Поиск по сайту
Проект публикации книги «Познай самого себя»
Узнать, насколько это интересно. Принять участие.

Короткий адрес страницы: fornit.ru/6344
или fornit.ru/ax1-7-394

Спонтанная нейронная активность в энторинальной коре новорожденных крыс

Использовано в предметной области:
Системная нейрофизиология (nan)
  • раздел: Пейсмейкерная активность нейрона (nan)

  • Используемый довод статьи (аксиома):
    Понимание механизма генерации спонтанной активности в развивающихся нейросетях представляется фундаментальной научной задачей, поскольку, как было показано, явление не является особенностью какой-то одной структуры, а отражает общую тенденцию.
    Вес уверенности: Имеет дополнительные подтверждения независимых специалистов

    Автореферат диссертации по теме "Спонтанная нейронная активность в энторинальной коре новорожденных крыс"

    УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ РАН

    На правах рукописи

    ШЕРОЗИЯ Максим Георгиевич

    СПОНТАННАЯ НЕЙРОННАЯ АКТИВНОСТЬ В ЭНТОРИНАЛЬНОЙ КОРЕ НОВОРОЖДЕННЫХ КРЫС

    03.00.13 - физиология

    003486005

    АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

    Москва-2009

    003486005

    Работа выполнена в лаборатории (заведующий - д.б.н., профессор

    синаптическои ) и

    Л.Л. Воронин клеточной нейробиологии обучения (заведующий Балабан) Института высшей нервной деятельности и РАН (директор - д.б.н., профессор П.М. Балабан).

    пластичности в лаборатории

    д.б.н., профессор П.М. нейрофизиологии

    Научный руководитель:

    доктор биологических наук, профессор П.М. Балабан

    Официальные оппоненты:

    кандидат биологических наук В.И. Майоров доктор биологических наук A.A. Фролов

    Ведущее учреждение:

    Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН

    Защита диссертации состоится 17 декабря 2009 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета (Д.002.044.01) при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (117865, Москва, ул. Бутлерова, д. 5А).

    Факс: (495) 338-85-00 E-mail: admin@ihna.ru

    С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (ул. Бутлерова, д. 5а).

    Автореферат разослан (^'ноября 2009 г.

    Учёный секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

    В.В. Раевский

    ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

    АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

    Спонтанная активность является отличительной чертой развивающейся нервной системы. Спонтанная активность наблюдается уже у нейронных предшественников (Spitzer, 2006). Обычно такая активность регистрируется как флуктуации концентрации внутриклеточного кальция или кальциевые спайки (Spitzer, 2006; Crepel et al., 2007). С формированием первых контактов между нейронами, электрических синапсов, появляется синхронизированная спонтанная активность. Далее с развитием в онтогенезе химических синапсов появляются новые виды синхронной спонтанной активности (Crepel et al., 2007; Aliene et al., 2008). Начиная с момента появления химических синапсов синхронную активность нейронов можно считать сетевой в обычном смысле слова. Синхронизированная спонтанная активность нейронов в период эмбрионального и постнатального развития достаточно интенсивно изучалась во многих структурах нервной системы позвоночных как in vitro, так и in vivo, в особенности, на гиппокампе, коре, сетчатке и спинном мозге. Предполагается, что спонтанная активность играет ключевую роль при формировании нейросети и созревании нейронов (Katz and Shatz, 1996). Показано, что спонтанная активность сетчатки в период эмбрионального развития необходима для формирования топографической организации связей в формирующейся зрительной системе (Sretavan et al., 1988; Grubb et al., 2003; McLaughlin et al., 2003; Chandrasekaran et al., 2005; Mrsic-FIogel et al., 2005; Torborg et al.,

    2005). Спонтанная активность мотонейронов спинного мозга у эмбрионов влияет на путь роста аксонов к их целям (Hanson and Landmesser, 2004,

    2006). В гиппокампе новорожденных животных так называемые гигантские деполяризационные потенциалы способны вызывать долговременную потенциацию формирующихся "молчащих" синапсов (Kasyanov et al., 2004; Mohajerani and Cherubini, 2006; Mohajerani et al.,

    2007). Понимание механизма генерации спонтанной активности в развивающихся нейросетях представляется фундаментальной научной задачей, поскольку, как было показано, явление не является особенностью какой-то одной структуры, а отражает общую тенденцию. В большинстве работ на срезах коры и гиппокампа изучались, главным образом, синаптические механизмы генерации спонтанной активности и соответствующие возрастные особенности синаптической передачи (Веп-Ari et al. 1989; Bolea et al. 1999; Gaiarsa et al. 1991; Hollrigel et al. 1998; Khazipov et al. 2001; Lamsa et al. 2000; Aliene et al., 2008). Например, было показано, что у эмбриональных и новорожденных животных глицин и ГАМК обладают необычным деполяризующим действием (Ben-Ari et al. 1989; Ben-Ari, 2002; Ben-Ari et al., 2007). При этом

    электрофизиологические свойства созревающих нейронов и их роль в генерации спонтанной активности остаются мало исследованными.

    ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

    Основной целью данной работы являлось изучение спонтанной активности и свойств созревающих нейронов в энторинальной коре новорожденных животных с использованием электрофизиологических и фармакологических методов, а также методов математического моделирования.

    В соответствии с поставленной целью исследования были определены следующие задачи:

    1. Сравнить свойства нейронов энторинальной коры новорожденных и взрослых животных в экспериментах с регистрацией внутриклеточных потенциалов.

    2. Исследовать возможную роль пачечных пейсмекерных нейронов в генерации спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных.

    3. На основе экспериментальных данных построить математическую модель собственной пачечной активности нейронов в энторинальной коре новорожденных животных.

    ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

    1. Пирамидные нейроны в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных обладают собственной пачечной активностью. Собственная пачечная активность нейронов третьего слоя энторинальной коры новорожденных крыс (Р5-Р13) представлена короткими (до 1 сек) и длинными (до 20 сек) пачками спайков. Короткие пачки спайков полностью пропадают к десятому дню жизни, а количество клеток генерирующих длинные пачки достигает максимума на Р8-Р10 и затем значительно уменьшается. Изменение электрофизиологических свойств с возрастом отражает созревание нейронов.

    2. Генерация длинных пачек спайков происходит при активации неспецифического катионного кальций-зависимого CAN и медленного натриевого NaP токов. Терминация пачек спайков обусловлена активацией калиевых токов.

    НАУЧНАЯ НОВИЗНА

    В рамках настоящей работы впервые исследованы свойства нейронов в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных. Обнаружено, что большая часть пирамидных нейронов у новорожденных крыс обладает собственной пачечной активностью. Исчезновение этого свойства нейронов в энторинальной коре с возрастом животного отражает созревание нейронов. Определены основные ионные токи, лежащие в основе пачечной активности клеток в энторинальной коре новорожденных животных. Генерация пачек спайков происходит при последовательной

    активации де- и гиперполяризующих ионных проводимостей. Построена биофизическая модель пачечной активности нейронов, воспроизводящая все основные свойства реальных клеток. Посредством моделирования и литературных данных удалось объяснить эффект усиления пачечной активности нейронов при снижении концентрации экстраклеточного кальция.

    НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

    Получены новые данные о созревании нейронов и нейросети в процессе постнатального развития, необходимые для понимания нейрофизиологических основ развития центральной нервной системы. Наши данные подтверждают идею о зависимости созревания нейронов и нейросети от спонтанной электрической активности клеток. Анализ свойств нейронов у новорожденных животных расширяет представления теоретической биологии о возможных механизмах самоорганизации нейронов в структурированные нейросети. Совокупность представленных данных может найти применение при конструировании искусственных нейронных сетей.

    АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

    Основные результаты работы были доложены на международных форумах БРИ (Атланта 2006, Сан Диего 2007, Чикаго 2009); XX Съезде российских физиологов (Москва, 2007); на конференциях молодых ученых ИВНД и НФ РАН (Москва, 2006, 2008). Диссертация апробирована 13 октября 2009 года на совместном заседании лаборатории клеточной нейробиологии обучения и лаборатории нейроонтогенеза Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

    ПУБЛИКАЦИИ

    По теме диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы б докладов.

    СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

    Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов, обсуждения, выводов и списка литературы (204 ссылки). Работа изложена на 131 странице, включает 27 рисунков и 8 таблиц.

    ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

    Приготовление срезов

    Эксперименты проводились на переживающих горизонтальных срезах энторинальной коры крыс линии Vistar возрастом с пятого по тринадцатый Р5-13 день жизни (Р0 - день рождения). После декапитации, мозг быстро перемещали в холодный перфузионный раствор (2-4 °С), предварительно насыщенный карбогеном (95% 02, 5% С02). После

    охлаждения (1-2 мин) посредством электрического вибротома (Campden Instruments, Loughborough, UK) изготовлялись срезы толщиной 300-500 мкм. При регистрации сетевой активности использовали срезы толщиной в 500 мкм, в пэтч экспериментах с блокированной синаптической передачей использовали срезы толщиной 300 мкм. Затем срезы помещались в камеру для инкубации, где хранились при комнатной температуре в аналогичном растворе как минимум 1 ч. после приготовления, после чего по одному переносились в камеру для регистрации. В камере для инкубации перфузионный раствор постоянно насыщался карбогеном.

    Растворы

    Раствор для перфузии (искусственная спинномозговая жидкость) в мМ: 130NaCl, 3.5 КС1, 1.2 NaH2P04, 25 NaHC03, 1.3 MgCl2, 2 CaCI2 и 25 D-глюкоза. В части экспериментов использовался перфузионный раствор содержащий 1 мМ Са2+. Раствор насыщался карбогеном (95% 02, 5% С02), рН раствора - 7.3-7.4.

    Раствор для заполнения пэтч электрода-микропипетки в мМ: 115 К-глюконат (Sigma), 20 КС1, 10 Иагфосфокреатин (Sigma), 10 Hepes (Sigma), 4 MgAT0> (Sigma), 0.3 ГТФ (Sigma), pH 7.2 (КОН). В ряде экспериментов использовали внутриклеточный хелатор кальция ВАРТА, раствор в мМ: 30 К4-ВАРТА, 50 сахароза, 20 КС1, 10 Ка2-фосфокреатин (Sigma), 10 HEPES (Sigma), 4 MgATP (Sigma), and 0.3 GTP (Sigma). Растворы хранились в замороженном виде при -20 °С. Перед использованием растворы размораживали и пропускали через фильтр с диаметром пор 0.2 мкм.

    Раствор для заполнения электрода-микропипетки при экстраклеточной фокальной регистрации в М: 2 К+-ацетат. Перед использованием раствор пропускали через фильтр с диаметром пор 0.2 мкм.

    Экспериментальная установка

    Для избежания механических колебаний, механическая часть (камера для регистрации, микроманипуляторы, микроскоп, проток перфузионного раствора) размещались на массивной металлической плите. Сама плита была помещена внутрь металлической коробки, которая служила экраном от электрических наводок. Параметры регистрации и стимуляции задавались с помощью компьютера. От компьютера через АЦП, командный сигнал подавался на стимулятор и далее на стимулирующий электрод. От регистрирующего электрода сигнал подавался на вход усилителя (Axopatch-ID или Axoclamp-2B, Axon Instruments, union City, CA, USA) и затем через АЦП, записывался в компьютер. Частота оцифровки составляла 5-10 кГц. Регистрируемый сигнал выводился на монитор компьютера. Для подведения электродов использовались микроманипуляторы позволяющие перемещать электроды в трех плоскостях. В ходе эксперимента регистрировали разность

    потенциалов или протекающий ток между регистрирующим и индифферентным электродами. В качестве индифферентного электрода использовалась хлорированная серебряная проволока, опущенная непосредственно в камеру для регистрации.

