 РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2154 Особенности модуляции реакций нейронов сен- сомоторной коры, связанной с экспериментальны- ми влияниями на никотиновые рецепторы, более четко проявлялись при сравнении эффектов аппли- кации КХ и антагониста указанных рецепторов ту- бокурарина (рис. 7; 8). Аппликация КХ, как уже упо- миналось, обусловливала заметное сокращение ЛП реакции на звуковое раздражение и повышение ее Р и с. 8. Сравнение особенностей эффектов, обусловленных аппликациями тубокурарина, и эффектов, обусловленных аппликациями атропина, бикукуллина и ГАМК, в трех нейронах (А–B). Обозначения те же, что и на рис. 2. Р и с. 8. Порівняння особливостей ефектів, зумовлених аплікаціями тубокурарину, та ефектів, зумовлених аплікаціями атропіну, бікукуліну та ГАМК, у трьох нейронах (А–B). А 100 50 0 Контр. 350 Тубокурарин +20 нА Контр. Атропин +20 нА Контр. Тубокурарин +20 нА Атропин +20 нА 300 300 350 300 450 –2000 0 2000 4000 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 250 100 200 250 250 250 250 200 150 550 200 500 Контр. Контр. Контр. Контр. Контр. Контр. Тубокурарин +20 нА Тубокурарин +20 нА Бикукуллин +20 нА ГАМК +20 нА Тубокурарин +20 нА Бикукуллин +20 нА Тубокурарин +20 нА ГАМК +20 нА –2000 0 2000 4000 –2000 0 2000 4000 мс Б В 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 155 интенсивности. Блокирование никотиновых рецеп- торов в результате аппликации тубокурарина так- же приводило к уменьшению ЛП таких ответов и способствовало генерации вызванных разрядов, не менее интенсивных, чем в случае аппликации КХ. При совместной же аппликации тубокурарина и КХ возникала реакция на условную стимуляцию, кото- рая примерно соответствовала ответу в условиях аппликации одного КХ или даже превосходила та- кую реакцию по интенсивности. Подобную ситуа- цию можно понять, если принять во внимание, что блокирование в этих условиях никотиновых рецеп- торов в исследуемом участке коры сопровождается ослаблением активации тормозных интернейронов в верхних слоях неокортекса. Поскольку тубокурарин блокирует никотиновый компонент АХ­эргической передачи, т. е. его дей- ствие сопровождается интенсивным подавлени- ем активации никотиновых рецепторов, интересно было бы сопоставить характер взаимодействия эф- фектов аппликации тубокурарина с эффектом дей- ствия атропина, который блокирует мускариновый компонент упомянутой передачи. Из рис. 8, А вид- но, что совместная аппликация атропина и тубоку- рарина обусловливала резкое угнетение вызванной импульсной активности нейрона сенсомоторной коры по сравнению с той, которая наблюдалась при аппликации тубокурарина, т. е. угнетающее действие атропина на импульсные реакции ней- рона под влиянием одновременного действия ту- бокурарина ослаблялось. Таким образом, следу- ет полагать, что решающее влияние на активность нейрона связано не с угнетением активации нико- тиновых рецепторов под действием тубокурарина, а именно с блокированием мускариновых рецепто- ров атропином. Поэтому понятно, почему ЛП ре- акции нейрона в условиях совместной аппликации тубокурарина и атропина возрастал (до 450 мс). В иллюстрируемом случае исследовалась клетка, предположительно являющаяся нейроном пира- мидного тракта. У нее импульсные реакции опере- жали начало условнорефлекторного движения на 150–250 мс. Необходимо подчеркнуть, что тубоку- рарин, т. е. антагонист никотиновых рецепторов, фактически устраняет эффекты, вызванные аппли- кацией атропина, ГАМК и бикукуллина. Очевид- но, что эти факты также свидетельствуют о важ- ности влияния состояния никотиновых рецепторов на функции нейронов неокортекса. Как показывает сопоставление эффектов аппликаций двух различ- ных блокаторов холинорецепторов – тубокурарина и атропина (А), атропин вызывает резкое угнете- ние импульсных ответов нейронов коры, тогда как тубокурарин, наоборот, значительно облегчает та- кие реакции. Суммарное воздействие этих блокато- ров фактически приводит к тому, что наблюдаемые реакции по интенсивности мало отличаются от ре- акций в контроле; правда, их ЛП остаются увели- ченными. Интересно, что тубокурарин