CC BY
60
участие ш-метил-б-аспартатных рецепторов в торможении внимания к незначимой информации у крыс
надежда Викторовна КОСТЮнинА1, Ангелина Владимировна РЕДЬКИнА2
1НИИ физиологии СО РАМН 630117, г. Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 4
2ГОУ ВПО Томский государственный университет Федерального агентства по образованию 634050, г. Томск, ул. Ленина, 36
Феномен латентного торможения отражает способность мозга игнорировать нерелевантные стимулы и используется для моделирования нарушений процессов внимания, характерных для шизофрении. В нашем эксперименте латентное торможение формировалось в условной реакции пассивного избегания предварительным угашением новизны условного стимула. Крысы получали 0 или 20 преэкспозиций стимула, сочетаемого при обучении с аверсивным безусловным подкреплением (0,75 мА). Повышение интенсивности тока до 1 мА нарушало латентное торможение. В этих условиях блокада ^метил^-аспартатных (NMDA) рецепторов системным введением МК-801 (0,05 мг/кг) вызывала патологическое восстановление латентного торможения. При совместном введении препарата с агонистом глициновых мест D-циклосерином (15 мг/кг) эффект восстановления отсутствовал. Полученные данные свидетельствуют о прямом вовлечении NMDA рецепторов в процесс торможения внимания к нерелевантной информации и в то же время обсуждаются с точки зрения адекватности персистентного латентного торможения как модели негативной симптоматики шизофрении.
Ключевые слова: внимание, латентное торможение, пассивное избегание, NMDA-рецепторы.
Введение
Коррекция нарушенных механизмов работы мозга, лежащих в основе патофизиологии шизофрении, является важнейшей задачей клинических врачей, занимавшихся ранее терапией внешних симптомов. Неоценимую помощь в этом направлении оказывают научные доклинические исследования, использующие современные модели шизофрении, основанные на нарушении информационных процессов. Феномен латентного торможения (ЛТ) является одной из таких моделей и выражается в задержке формирования условного рефлекса у человека и животных, если обучению предшествует угашение новизны условного в будущем стимула [1]. Процедура формирования ЛТ состоит из трех последовательных стадий: пре-экспозиции (угашение новизны условного стимула или внимания к нему), обусловливания (сочетание условного стимула с безусловным) и тестирования. С точки зрения нормальных психологических процессов предполагается, что во время преэкспозиции приобретение ассоциации между преэкспозируемым условным стимулом и отсутствием значимых последствий формирует невнимание к этому стимулу, которое снижает возможность последующего приобретения условного рефлекса [1]. Вызванное амфетамином нарушение ЛТ с его реверсией нейролептиками у здоровых субъектов служит
в качестве модели позитивной шизофрении и одновременно поддерживает дофаминовую гипотезу данного расстройства [2, 3].
Сегодня доказано тесное взаимодействие дофаминергической и глутаматергической систем в когнитивных процессах. Разбросанные по всему мозгу ^метил^-аспартатные (NMDA) рецепторы критичны для процессов обучения, запоминания и обработки информации, а в последние годы проводятся интенсивные исследования по их участию в формировании ЛТ у животных. Предпосылками служат такие факты, как появление под воздействием фенциклидина или кетамина симптомов шизофрении у здоровых людей и усиление их у пациентов [4]. Также у таких больных обнаружена патология глутаматергической нейротрансмиссии [5, 6]. Эти данные дают повод предполагать, что дофаминергические изменения могут быть вторичными относительно глутаматергических дисфункций [7]. Имеющиеся сегодня экспериментальные данные по влиянию блокады NMDA-рецепторов на ЛТ противоречивы. Одни авторы не обнаружили каких-либо изменений [8, 9], другие [10] наблюдали нарушение ЛТ под действием кетамина, которое предлагается в качестве модели позитивной симптоматики шизофрении. И наконец, при введении антагониста NMDA-рецепторов МК-801 обнаружено усиление ЛТ, которое рассматривается
Костюнина H.B. — аспирант, e-mail: [email protected] Редькина Л.В. — аспирант
как модель с негативной симптоматикой [11]. Причиной для таких разногласий, при прочих равных условиях проведения фармакологического анализа (дозы и способ введения препаратов), может быть специфика применяемой поведенческой задачи [12]. Поэтому целью нашего исследования было оценить влияние блокады NMDA-рецепторов на формирование ЛТ в задаче условного пассивного избегания, вырабатываемого при однократном применении безусловного раздражителя с разными параметрами аверсивного воздействия.