    При пэтч регистрации использовался метод погруженных срезов. Камера для регистрации представляла собой открытую сверху пластиковую емкость, имеющую входное и выходное отверстия и рабочий резервуар. Легкое прижатие среза стимулирующим электродом к дну камеры было достаточно для его фиксации. Температура поддерживалась с помощью термостата (Temperaturcontroller III, Luigs and Neumann, Germany). При фокальной экстраклеточной регистрации использовался поверхностный метод. Срез размещали на капроновой сетке, натянутой на границе раздела фаз раствор-воздух (Interface recording chamber, Fine Science Tools, Heidelberg, Germany). Над срезом создавалась атмосфера из теплого влажного карбогена. Скорость протока перфузионного раствора во всех случаях регулировалась посредством медицинской капельницы и составляла 2-3 мл/мин, температура - 31-32 °С. Раствор из камеры регистрации откачивался насосом.

    Регистрация

    Внутриклеточную регистрацию проводили по методике "точечной регистрации от целой клетки" (patch clamp) в режиме фиксации тока или потенциала (Hamill et al., 1981). Для регистрации использовались стеклянные микропипетки, заполненные раствором (см. выше). Микропипетки вытягивали из боросиликатных стеклянных капилляров (Sutter Instruments, USA) с помощью пуллера (Brown-Flaming puller Р-87, Sutter Instruments, Novato, CA, USA). Для уменьшения эффекта диализа использовались микропипетки с сопротивлением 10-14 МОм. В раствор, заполняющий микропипетку, была погружена хлорированная серебряная проволока, которая соединялась с входной головкой усилителя. Пэтч осуществляли под визуальным контролем с помощью микроскопа в режиме фиксации потенциала (0 мВ). В микропипетке создавали небольшое повышенное давление, так чтобы раствор постоянно вытекал через отверстие на кончике, благодаря чему он оставался чистым. Через усилитель на микропипетку подавали контрольную ступеньку потенциала (1-10 мВ, длительностью 100 мс, с интервалом 200 мс). По величине ответа на контрольную ступеньку определялось сопротивление микропипетки. При приближении к соме нейрона убирали давление в микропипетке. В случае образования плотного контакта (гигасил) между кончиком микропипетки и мембраной нейрона возрастало видимое сопротивление микропипетки. Обычно входное сопротивление микропипетки достигало максимального значения и стабилизировалось в течение 5-10 мин после контакта (до 10-20 ГОм). Получившаяся таким образом конфигурация носит название cell attached. В этой конфигурации с помощью усилителя

    компенсировали емкость микропипетки. Затем потенциал микропипетки фиксировали на значениях от -50 до -70 мВ. Далее в микропипетке на доли секунды создавали отрицательное давление и разрушали фрагмент мембраны под кончиком микропипетки (рвали внутрь). В случае удачного проникновения ответ клетки на контрольную ступеньку потенциала начинал соответствовать току перезарядки емкости клеточной мембраны. Неизменность формы ответа на контрольную ступеньку на протяжении всей записи свидетельствовала о хорошем качестве пэтча. Входное сопротивление нейронов определяли по ответу на гиперполяризующий импульс тока (5-10 пА, 1 сек) в режиме фиксации тока.

    Для экстраклеточной регистрации использовались микропипетки с сопротивлением порядка 1 МОм. Кончик микропипетки постепенно погружали в срез и находили зону с максимальным отношением сигнал/шум.

    Для просмотра данных и элементарного анализа использовали программу Spike 2 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK). Для точных расчетов файлы экспортировали в Excel или 0rigin60. Статистику рассчитывали в программах SigmaStat 3.1 и SigmaPlot 9.0.

    РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

    Спонтанная активность в коре новорожденных крыс

    В первой серии экспериментов регистрировалась спонтанная нейронная активность на срезах энторинальной коры посредством экстраклеточных электродов. На Рис. 1 приведен пример фокальной экстраклеточной записи спонтанной активности. По форме и длительности, мы поделили сетевые разряды на два типа: 1) короткие (Рис. 1Аа), сходные с гигантскими деполяризационными потенциалами в гиппокампе новорожденных животных (длительность: 0.9 ± 0.36 сек; амплитуда: 0.16 ± 0.1 мВ; средняя частота: ~ 0.08 Гц). Короткие сетевые разряды наблюдались в 34 (64 %) из 53 срезов; 2) длительные сетевые разряды (Рис. 1А6) наблюдались в 11 (21 %) срезах (длительность: 3.5 ± 1.2 сек; амплитуда: 0.1 ± 0.08 мВ; средняя частота: ~ 0.06 Гц). В 8 срезах (15 %) наблюдалась смешанная активность (Рис. 1Ав), представленная, как короткими, так и длительными сетевыми разрядами (длительность и амплитуда коротких разрядов: 1.19 ± 0.5 сек, 0.08 ± 0.05 мВ; длительность и амплитуда длинных разрядов: 3.5 ± 2 сек, 0.09 ± 0.06 мВ).

    Удаление гиппокампа не приводило к исчезновению или существенным изменениям спонтанной активности в энторинальной коре (25 срезов), что говорит о локальном происхождении активности.

    Поскольку спонтанная активность зависит от общей возбудимости клеток, мы исследовали влияние тонической деполяризации всех клеток

    среза посредством увеличения концентрации экстраклеточного калия [К+]и с 3.5 до 8 мМ (Sipila et al, 2005). Увеличение [К+]и приводило к усилению спонтанной сетевой активности в энторинальной коре (Рис. 1Б). В 11 из 12 срезов в контроле генерировавших только короткие сетевые разряды, увеличение [К+]сх приводило к появлению длительных сетевых разрядов.

    Известно, что у новорожденных животных ГАМК обладает необычным деполяризующим действием, что связано с относительно высокой концентрацией ионов хлора во внутриклеточной жидкости клеток новорожденных животных. Деполяризующее действие ГАМК рассматривается, как одна из основных причин генерации спонтанных осцилляций в гиппокампе новорожденных животных - гигантских деполяризационных потенциалов (Ben-Ari et al., 1989; Ben-Ari, 2005; Ben-Ari et al., 2007). В гиппокампе новорожденных животных блокировка ГАМКергической передачи может привести к исчезновению гигантских деполяризационных потенциалов, откуда и следует, что возбуждающее действие ГАМК - основное условие генерации гигантских потенциалов

    100 мкЕ

    I 50 мкВ

    контроль

    ———' ■ ■ ■1 j*-—"v———■—-----1——'-----

    + 8 мМ К

    Рис. 1. Фокальная экстраклеточная регистрация спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных крыс. Срезы содержат энторинальную кору и гиппокамп. А) примеры спонтанной активности: а) короткие сетевые разряды; б) длительные сетевые разряды; в) смешанная активность. Б) усиление спонтанной активности при увеличении [К+1СХ: появление длительных разрядов.

    (Ben-Ari et al., 1989). Однако, в энторинальной коре крыс возрастом Р5-7 блокировка ГАМК А рецепторов пикротоксином приводила к развитию гиперактивности: короткие сетевые разряды по амплитуде в десятки раз превосходящие разряды в контроле (фокальная экстраклеточная регистрация, 4 среза). Отсюда следует, что уже на 5-й - 7-й день жизни ГАМК частично выполняет свои тормозные функции в энторинальной коре.

    С другой стороны, действие блокаторов быстрой глутаматной синаптической передачи (АМПА/каинатные и НМДА рецепторы) на срез приводило к исчезновению спонтанной активности (3 среза), в том числе, в условиях дополнительно повышенной возбудимости среза за счет увеличения концентрации экстраклеточного калия (13 срезов). Следовательно, глутаматергическая система необходима для генерации спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных.

    Собственная активность нейронов в энторинальной коре

    В большинстве работ на срезах коры и гиппокампа изучались, главным образом, синаптические механизмы генерации спонтанной активности и соответствующие возрастные особенности синаптической передачи (Ben-Ari et al. 1989; Bolea et al. 1999; Gaiarsa et al. 1991; Hollrigel et al. 1998; Khazipov et al. 2001; Lamsa et al. 2000; Aliene et al, 2008). Например, было показано, что у эмбриональных и новорожденных животных глицин и ГАМК обладают необычным деполяризующим действием (Ben-Ari et al. 1989; Ben-Ari, 2002; Ben-Ari et al., 2007). При этом электрофизиологические свойства созревающих нейронов и их роль в генерации спонтанной сетевой активности остаются практически не исследованными. Однако, было высказано предположение, что паттерн спонтанной активности в гиппокампе новорожденных животных может зависеть от собственной пачечной активности пирамидных нейронов поля САЗ (Sipila et al, 2005, 2006; Safiulina et al, 2008; Sipila and Kaila, 2008). В связи с этим, мы исследовали собственные свойства пирамидных нейронов в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных. Из литературы известно, что у взрослых крыс ни один тип нейронов в энторинальной коре собственной пачечной активностью не обладает (Jones and Biihl, 1993; Gloveli et al, 1997a; Frank et al, 2001; Egorov et al„ 2002b; Hamam et al, 2002; Tahvildari and Alonso, 2005; Cunningham et al, 2006; Kumar and Buckmastcr, 2006).

    В режиме фиксации тока (patch clamp) при заблокированной быстрой синаптической передаче (пикротоксин 100 мкМ и кинуреновая кислота 2 мМ или CNQX 30 мкМ, APV 60 мкМ) регистрировали активность пирамидных нейронов III слоя энторинальной коры крыс возрастом Р5-7. Мы обнаружили три типа собственной активности клеток (Рис. 2). В обычном перфузионном растворе содержащем 2 мМ Са2+ 22 из 88 клеток (25 %) генерировали длительные пачки спайков, 3 клетки из 88

    кинуреновая к-та + пикротоксин длинные пачки спайков

    ___11 1

    120 мВ 10с

    регулярная активность

    короткие пачки

    -70 -60 -50 -40 мембранный потенциал (мВ)

    ■70 -60 -50 мембранный потенциал {мВ)

    Рис. 2. Основные типы собственной активности пирамидных нейронов III слоя энторинальной коры новорожденных крыс. А) длинные пачки спайков; Б) регулярная спайковая активность; В) короткие пачки спайков. Справа распределения мембранного потенциала по времени. Два пика на распределениях для длинных пачек соответствуют активному и неактивному состояниям.

    (3 %) генерировали короткие пачки (2-4 спайка) и 63 клетки из 88 (72%) проявляли регулярную спайковую активность. Справа на Рис. 2 показаны распределения мембранного потенциала по времени для пачечной активности обоих типов. Распределения мембранного потенциала по времени для длинных пачек спайков имеют два пика, соответствующие активному и неактивному состояниям.

    Короткие пачки спайков описаны в литературе на пирамидных нейронах в коре взрослых животных и на пирамидах гиппокампа новорожденных. Согласно литературным данным, генерация коротких пачек происходит за счет активности медленного натриевого №Р и калиевых токов (81рПа й а1., 2005). Поэтому, мы подробно исследовали только длинные пачки спайков. Частота появления пачек составляла примерно 2-4 в минуту. Длительность пачек колебалась от 5 до 20 секунд. После терминации пачки спайков мембранный потенциал опускался ниже

    Количество пачечных нейронов увеличивается при уменьшении [Са2+]и; (Р5-Р7)

    mEC LIII 2MM[Ca*L 1 мМ [Са21,

    длинные пачки 25°/ 4(п=22) 4 53 % (п=49)

    короткие пачки 3 % (п=3) t у 24 % (п=22)

    регулярная активность 72°/ 4 (п=ЬЪу 23 % (п=21)

    Рис. 3.

    потенциала в момент инициации пачки, т.е. развивалась гиперполяризация (afterhyperpolarization, АНР).

    Влияние экстраклеточного кальция на собственную пачечную активность нейронов

    Согласно литературным данным в первую неделю жизни у крыс происходят значительные изменения ионного состава экстраклеточной жидкости (Math and Davrainville, 1979; Jones and Keep, 1988). Это связано с формированием гематоэнцефалического барьера. У новорожденных крыс ионный состав экстраклеточной жидкости близок к составу плазмы крови и, с формированием гематоэнцефалического барьера в первую неделю жизни крыс, ионные составы этих двух жидкостей постепенно расходятся. Особенно сильные изменения претерпевает концентрация экстраклеточного кальция ([Са2+]сх): у новорожденных [Са2+]сх = 2.2 мМ, у крыс в возрасте пяти дней [Са2+]сх = 0.8 мМ (Math and Davrainville, 1979). Физиологичная концентрация [Са2+]сх в экстраклеточной жидкости взрослых крыс составляет примерно 1 мМ, однако, в большинстве работ на срезах мозга взрослых крыс используют перфузионные растворы с концентрацией ионов кальция 1.5-2.5 мМ. Причем в большинстве работ на срезах мозга новорожденных крыс физиологичные изменения ионного состава экстраклеточной жидкости также не учитывают. В связи с этим мы исследовали влияние [Са2+]ех на пачечную активность в энторинальной коре крыс возрастом Р5-Р7.