вызывает изменения реакций нейрона, сходные с изменени- ями реакций при действии бикукуллина. Однако в условиях совместной аппликации этих веществ от- веты по интенсивности мало отличались от реак- ций, вызванных изолированной аппликацией ука- занных антагонистов. В то же время совместные аппликации тубокурарина и ГАМК обусловлива- ли развитие реакций, которые по интенсивности были равны реакциям в условиях контроля. Ины- ми словами, тубокурарин, казалось бы, полностью нивелирует влияние ГАМК. Однако при этом зна- чительно, в два­три раза, возрастает ЛП реакции (до порядка 500 мс по сравнению с 200 мс во время изолированной аппликации тубокурарина и 200 мс в предшествующем контроле). Иначе говоря, ЛП в данных случаях почти не отличаются от наблюдае- мых в условиях аппликации ГАМК. ОБСУЖДЕНИЕ Нейронные никотиновые рецепторы (Н­холиноре- цепторы, nAChR) – это пентамеры, которые пред- ставляют собой комбинации различных или одина- ковых субъединиц и могут быть, соответственно, гетеромерами или гомомерами. Субъединичная композиция рецептора является важнейшим факто- ром, поскольку наличие разных субъединиц опре- деляет различные функциональные характеристи- ки данных рецепторных структур. Так, известно, что для рецепторов, содержащих в себе α7­субъ­ единицы, характерна быстрая десенситизация в присутствии агониста и они обладают высокой про- ницаемостью для Са2+ [4]. В то же время рецепто- ры, содержащие в себе α4β2­субъединицы, имеют более высокое сродство к никотину и характеризу- ются более медленной десенситизацией. Матерате [5] обратил внимание на то, что выяснение вопро- са о роли активации никотиновых холинорецеп- торов в деятельности корковых нейронных сетей в значительной мере осложняется трудностью ис- следования и демонстрации синаптического дей- ствия АХ на данные объекты. Эти трудности обу­ РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2156 словлены природой холинергической иннервации неокортекса. Например, холинергические нейроны базального ядра, которые посылают свои аксоны в неокортекс, «перемешаны» в указанной структуре с нехолинергическими единицами, которые также проецируются в сенсомоторную кору [6]. Это об- стоятельство, естественно, усложняет селектив- ную стимуляцию подобных популяций. К тому же, АХ может высвобождаться достаточно далеко от постсинаптических целей [7]. Значительная часть холинергической иннервации коры головного моз- га млекопитающих поступает от группы клеток nucl. basalis – безымянной субстанции, классифи- цируемой как группа холинергических нейронов Сh4. У человека этот комплекс в каждом полуша- рии включает в себя до 200000 нейронов. Все ней- роны данной группы содержат в себе АХ­эстеразу и АХ­трансферазу. Плотность терминалей холин­ ергических аксонов, которые поступают в нео- кортекс, наиболее высока в поверхностных слоях коры. Существуют значительные различия в плот- ности и распределении холинергических волокон по слоям неокортекса и между различными цито- архитектоническими зонами коры млекопитающих (в частности, это показано и у обезьян, и у челове- ка). Известно, что холинергические аксоны образу- ют синапсы во всех слоях коры и данные синапсы, как правило, симметричны. Как показано в одном из исследований [8], хо- линергические аксоны образуют синапсы главным образом на стволах дендритов (70.5 %), дендритных шипиках (25 %) и совсем редко – на телах клеток­ мишеней (4.5 %). Холинергическую иннервацию получают и пирамидные нейроны, и интернейро- ны с морфологическими признаками ГАМК­эрги- ческих клеток. Анализ природы синаптических влияний в супрагранулярных слоях префронталь- ной коры показал, что в этих участках около 44 % синаптических связей сформированы холинерги- ческими терминалями. Такие синаптические кон- такты нередко располагаются на шипиках и мелких дендритах кортикальных нейронов. Ультраструк- турные характеристики АХ­эргических проекций позволили авторам предположить, что модулирую- щий эффект АХ в неокортексе может быть двой- ственным. С одной стороны, соответствующие вли- яния могут реализовываться через классические синаптические связи