Влияние модификации медленноволнового сна на проявление тревожности животных Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.822.3

ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ МЕДЛЕННОВОЛНОВОГО СНА НА ПРОЯВЛЕНИЕ ТРЕВОЖНОСТИ ЖИВОТНЫХ

© 2004 г. Е.В. Вербицкий

Anxiety manifestations and disturbances are closely connected with the «sleep-wakefulness» cycle development. As it was accentuated earlier, rhythmic interactions between loci of the cerebral cortex and sites of the medial thalamus are of great importance for the slow-wave sleep development. The method for changes of such interactions by the rhythmic sub-threshold stimulation of several sites of the medial thalamus, permitted to modification of slow-wave sleep and influences of resulting effects on manifestations of anxiety in rabbits have been investigated.

Введение

Известно влияние возбуждения, возникающего при действии стресси-рующих факторов, на развитие парадоксального сна, которому у человека отводится роль компенсатора эмоций, не реализованных в бодрствовании. Увеличение продолжительности REM сна традиционно связывают с процессами, направленными на повышение устойчивости организма человека и животных к стрессу и другим влияниям среды [1]. Менее понятной является роль продолжительности и глубины медленноволнового сна в процессах реагирования организма на различные факторы внешней и внутренней среды.

Особенно это касается организмов, имеющих существенные различия по базовой тревожности, уровень которой во многом определяет отношение к новым раздражителям как к источникам потенциальной угрозы. В соответствии с этим предпринято исследование влияния нефармакологической модификации развития медленноволнового сна на поведенческие проявления тревожности животных, которые были предварительно дифференцированы на особей высокой и низкой тревожности (ВТ и НТ).

Методика

На 18 кроликах, дифференцированных на животных ВТ и НТ, которым для регистрации электрической активности и раздражения 8 областей сенсо-моторной, теменной, зрительной коры, а также участков n. Centralis medialis (NCM) таламуса были предварительно вживлены электроды, оценивалось бодрствование, циклы, фазы и стадии сна. Биполярные вольфрамовые в стеклянной изоляции электроды располагались в участках NCM с низкими порогами (10 Гц, 81-124 мкА биполярно, расстояние между кончиками 80 мкм, импульс 0,08 мс) вызова в коре локальных веретен рекруитирования [2]. Животные свободно перемещались в экспериментальном боксе, а эластичная подвеска отводящих проводов не мешала осуществлению локомоций. Характер бодрствования и глубина сна контролировались off-line полиграфом SAGURA-2000 фирмы «Sagura Medizintechnik GmbH» (Германия), a on-line -оригинальным компьютерным комплексом с выделением бодрствования, не-

глубокого, глубокого медленноволнового сна, а также эпизодов REM сна [3, 4].

Результаты и обсуждение

В состоянии спокойного бодрствования у животных ВТ в ЭКоГ достаточно часто преобладала ритмическая активность с частотой 8-29 Гц, которая в большинстве случаев была представлена в передних областях коры больших полушарий. В отличие от этого у животных НТ в биоэлектрической активности коры головного мозга чаще всего доминировали колебания, представленные в частотном диапазоне 2-18 Гц. Наибольшая амплитуда этих колебаний регистрировалась в задних областях коры больших полушарий.

При развитии дремоты и последующего сна выяснилось следующее. Для кроликов ВТ характерен более сегментированный сон, которому свойственна значительная изменчивость медленноволновой фазы. В частности, эпизоды глубокого сна развивались в виде отдельных сегментов, причем совокупная представленность глубокого сна снижена. Латентные периоды возникновения глубокого сна с начала засыпания существенно повышены. В периодах NREM сна у них регистрировалось значительное количество активаций разной природы.

В ходе развития неглубокого медленноволнового сна два участка NCM, которым были свойственны низкие пороги вызова рекруитирующих ответов, раздражались двумя последовательностями импульсов слабого тока (10 Гц, 2-43 мкА, 0,08 мс) в подпороговом режиме, что не приводило к появлению веретен в пунктах коры больших полушарий.