    При использовании перфузионного раствора, содержащего 1 мМ Са2+, количество клеток с собственной пачечной активностью значительно увеличилось (Рис. 3). Так, длинные пачки спайков генерировали 53 % клеток, короткие - 24 %, регулярные спайки - 23 %. Таким образом, часть клеток с регулярной спайковой активностью при уменьшении [Са2+]сх с 2 до 1 мМ переходят в группу пачечных. Усиление (появление) пачечной активности при уменьшении экстраклеточного кальция можно объяснить двумя причинами: изменением свойств медленного NaP тока и/или

    меньшей активностью калиевых кальций-зависимых токов (см. ниже). В целом, можно заключить, что физиологичное снижение [Са2+]сх в первую неделю жизни крыс, связанное с формированием гематоэнцефалического барьера, должно приводить к усилению собственной пачечной активности клеток в энториналыюй коре.

    Изменение количества пачечных клеток с пятого по тринадцатый день жизни крыс

    Поскольку нейроны в третьем слое энторинальной коры взрослых крыс не обладают собственной пачечной активностью, мы выяснили, каким образом меняется процент пачечных клеток в критический период развития с пятого по тринадцатый день жизни (Р5-Р13), поскольку приблизительно к тринадцатому дню жизни у крыс ГАМК становится полностью тормозным медиатором. Перфузионный раствор содержал 1 мМ Са2+, т.к. к этому времени физиологичная концентрация ионов кальция в экстраклеточной жидкости опускается приблизительно до 1 мМ. Процент клеток генерирующих длинные пачки спайков составлял 53% (п=49) на Р5-Р7, 81% (п=36) на Р8-Р10 и 29% (п=14) на Р11-Р13. Процент клеток с короткими пачками спайков: 24% (п=22) на Р5-Р7, 5% (п=2) на Р8-Р10 и 0% (п=0) на Р11-PI3 (Рис. 4). Таким образом, к одиннадцатому дню жизни крыс короткие пачки спайков в третьем слое энториналыюй коры полностью пропадают. Количество клеток генерирующих длинные пачки спайков достигает максимума на Р8-Р10 и значительно уменьшается на Р11-Р13. Поскольку у взрослых крыс ни один тип нейронов в энторинальной коре не обладает собственной пачечной активностью, можно заключить, что собственная пачечная активность клеток является особенностью развивающейся энторинальной коры у новорожденных животных и может быть вовлечена в процессы созревания нейронов. Помимо этого собственная пачечная активность нейронов может играть важную роль в генерации сетевой активности.

    Помимо изменения процента пачечных клеток, происходили изменения паттерна собственной активности нейронов. С возрастом достоверно увеличивалась частоты следования длинных пачек спайков (Р5-7: 2.9±1.2 n/мин vs. Р8-10: 6.4±3.5 n/мин; р < 0.005), что, видимо, связано с уменьшением длительности АНР. Помимо этого происходило уменьшение длительности пачек (Р5-7: 9.9±6.5 сек vs. Р8-10: 2.9±1.4 сек; р < 0.005) и увеличение частоты спайков в пачках (Р5-7: 4.7±1.7 Гц vi. Р8-10: 10.9±6 Гц; р < 0.005). Достоверное уменьшение входного сопротивления с возрастом, очевидно, связано с ростом нейронов (Р5-7: 1.2 ± 0.3 ГОм vs. Р8-10: 0.6 ± 0.1 ГОм; р < 0.005 vs. PI 1-13: 0.4 ± 0.06; р < 0.005). Таким образом, быстрые (в течение нескольких дней) изменения паттерна собственной пачечной активности отражают созревание нейронов в энторинальной коре новорожденных крыс.

    я о с, с

    ■ длинные пачки спаиков

    □ короткие пачки спайков

    □ регулярная активность

    Рис. 4. Изменение количества пачечных клеток с возрастом крыс. К одиннадцатому дню жизни крыс короткие пачки спайков в третьем слое энторинальной коры полностью пропадают. Количество клеток генерирующих длинные пачки спайков достигает максимума на Р8-Р10 и значительно уменьшается на Р11-Р13. У взрослых крыс нейроны третьего слоя энторинальной коры собственной пачечной активностью не обладают.

    Плато потенциала пачечных нейронов

    В ответ на короткий деполяризующий импульс тока (0.2-1 сек, 5-10 пА) длиннопачечные нейроны генерировали плато потенциала (ПП), длительностью до 10 сек (Рис. 5). Часто для инициации ПП требовался импульс тока определенной силы и длительности, при уменьшении которых инициации ПП не происходило. Так же как и в случае пачек, после терминации ПП развивалась гиперполяризация (АНР). Параметры плато потенциала сопоставимы с параметрами пачек спайков, что свидетельствует о сходстве механизмов генерации пачек и плато. С увеличением возраста крыс происходило достоверное уменьшение длительности плато потенциала (Р5-7: 4.8 ± 1.8 сек га. Р8-10: 2.8 ± 1.7 сек; р < 0.05) и увеличение частоты спайков (Р5-7: 4.4 ± 1.3 Гц га. Р8-10: 14.8 ± 10.6 Гц; р < 0.01) на плато, что также коррелирует с возрастными изменениями параметров пачек спайков.

    Импульс тока непосредственно после (5-10 сек) терминации ПП не приводил к генерации повторного ПП, т.е. развивалась рефрактерность, предположительно, обусловленная АНР (Рис. 5). Генерация ПП происходила потенциал-зависимым образом. Уменьшение МП примерно до -70 мВ приводило к исчезновению ПП (Рис. 5). Аналогично пачкам, увеличение концентрации Са2+ в перфузионном растворе с 1 до 2 мМ

    кинуреновая кислота + пикротоксин

    спонтанная пачка спайков

    | 20 мВ 2с

    вызванное плато потенциала

    рефракгерность плато потенциала

    1 мМ [Са!*]ех

    2 мМ [Саг*]ех

    Рис. 5. Плато потенциала пачечных нейронов. А) Спонтанная пачечная активность; Б) та же клетка в ответ на короткий деполяризующий импульс тока генерирует плато потенциал-зависимым образом; В) рефрактерность плато потенциала, предположительно, обусловленная АНР; Г) исчезновение плато при увеличении [Са2+]сх с 1 до 2 мМ.

    приводило либо к исчезновению, либо к уменьшению длительности ГШ (Рис. 5).

    Плато потенциала можно было вызвать не только внутриклеточным импульсом тока, но и синаптической стимуляцией. Последнее показывает, что нейроны, генерирующие длинные пачки спайков способны не только инициировать, но и усиливать сетевую активность. Помимо этого, очевидно, что нейроны, способные генерировать пачки спайков, после которых развивается длительный рефрактерный период, могут навязывать свой паттерн активности окружающим клеткам. Например, именно таким образом происходит при генерации спонтанной активности в сетчатке глаз у эмбриональных и новорожденных животных (Zheng et al, 2006).

    Ионные механизмы генерации пачек спайков

    Для исследования ионных механизмов генерации длинных пачек спайков использовали ряд фармакологических блокаторов. Неспецифический блокатор кальциевых токов кадмий Cd2+, блокатор L кальциевых каналов нифедипин и внутриклеточный кальциевый хелатор ВАРТА оказывали на длинные пачки спайков схожее действие: значительно сокращали длину пачек. Таким образом, можно заключить, что генерация длинных пачек зависит от внутриклеточного кальция, причем вход ионов кальция в клетку, как минимум частично, происходит через L каналы. Поскольку действие ВАРТА совпадало с действием блокаторов, можно предположить, что опосредованно блокировались и кальций-зависимые токи.

    Катионный неспецифический кальций-зависимый CAN ток часто лежит в основе способности клеток генерировать пачки спайков (Bal and McCormick, 1993; Beurrier et al., 1999; Del Negro et al., 2005; Derjean et al., 2005; Hughes et al., 2002; Pace et al., 2007; Zhu et al., 2004). В ряде случаев, пачечные нейроны способны генерировать ADP (afterdepolarization) или длительное плато потенциала, также обусловленные активностью CAN тока (Bal and McCormick, 1993; Beurrier et al., 1999; Derjean et al., 2005). Согласно работе (Shiller, 2004), активация CAN тока пирамидных нейронов может приводить к развитию судорожной активности на срезах коры мозга взрослых животных, и при этом нейроны также генерируют длительное плато потенциала. Хорошо известно, что CAN ток в нейронах энториналыюй коры взрослых животных активируется в условиях метаботропной стимуляции, обычно, в присутствии в перфузионном растворе агонистов мускариновых или метаботропных глутаматных рецепторов, что приводит к способности нейронов генерировать плато потенциала (Andrade, 1991; Fraser and Mac Vicar, 1996; Congar et al., 1997; Haj-Dahmane and Andrade, 1998) и плато потенциала с несколькими уровнями активности (graded persistent activity, Egorov et al., 2002). По этим причинам, мы исследовали действие блокатора CAN тока (флуфенамовая кислота) на длинные пачки спайков и плато потенциала. Флуфенамовая кислота в концентрации 50 мкМ блокировала длительные пачки спайков (п=7). Очевидно, что кальций-зависимый CAN ток опосредованно блокировался и в экспериментах с Cd2+, нифедипином и ВАРТА. Аналогично пачкам спайков, флуфенамовая кислота блокирована и вызванное плато потенциала (п=5). Плато потенциала также блокировалось действием ВАРТА (п=8). Таким образом, у новорожденных животных CAN ток в нейронах третьего слоя энториналыюй коры активен в контроле, т.е. без дополнительной метаботропной стимуляции, что приводит к генерации клетками длинных пачек спайков.

    Помимо CAN тока, медленный натриевый NaP ток также часто определяет способность пирамидных клеток коры генерировать пачки спайков, ADP и повышает возбудимость мембраны (Agrawal et al., 2001; Su

    et al., 2001; Traub et al., 2003; Yue et al., 2005), в том числе, у новорожденных животных (Sipila et al., 2006). В связи с этим, мы исследовали действие рилузола (блокатор NaP тока) на длинные пачки спайков и плато потенциала. Рилузол в концентрации 5-10 мкМ сильно подавлял пачечную активность. Частота спайков в пачках достоверно уменьшалась с 3.9 ± 2 Гц в контроле до 1.9 ± 0.9 Гц в присутствии рилузола (n=7, р < 0.02). Рилузол также подавлял и плато потенциала у пачечных нейронов, видимо, за счет снижения спайковой активности клетки (п=4). Таким образом, CAN и NaP токи - основные деполяризующие ионные проводимости при генерации пачек спайков и плато потенциала в энторинальной коре новорожденных крыс.

    При терминации пачек развивалась АНР, следовательно, можно предположить, что терминация пачек происходит за счет активации одного или нескольких гиперполяризующих калиевых токов. Тетраэтиламмоний (TEA) в концентрации 1 мМ (блокатор кальций-зависимых калиевых ВК каналов) приводил к увеличению длительности, амплитуды пачек спайков и количества спайков в пачках (п=4), что свидетельствует об участии ВК каналов в терминации пачек. Аналогичным образом тетраэтиламмоний действовал на вызванное плато потенциала (п=3). Т.к. терминация пачек и плато потенциала все-таки происходила при блокированных ВК каналах, можно предположить, что помимо ВК каналов, активны также и другие калиевые каналы, например М-каиалы. Таким образом, генерация длинных пачек спайков происходит при последовательной активации деполяризующих (CAN и NaP) и гиперполяризующих калиевых (ВК) токов.