на дендритных стволах и ши- пиках, а с другой – через несинаптические оконча- ния холинергических волокон вблизи асимметрич- ных интракортикальных синапсов. Сначала считалось, что АХ, высвобожденный в коре головного мозга, взаимодействует только с му- скариновыми рецепторами. Наверное, Алькондон и соавт. [9] были первыми, кто обратил внимание на роль активации никотиновых рецепторов на мем- бранах интернейронов церебральной коры и воз- можное значение подобных влияний для клиники. С помощью техники «patch­clamp», реализуемой под контролем инфракрасного видеомикроскопа, цити- руемые авторы регистрировали в переживающих срезах ткани коры головного мозга человека (полу- ченных во время нейрохирургических операций) ответы интернейронов на аппликацию неселектив- ного агониста никотиновых холинорецепторов АХ и их селективного агониста холина. Открывание ка- налов этих холинорецепторов контролируется эн- догенным трансмиттером (АХ) или экзогенными лигандами (такими, как никотин). Таким образом, было показано, что в холинергическую передачу в коре головного мозга вовлечены холинергические рецепторы обоих классов. С одной стороны, это возбуждающие никотиновые рецепторы α7­nAChR, чувствительные к их селективному агонисту холи- ну, и тормозные рецепторы, которые под влияни- ем АХ вызывают медленное снижение мембранных токов клетки. Рецепторы последнего вида чувстви- тельны к блокирующему действию дигидро­β­эри- троидина и, по­видимому, относятся к группе α4β2­ никотиновых рецепторов, которые опосредуют быструю постсинаптическую передачу. С другой стороны, это мускариновые рецепторы с каналами, связанными с G­белками. Воздействие на данные рецепторы играет модулирующую роль. Результаты иммуногистохимических исследова- ний мозга человека показали, что до 30 % нейронов коры имеют и никотиновые, и мускариновые АХ­ рецепторы. Рецепторы этих двух типов различают- ся не только по структуре, но и по функции. Ни- котиновые рецепторы при их активации уже через несколько миллисекунд всегда вызывают возбуж- дение исследуемых нейронов, которое блокируется тубокурарином. Активация же мускариновых ре- цепторов может вызывать со значительно большей задержкой или возбуждение, или торможение; эти эффекты можно заблокировать атропином или ско- поламином. Важно подчеркнуть, что никотиновые рецепторы локализованы главным образом преси- наптически – на таламо­кортикальных терминалях, в то время как мускариновые рецепторы локализу- ются постсинаптически – непосредственно на мем- бранах нейронов коры. В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 157 Как уже упоминалось, никотиновые рецепторы неокортекса представляют собой пентамеры. Они построены из пяти субъединиц (из 17 возможных) и могут формироваться или из пяти α7­субъединиц (как гомомерные) или из их комбинаций с β2­β4, α2­α10­, а также γ­ и δ­субъединицами (как гетеро- мерные с разной субъединичной последовательнос- тью). Они обладают лигандуправляемыми ионными каналами [5]. Связывание АХ с никотиновыми ре- цепторами приводит к активации ионных каналов, входу через них ионов натрия и развитию быстрого натриевого ответа. Наличие в составе таких рецеп- торов разных субъединиц обусловливает опреде- ленные особенности функциональных характери- стик нейронных реакций. Указывалось, например, что рецепторы с α7­единицей быстро десенситизи- руются в присутствии агониста и характеризуют- ся высокой проницаемостью для Са2+ [4]. В то же время α4β2­рецепторы имеют более высокое срод- ство к никотину и более медленный темп десенси- тизации [10]. В целом активация никотиновых АХ­ рецепторов вызывает деполяризацию мембраны нейронов и (прямым или косвенным образом) уве- личение внутриклеточной концентрации кальция. Таким образом, когда активируются никотиновые АХ­рецепторы, локализованные пресинаптиче- ски, это увеличивает вероятность высвобождения трансмиттера. Когда же активируются рецепторы постсинаптических мембран, инициированный АХ­ рецепторами кальциевый сигнал и деполяризация мембраны активируют внутриклеточные сигналь- ные механизмы и процессы генной транскрипции. Совместная