CC BY
9Список литературы:
1. Egorova M., Ehret G., Vartanian I., Esser K.-H. Frequency response areas of neurons in the mouse inferior colliculus. I. Threshold and tuning characteristics//Exp. Brain Research. 2001. V.140. P. 145—161.
2. Linden J. F., Liu R. C., Sahani M., Schreiner C. E. Spectrotemporal Structure of Receptive Fields in Areas AI and AAF of Mouse Auditory Cortex//J. Neurophysiol. 2003. V. 90. P. 2660—2675.
3. Егорова М. А. Частотная настройка нейронов первичного слухового поля (А1) и переднего слухового поля (AAF) слуховой коры мыши (Mus musculusV/Журн. Эвол. Биохим. и физиол. 2005. Т. 41. № 4. С. 379—382.
4. Хорунжий Г. Д., Егорова М. А. Временные характеристики импульсной активности нейронов с V-образными частотными рецептивными полями в слуховом центре среднего мозга домовой мыши (Mus musculusV/Журн.Эвол.Биохим.и физиол.2014.Т. 50.№ 4. С. 314—318.
5. Egorova M. A., Akimov A. G., Khorunzhii G. D., Ehret G. Frequency response areas of neurons in the mouse inferior colliculus. III. Time-domain responses: Constancy, dynamics, and precision in relation to spectral resolution, and perception in the time do-main//PlosOne.2020.V.140.P.145—161.
6. Rhode W. S., Oertel D., Smith P. H. Physiological response properties of cells labeled intracellularly with horseradish peroxidase in cat ventral cochlear nucleus//J. Comp. Neurol. 1983. V. 213 (4). P. 448—463.
7. Golding N. L., Robertson D., Oertel D. Recordings from slices indicate that octopus cells of the cochlear nucleus detect coincident firing of auditory nerve fibers with temporal precision//J. Neurosci. 1995. V. 15 (4). P. 3138—3153.
УДК: 612; 612,65; 612,66; 612,88
Цветаева Д. А.12
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии РАН. Москва, Россия
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение Научный Центр Психического Здоровья. Москва, Россия
Tsvetaeva D. A.12
1 Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS. Moscow, Russia
2 Federal State Budgetary Scientific Institution Mental Health Research Centre. Moscow, Russia
E-mail: dariatsvetaeva8954@gmail.com
ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИЙ НЕЙРОНОВ СОМАТОСЕНСОРНОЙ КОРЫ У КРЫС ЛИНИИ WAG/RIJ НА СТИМУЛЯЦИЮ ЗОНЫ ВИБРИСС
CHARACTERISTICS OF NEURONAL RESPONSES OF THE SOMATOSENSORY CORTEX IN WAG/RIJ RATS TO VIBRISSA STIMULATION AREA
DOI
Аннотация: Дефицит первичного торможения и нарушение баланса между первичным и вторичным торможениями у крыс WAG/ Rij может быть основанием развития у этих животных комбинированной патологии: АЭ и депрессии. У крыс WAG/Rij многокомпонентная высокочастотная фазная реакция является нейронным эквивалентом пик-волновой активности.
Ключевые слова: нейрон, соматосенсорная кора, вибриссы, аб-санс-эпилепсия (АЭ)
Abstract: A deficit in primary inhibition and an imbalance between primary and secondary inhibition in WAG/Rij rats may underlie the development of a combined pathology in these animals: AE and depression. A multicomponent high-frequency phase response in WAG/ Rij rats is the neural equivalent of spike-wave discharges.
Keywords: neuron, somatosensory cortex, vibrissae, absence epilepsy
Введение: Крысы линии WAG/Rij генетически предрасположены к абсанс-эпилепсии (АЭ) [1] и демонстрируют депрессивно подобное поведение [2]. ЭЭГ проявлением эпилептического приступа является генерализованная пик-волновая активность (spike-wave discharges), которая формируется у этих животных в 5—6 месячном возрасте [3]. Эпилептический приступ продолжается в течение нескольких секунд, а частота пик-волновых разрядов у крыс WAG/Rij уменьшается от начала приступа до его окончания с 15 до 6—7 Гц [4].
Особая роль в возникновении эпилептического приступа отводится соматосенсорной системе. Предполагается, что триггерной зоной генерации пик — волновой активности является соматосен-сорная кора [5], а ограничение видоспецифической афферентации за счет выстригания вибрисс в течение первых трех недель жизни крысенка, провоцирует более раннее развитие АЭ [6].
Задачей настоящего исследования было выявление специфики реакций одиночных нейронов соматосенсорной зоны коры на стимуляцию области вибрисс у крыс WAG/Rij 2—3-х месячного возраста, когда АЭ ещё не сформирована и 6—7-ми месячного возраста, когда АЭ хорошо выражена.