материалы и методы
В работе использовали 76 самцов крыс линии Вистар массой 270—300 г (лаборатория разведения животных Института цитологии и генетики СО РАН). В день доставки из вивария животных размещали в пластиковых клетках попарно и далее содержали в аналогичных условиях температурного режима, естественного освещения и свободного доступа к воде и пище. Опыты проводили с соблюдением принципов гуманности в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977 г. № 755) и одобренных комитетом по биомедицинской этике ГУ НИИ физиологии СО РАМН.
Через 10 дней адаптации к новым лабораторным условиям выработку условного рефлекса (УР) пассивного избегания проводили в двух ситуациях - новизны условного стимула (обстановочный) и после угашения новизны многократной преэкспозицией экспериментальной камеры. Для этого всех животных случайным образом разделили на две части: без преэкспо-зиций (0ПЭ) и с преэкспозицией (20ПЭ), каждая из которых включала четыре группы крыс с введением препаратов или физиологического раствора. Процедуру преэкспозиции проводили в течение 5 дней соответственно ранее описанной схеме [13]. На 6-й день (стадия обусловливания) переход крысы в темный отсек наказывали электрокожным раздражением от пола камеры, после которого животное немедленно переносили в домашнюю клетку. Выработку УР тестировали через 24 ч. Время наблюдения за поведением животных составляло 180 с как во время проведения стадии ПЭ, так и при тестировании условной реакции. Наличие латентного торможения определяли при сравнении результатов обучения преэкспозированных и непреэкспозированных крыс. После пре-экспозиции и последующего обучения с применением болевого подкрепления умеренным
током (0,75мА, 2 с) развивается классическое ЛТ [13]. Для нарушения ЛТ сила тока была увеличена до 1 мА без изменения длительности воздействия. Показателем степени обученности служил латентный период перехода в опасный отсек камеры.
Для фармакологического анализа использовали блокатор ионных каналов NMDA-рецепторов дизоцилпин (МК-801, «Sigma», США) в дозе 0,05 мг/кг. Агонист NMDA-рецепторов D-циклосерин (DCS, «Sigma», США) применяли в сочетании с МК-801. В этом случае сначала вводили DCS в дозе 15 мг/кг за 45 мин до обусловливания, а через 15 мин — МК-801. Оба препарата растворяли в физиологическом растворе и вводили внутрибрю-шинно в объеме 1 мл/кг.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA/MANOVA, 6.0), используя в качестве факторов группу (3 препарата) и количество преэкспозиций (0 и 20). Влияние каждого фактора оценивали по критерию Фишера, а достоверность различий между групповыми средними значениями определяли с помощью апостериорного критерия наименьшей значимой разности (LSD).
результаты исследования, обсуждение
На рисунке представлены поведенческие показатели выработки условной реакции пассивного избегания при разных воздействиях.
□ - опэ
0,75 тА фш. р-р 1mA физ. р-р МК-801 MK-801+DCS
Рис. Влияние активности NMDA-рецепторов на латентное торможение крыс в условиях, нарушающих его формирование.
По горизонтали — группы крыс, по вертикали — латентный период перехода в опасный отсек камеры (с). * — достоверные различия (р < 0,01) по сравнению с собственным контролем 0ПЭ и с контрольной группой 20ПЭ (1 мА); # — достоверные различия (р < 0,01) по сравнению с собственным контролем 0ПЭ и с группой 20ПЭ (MK-801 + DCS).
Прежде всего, показана зависимость формирования латентного торможения от силы безусловного стимула. В контрольной группе, где применялся умеренный раздражитель, преэк-спозированные крысы демонстрировали ЛТ — значительное укорочение времени перехода в опасный отсек камеры по сравнению с непре-экспозированными крысами (F^68 = 57 , 01, p < 0,0001). При увеличении интенсивности стимула у преэкспозированных крыс обнаружено нарушение ЛТ настолько, что воспроизводимая ими УР не отличалась от таковой в группе 0ПЭ (р > 0,05) и в то же время значительно отличалась от аналогичной группы 20ПЭ предыдущего контроля (р < 0,001). Полученное таким образом нарушение ЛТ использовалось в качестве контроля при последующем фармакологическом анализе.