активация пре­ и постсинаптических никотиновых АХ­рецепторов обусловливает об- легчение индукции долговременных изменений си- наптической передачи [11]; это, возможно, имеет терапевтическое значение при таких патологиче- ских состояниях, как болезни Альцгеймера и Пар- кинсона. На срезах тканей моторной, париеталь- ной и ассоциативной коры никотиновые агонисты оказывают на пирамидные нейроны незначитель- ное прямое действие, но интенсивно возбуждают ГАМК­эргические и иные локальные интернейрон- ные цепи. Локализация никотиновых рецепторов различ- ных подтипов в различных полях неокортекса чело- века была определена с помощью ауторадиографии и меченных по тритию никотина ([3H] никотина) и его агонистов ([3H] цитизина и [3H] эпибатиди- на). Характер ауторадиографических картин свя- зывания трех лигандов оказался относительно спе- цифическим. В первичной моторной коре меченые эпибатидин и цитизин более интенсивно связыва- лись в III и V слоях коры. Для [3H] никотина свя- зывание было выше в I и VI слоях моторной коры. По мнению авторов, все три лиганда связываются с идентичными рецепторными местами у, скорее всего, α4­никотиновых рецепторов. Результаты ряда исследований подтверждают общую гипотезу о том, что пресинаптические ни- котиновые АХ­рецепторы регулируют процессы таламо­корковой передачи в сенсорной коре. Такая регуляция в значительной степени обеспечивается влияниями на тормозные ГАМК­эргические интер- нейроны и опосредуется активацией никотиновых рецепторов интернейронов поверхностного I слоя коры. Аппликация никотиновых агонистов на ней- роны І слоя активирует там никотиновые рецепто- ры интернейронов, а это, в свою очередь, содей- ствует развитию ТПСП в интернейронах ІІ и ІІІ слоев, но не в пирамидных нейронах [12, 13]. Та- ким образом, пирамидные нейроны более глубоких уровней коры растормаживаются [14]. Это, по мне- нию авторов, подтверждает представления о двух главных функциях Н­холинорецепторов в коре: они участвуют в пресинаптической регуляции таламо­ корковой глутаматергической передачи и в постси- наптическом возбуждении ГАМК­эргических ин- тернейронов. Мускариновые рецепторы, как уже упоминалось, – рецепторы, связанные с G­протеинами. Их актива- ция приводит к развивающимся с большей задерж- кой, но более продолжительным ответам, чем ак- тивация никотиновых рецепторов. В церебральной коре млекопитающих различают пять подтипов му- скариновых рецепторов. По некоторым данным [15], в коре грызунов М1­рецепторы составляют до 40, М2 – до 37 и М4 – до 5 % общего количе- ства мускариновых рецепторов. Установлено [16], что во фронтальной, темпоральной и париетальной коре человека М1­рецепторы составляют 35–60 % общего количества упомянутых рецепторов. Осо- бое внимание привлекают рецепторы М1 и М2. В сенсорной и моторной коре наибольшую плотность имеют М2­рецепторы. Эти рецепторы локализова- ны преимущественно на пирамидных нейронах ІІІ– V слоев. Плотность М1­рецепторов наиболее высо- ка в лимбической и ассоциативной коре. Результаты электронномикроскопических исследований коры приматов показали, что М1­рецепторы локализу- ются постсинаптически на дендритах и шипиках; они присутствуют и в асимметричных, и в симме- РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2158 тричных холинергических синапсах [8]. Пресинап- тически локализованные М2­рецепторы (в частно- сти, в зрительной коре приматов) ассоциированы с ассиметричными синапсами. Это свидетельству- ет о том, что М2­рецепторы могут действовать как гетерорецепторы, регулирующие возбуждающую передачу. Они также могут локализоваться постси- наптически, на мембранах пирамидных клеток III и V слоев и непирамидных клеток, расположенных во всех слоях коры. Длительное время влияние АХ на неокортекс рас- сматривалось только в аспекте его действия на му- скариновые рецепторы. Позже были предприняты попытки проанализировать особенности влияния АХ и на никотиновые рецепторы. Работы проводи- лись на срезах префронтальной коры, которая, как известно, принимает особое участие в когнитивных процессах. На пирамидных нейронах префронталь- ной коры крыс, в