    Математическое моделирование пачечной активности

    Для моделирования пачечной активности использовали программу NEURON (Hiñes and Carnevale, 1997), в которой построили простейшую модель нейрона: сома клетки с набором ионных токов. В модель были включены быстрые натриевый и калиевый токи, калиевый кальций-зависимый ток, калиевый М ток, кальциевый L ток, CAN и NaP ток. Уравнения для каждого ионного тока были взяты из литературы. Подробное описание модели приведено в тексте диссертации. Основной смысл любого моделирования - дополнить и объяснить экспериментальные результаты. Согласно нашим данным при уменьшении концентрации экстраклеточного кальция [Са2+]сх с 2 до 1 мМ часть клеток исходно с регулярной спайковой активностью начинает генерировать пачки. Однако, мы выяснили, что генерация пачек прямым образом зависит от входа кальция в клетку и, таким образом, происходить должно прямо противоположное, т.е. ослабление пачечной активности с уменьшением [Са2+]м с 2 до 1 мМ. Разрешить противоречие удалось с помощью построенной модели и литературных данных (Yue et al., 2005).

    Модельный кальциевый ток задавался следующим уравнением:

    [Са2Х = 2 мМ

    [Са2*]„ = 1 мМ

    [Са2,]„ = 2 мМ

    Рис. 6. Усиление собственной пачечной активности при уменьшении концентрации экстраклеточного кальция можно объяснить усилением медленного натриевого ЫаР тока: модель. Слева: ослабление пачечной активности при уменьшении [Са2+]ех с 2 до 1 мМ. Здесь зависимость ЫаР тока от [Са2+]ех в модель НЕ включена. В данном случае эффект объясняется ослаблением кальциевого и кальций-зависимых токов. Справа: зависимость №Р тока от [Са2+]ех в модель включена. Исходно регулярная спайковая активность при уменьшении [Са2+]ех с 2 до 1 мМ трансформируется в пачечную. Таким образом, моделирование пачечной активности подтверждает предположение о том, что усиление/появление собственной пачечной активности при уменьшении [Са2+]ох можно объяснить свойствами медленного натриевого ЫаР тока.

    IhVA = gHVA X (V - ЕСа).

    Потенциал реверсии для кальция Еса рассчитывался по формуле Нернста:

    Еса =12.5 х 1п([Са2+]и/[Са2+]ш), где [Са2+]ех - экстраклеточная концентрации ионов кальция. [Са~+]сх задавалась как константа — 2 или 1 мМ. Исходно именно таким образом в модель вводилась зависимость от экстраклеточного кальция. Как и предполагалось, модельное уменьшение [Са2+]ех с 2 до 1 мМ приводило к ослаблению модельной пачечной активности (Рис. 6). В данном случае эффект объясняется ослаблением кальциевого тока. Для того, чтобы уменьшение [Са2+]сх могло вызывать усиление или появление пачек спайков, должен быть еще какой-то кальций-зависимый механизм, действующий обратным образом. Согласно литературным данным (Yue et al., 2005), таким механизмом может быть влияние экстраклеточного кальция на натриевые токи.

    Известно, что дивалентные катионы в экстраклеточной жидкости уменьшают поверхностный потенциал мембраны, что приводит к сдвигу I/V зависимости (I - ток, V - мембранный потенциал) натриевых токов к более низким значениям (McLaughlin et al., 1971). Другими словами, чем больше в экстраклеточной жидкости дивалентных катионов, например катионов кальция, тем менее активны натриевые токи, в частности NaP ток и наоборот. Это означает, что медленный натриевый NaP ток не является кальций-зависимым в обычном смысле, т.е. не зависит от

    внутриклеточного кальция, однако, на активность ИаР тока влияют дивалентные катионы кальция в экстраклеточной жидкости. Согласно работе (Уие е1 а!., 2005) зависимость проводимости ИаР каналов от мембранного потенциала V при разных концентрациях экстраклеточного кальция можно представить в виде функций Больцмана: С(Ю = 0П1ах/(1+ехр[(У5о-Ю/7])+, где С(К) - проводимость, У50 = -50 мВ для [Са2+]ех = 2 мМ; У50 = -56 мВ для [Са2+]ех = 1 мМ (с небольшими изменениями). Иначе говоря, в диапазоне потенциалов покоя (от -70 до -60 мВ) при снижении концентрации [Са2+]ех с 2 до 1 мМ медленный №Р ток усилится примерно в 2 раза. Здесь модельная зависимость №Р тока от экстраклеточного кальция вводится через параметр У5о- При включении в модель этого нового механизма, модельное уменьшение [Са2+]ех с 2 до 1 мМ приводило к усилению или появлению пачек спайков (Рис. 6). Таким образом, мы показали, что усиление пачечной активности при уменьшении [Са2+]ех объясняется свойствами ЫаР тока.

    1. Энторинальная кора новорожденных животных способна генерировать спонтанную активность независимо от гиппокампа и других структур мозга.

    2. Спонтанная активность представлена короткими и длинными сетевыми разрядами, генерация которых происходит за счет активации как ГАМК-, так и глутаматергических синапсов.

    3. Уже на пятый день жизни ГАМК частично выполняет тормозную функцию, поскольку блокировка ГАМК А рецепторов трансформирует спонтанную активность энторинальной коры в судорожную активность.

    4. Для генерации спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных необходима глутаматергическая система, поскольку блокировка АМПА/каинатных и НМДА рецепторов приводит к исчезновению активности, в том числе при повышенной возбудимости среза.

    5. Пирамидные нейроны в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных обладают собственной пачечной активностью. У взрослых животных ни один тип нейронов в энторинальной коре таким свойством не обладает.

    6. Собственная пачечная активность нейронов третьего слоя энторинальной коры новорожденных крыс (Р5-Р13) представлена короткими (до 1 сек) и длинными (до 20 сек) пачками спайков. Пачечные свойства клеток быстро меняются с возрастом, что отражает созревание нейронов. Короткие пачки спайков полностью пропадают к десятому дню

    жизни, а количество клеток генерирующих длинные пачки достигает максимума на Р8-Р10 и затем значительно уменьшается.

    7. В ответ на короткий деполяризующий импульс тока длиннопачечные нейроны генерируют плато потенциала, длительностью до 10 сек, т.е. пачку спайков можно "включить" искусственной внутриклеточной деполяризацией.

    8. Генерация пачек спайков и плато потенциала происходит при активации неспецифического катионного кальций-зависимого CAN и медленного натриевого NaP токов. Терминация пачек спайков и плато потенциала обусловлена активацией калиевых токов.

    9. Количество пачечных клеток значительно увеличивается при уменьшении концентрации экстраклеточного кальция. Модельные исследования показывают, что это можно объяснить свойствами медленного натриевого тока.

    ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

    Статьи:

    1. Шерозия М.Г., Егоров А.В. Влияние экстраклеточного кальция на пачечную активность нейронов в энторинальной коре новорожденных крыс: компьютерное моделирование. Журн. высш. нерв. деят. 2008. Т. 58. № 5. С. 517-520.

    2. Sheroziya M.G., von Bohlen und Halbach О., Unsicker К., Egorov A.V. Spontaneous bursting activity in the developing entorhinal cortex. J. Neurosci. 2009. V. 29. № 39. P. 12131-12144.

    3. Шерозия М.Г., Егоров А.В. Спонтанная активность в развивающихся нейронных сетях. Журн. высш. нерв. деят. 2010 (принято в печать).

    СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

    4. Шерозия М.Г., Лемак М.С., Алтынбаев Р.Ш., Эзрохи В.Л. Глутамат и ГАМК являются медиаторами в синапсах мшистых волокон гиппокампа новорожденных крыс. ДАН. 2005. № 402. с. 195-196.

    Тезисы конференций:

    1. Алтынбаев Р.Ш., Хахалин А.С., Шерозия М.Г., Воронин Л.Л. (2004). "Молчащие синапсы: роль в синаптической пластичности". Рос. физиол. журн. им. Сеченова, Т. 90, № 8, С. 228. (Материалы 19 съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, г. Екатеринбург).

    2. Лемак М.С., Шерозия М.Г., Воронин Л.Л. Феномены синаптогенеза и долговременной потенциации: общие подходы. Рос. физиол. журн. им. Сеченова, Екатеринбург, 19-24 сентября

    2004, т. 90(8), стр.231-232. (Материалы 19 съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, г. Екатеринбург).

    3. Шерозия М.Г. Синапсы мшистых волокон в гиппокампе неонатальных крыс наряду с глутаматом высвобождают ГАМК. Научная конференция молодых учёных, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, 6 октября 2004, стр. 31.

    4. Шерозия М.Г. Развитие свойства бистабильности нейронов энторинальной коры в процессе онтогенеза. Научная конференция молодых учёных, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, 12-13 октября

    2005, стр. 39-40.

    5. Sheroziya M.G, von Bohlen und Halbach O, Unsicker K. and Egorov A.V. Flufenamic acid blocks the generation of giant depolarizing potentials in developing entorhinal cortex. Soc. Neurosci. Abstr. (2006)42.1 (Abstract).

    6. Шерозия М.Г, Балабан П.М, Егоров А.В. Спонтанные осцилляции в энторинальной коре новорожденных крыс. Рос. физиол. журн. им. Сеченова, Москва, 3-8 июня 2007 (Материалы 20 съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, г. Москва).

    7. Sheroziya M.G., von Bohlen und Halbach О, Unsicker К., Egorov A.V. Prolonged intrinsic bursting activity of pyramidal neurons underlies the spontaneous oscillatory activity in the developing entorhinal cortex. Soc. Neurosci. Abstr. (2007) 587.2 (Abstract).

    8. Шерозия М.Г. Спонтанная пачечная активность нейронов в энторинальной коре новорожденных крыс. Научная конференция молодых учёных, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, 8-9 октября 2008, стр. 28.

    9. Egorov A.V, Unsicker К, Sheroziya M.G. Prolonged intrinsic bursting activity in immature medial entorhinal cortex layer III neurons: experimental and modeling study. Soc. Neurosci. Abstr. (2009) 42.10/D18 (Abstract).

    Заказ № 77-а/11/09 Подписано в печать 12.11.2009 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,25

    ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.rii; e-maUjnfo@cfr.ru

    Содержание диссертации, кандидат биологических наук , Шерозия, Максим Георгиевич

    ВВЕДЕНИЕ.

    ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

    1.1 ЭНТОРИНАЛЬНАЯ КОРА.

    1.1.1 Строение, связи, функциональное значение.

    1.1.2 Ритмическая активность нейронов энторинальной коры.

    1.2 Спонтанная активность развивающейся нервной системы.

    1.2.1 Гиппокамп и новая кора.

    1.2.2 Сетчатка.

    1.2.3 Роль спонтанной активности сетчатки в развитии зрительной системы.

    1.2.4 Спинной мозг.

    1.2.5 Связь между спонтанной активностью спинного мозга и ростом аксонов мотонейронов.

    1.2.6 Механизм генерации спонтанной активности в развивающейся нервной системе.

    ГЛАВА II. МЕТОДЫ.

    2.1. Приготовление срезов.

    2.2. Растворы и фармакология.

    2.3. Экспериментальная установка.

    2.4. Регистрация.

    2.5. Обработка результатов.

    ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

    3.1. Спонтанная активность в энторинальной коре новорожденных крыс

    3.1.1. Два типа спонтанной активности.

    3.1.2. Генерация спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных происходит с участием ГАМКергических синапсов.

    3.1.3. Необходимость глутаматной синаптической передачи.

    3.1.4. Флуфенамовая кислота блокирует спонтанную активность в энторинальной коре новорожденных животных.:.

    3.1.5. Рилузол блокирует спонтанную активность в энторинальной коре новорожденных животных.

    3.1.6. Уменьшение экстраклеточного кальция приводит к усилению спонтанной активности в энторинальной коре.

    3.2. Собственная активность нейронов в энторинальной коре новорожденных крыс.

    3.2.1. Три типа собственной активности нейронов.

    3.2.2 Изменение количества пачечных клеток с пятого по тринадцатый день жизни.

    3.2.3 Регистрация пачечной активности в режиме cell attached.

