Участие медиального мозжечка в механизмах памяти и обучения при формировании различных видов оборонительного поведения

Участие нейромедиаторных систем мозжечка в процессах угашения АСР и формирования условного обстановочного страха.

На различных этапах формирования долговременного угашения АСР и условного обстановочного страха в черве мозжечка были выявлены изменения активности отдельных нейромедиаторных систем. Достоверных изменений содержания внеклеточного аспартата (базовый уровень в микродиализной пробе 6,3±0,58 fmol), во время обучения и тестирования обнаружено не было (рис.5). Достоверных изменений внеклеточного уровня глутамата (базовый уровень 35,3 ±7,0 fmol) в день обучения не выявлено. Через 24 часа после обучения содержание глутамата повышалось на 40% по сравнению с показателем, наблюдавшимся во время обучения, однако на фоне тестирования его значения не демонстрировали достоверных отличий от имевших место в день обучения (рис 5). Была обнаружена отрицательная корреляция между индивидуальными показателями динамики глутамата через 30 минут после обучения и амплитудой первой АСР в день обучения (r= -0,90, р<0,05 ), а также с амплитудами первых трех АСР день тестирования (r= -0,73, -0,92 и -0,87 р<0,05). Обнаружена положительная корреляция между абсолютными значениями уровня внеклеточного глутамата во время тестирования и индексом восстановления АСР (r= 0,88, p<0,01).

Исходное содержание глицина составляло 17,1± 7,9 fmol, и на фоне тенденции к его снижению во время обучения на 25 % по сравнению с базовым уровнем (р=0,083 по критерию Вилкоксона) наблюдалась положительная корреляция изменения содержания глицина в этой временной точке с возрастанием времени замирания в день тестирования по сравнению с днем обучения (r=0,92, р<0,01). Содержание глицина через 20 и 30 минут после обучения не отличалось от исходного уровня (рис.5). Перед началом тестирования содержание глицина достоверно повышалось по сравнению с сеансом обучения, однако во время тестирования, как это наблюдалось для глутамата, снижалось практически до исходного уровня и достоверных отличий от показателей, наблюдаемых в день обучения, обнаружено не было.

Внеклеточное содержание ГАМК (базовый уровень 2,1± 0,94 fmol в пробе) достоверно повышалось в течение 10-30 минут после обучения (p<0,05 по критерию Вилкоксона) (рис.6А).

Отмечена высокая индивидуальная вариабельность исходного уровня и изменений ГАМК. Через 24 часа после обучения и во время тестирования содержание ГАМК не отличалось от исходного, однако его повышение наблюдалось сразу после сеанса тестирования

Как и для глицина, выявлена достоверная положительная корреляция между индивидуальными изменениями уровня ГАМК во время обучения и возрастанием времени замирания в день тестирования (рис.6Б).

Достоверное повышение содержания таурина (базовый уровень 1,9 fmol) было отмечено только во время тестирования.

В остальных временных точках наблюдались чрезвычайно высокие индивидуальные различия в динамике содержания этого медиатора (рис.6А).

Выявлена положительная корреляция абсолютных значений исходного уровня таурина с коэффициентами b1 (r=0,96, p<0,05) и b2(r=0,84, p<0,05), а также отрицательная корреляция между изменениями его содержания во время тестирования и индексом спонтанного восстановления АСР (r=0,88, p<0,05).

Аппликация на червь мозжечка антагониста NMDA глутаматных рецепторов APV, за 1 час до обучения не оказывая влияния на кратковременное угашение АСР, вызывала подавление долговременного привыкания ее ориентировочно-исследовательской составляющей (рис.7).

Влияния APV на привыкание оборонительной компоненты АСР и поведение замирания не обнаружено.

Антагонист АМРА-рецепторов глутамата CNQX вызывал кратковременную сенситизацию АСР F(1, 9,190)=4,44, p<0,01 с возрастанием числа животных, демонстрирующих сенситизацию (9 из 18) и снижением численности подгруппы с угашением (3 из 18).

При этом CNQX стимулировал долговременное угашение ориентировочной составляющей АСР: индекс спонтанного восстановления в экспериментальной группе был достоверно выше, чем в контроле (p<0,05 по критерию Манна-Уитни), и повышение его происходило за счет подгруппы, которая в сеансе обучения демонстрировала сенситизацию.

В день тестирования у экспериментальных животных наблюдалась стимуляция угашения АСР по показателю b2, за счет более быстрого снижения амплитуды 1-3 ответов, т.е. на стадии доминирования ориентировочно-исследовательской составляющей реакции (рис.7). Влияния CNQX на поведение замирания обнаружено не было.