частности, было показано, что ионофоретическая аппликация агониста никотина увеличивает амплитуду моносинаптических воз- буждающих потенциалов, опосредованных актива- цией НМДА­рецепторов. Этот эффект устранялся с помощью селективных блокаторов никотиновых ре- цепторов бунгаротоксина и дигидро­β­эритроидина. Известно, что воздействие никотиновыми агониста- ми не изменяет мембранного потенциала, входного сопротивления и вольт­амперных характеристик у кортикальных нейронов. Они также не влияют на деполяризацию, вызванную ионофоретической ап- пликацией глутамата в слоях коры, содержащих в себе преимущественно сомы или дендриты клеток [17]. В то же время мускариновые агонисты снижа- ли амплитуду ВПСП в 100 % тестированных корти- кальных нейронов. Было продемонстрировано [18], что активация мускариновых рецепторов непосред- ственно приводит к торможению пирамидных ней- ронов V слоя неокортекса. Ранее Хохловой и соавт. [19] было показано нечто противоположное. В результате системного введе- ния блокаторов мускариновых холинорецепторов скополамина и тригексифенидила нарушалась ре- ализация инструментального пищедобывательно- го рефлекса. Подавление моторного компонента инструментальной реакции, вызванное введением антихолинергического препарата, по мнению ци- тируемых авторов, скорее всего, свидетельствует о нарушении запуска и реализации моторной про- граммы. В исследованиях, выполненных Раевским и соавт. [1], было установлено, что кондициониру- ющее раздражение холинергической системы при- водит к селективному угнетению реакций нейронов неокортекса, вызванных сенсорной стимуляцией. Такое тормозное влияние холинергической систе- мы опосредуется, по мнению авторов, ГАМК­эрги- ческими нейронами и реализуется через бикукул- линнечувствительные ГАМКВ­рецепторы, которые локализованы на афферентных терминалях. Полученные в наших экспериментах факты так- же указывают на важную многостороннюю роль АХ в регуляции деятельности нейронов неокортекса, реализуемой в физиологических условиях. Прежде всего, очевидно, что через активацию мускарино- вых рецепторов в подобных условиях АХ заметно повышает способность нейронов неокортекса реа- гировать на афферентную стимуляцию. Блокирова- ние этих афферентных входов к нейронам коры в результате аппликаций атропина или скополамина вызывает значительное угнетение импульсных ре- акций отдельных кортикальных нейронов. В то же время активация никотиновых рецепторов (види- мо, расположенных на пресинаптических оконча- ниях тормозных интернейронов) сопровождается угнетением активности пирамидных нейронов нео­ кортекса. Именно поэтому аппликация тубокура- рина, блокируя такое влияние никотина на систему пресинаптических волокон тормозных нейронов, вызывает столь выраженное усиление активности исследуемых пирамидных нейронов неокортекса. В. М. Сторожук1 РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛІНУ В МОДУЛЯЦІЇ АКТИВНОСТІ НЕЙРОНІВ НЕОКОРТЕКСУ ТВАРИН У СТАНІ НЕСПАННЯ ПРИ РЕАЛІЗАЦІЇ ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО УМОВНОГО РЕФЛЕКСУ 1Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна). Р е з ю м е Досліджені модулюючі впливи холінергічної системи на активність нейронів сенсомоторної кори, пов’язану із здій- сненням інструментального умовного рефлексу постанов- ки лапи на опору. Досліди були виконані на котах у стані неспання; для позаклітинного відведення імпульсної актив- ності нейронів сенсомоторної кори та іонофоретичної аплі- кації синаптично активних речовин у ділянку відведення використовували багатоканальний скляний мікроелектрод. Реєстрували фонову та викликану активність нейрона під час виконання умовнорефлекторного руху, а потім її зміни при аплікації синаптично активних речовин. Аплікації ацетилхоліну та карбахолу призводили до під- В. М. СТОРОЖУК НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 159 вищення інтенсивності імпульсних реакцій нейронів нео- кортексу, викликаних пред’явленням звукового сигналу, з одночасним скороченням латентного періоду (ЛП) відпові- ді. Схожий вплив на викликану активність нейронів сенсо- моторної кори справляв і