    3.2.4 Плато потенциала пачечных нейронов.

    3.2.5 Пачечная активность зависит от внутриклеточного кальция.

    3.2.6 Инициация и генерация пачек и плато потенциала: ионные токи

    3.2.7 Терминация пачек и плато потенциала: ионные токи.

    3.2.8 Генерация пачек обусловлена последовательной активацией ионных токов: схематичное представление.

    3.2.9 Пачечные пейсмекерные нейроны могут лежать в основе спонтанной сетевой активности.

    3.3. Математическое моделирование пачечной активности нейронов

    3.3.1. Роли ионных токов.

    3.3.2. Модель воспроизводит основные свойства реальных клеток.

    3.3.3. Усиление пачечной активности при уменьшении концентрации экстраклеточного кальция объясняется свойствами NaP тока.

    3.3.4. Описание модели.

    ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

    Введение Диссертация по биологии, на тему "Спонтанная нейронная активность в энторинальной коре новорожденных крыс"

    Актуальность проблемы

    Спонтанная активность является отличительной чертой развивающейся нервной системы. Спонтанная активность наблюдается уже у нейронных предшественников (Spitzer, 2006). Обычно такая активность регистрируется как флуктуации концентрации внутриклеточного кальция или кальциевые спайки (Spitzer, 2006; Crepel et al., 2007). С формированием первых контактов между нейронами, электрических синапсов, появляется синхронизированная спонтанная активность. Далее с развитием в онтогенезе химических синапсов появляются новые виды синхронной спонтанной активности (Crepel et al., 2007; Aliene et al., 2008). Начиная с момента появления химических синапсов синхронную активность нейронов можно считать сетевой в обычном смысле слова. Синхронизированная спонтанная активность нейронов в период эмбрионального и постнатального развития достаточно интенсивно изучалась во многих структурах нервной системы позвоночных как in vitro, так и in vivo, в особенности, на гиппокампе, коре, сетчатке и спинном мозге. Предполагается, что спонтанная активность играет ключевую роль при формировании нейросети и созревании нейронов (Katz and Shatz, 1996). Показано, что спонтанная активность сетчатки в период эмбрионального развития необходима для формирования топографической организации связей в формирующейся зрительной системе (Sretavan et al., 1988; Grubb et al., 2003; McLaughlin et al., 2003; Chandrasekaran et al., 2005; Mrsic-Flogel et al., 2005; Torborg et al., 2005). Спонтанная активность мотонейронов спинного мозга у эмбрионов влияет на путь роста аксонов к их целям (Hanson and Landmesser, 2004, 2006). В гиппокампе новорожденных животных так называемые гигантские деполяризационные потенциалы способны вызывать долговременную потенциацию формирующихся "молчащих" синапсов (Kasyanov et al., 2004; Mohajerani and Cherubini, 2006; Mohajerani et al., 2007). Понимание механизма генерации спонтанной активности в развивающихся иейросетях представляется фундаментальной научной задачей, поскольку, как было показано, явление не является особенностью какой-то одной структуры, а отражает общую тенденцию. В большинстве работ на срезах коры и гиппокампа изучались, главным образом, синаптические механизмы генерации спонтанной активности и соответствующие возрастные особенности синаптической передачи (Ben-Ari et al. 1989; Bolea et al. 1999; Gaiarsa et al. 1991; Hollrigel et al. 1998; Khazipov et al. 2001; Lamsa et al. 2000; Aliene et al., 2008). Например, было показано, что у эмбриональных и новорожденных животных глицин и ГАМК обладают необычным деполяризующим действием (Ben-Ari et al. 1989; Ben-Ari, 2002; Ben-Ari et al., 2007). При этом электрофизиологические свойства созревающих нейронов и их роль в генерации спонтанной активности остаются мало исследованными.

    Цели и задачи исследования

    Основной целью данной работы являлось изучение спонтанной активности и свойств созревающих нейронов в энторинальной коре новорожденных животных с использованием электрофизиологических и фармакологических методов, а также методов математического моделирования.

    В соответствии с поставленной целью исследования были определены следующие задачи:

    1. Сравнить свойства нейронов энторинальной коры новорожденных и взрослых животных в экспериментах с регистрацией внутриклеточных потенциалов.

    2. Исследовать возможную роль пачечных пейсмекерных нейронов в генерации спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных.

    3. На основе экспериментальных данных построить математическую модель собственной пачечной активности нейронов в энторинальной коре новорожденных животных.

    Положения, выносимые на защиту

    1. Пирамидные нейроны в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных обладают собственной пачечной активностью. Собственная пачечная активность нейронов третьего слоя энторинальной коры новорожденных крыс (Р5-Р13) представлена короткими (до 1 сек) и длинными (до 20 сек) пачками спайков. Короткие пачки спайков полностью пропадают к десятому дню жизни, а количество клеток генерирующих длинные пачки достигает максимума на Р8-Р10 и затем значительно уменьшается. Изменение электрофизиологических свойств с возрастом отражает созревание нейронов.

    2. Генерация длинных пачек спайков происходит при активации неспецифического катионного кальций-зависимого CAN и медленного натриевого NaP токов. Терминация пачек спайков обусловлена активацией калиевых токов.

    Научная новизна

    В рамках настоящей работы впервые исследованы свойства нейронов в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных. Обнаружено, что большая часть пирамидных нейронов у новорожденных крыс обладает собственной пачечной активностью. Исчезновение этого свойства нейронов в энторинальной коре с возрастом животного отражает созревание нейронов. Определены основные ионные токи, лежащие в основе пачечной активности клеток в энторинальной коре новорожденных животных. Генерация пачек спайков происходит при последовательной активации де- и гиперполяризующих ионных проводимостей. Построена биофизическая модель пачечной активности нейронов, воспроизводящая все основные свойства реальных клеток. Посредством моделирования и литературных данных удалось объяснить эффект усиления пачечной активности нейронов при снижении концентрации экстраклеточного кальция.

    Научно-практическая ценность работы

    Получены новые данные о созревании нейронов и нейросети в процессе постнатального развития, необходимые для понимания нейрофизиологических основ развития центральной нервной системы. Наши данные подтверждают идею о зависимости созревания нейронов и нейросети от спонтанной электрической активности клеток. Анализ свойств нейронов у новорожденных животных расширяет представления теоретической биологии о возможных механизмах самоорганизации нейронов в структурированные нейросети. Совокупность представленных данных может найти применение при конструировании искусственных нейронных сетей.

    Апробация работы

    Основные результаты работы были доложены на международных форумах БРК (Атланта 2006, Сан Диего 2007, Чикаго 2009); XX Съезде российских физиологов (Москва, 2007); на конференциях молодых ученых ИВНД и НФ РАН (Москва, 2006, 2008). Диссертация апробирована 13 октября 2009 года на совместном заседании лаборатории клеточной нейробиологии обучения и лаборатории нейроонтогенеза Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

    Публикации

    По теме диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы 6 докладов.

    Структура и объем работы

    Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов, обсуждения, выводов и списка литературы (204 ссылки). Работа изложена на 131 странице, включает 27 рисунков и 8 таблиц.

    Заключение Диссертация по теме "Физиология", Шерозия, Максим Георгиевич

    1. Энторинальная кора новорожденных животных способна генерировать спонтанную активность независимо от гиппокампа и других структур мозга.

    2. Спонтанная активность представлена короткими и длинными сетевыми разрядами, генерация которых происходит за счет активации как ГАМК-, так и глутаматергических синапсов.

    3. Уже на пятый день жизни ГАМК частично выполняет тормозную функцию, поскольку блокировка ГАМК А рецепторов трансформирует спонтанную активность энторинальной коры в судорожную активность.

    4. Для генерации спонтанной активности в энторинальной коре новорожденных животных необходима глутаматергическая система, поскольку блокировка АМПА/каинатных и НМДА рецепторов приводит к исчезновению активности, в том числе при повышенной возбудимости среза.

    5. Пирамидные нейроны в третьем слое энторинальной коры у новорожденных животных обладают собственной пачечной активностью. У взрослых животных ни один тип нейронов в энторинальной коре таким свойством не обладает.

    6. Собственная пачечная активность нейронов третьего слоя энторинальной коры новорожденных крыс (Р5-Р13) представлена короткими (до 1 сек) и длинными (до 20 сек) пачками спайков. Пачечные свойства клеток быстро меняются с возрастом, что отражает созревание нейронов. Короткие пачки спайков полностью пропадают к десятому дню жизни, а количество клеток генерирующих длинные пачки достигает максимума на Р8-Р10 и затем значительно уменьшается.

    7. В ответ на короткий деполяризующий импульс тока длиннопачечные нейроны генерируют плато потенциала, длительностью до 10 сек, т.е. пачку спайков можно "включить" искусственной внутриклеточной деполяризацией.

    8. Генерация пачек спайков и плато потенциала происходит при активации неспецифического катионного кальций-зависимого CAN и медленного натриевого NaP токов. Терминация пачек спайков и плато потенциала обусловлена активацией калиевых токов.

    9. Количество пачечных клеток значительно увеличивается при уменьшении концентрации экстраклеточного кальция. Модельные исследования показывают, что это можно объяснить свойствами медленного натриевого тока.

    Библиография Диссертация по биологии, кандидат биологических наук , Шерозия, Максим Георгиевич, Москва

    1. Сафиулина В.Ф, Касьянов А.М, Мурзина Г.Б., Скоринкин А.И, Котов Н.В, Эзрохн B.JI, Гнниатуллнн Р.А. Исследование механизма возникновения гигантских деполяризующих потенциалов в нейронах гиппокампа новорожденных крыс // ЖВНД. 2004. Т. 54. № 5. С. 648-654.

    2. Adey W.R, Dunlop M, Hendrix С. Hippocampal slow waves: distribution and phase relationships in the course of approach learning // Arch Neurol. 1960. 3: 74-90.

    3. Adey W.R, Sunderland S, Dunlop M. The entorhinal area: electrophysiological studies of its interrelations with rhinencephalic structures and the brainstem // Electroenceph Clin Neurophysiol. 1957. 9: 309-324.

    4. Agrawal N, Hamam B.N, Magistretti J, Alonso A, Ragsdale D.S. Persistent sodium channel activity mediates subthreshold membrane potential oscillations and low-threshold spikes in rat entorhinal cortex layer V neurons // Neuroscience. 2001. 102: 53-64.

    5. Aliéné С, Cattani A, Ackman J.B, Bonifazi P, Aniksztejn L, Ben-Ari Y, Cossart R.J. Sequential generation of two distinct synapse-driven network patterns in developing neocortex // J Neurosci. 2008. 26. 28(48): 12851-12863.

    6. Alonso A, Garcia-Austt E. Neuronal sources of theta rhythm in the entorhinal cortex. I. Laminar distribution of theta field potentials // Exp Brain Res. 1987a. 67:493-501.

    7. Alonso A, Garcia-Austt E. Neuronal sources of theta rhythm in the entorhinal cortex of the rat. II. Phase relations between unit discharges and theta field potentials // Exp Brain Res. 1987b. 67: 502-509.

    8. Alonso A, Llinas R.R. Subthreshold Na+-dependent theta-like rhythmicity in stellate cells of entorhinal cortex layer II // Nature. 1989. 342: 175-177.

    9. Alonso J.R, Amaral D.G. Cholinergic innervation of the primate hippocampal formation. I. Distribution of choline acetyltransferase immunoreactivity in the Macaca fascicularis and Macaca mulatta monkeys // J Comp Neurol. 1995.355: 135-170.

    10. Amaral D.G., Dent J.A. Development of the mossy fibers of the dentate gyrus: I. A light and electron microscopic study of the mossy fibers and their expansions//J Comp Neurol. 1981. 195(1): 51-86.

    11. Andrade R. Cell excitation enhances muscarinic cholinergic responses in rat association cortex//Brain Res. 1991. 548: 81-93.

    12. Arnold S. Cellular and molecular neuropathology of the parahippocampal region in schizophrenia // Ann NY Acad Sci. 2000. 911: 275-292.

    13. Bal Т., McCormick D. Mechanisms of oscillatory activity in guinea-pig nucleus reticularis thalami in vitro: a mammalian pacemaker // J Physiol Land. 1993. 468: 669-691.