Если временной сдвиг между последовательностями импульсов составлял всего 0,2 мс, это способствовало повышению синхронизации в коре спонтанно возникающих «сонных» веретен, регистрация которых столь характерна для глубокого медленноволнового сна, когда веретена появляются наряду с дельта волнами, при дальнейшем углублении сна полностью замещающих веретенообразную активность. Увеличение сдвига между последовательностями импульсов подпороговой интенсивности до 20 мс приводило к снижению синхронизации веретен, у которых снижалась амплитуда и появлялось большее разнообразие форм, что весьма характерно для неглубокого медленноволнового сна.

Корреляционный анализ амплитудно-временных показателей веретен в коре и таламусе по таким параметрам, как амплитуда, длительность, фазы нарастания и спада, выявил усиление связей таламо-кортикальной синхронизации при сдвиге 0,2 мс между последовательностями микрораздражений. В то же время обнаружено ослабление таламо-кортикальной синхронизации по вышеуказанным параметрам при сдвиге 20 мс между последовательностями подпороговых микрораздражений неспецифического таламуса.

Управление on-line этими взаимодействиями путем компьютерного переключения режимов микростимуляции NCM позволило вызывать пролонга-

цию или депривацию глубины развития медленноволнового сна, продолжительность которых могла достигать 12-36 мин. Эго дополняет и уточняет полученные нами ранее результаты [4] о возможности нефармакологической модификации развития медленноволнового сна в течение некоторого времени, что инициируется реорганизацией процессов таламо-кортикальной синхронизации. На возможность влияний на развитие медленноволнового сна направленных изменений таламо-кортикальной синхронизации указывали и другие авторы [5].

Как выяснилось, компьютерная пролонгация неглубокого медленноволнового сна приводит к уменьшению сегментации стадий и демонстрирует в течение 1-2 ч последующего бодрствования проявления НТ (по характеру ло-комоций, грумингу, стойкам), последующей дремоты и формирование медленноволнового сна, в котором наблюдалось снижение количества сегментаций, активаций и движений.

Компьютерная депривация неглубокого медленноволнового сна способствует повышению сегментации медленноволновой фазы и инициирует в последующем бодрствовании проявления ВТ, затрагивающие реализацию ло-комоций и груминга, а в последующем сне эта депривация приводила к повышению количества активаций и увеличению числа эпизодов двигательной активности.

Полученные результаты указывают на то, что увеличение (уменьшение) таламо-кортикальной синхронизации во время медленноволнового сна способствует снижению (повышению) проявлений тревожности. Взаимозависимость этих процессов указывает на существование нейрофизиологического механизма изменения ситуативных компонентов базовой тревожности за счет реорганизации процессов таламо-кортикальной синхронизации, что позволяет варьировать в широких пределах реактивность бодрствования, обусловленную необходимостью обеспечения адаптивных реакций, на выполнении которых строится непрерывное взаимодействие организма с окружающей средой [6].

Заключение

Пролонгация медленноволнового сна способствует последующим проявлениям НТ, а его депривация - ВТ. Эго выражается в изменении поведения и характера развития сна животных. Происходящие при этом изменения взаимодействий локусов коры и участков медиального таламуса, что отражается в таламо-кортикальной синхронизации, играют важную роль не только в развитии медленного сна, но и способны влиять на реактивность бодрствования, определяя, тем самым, характерные особенности адаптивного взаимодействия организмов разного уровня тревожности с окружающей средой.

Литература

1. Вейн А.М., Хехт К. Сон человека. Физиология и патология. М., 1989.

2. Вербицкий Е.В., Уваров И.П. И Адаптация растительных и животных организмов. Ростов н/Д, 1983. С. 14-28.

3. Фельдман Г.Л., Вербицкий Е.В. А.с. на изобретение 1168266 СССР. 1982. Заяв. 3488716/28-13. Приор. 01.09.1982, Опубл. Бюл. 27. 23.07.1985. Способ моделирования нарушений сна.

4. Вербицкий Е.В., Вербицкий Р.Е. А.с. № 2002610720. 2002. РФ 17.05.02. Компьютерный классификатор функционального состояния лабораторных животных в цикле «бодрствование - сон»

5. SteriadeM. // J. Neurophysiol. 2001. Vol. 86. № 1. P. 1-39.

6. Verbitsky E. V., Topchiy I.A. / Psychopharmacology and biological narcology. Vol. 4. № 2-3. 2003. P. 773-774.

НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана,

Ростовский государственный университет 25 июня 2004 г.