агоніст мускаринових рецепторів пілокарпін. Блокатори мускаринових рецепторів атропін і скополамін, навпаки, різко пригнічували інтенсивність ім- пульсних реакцій нейронів кори на аферентну стимуляцію та одночасно вірогідно збільшували їх ЛП. Аплікація аго- ніста нікотинових рецепторів нікотину супроводжувалася пригніченням імпульсних відповідей нейронів, збільшен- ням ЛП нейронних реакцій на пред’явлення звукового сиг- налу та відповідним збільшенням ЛП умовнорефлекторної рухової реакції. Аплікація антагоніста нікотинових рецеп- торів тубокурарину, навпаки, сприяла значному посилен- ню імпульсних реакцій нейронів і скороченню їх ЛП. Об- говорюються механізми впливів агоністів та антагоністів мембранних мускаринових і нікотинових холінорецепторів і роль активації цих рецепторів у модуляції активності пі- рамідних і непірамідних нейронів неокортексу, пов’язаної з реалізацією інструментального рухового рефлексу. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. В. В Раевский, К. П. Будко, П. Мареш, “Холинергическая система переднего мозга модулирует активность ГАМК­эргических интернейронов, осуществляющих пресинаптическую регуляцию в неокортексе котят”, Журн. высш. нерв. деятельности, 38, № 6, 1068­1075 (1988). 2. Q. Gu, “Neuromodulatory transmitter systems in the cortex and their role in cortical plasticity,” J. Neurosci., 111, No. 4, 815­835 (2002). 3. В. М Сторожук, Дофаминергическая модуляция нейронной активности в коре головного мозга бодрствующего животного, Наук. думка, Киев (2008). 4. Z. W. Zhang, S. Vijayaraghavan, and D. K. Berg, “Neuronal acetylcholine receptors that bind α­bungarotoxin with high affinity function as ligand­gated ion channels,” Neuron, 12, 167­177 (1994). 5. R. Metherate, “Nicotinic acetylcholine receptors in sensory cortex,” Learning Memory, 11, No. 1, 50­59 (2004). 6. R. W. Dykes, “Mechanisms controlling neuronal plasticity in somatosensory cortex,” Can. J. Physiol. Pharmacol., 75, No. 5, 535­545 (1997). 7. P. Turini, M. A. Casu, T. P. Wong, et al., “Cholinergic nerve terminals establish classical signal synapses in the rat cerebral cortex; synaptic pattern and age­related atrophy,” J. Neurosci., 105, No. 3, 277­285 (2001). 8. L. Mrzljak, M. Pappy, C. Lewranth, and P. S. Goldman­Rakich, “Cholinergic synaptic circuitry in the macaque prefrontal cortex,” J. Comp. Neurol., 357, No. 4, 603­617 (1995). 9. M. Alkondon, E. F. R. Pereira, H. M. Eisenberg, et al., “Nicotinic receptor activation in human cerebral cortical interneurons: a mechanism for inhibition and disinhibition of neuronal networks,” J. Neurosci., 20, No. 1, 66­75 (2000). 10. C. P. Fenster, M. F. Rains, B. Noerager, et al., “Influence of subunit composition on desensitization of neuronal acetylcholine receptors at low concentrations of nicotine,” J. Neurosci., 17, No. 15, 5747­5759 (1997). 11. B. E. McKay, A. N. Placzek, and J. A. Dani, “Regulation of synaptic transmission and plasticity neuronal nicotinic acetylcholine receptors,” Biochem. Pharmacol., 74, No. 8, 1120­1133 (2007). 12. E. Christophe, A. Roebuck, J. F. Staiger, et al., “Two types of nicotinic receptors mediate an excitation of neocortical layer I interneurons,” J. Neurophysiol., 88, No. 3, 1318­1327 (2002). 13. I. Férézou, E. L. Hill, B. Cauli, et al., “Extensive overlap of mu­opioid and nicotinic sensitivity in cortical interneurons,” Cerebr. Cortex, 17, No. 8, 1948­1957 (2007). 14. W. Sihver, P. G. Gillberg, and A. Norberg, “Laminar distribution of nicotinic receptor subtypes in human cerebral cortex as determined by [3H] (­) nicotine, [3H] cytisine [3H] epibatidine in vitro autoradiography,” J. Neurosci., 85, No. 4, 1121­1133 (1998). 15. A. I. Levey, C. A. Kitt, W. F. Simonds, et al., “Identification and localization of muscarinic acetylcholine receptor proteins in brain with subtype­specific antibodies,” J. Neurosci., 11, No. 10, 3218­3226 (1991). 16. D. D. Flynn, G. Ferrari­DiLeo, D. C. Mash, et al., “Differential regulation of molecular subtypes of muscarinic receptors in Alzheimer’s disease,” J. Neurochem., 64, No. 4, 1888­1891 (1995). 