    14. Bear J., Fountain N.B., Lothman E.W. (1996) Responses of the superficial entorhinal cortex in vitro in slices from naive and chronically epileptic rats // J Neurophysiol. 1996. 76: 2928-2940.

    15. Ben-Ari Y. Excitatory action of GABA during development:the nature of the nurture//Nat Neurosci. 2002. 3: 728-739.

    16. Ben-Ari Y., Cherubini E., Corradetti R., Gaiarsa J.L. Giant synaptic potentials in immature rat CA3 hippocampal neurons // J Physiol. 1989. 416: 303325.

    17. Ben-Ari Y., Gaiarsa J., Tyzio R., Khazipov R. GABA: A Pioneer transmitter that excites immature neurons and generates primitive oscillations // Physiol Rev. 2007. 87: 1215-1284.

    18. Beurrier C., Congar P., Bioulac В., Hammond C. Subthalamic nucleus neurons switch from single-spike activity to burst-firing mode // J Neurosci. 1999. 19(2): 599-609.

    19. Blackstad T. Commissural connections of the hippocampal region in the rat, with special reference to their mode of termination // J Comp Neurol. 1956. 105: 417-537.

    20. Bolea S., Avignone E., Berretta N., Sanchez-Andres J.V., Cherubini E. Glutamate controls the induction of GABA-mediated giant depolarizing potentials through AMP A receptors in neonatal rat hippocampal slices // J Neurophysiol. 1999. 81:2095-2102.

    21. Braak H., Tredici K., Bohl J., Bratzke H., Braak E. Pathological changes in the parahippocampal region in select non-Alzheimer's dementias // Ann NY Acad Sci. 2000. 911:221-239.

    22. Branchereau P., Morin D., Bonnot A., Ballion B., Chapron J., Viala D. Development of lumbar rhythmic networks: from embryonic to neonate locomotorlike patterns in the mouse // Brain Res Bull. 2000. 53: 711-718.

    23. Brodmann K. Vergleichende Lokalisationslehre der Grosshirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues // 1909. Liepzig: Barth. P. 1-324.

    24. Buckmaster P.S., Alonso A., Canfild D.R., Amaral D. Dendritic morphology, local circuitry, and intrinsic electrophysiology of principal neurons in the entorhinal cortex of macaque monkeys // J Comp Neurol. 2004. 470: 317-329.

    25. Burwell R.D., Amaral D.G. Cortical afferents of the perirhinal, postrhinal, and entorhinal cortices // J Comp Neurol. 1998. 398: 179-205.

    26. Buzsaki G., Draguhn A. Neuronal oscillations in cortical networks // Science. 2004. 304: 1926-1929.

    27. Buzsaki G., Leung L., Vanderwolf C.H. Cellular bases of hippocampal EEG in the behaving rat // Brain Res Rev. 1983. 6: 139-171.

    28. Cajal S.R. The structure of Amnion's Horn (trans. L Kraft) // CC Thomas. Springfield. MA. 1968.

    29. Cang J., Renteria R.C., Kaneko M., Liu X., Copenhagen D.R., Stryker M.P. Development of precise maps in visual cortex requires patterned spontaneous activity in the retina //Neuron. 2005. 48: 797-809.

    30. Ceranik K., Zhao S., Frotscher M. Development of the entorhino-hippocampal projection: guidance by Cajal-Retzius cell axons // Ann N Y Acad Sci. 2000.911:43-54.

    31. Chandrasekaran A., Plas D., Gonzalez E., Crair M. Evidence for an instructive role of retinal activity in retinotopic map refinement in the superior colliculus of the mouse // J Neurosci. 2005. 25(29): 6929-6938.

    32. Chapman B., Stryker M.P. Development of orientation selectivity in ferret visual cortex and effects of deprivation // J Neurosci. 1993. 13(12): 5251-5262.

    33. Chrobak J.J., Buzsaki G. Gamma oscillations in the entorhinal cortex of the freely behaving rat//J Neurosci. 1998. 18(1): 388-398.

    34. Chrobak J. J., Buzsaki G. High-frequency oscillations in the output networks of the hippocampal-entorhinal axis of the freely behaving rat // J Neurosci. 1996. 16(9): 3056-3066.

    35. Chrobak J.J., Buzsaki G. Selective activation of deep layer (V-VI) retrohippocampal cortical neurons during hippocampal sharp waves in the behaving rat // J Neurosci. 1994. 14: 6160-6170.

    36. Chub N., O'Donovan M.J. Blockade and recovery of spontaneous rhythmic activity after application of neurotransmitter antagonists to spinal networks of the chick embryo //J Neurosci. 1998. 18: 294-306.

    37. Clifford D.B., Olney J.W., Maniotis A., Collins R.C., Zorumski C.F. (1987) The functional anatomy and pathology of lithium-pilocarpine and high-dose pilocarpine seizures //Neuroscience. 1987. 23: 953-968.

    38. Corlew R., Bosma M.M., Moody W.J. Spontaneous, synchronous electrical activity in neonatal mouse cortical neurons // J Physiol. 2004. 560: 377-390.

    39. Crabtree J.W. Prenatal development of retinocollicular projections in the rabbit: an HRP study // J Comp Neurol. 1989. 286: 504-513.

    40. Crabtree J.W. Prenatal development of retinogeniculate projections in the rabbit: an HRP study // J Comp Neurol. 1990. 299: 75-88.

    41. Crepel V., Aronov D., Jorquera I., Represa A., Ben-Ari Y., Cossart R. A parturition-associated nonsynaptic coherent activity pattern in the developing hippocampus //Neuron. 2007. 54: 105-120.

    42. Cunningham M.O., Pervouchine D.D., Racca C., Kopell N.J., Davies C.H., Jones R.S.G., Traub R.D., Whittington M.A. Neuronal metabolism governs cortical network response state // PNAS. 2006. 103(14): 5597-5601.

    43. Del Negro Ch., Morgado-Valle C., Hayes J., Maclcay D., Pace R., Crowder E., Feldman J. Sodium and calcium current-mediated pacemaker neurons and respiratory rhythm generation // J Neurosci. 2005. 25(2): 446-453.

    44. Deng J.B., Yu D.M., Li M.S. Formation of the entorhino-hippocampal pathway: a tracing study in vitro and in vivo // Neurosci Bull. 2006. 22(6): 305314.

    45. Deng J.B., Yu D.M., Wu P., Li M.S. The tracing study of developing entorhino-hippocampal pathway // Int J Dev Neurosci. 2007. 25(4): 251-258.

    46. Derjean D., Bertrand S., Nagy F., Shefchyk S. Plateau potentials and membrane oscillations in parasympathetic preganglionic neurons and intermediolateral neurons in the rat lumbosacral spinal cord // J Physiol. 2005. 563: 583-596.

    47. Descarries L., Lemay B., Doucet G., Berger B., Regional and laminar density of the dopamine innervation in adult rat cerebral cortex // Neuroscience. 1987.21: 807-824.

    48. Destexhe A., Contreras D., Sejnowski T.J., Steriade M. A model of spindle rhythmicity in the isolated thalamic reticular nucleus // J Neurophysiol. 1994. 72(2): 803-818.

    49. Destexhe A., Contreras D., Steriade M. Mechanisms underlying the synchronizing action of corticothalamic feedback through inhibition of thalamic relay cells // J Neurophysiol. 1998. 79: 999-1016.

    50. Di Prisco G.D., Pearlstein E., Le Ray D., Robitaille R., Dubuc R.A. Cellular mechanism for the transformation of a sensory input into a motor command // J Neurosci. 2000. 20: 8169-8176.

    51. Dickson C.T., Alonso A. Muscarinic induction of synchronous population activity in the entorhinal cortex // J Neurosci. 1997. 17: 6729-6744.

    52. Dickson C.T., Magistretti J., Shalinsky M., Fransen E., Hasselmo M.E., Alonso A. Properties and role of Ih in the pacing of subthreshold oscillations in entorhinal cortex layer II neurons // J Neurophysiol. 2000a. 83: 2562-2579.

    53. Dickson C.T., Magistretti J., Shalinsky M., Hamam B., Alonso A. Oscillatory activity in entorhinal neurons and circuits mechanisms and function // Ann NY Acad Sci. 2000b. 911: 127-150.

    54. Dolorfo C.L., Amaral D.G. The entorhinal cortex of the rat: Topographic organization of the cells of origin of the perforant path projection to the dentate gyrus // J Comp Neurol. 1998. 398: 25-48.

    55. Du F., Eid T., Lothman E.W., Kohler C., Schwarcz R. Preferential neuronal loss in layer III of the medial entorhinal cortex in rat models of temporal lobe epilepsy//J Neurosci. 1995. 15: 6301-6313.

    56. Du F., Whetsell J., Abou-Khalil B., Blumenkopf B., Lothman E.W., Schwarcz R. Preferential neuronal loss in layer III of the entorhinal cortex in patients with temporal lobe epilepsy // Epilepsy Res. 1993. 16: 223-233.

    57. Durack J.C., Katz L.C. Development of horizontal projections in layer 2/3 of ferret visual cortex // Cereb Cortex. 1996. 6(2): 178-183.

    58. Durstewitz D., Seamans J.K., Sejnowski T.J. Dopamine-mediated stabilization of delay-period activity in a network model of prefrontal cortex // J Neurophysiol. 2000. 83: 1733-1750.

    59. Egorov A.V., Hamam B.N., Fransen E., Hasselmo M.E., Alonso A.A. Graded persistent activity in entorhinal cortex neurons // Nature. 2002a. 420: 173178.

    60. Egorov A.V., Heinemann U., Muller W. Differential excitability and voltage-dependent Ca2+ signalling in two types of medial entorhinal cortex layer V neurons//Eur J Neurosci. 2002b. 16: 1305-1312.

    61. Eichenbaum H. A cortical-hippocampal system for declarative memory // Nat Rev Neurosci. 2000. 1: 41-50.

    62. Eid T., Schwarcz R., Ottersen O.P. Ultrastructure and immunocytochemical distribution of GABA in layer III of the rat medial entorhinal cortex following aminooxyacetic acid-induced seizures //Exp Brain Res. 1999. 125: 463^175.

    63. Erchova I., Kreck G., Heinemann U., Herz A.V.M. Dynamics of rat entorhinal cortex layer II and III cells: characteristics of membrane potential resonance at rest predict oscillation properties near threshold // J Physiol. 2004. 560: 89-110.

    64. Fedirchuk B., Wenner P., Whelan P.J., Ho S., Tabak J., O'Donovan MJ. Spontaneous network activity transiently depresses synaptic transmission in the embryonic chick spinal cord//J Neurosci. 1999. 19(6): 2102-2112.

    65. Feller M.B. Spontaneous correlated activity in developing neural circuits // Neuron. 1999.22: 653-656.

    66. Feller M.B., Butts D.A., Aaron H.L., Rokhsar S., Shatz C.J. Dynamic properties shape spatiotemporal properties of retinal waves // Neuron. 1997. 19: 293-306.

    67. Firth S., Wang C., Feller M. Retinal waves: mechanisms and function in visual system development // Cell Calcium. 2005. 37: 425^132.

    68. Fisher K.F., Lukas P.D., Wong R.O.L. Age-dependent and cell class-specific modulation of retinal ganglion cell bursting activity by GABA // J Neurosci. 1998. 18: 3767-3778.

    69. Frank L.M., Brown E.N., Wilson M.A. A comparison of the firing properties of putative excitatory and inhibitory neurons from CA1 and the entorhinal cortex // J Neurophysiol. 2001. 86: 2029-2040.

    70. Fraser D., MacVicar B. Cholinergic-dependent plateau potential in hippocampal CA1 pyramidal neurons // J Neurosci. 1996. 16: 4113-4128.

    71. Gaarskjaer F.B. The development of the dentate area and the hippocampal mossy fiber projection of the rat // J Comp Neurol. 1985. 241(2): 154-170.