Возможность нарушения ЛТ изменением параметров безусловного стимула была показана при использовании другой поведенческой задачи — эмоциональной реакции страха [11]. При обучении преэкспозированных и деприви-рованных крыс вместо двух сочетаний «тон — шок» авторы применяли пять, что резко снижало число подходов к поилке, сравнимое с контрольным числом у крыс без преэкспо-зиции тона. В этих условиях восстановленное введением МК-801 латентное торможение предлагается считать патологически упорным (persistent).
В нашем эксперименте появление ЛТ в условиях, его нарушающих, также было получено при блокаде NMDA-рецепторов. По данным постдисперсионного анализа, инъекция МК-801 перед обучением вызвала полное восстановление ЛТ у преэкспозированных крыс (F150 = 74,24, р < 0,0001 по сравнению с аналогичной контрольной группой 20ПЭ) и не повлияла на обучение крыс с 0ПЭ. Введение МК-801 в сочетании с агонистом глициновых рецепторов DCS нивелировало действие первого, что выразилось в формировании полноценной УР или в отсутствии ЛТ у преэкспозированных крыс (р > 0,05 относительно собственного контроля ОПЭ и контроля 20ПЭ с физиологическим раствором). Эти наблюдения поддержаны общим дисперсионным анализом, который выявил значимость факторов преэкспозиции (F150 = 44,57, р < 0,0001), препарата (F2 50 = 47.56, р < 0,0001) и их взаимодействия (F2 50 — 31,29, р < 0,001). Таким образом, совокупное введение МК-801 с агонистом глициновых рецепторов DCS, предотвращающее действие блокады NMDA-рецепторов, может свиде-
тельствовать о специфичности их вовлечения в процесс фильтрации стимулов по их новизне и значимости.
Интересно, что при введении препаратов способность к обучению непреэкспозирован-ных крыс оставалась неизменной. В этом плане привлекает внимание дозозависимость влияния блокады NMDA-рецепторов на обучение и ЛТ, так как по некоторым данным дозы антагонистов на порядок выше тех, которые использовались в нашем эксперименте, ухудшали ассоциативное обучение у непреэкспози-рованных крыс и нарушали ЛТ у преэкспозированных [14]. Персистентное ЛТ, формируемое под действием частичной блокады NMDA-рецепторов низкими дозами препаратов и возможность его инверсии исключительно атипичными нейролептиками рассматривается как коррелят специфического аспекта негативной симптоматики [11]. Действительно, некоторые исследователи регистрировали чрезмерное ЛТ у пациентов с шизофренией данного типа [15], однако предлагаемое выше персистентное ЛТ крыс в качестве модели специфической психопатологии пока достаточно спекулятивно, поскольку параллельно с когнитивными не учитывались поведенческие особенности, характерные для таких больных. Поводом для сомнений является также однократное введение препаратов.
Учитывая эффективность используемых в работе препаратов только при наличии стадии преэкспозиции можно думать, что мишенью полученных фармакологических эффектов является процесс торможения внимания на стадии преэкспозиции. Иными словами, полученные результаты свидетельствует о высокой специфичности или прямом участии NMDA-рецепторов в формировании латентного торможения и, следовательно, в процессах ранжирования информации по ее релевантности.
Выводы
1. Усиление аверсивности безусловного стимула нарушает формирование латентного торможения в условной реакции пассивного избегания. Блокада NMDA-рецепторов системным введением МК-801 перед обучением предотвращает нарушение латентного торможения, не влияя на обучение непреэкспозированных крыс.
2. Конкурентная активация NMDA рецепторов введением D-циклосерина нивелирует действие МК-801 и не изменяет уровень воспроизводимой условной реакции у непреэк-спозированных крыс.
3. Полученные результаты свидетельствуют о прямом вовлечения NMDA-рецепторов в процесс торможения внимания к нерелевантной информации.
литература
1. Lubow R.E. Construct validity of the animal latent inhibition model of selective attention deficits in schizophrenia // Schizophr. Bull. 2005. 31: 139-153.
2. Moser P.C., Hitchcock J.M., Lister S., Moran P.M. The pharmacology of latent inhibition as an animal model of schizophrenia // Brain Res. Brain Res. Rev. 2000. 33: 275-307.