Методы исследования: Использовали самцов крыс линии Wistar (контрольные животные) и линии WAG/Rij (собственное разведение). Все эксперименты выполняли в соответствии с протоколом использования лабораторных животных ИВНД и НФ РАН, основанного на директиве Совета Европейского Сообщества (86/609/ЕЕС). В остром опыте под уретановым наркозом (0,15 г на 100 г массы тела животного) с помощью стеклянных микроэлектродов, заполненных 2 М раствором NaCl (диаметр кончика <1 мкм) регистрировали внеклеточную активность одиночных нейронов. Регистрирующий электрод ориентировали по координатам АР +2,5; L 5,5 и погружали вертикально. В этом случае он входил в соматосенсорную кору тангенциально под углом 450. Ориентируясь на морфометрические исследования [7], было рассчитано, что IV слой коры в этом случае занимает пространство на глубине от 550 до 1400 мкм. Регистрацию активности нейронов осуществляли в этом диапазоне.
Стимулирующие игольчатые электроды (межэлектродное расстояние 4 мм) вводили кожу вдоль ряда С вибрисс. Стимуляцию осуществляли одиночным прямоугольным импульсом тока силой 0,5 мкА, длительностью 0,2 мс, что, как правило, в 2 раза превышало силу раздражения, вызывающую минимальное подергивание вибрисс.
Импульсную активность нейрона регистрировали в течение 4 секунд — 2 с до и 2 с после стимула. Для анализа реакций по результатам 10 раздражений строили перистимульные гистограммы с разрешением бина от 1 до 16 мс. На основе сравнения средней частоты потенциалов действия в фоне и после раздражения программа выделяла предполагаемые зоны реакции (возбуждение/торможение) по критерию 30 % увеличения или уменьшения средней
частоты разрядов. После установления значимого отличия частоты потенциалов действия в предполагаемой зоне реакции по сравнению с фоном (использовали непараметрический критерий Вилкок-сона) вычисляли латентный период (время от момента нанесения раздражения до начала зоны реакции), продолжительность реакции и частоту потенциалов действия в зоне реакции. Статистическую значимость межгрупповых различий определяли с использованием параметрического t-теста (все анализируемые показатели имели нормальное распределение — тест Шапиро-Уилка) и теста двух пропорций (two-sided).
Результаты: Реакция нейронов соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс у 2—3-х месячных крыс линии Wistar.
В экспериментах на 6 крысах линии Wistar зарегистрированы 48 нейронов. Из них 37 нейронов реагировали на одиночную электрическую стимуляцию области вибрисс. По критериям латентного периода и длительности реакции выделено 4 компонента ответа на стимуляцию области вибрисс: первичное возбуждение, первичное торможение, вторичное возбуждение и вторичное торможение. Первичное возбуждение возникало с латентным периодом 27.8±8.3 мс и продолжалось 51.5±44 мс. Вторичное возбуждение возникало с латентным периодом 209.3±67.5 мс было тоническим (продолжительность 313±224.7 мс). По латентному периоду и продолжительности первичное и вторичное возбуждения значимо отличались (t (13.1)-45. Р<0,001; t (5.6)-45. Р<0,001 соответственно). Первичное торможение возникало с латентным периодом 70.6±23.4 мс, а латентный период вторичного торможения составлял 697.5±146 мс. Отличия были значимы (t (15.3)-26. Р<0,001).
Встречаемость отдельных компонентов реакции была различной.
Первичное возбуждение выявлено у половины всех зарегистрированных нейронов, первичное торможение обнаружено у 25 % клеток. Вторичное возбуждение выявили у 48 %, а вторичное торможение у 30 % нейронов соматосенсорной коры (Рис 1 А).
Реакция нейронов соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс у 2—3-х месячных крыс линии WAG/Rij
У 8 крыс WAG/Rij зарегистрировали 58 нейронов соматосен-сорной коры. Из них 49 нейронов реагировали на одиночную электрическую стимуляцию области вибрисс. Компонентный состав реакций не отличался от обнаруженного у крыс Wistar. Временные параметры ответов в основном не различались. Существенные от-
личия были обнаружены по критерию встречаемости тормозных компонентов ответа. Число нейронов, реагирующих первичной тормозной реакцией, у крыс линии WAG/Rij было значимо меньше (р=0.04 по тесту двух пропорций — two-sided). В отличие от первичного торможения, вторичное торможение у крыс линии WAG/Rij зарегистрировано у большего числа нейронов соматосенсорной коры (59 % у WAG/Rij, 30 % у Wistar). Различие значимо — р=0.03 по тесту двух пропорций (two-sided). (Рис 1 А)
Реакция нейронов соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс у 6—7-и месячных крыс линии Wistar.
У 6-ти крыс линии Wistar зарегистрирована активность 52-х нейронов, из которых 49 реагировали на одиночную электрическую стимуляцию области вибрисс. Как правило, реакция была схожей с выявленной у крыс линии Wistar более раннего возраста и состояла из коротколатентного возбуждения 24.7±2.9 мс), короткола-тентного торможения (68/6±27.6 мс), длиннолатентного тонического возбуждения (252.2±67.5 мс) и длиннолатентного торможения (623.2±109.6 мс).
Реакция нейронов соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс у 6—7-и месячных крыс линии WAG/Rij.