    72. Gaiarsa J.L., Corradetti R., Cherubini E., Ben-Ari Y. Modulation of GABA-mediated synaptic potentials by glutamatergic agonists in neonatal CA3 rat hippocampal neurons // Eur J Neurosci. 1991. 3: 301-309.

    73. Galli L., Maffei L. Spontaneous impulse activity of rat retinal ganglion cells in prenatal life // Science. 1988. 242: 90-91.

    74. Ganguly K., Schinder A.F., Wong S.T., Poo M. GABA itself promotes the developmental switch of neuronal GABAergic responses from excitation to inhibition//Cell. 2001. 105(4): 521-532.

    75. Garaschuk O., Hanse E., Konnerth A. Developmental profile and synaptic origin of early network oscillations in the CA1 region of rat neonatal hippocampus //JPhysiol. 1998. 507: 219-236.

    76. Garaschuk O., Linn J., Eilers J., Konnerth A. Large-scale oscillatory calcium waves in the immature cortex //Nat Neurosci. 2000. 3: 452-459.

    77. Gayer N.S., Horsburgh G.M., Dreher B. Developmental changes in the pattern of retinal projections in pigmented and albino rabbits // Brain Res Dev Brain Res. 1989. 50: 33-54.

    78. Gloveli T., Egorov A.V., Schmitz D., Heinemann U., Muller W. Charbachol-induced changes in excitability and Ca2+.i signaling in projection cells of medial entorhinal cortex layers II and III // Eur J Neurosci. 1999. 11: 3626-3636.

    79. Gloveli T., Schmitz D., Empson R.M., Dugladze T., Heinemann U. Morphological and electrophysiological characterization of layer III cells of the medial entorhinal cortex of the rat // Neuroscience. 1997a. 77(3): 629-648.

    80. Gloveli T., Schmitz D., Empson R.M., Heinemann U. Frequency-dependent information flow from the entorhinal cortex to the hippocampus // J Neurophysiol. 78: 3444-3449.

    81. Godecke I., Bonhoeffer T. Development of identical orientation maps for two eyes without common visual experience //Nature. 1996. 379(6562): 251-254.

    82. Greenwood I.A., Large W.A. Comparison of the effects of fenamates on Ca-activated chloride and potassium currents in rabbit portal vein smooth muscle cells // Br J Pharmacol. 1995. 116: 2939-2948.

    83. Grubb M., Rossi F., Changeux J., Thompson I. Abnormal functional organization in the dorsal lateral geniculate nucleus of mice lacking the b2 subunit of the nicotinic acetylcholine receptor // Neuron. 2003. 40: 1161—1172.

    84. Haas J., White J. Frequency selectivity of layer II stellate cells in the medial entorhinal cortex // J Neurophysiol. 2002. 88: 2422-2429.

    85. Hafting T., Fyhn M., Molden S., Moser M.B., Moser E.I. Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex // Nature. 2005. 436: 801-806.

    86. Hagan J.J., Verheijck E.E., Spigt M.H., Ruigt G.S. Behavioural and electrophysiological studies of entorhinal cortex lesions in the rat // Physiol Behav. 1992. 51:255-266.

    87. Haj-Dahmane S., Andrade R. Ionic mechanism of the slow afiterdepolarization induced by muscarinic receptor activation in rat prefrontal cortex//J Neurophysiol. 1998. 80: 1197-1210.

    88. Hamam B., Amaral D., Alonso A. Morphological and electrophysiological characteristics of layer V neurons of the rat lateral entorhinal cortex // J Comp Neurol. 2002.451:45-61.

    89. Hamill O.P., Marty A., Neher E., Sakmann B., Sigworth F. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches // Pfluegers Arch. 1981. 391: 85-100.

    90. Hanganu I., Ben-Ari Y., Khazipov R. Retinal waves trigger spindle bursts in the neonatal rat visual cortex // J Neurosci. 2006. 26(25): 6728-6736.

    91. Hanson M.G., Landmesser L.T. Characterization of the circuits that generate spontaneous episodes of activity in the early embryonic spinal cord // J Neurosci. 2003.23: 587-600.

    92. Hanson M.G., Landmesser L.T. Increasing the frequency of spontaneous rhythmic activity disrupts poolspecific axon fasciculation and pathfmding of embryonic spinal motoneurons // J Neurosci. 2006. 26: 12769-12780.

    93. Hanson M.G., Landmesser L.T. Normal patterns of spontaneous activity are required for correct motor axon guidance and the expression of specific guidance molecules//Neuron. 2004. 46: 687-701.

    94. Hargreaves E.L., Rao G., Lee I., Knierim J.J. Major dissociation between medial and lateral entorhinal input to dorsal hippocampus // Science. 2005. 308: 1792-1794.

    95. Harks E.G., De Roos A.D., Peters P.H., De Haan L.H., Brouwer A., Ypey D.L., van Zoelen E.J., Theuvenet A.P. Fenamates: a novel class of reversible gap junction blockers //J Pharmacol Exp Ther. 2001. 298: 1033-1041.

    96. Hasselmo M.E. Neuromodulation: acetylcholine and memory consolidation //Trends Cogn Sci. 1999. 3: 351-359.

    97. Hines M.L., Carnevale N.T. The NEURON simulation environment // Neural Computat. 1997. 9: 1179-1209.

    98. Hjorth-Simonsen A., Jeune B. Origin and termination of the hippocampal perforant path in the rat studied by silver impregnation // J Comp Neurol. 1972. 144: 215-232.

    99. Hollrigel G.S., Ross S.T., Soltesz I. Temporal patterns and depolarizing actions of spontaneous GABAA receptor activation in granule cells of the early postnatal dentate gyrus // J Neurophysiol. 1998. 80: 2340-2351.

    100. Holscher C., Schmidt W.J. Quinolinic acid lesion of the rat entorhinal cortex pars medialis produces selective amnesia in allocentric working memory (WM), but not egocentric WM // Behav Brain Res. 1994. 63: 187-194.

    101. Horton J.C., Hocking D.R. Intrinsic variability of ocular dominance column periodicity in normal macaque monkeys // J Neurosci. 1996. 16(22): 7228-7239.

    102. Hubel D., Wiesel T. The period of susceptibility to the physiological effects of unilateral eye closure in kittens // J Physiol. 1970. 206: 419-436.

    103. Hubel D.H., Wiesel T.N., LeVay S. Plasticity of ocular dominance columns in monkey striate cortex // Philos Trans R Soc Lond В Biol Sci. 1977. 278(961): 377-409.

    104. Hughes St., Cope D., Blethyn K., Crunelli V. Cellular mechanisms of the slow (

    105. Insausti R., Herrero M., Witter M. 1997. Entorhinal cortex of the rat: Cytoarchitectonic subdivisions and the origin and distribution of cortical efferents //Hippocampus. 1997. 7: 146-183.

    106. Jaffard R., Meunier M. Role of the hippocampal formation in learning and memory//Hippocampus. 1993. 3: 203-218.

    107. Jones R.S.G., Biihl E.H. Basket-like interneurones in layer II of the entorhinal cortex exhibit a powerful NMDA-mediated synaptic excitation // Neurosci Lett. 1993. 149: 35-39.

    108. Jones S.P., Rahimi O., O'Boyle M.P., Diaz D.L., Claiborne B.J. Maturation of granule cell dendrites after mossy fiber arrival in hippocampal field CA3 // Hippocampus. 2003. 13(3): 413-427.

    109. Kandler K., Katz L.C. Coordination of neuronal activity in developing visual cortex by gap junction-mediated biochemical communication // J Neurosci. 1998. 18: 1419-1427.

    110. Kasyanov A.M., Safiulina V.F., Voronin L.L., Cherubini E. GABA-mediated giant depolarizing potentials as coincidence detectors for enhancing synaptic efficacy in the developing hippocampus // Proc Natl Acad Sci USA. 2004. 101(11): 3967-3972.

    111. Katz L., Shatz C. Synaptic activity and the construction of cortical circuits // Science. 1996. 274(5290): 1133-1138.

    112. Kerr K., Agster K., Furtak S., Burwell R. Functional neuroanatomy of the parahippocampal region: the lateral and medial entorhinal areas // Hippocampus. 2007. 17: 697-708.

    113. Khazipov R., Esclapez M., Caillard O., Bernard C., Khalilov I., Tyzio R., Hirsch J., Dzhala V., Berger B., Ben-Ari Y. Early development of neuronal activity in the primate hippocampus in utero // J Neurosci. 2001. 21: 9770-9781.

    114. Khazipov R., Leinekugel X., Khalilov I., Gaiarsa J.L., Ben-Ari Y. Synchronization of GABAergic interneuronal network in CA3 subfield of neonatal rat hippocampal slices // J Physiol. (Lond) 1997. 498: 763-772.

    115. Klink R., Alonso A. Ionic mechanisms of muscarinic depolarization in entorhinal cortex layer II neurons // J Neurophysiol. 1997. 77: 1829-1843.

    116. Kochetkov K.V., Kazachenko V.N., Marinov B.S. Dose-dependent potentiation and inhibition of single Ca2+-activated K+ channels by flufenamic acid // Membr Cell Biol. 2000. 14: 285-298.

    117. Kocsis B., Bragin A., Buzsaki G. Interdependence of multiple theta generators in the hippocampus: a partial coherence analysis // J Neurosci. 1999. 19(14): 6200-6212.

    118. Kohler C. Intrinsic projections of the retrohippocampal region in the rat brain. I. The subicular complex // J Comp Neurol. 1985. 236: 504-522.

    119. Krieg W. Connections of the cerebral cortex. I. The albino rat. A. Topography of the cortical areas // J Comp Neurol. 1946a. 84: 221-275.

    120. Krieg W. Connections of the cerebral cortex. I. The albino rat. B. Structure of the cortical areas // J Comp Neurol. 1946b. 84: 277-323.

    121. Kumar S., Buckmaster P. Hyperexcitability, interneurons, and loss of GABAergic synapses in entorhinal cortex in a model of temporal lobe epilepsy // J Neurosci. 2006. 26(17): 4613-4623.

    122. Lamsa K., Palva J.M., Ruusuvuori E., Kaila K., Taira T. Synaptic GABA(A) activation inhibits AMPA-kainate receptor-mediated bursting in the newborn (P0-P2) rat hippocampus // J Neurophysiol. 2000. 83: 359-366.

    123. Lorente de No R. Studies on the structure of the cerebral cortex. I. The area entorhinalis // J Psychol Neurol. 1933. 45: 382- 438.

    124. Lorente de No R. Studies on the structure of the cerebral cortex. II. Continuation of the study of amnionic system // J Psych Neurol. 1934. 46: 113177.

    125. Luthi A., McCormick D. H-Current: properties of a neuronal and network pacemaker//Neuron. 1998. 21: 9-12.

    126. Ma L., Shalinsky M., Alonso A., Dickson C. Effects of serotonin on the intrinsic membrane properties of layer II medial entorhinal cortex neurons // Hippocampus. 2007. 17: 114-129.

    127. Magistretti J., Ma L., Shalinsky M., Lin W., Klink R., Alonso A. Spike patterning by Ca2+-dependent regulation of a muscarinic cation current in entorhinal cortex layer II neurons // J Neurophysiol. 2004. 92: 1644-1657.

    128. McCabe A.K., Chisholm S.L., Picken-Bahrey H.L., Moody W.J. The selfregulating nature of spontaneous synchronized activity in developing mouse cortical neurons // J Physiol. 2006. 577: 155-167.

    129. McCabe A.K., Easton C.R., Lischalk J.W., Moody W.J. Roles of glutamate and GABA receptors in setting the developmental timing of spontaneous synchronized activity in the developing mouse cortex // Dev Neurobiol. 2007. 67: 1574-1588.

    130. McCormick D.A., Bal T. Sleep and arousal: thalamocortical mechanisms // Annu Rev Neurosci. 1997. 20: 185-215.

    131. McLaughlin S.G., Szabo G., Eisenman G. Divalent ions and the surface potential of charged phospholipid membranes // J Gen Physiol. 1971. 58: 667-687.

    132. McLaughlin T., Torborg C., Feller M., O'Leary D. Retinotopic map refinement requires spontaneous retinal waves during a brief critical period of development //Neuron. 2003. 40: 1147-1160.