3. Weiner I. The «two-headed» latent inhibition model of schizophrenia: modeling positive and negative symptoms and their treatment // Psychopharmacology (Berl). 2003. 169: 257-297.
4. Morgan C.J., Mofeez A., Brandner B. et al. Acute effects of ketamine on memory systems and psychotic symptoms in healthy volunteers // Neuropsychopharmacology. 2004. 29: 208-218.
5. Jentsch J.D., Roth R.H. The neuropsychopharmacology of phencyclidine: from NMDA receptor hypofunction to the dopamine hypothesis of schizophrenia // Neuropsychopharmacology. 1999. 20: 201-225.
6. Tamminga C.A. Schizophrenia and glutamatergic transmission // Crit. Rev. Neurobiol. 1998. 12: 21-36.
7. Coyle J.T., Tsai G., Goff D. Converging evidence of NMDA receptor hypofunction in the pathophysiology of schizophrenia // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2003. 1003: 318-327.
8. Klamer D., Palsson E., Revesz A. et al. Habituation of acoustic startle is disrupted by psychotomimetic drugs:
differential dependence on dopaminergic and nitric oxide modulatory mechanisms // Psychopharmacology (Berl). 2004. 176: 440-450.
9. Palsson E., Klamer D., Wass C. et al. The effects of phencyclidine on latent inhibition in taste aversion conditioning: differential effects of preexposure and conditioning // Behav Brain Res. 2005. 157: 139-146.
10. Becker A., Peters В., Schroeder H. et al. Ketamine-induced changes in rat behaviour: A possible animal model of schizophrenia // Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 2003. 27: 687-700.
11. Gaisler-Salomon I., Weiner I. Systemic administration of MK-801 produces an abnormally persistent latent inhibition which is reversed by clozapine but not haloperidol // Psychopharmacology (Berl). 2003. 166: 333-342.
12. Wang J.H., Fu Y, Wilson F.A., Ma Y.Y. Ketamine affects memory consolidation: differential effects in T-maze and passive avoidance paradigms in mice // Neuroscience. 2006. 140. (3): 993-1002.
13. Лоскутова Л.В. Латентное торможение у крыс и мышей в условной реакции пассивного избегания // Журн. высш. нервн. деят. 1985. 35. (6): 1172-1174.
Loskutova L.V. Latent inhibition in rats and mice in conditioned reaction of passive avoidance. // Zh. Vyssh. Nerv. Deyat. 1985. 35. (6): 1172-1174.
14. Davis J.A., Gold T.J. Rolipram attenuates MK-801-induced deficits in latent inhibition // Behav. Neurosci. 2005. 119: 595-602.
15. Cohen E., Sereni N., Kaplan O. et al. The relation between latent inhibition and symptom-types in young schizophrenics // Behav. Brain Res. 2004. 149: 113-122.
participation of n-methyl-d-aspartate receptors in inhibition of irrelevant stimuli IN rats
Nadezhda viktorovna KoSTJuNINA1, Angelina vladimirovna RED'KINA2
institute of the Russian Academy of Medical Sciences Research Institute for physiology of Siberian Branch RAMS
4, Ac. Timakov str., Novosibirsk, 630117
2State university 36, Lenin str., Tomsk, 634050
Latent inhibition phenomenon indexes the ability to ignore irrelevant stimuli and is used to model attentional impairments in schizophrenia. It is the poorer conditioning to a stimulus resulting from its nonreinforced preexposure. In our experiments latent inhibition was measured in a conditioned passive avoidance reaction in rats that previously received 0 (non-preexposed) or 20 conditioned stimuli exposures (preexposed) followed by foot shock (0.75 mA intensity). Latent inhibition was disrupted in preexposed rats when current intensity was higher to 1 mA. (step-through latency as in non-preexposed rats). Under the same conditions, the administration of NMDA-receptor antagonist MK-801 (0.05 mg/kg) led to the emergence of abnormally persistent latent inhibition. This effect in MK-801-injected rats was prevented by cotreatment with D-cycloserine (15 mg/kg).
The present results show direct involvement of NMDA-receptors in process of attentional inhibition to irrelevant information. MK-801 model validity for negative symptoms of schizophrenia are to by discussed.
Key word: passive avoidance, latent inhibition, attention, NMDA-receptors.
Kostjunina N.V. — postgraduate students, e-mail: [email protected] Red'kina A.V. — postgraduate students