У 6 крыс линии WAG/Rij в возрасте, когда АЭ уже хорошо выражена, исследована реакция 51 нейрона соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс. 46 нейронов реагировали на афферентную стимуляцию. Компонентный состав реакций был таким же, как и у крыс Wistar. Наибольшее отличие реакции у крыс линии WAG/Rij заключается в изменении структуры вторичного возбуждения. У 33 % нервных клеток оно представлено многокомпонентной фазной реакцией (рис 1 Б), в виде серии из 6—8 коротких по продолжительности (56.0±20.7 мс) высокочастотных разрядов нейрона и тормозных пауз.
Длительность периодов между фазными разрядами колеблется в пределах от 56 до 240 мс, что соответствует частоте от 17 Гц до 4 Гц, и находится в диапазоне частот пик-волновой активности у крыс линии WAG/Rij [4]. Это свидетельствует в пользу того, что данную фазную реакцию можно рассматривать в качестве нейронного эквивалента пик-волновой активности — основного признака АЭ. Еще одним аргументом в пользу этого предположения может служить сходство фазной активности, зарегистрированной нами, с активностью таламических и корковых нейронов у крыс линии GAERS во время эпилептического приступа [8].
Рис. 1. Реакции нейронов соматосенсорной коры на стимуляцию области вибрисс.
А) соотношение активационных и тормозных компонентов ответа на стимуляцию области вибрисс у крыс Wistar и WAG/Rij. (1) — первичное возбуждение, (2) — первичное торможение, (3) — вторичное возбуждение, (4) — вторичное торможение.
*p<0,05 по критерию двух пропорций (two-sided).
Б) фазная реакция нейрона у крысы линии WAG/Rij. Суммарная перисти-мульная гистограмма (10 предъявлений). Эпоха анализа — 2 с; 1 бин — 8 мс. По оси ординат количество спайков в бине. Стрелка — момент нанесения раздражения.
Выводы:
• Первичное торможение у 2—3-х месячных крыс линии WAG/Rij, когда пик-волновая активность ещё не сформирована, выявлено у меньшего числа нейронов, чем у крыс линии Wistar. Вторичное торможение проявляется в большей степени у крыс линии WAG/Rij по сравнению с крысами линии Wistar. Дефицит первичного торможения, как и нарушение баланса между первичным и вторичным торможениями у 2—3-х месячных крыс WAG/Rij, может быть одним из оснований развития у этих животных комбинированной патологии: АЭ и депрессии.
• Вторичное возбуждение на стимуляцию вибрисс у 33 % нейронов 6—7-и месячных крыс линии WAG/Rij представлено фазной реакцией, которая по основным показателям соответствует пик-волновому разряду, что позволяет считать ее нейронным эквивалентом эпилептической активности. Тот факт, что фазную реакцию можно вызвать одиночным
электрическим стимулом из области вибрисс указывает на то, что афферентное возбуждение от вибрисс способно инициировать приступ АЭ у крыс линии ШЛО/Ш}.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 20—013—00176. Работа принята к печати в Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова 2021, том 107, № 10, с. 1—10
Список литературы:
1. White H, Loscher W (2014) Searching for the ideal antiepileptogenic agent in experimental models: single treatment versus combinatorial treatment strategies. Neurotherapeutics 11:373—384. https://doi. org/doi: 10.1007/s13311—013—0250—2.
2. Sarkisova K, van Luijtelaar G (2011). The WAG/Rij strain: a genetic animal model of absence epilepsy with comorbidity of depression. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry 35:854—876. https://doi.org/doi: 10.1016/j.pnpbp. 2010.11.010.
3. Coenen A, van Luijtelaar G (2003) Genetic animal models for absence epilepsy: a review of the WAG/Rij strain of rats. Behavior Genetics 33:635—655. https://doi.org/doi: 10.1023/a:1026179013847.
4. Bosnyakova D, Gabova A, Zharikovae A, Gnezditski V, Kuznetsova G, van Luijtelaar G (2007) Some peculiarities of time-frequency dynamics of spike-wave discharges in humans and rats. Clinical Neurophys-iology118:1736—43. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2007.04.013.
5. Sitnikova E, van Luijtelaar G (2004) Cortical control of generalized absence seizures: effect of lidocaine applied to the somatosensory cortex in WAG/Rij rats. Brain Research 1012:127—137. https://doi. org/doi: 10.1016/j.brainres.2004.03.041.
6. Sitnikova E (2011) Neonatal sensory deprivation promotes development of absence seizures in adult rats with genetic predisposition to epilepsy. Brain Research 1377:109—118. https://doi.org/doi: 10.1016/j.brainres.2010.12.067.
7. Shubina O, Teltsov L, Komusova O (2015) Cytological and morpho-metric features of the cortex of white rats. Modern problems of science and education. Issue № 2 (part 1).
8. Pinault D, O'Brien T (2005) Cellular and network mechanisms of genetically-determined absence seizures. Thalamus and Related Systems 3:181—203. https://doi.org/doi: 10.1017/S1472928807000209. Epub 2007 Jan 22.