    133. Meister M., Wong R.O., Baylor D.A., Shatz C.J. Synchronous burst of action potentials in ganglion cells of the developing mammalian retina // Science. 1991.252: 939-943.

    134. Milner В. Disorders of learning andmemoryafter temporal lobe lesions in man//Clin Neurosurg. 1972. 19: 421-466.

    135. Milner L.D., Landmesser L.T. Cholinergic and GABAergic inputs drive patterned spontaneous motoneuron activity before target contact // J Neurosci. 1999. 19: 3007-3022.

    136. Mitchell S.J., Ranck J.B. Generation of theta rhythm in medial entorhinal cortex of freely moving rats // Brain Research. 1980. 189: 49-66.

    137. Mohajerani M.H., Cherubini E. Role of giant depolarizing potentials in shaping synaptic currents in the developing hippocampus // Crit Rev Neurobiol. 2006. 18(1): 13-23.

    138. Mooney R., Penn A.A., Gallego R., Shatz C.J. Thalamic relay of spontaneous retinal activity prior to vision//Neuron. 1996. 17: 863-874.

    139. Morisset V., Nagy F. Ionic basis for plateau potentials in deep dorsal horn neurons of the rat spinal cord // J Neurosci. 1999. 19: 7309-7316.

    140. Morris R.G., Garrud P., Rawlins J.N., O'Keefe J. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions //Nature. 1982. 297: 681-683.

    141. Mrsic-Flogel Т., Hofer S., Creutzfeldt C., Cloez-Tayarani I., Changeux J., Bonhoeffer Т., Hubener M. Altered map of visual space in the superior colliculus of mice lacking early retinal waves // J Neurosci. 2005. 25(29): 6921- 6928.

    142. Nishimaru H., Iizulca S., Ozaki S., Kudo N. Spontaneous motoneuronal activity mediated by glycine and GABA in the spinal cord of rat fetuses in vitro // J Physiol, (bond) 1996. 497: 132-143.

    143. O'Donovan M.J. The origin of spontaneous activity in developing networks of the vertebrate nervous system // Curr Opin Neurobiol. 1998. 9: 94-104.

    144. O'Donovan M.J., Chub N., Wenner P. Mechanisms of spontaneous activity in developing spinal networks // J Neurobiol. 1998. 37: 131-145.

    145. Ottolia M., Toro L. Potentiation of large conductance KCa channels by niflumic, flufenamic, and mefenamic acids // Biophys J. 1994. 67: 2272-2279.

    146. Pace R., Mackay D., Feldman J., Del Negro Ch. Inspiratory bursts in the preBotzinger Complex depend on a calcium-activated nonspecific cationic current linked to glutamate receptors // J Physiol, published online. Apr 19, 2007.

    147. Partridge L., Swandulla D. Calcium-activated non-specific cation channels // Trends Neurosci. 1988. 11: 69-72.

    148. Partridge L.D., Valenzuela C.F. Block of hippocampal CAN channels by flufenamate // Brain Res. 2000. 867: 143-148.

    149. Provine R.R. Ontogeny of bioelectric activity in the spinal cord of the chick embryo and its behavioral implications // Brain Res. 1972. 41: 365-378.

    150. Rakic P. Prenatal development of the visual system in rhesus monkey // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1977. 278(961): 245-260.

    151. Ramirez J.M., Tryba A., Pena F. Pacemaker neurons and neuronal networks: an integrative view // Cur Opin Neurobiol. 2004. 14: 665-674.

    152. Ramon y Cajal S. Histologic du syste'me nerveux de l'homme et de verte'bre's // Paris. A. Maloine. 1911.

    153. Ren J., Greer J.J. Ontogeny of rhythmic motor patterns in the embryonic rat spinal cord // J Neurophysiol. 2003. 89: 1187-1195.

    154. Ruthazer E.S., Stryker M.P. The role of activity in the development of longrange horizontal connections in area 17 of the ferret // J Neurosci. 1996. 16(22): 7253-7269.

    155. Safiulina V., Zacchi P., Taglialatela M., Yaari Y., Cherubini E. Low expression of Kv7/M channels facilitates intrinsic and network bursting in the developing rat hippocampus // J Physiol. 2008. 586(22): 5437-5453.

    156. Scharfman H. Epileptogenesis in the parahippocampal region parallels with the dentate gyrus 11 Ann NY Acad Sci. 2000. 911: 305-327.

    157. Schwarcz R., Tore E., Du F. Neurons in layer III of the entorhinal cortex: a role in epileptogenesis and epilepsy // Ann NY Acad Sci. 2000. 911: 328-342.

    158. Schwob J.E., Fuller Т., Price J.L., Olney J.W. Widespread patterns of neuronal damage following systemic or intracerebral injections of kainic acid: a histological study//Neuroscience. 1980. 5: 991-1014.

    159. Scoville W. В., Milner B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions // J Neurol Neurosurg Psychiat. 1957. 20: 11—21.

    160. Sernagor E., Grzywacz N.M. Influence of spontaneous activity and visual experience on developing retinal receptive fields // Curr Biol. 1996. 6: 1503-1508.

    161. Shatz C.J., Stryker M.P. Ocular dominance in layer IV of the cat's visual cortex and the effects of monocular deprivation // J Physiol. 1978. 281: 267-283.

    162. Sipila S., Huttu K., Soltesz I., Voipio J., Kaila K. Depolarizing GAB A acts on intrinsically bursting pyramidal neurons to drive giant depolarizing potentials in the immature hippocampus // J Neurosci. 2005. 25(22): 5280-5289.

    163. Sipila S.T., Kaila K. (2008) GABAergic control of САЗ-driven network events in the developing hippocampus // Results Probl Cell Differ. 2008. 44: 99121.

    164. Spitzer N.C. Electrical activity in early neuronal development // Nature. 2006. 444: 707-712.

    165. Squire L. R., Zola-Morgan S. The medial temporal lobe memory system // Science. 1991. 253: 1380-1386.

    166. Squire L., Stark C., Clark R. The medial temporal lobe // Annu Rev Neurosci. 2004. 27: 279-306.

    167. Squire L.R., Zola S.M. Amnesia, memory and brain systems // Philos Trans R Soc Lond BB iol Sci. 1997. 352: 1663-1673.

    168. Sretavan D., Shatz C., Stryker M. Modification of retinal ganglion cell axon morphology by prenatal infusion of tetrodotoxin // Nature. 1988. 336: 468-471.

    169. Stellwagen D., Shatz C. An instructive role for retinal waves in the development of retinogeniculate connectivity // Neuron. 2002. 33: 357-367.

    170. Stenkamp K., Heinemann U., Schmitz D. Dopamine suppresses stimulus-induced field potentials in layer III of rat medial entorhinal cortex // Neurosci Lett. 1998.255: 119-121.

    171. Steriade M. Sleep, epilepsy and thalamic reticular inhibitory neurons // Trends Neurosci. 2005. 28(6): 317-24.

    172. Steward O. Topographic organization of the projections from the entorhinal area to the hippocampal formation of the rat // J Comp Neurol. 1976. 167: 285314.

    173. Su H., Alroy G., Kirson E.D., Yaari Y. Extracellular calcium modulates persistent sodium current-dependent burst-firing in hippocampal pyramidal neurons // J Neurosci. 2001. 21(12): 4173-4182.

    174. Suzuki W.A., Miller E.K. Object and place memory in the macaque entorhinal cortex//J Neurophysiol. 1997. 78(2): 1062-1081.

    175. Syed M., Lee S., Zheng J., Zhou Z.J. Stage-dependent dynamics and modulation of spontaneous waves in the developing rabbit retina // J Physiol. 2004. 560: 533-549.

    176. Tahvildari B., Alonso A. Morphological and electrophysiological properties of lateral entorhinal cortex layers II and III principal neurons // J Comp Neurol. 2005.491: 123-140.

    177. Tahvildari В, Fransen E, Alonso A, Hasselmo M. Switching between "On" and "Off' states of persistent activity in lateral entorhinal layer III neurons //Hippocampus. 2007.

    178. Torborg C., Hansen K, Feller M. High frequency, synchronized bursting drives eye-specific segregation of retinogeniculate projections // Nat Neurosci. 2005. 8(1): 72-78.

    179. Traub R.D, Buhl E.H, Gloveli Т., Whittington M.A. Fast rhythmic bursting can be induced in layer 2/3 cortical neurons by enhancing persistent Na+ conductance or by blocking BK channels // J Neurophysiol. 2003. 89: 909-921.

    180. Traub R.D, Buhl E.H, Gloveli T, Whittington M.A. Fast rhythmic bursting can be induced in layer 2/3 cortical neurons by enhancing persistent Na+ conductance or by blocking BK channels // J Neurophysiol. 2003. 89: 909-921.

    181. Traub R.D, Miles R. Neuronal networks of the hippocampus // Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1991. P. 301.

    182. Van Groen T. Entorhinal cortex of the mouse: cytoarchitectonical organization // Hippocampus. 2001. 11: 397-407.

    183. Wiesel T, Hubel D. Effects of visual deprivation on morphology and physiology of cells in the cats lateral geniculate body // J Neurophysiol. 1963. 26: 978-993.fv'

    184. Wiesel T.N., Hubel D.H. Ordered arrangement of orientation columns m monkeys lacking visual experience // J Comp Neurol. 1974. 158(3): 307-318.

    185. Witter M.P., Groenewegen H.J., Lopes da Silva F.H., Lohman A.H. Functional organization of the extrinsic and intrinsic circuitry of the parahippocampal region//ProgNeurobiol. 1989.33: 161-253.

    186. Wong R.O. Retinal waves and visual system development. Annu Rev Neurosci. 1999. 22: 29-47.

    187. Wong R.O., Chernjavsky A., Smith S.J., Shatz C.J. Early functional neural networks in the developing retina // Nature. 1995. 374: 716-718.

    188. Yue C., Remy S., Su H., Beck H., Yaari Y. Proximal persistent Na+ channels drive spike afterdepolarizations and associated bursting in adult CA1 pyramidal cells // J Neurosci. 2005. 25(42): 9704-9720.

    189. Yue C., Remy S., Su H., Beck H., Yaari Y. Proximal persistent Na+ channels drive spike afterdepolarizations and associated bursting in adult CA1 pyramidal cells // J Neurosci. 2005. 25(42): 9704-9720.

    190. Yuste R., Peinado A., Katz L.C. Neuronal domains in developing neocortex // Science. 1992. 257: 665-669.

    191. Zheng J., Lee S., Zhou Z.J. A developmental switch in the excitability and function of the starburst network in the mammalian retina // Neuron. 2004. 44: 851-864.

    192. Zheng J., Lee S., Zhou Z.J. A transient network of intrinsically bursting starburst cell underlies the generation of retinal waves // Nat Neurosci. 2006. 9(3): 363-371.

    193. Zhou Z.J. Direct participation of starburst amacrine cells in spontaneous rhythmic activities in the developing mammalian retina. J Neurosci. 1998. 18: 4155-4165.

    194. Zhu Z., Munhall A., Shen K., Johnson St. Calcium-dependent subthreshold oscillations determine bursting activity induced by N-methyl-D-aspartate in rat subthalamic neurons in vitro // Eur J Neurosci. 2004. 19: 1296-1304.

     



    Источник: Спонтанная нейронная активность в энторинальной коре новорожденных крыс
    Дата создания: 20.06.2015
    Последнее редактирование: 20.06.2015

    Относится к аксиоматике: Системная нейрофизиология.


    Другие страницы раздела "Пейсмейкерная активность нейрона":
  • Фоновая активность нейрона
  • Пейсмеккерная активность
  • Пейсмекер
  • Шум в ушах
  • Роль спонтанной активности в формировании проводящих путей
  • Импульсная активность до образования связей при созревании нейрона
  • Невропатическая боль
  • Спонтанная активность слуховых рецепторов

    Чтобы оставить комментарии нужно авторизоваться:
    Авторизация пользователя
  • Активность
    Главная
    Темы
    Показы
    Полезное
    О сайте
    Яндекс.Метрика