17. C. Vidal and J. P. Changeux, “Nicotinic and muscarinic modulation of excitatory synaptic transmission in the rat prefrontal cortex in vitro,” J. Neurosci., 56, No. 1, 23­32 (1993). 18. A. T. Gulledge and G. J. Stuart, “Cholinergic inhibition of neocortical pyramidal neurons,” J. Neurosci., 25, No. 44, 10308­10320 (2005). 19. В. Н. Хохлова, Г. Х. Мержанова, Э. Е. Долбакян, “Роль мускариновых холинорецепторов в воспроизведении инструментального пищевого условного рефлекса у кошек,” Журн. высш. нерв. деятельности, 50, № 3, 482­491 (2000). РОЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА В МОДУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ НЕОКОРТЕКСА
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68285
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0028-2561
language Russian
last_indexed 2025-12-01T15:12:08Z
publishDate 2009
publisher Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
record_format dspace
spelling Сторожук, В.М.
2014-09-20T13:14:00Z
2014-09-20T13:14:00Z
2009
Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса / В.М. Сторожук // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 144-159. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
0028-2561
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68285
612.822+612.8211-15
Исследованы модулирующие влияния холинергической системы на активность нейронов сенсомоторной коры, связанную с осуществлением инструментального условного рефлекса постановки лапы на опору.
Досліджені модулюючі впливи холінергічної системи на активність нейронів сенсомоторної кори, пов’язану із здійсненням інструментального умовного рефлексу постановки лапи на опору.
We studied modulatory effects of the cholinergic system on the activity of sensorimotor cortex neurons related to realization of an instrumental conditioned placing reflex. Experiments were carried out on awake cats; multibarrel glass microelectrodes were used for extracellular recording of impulse activity of neurons in the sensorimotor cortex and iontophoretic application of synaptically active agents within the recording region. The background and reflex-related activity was recorded in the course of realization of conditioned movements, and then changes of spiking induced by applications of the testing substances were examined.
ru
Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
Нейрофизиология
Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
Роль ацетилхоліну в модуляції активності нейронів неокортексу тварини у стані неспання при реалізації інструментального умовного рефлексу
Role of Acetylcholine in the Modulation of Activity of Neocortical Neurons in Awake Animals Performing an Instrumental Conditioned Reflex
Article
published earlier
spellingShingle Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
Сторожук, В.М.
title Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
title_alt Роль ацетилхоліну в модуляції активності нейронів неокортексу тварини у стані неспання при реалізації інструментального умовного рефлексу
Role of Acetylcholine in the Modulation of Activity of Neocortical Neurons in Awake Animals Performing an Instrumental Conditioned Reflex
title_full Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
title_fullStr Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
title_full_unstemmed Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
title_short Роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
title_sort роль ацетилхолина в модуляции активности нейронов неокортекса бодрствующего животного при реализации инструментального условного рефлекса
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68285
work_keys_str_mv AT storožukvm rolʹacetilholinavmodulâciiaktivnostineironovneokorteksabodrstvuûŝegoživotnogoprirealizaciiinstrumentalʹnogouslovnogorefleksa
AT storožukvm rolʹacetilholínuvmodulâcííaktivnostíneironívneokorteksutvariniustanínespannâprirealízacííínstrumentalʹnogoumovnogorefleksu
AT storožukvm roleofacetylcholineinthemodulationofactivityofneocorticalneuronsinawakeanimalsperforminganinstrumentalconditionedreflex

Similar Items