Антагонист ГАМК_А рецепторов бикукуллин при введении за 1 час до обучения вызывал повышение амплитуды АСР, не оказывая влияния на кратковременное угашение и спонтанное восстановление реакции, и нарушал привыкание АСР во второй половине сеанса, т.е., на стадии угашения оборонительной составляющей реакции (рис.8).

Факлофен, антагонист ГАМК_Б рецепторов, в аналогичных условиях не оказывал влияния на исходную амплитуду АСР, но, как и бикукуллин, вызывал нарушение долговременного привыкания оборонительной составляющей реакции (рис.8).

Рис. 8. Влияние антагониста ГАМК_А рецепторов бикукуллина и антагониста ГАМК_Б -рецепторов факлофена на динамику АСР при аппликации на червь мозжечка крыс за 1 час до начала обучения.

Введение таурина за 1 час до обучения приводило к нарушению кратковременного угашения (рис. 9) за счет уменьшения количества животных с b1>0 (1 из 19 по сравнению с 7 из 19 в контроле) и повышения количества крыс без выраженной тенденции в динамике АСР.

В то же время, таурин стимулировал долговременное привыкание ориентировочной компоненты АСР и по амплитуде первого ответа в день тестирования различий между группами не наблюдалось. В сеансе тестирования у животных, получавших инъекции таурина, было нарушено привыкание оборонительной составляющей АСР. Полученные результаты согласуются с данными о положительной корреляции коэффициентов b1 и b2 с исходным уровнем таурина и отрицательной корреляции между уровнем таурина при тестировании и индексом спонтанного восстановления АСР. Влияния таурина на поведение замирания выявлено не было.

При изучении уровня биогенных аминов и их метаболитов в гомогенате червя мозжечка обнаружено возрастание уровня норадреналина через 4 часа после обучения и тенденция к его снижению через 24 часа, не достигающая уровня достоверности. Уровень серотонина повышался через 5 минут и 4 часа после обучения, а через 24 часа его содержание снижалось на 60% по сравнению с контролем (рис.10А). Уровень 5-ОИУК достоверно снижался через 4 и 24 часа после обучения.

В условиях введения циклогексимида в червь мозжечка через 5 минут, но не через 2 часа после обучения снижения показателей активности серотонинергической системы не наблюдалось (рис. 10Б), таким образом, этот процесс зависит от синтеза белка в медиальном мозжечке.

Ритансерин - антагонист 5-НТ2 серотониновых рецепторов при введении до обучения не оказывал влияния на кратковременное угашение и спонтанное восстановление АСР, однако вызывал нарушение угашения оборонительной составляющей реакции (рис11А).

А Б

Рис. 11. Влияние ритансерина на динамику АСР. А - при аппликации на червь мозжечка крыс за 1 час до начала обучения, Б - за 1 час до начала тестирования.

У экспериментальных животных этой серии не наблюдалось также достоверного возрастания времени замирания в день тестирования по сравнению с днем обучения (показатель возрастания времени замирания составил 41,3±21,1с при контрольном уровне 77,4 ±9,6с, р<0,05). Введение ритансерина за 1 час до тестирования (рис.11Б) избирательно стимулировало угашение оборонительной компоненты АСР по данным дисперсионного анализа (для второй половины сеанса тестирования: F (1, 5, 175)=2,36, p<0,05) и по величине коэффициента b2 (0,63±0,15 по сравнению с 0,28±0,09, р<0,05). Влияния ритансерина на поведение замирания при введении перед тестированием обнаружено не было.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что глутаматэргические синаптические процессы, опосредующие сенсорную информацию от мшистых волокон, избирательно вовлечены в обеспечение долговременного угашения ориентировочной составляющей АСР. В то же время, с изменениями активности серотонинергических афферентов и находящихся под их модуляторным воздействием тормозных ГАМК/глицинэргических интернейронов (Калиниченко, Мотавкин, 2005), связано формирование и реализация долговременного угашения оборонительной составляющей АСР, а также формирование обстановочного пассивно-оборонительного поведения замирания. Выявленные нами факты также указывают на участие тауринергических механизмов как в обеспечении кратковременного привыкания/сенситизации, так и долговременного растормаживания/десенситизации АСР.

Исследование механизмов участия медиального мозжечка в обеспечении сенситизации и десенситизации АСР.

Анализ динамики АСР (рис. 2-4, 7-9, 11) показывает, что изменения амплитуды реакции носят неравномерный характер. Поэтому, наряду с коэффициентами b1 и b2, для характеристики процессов привыкания/сенситизации при обучении и тестировании оценивали закономерности колебательных процессов методом последовательных разностей, т.е. вычитанием последующего значения из предыдущего с дальнейшим анализом полученной последовательности (Бокс, Дженкинс, 1974). Было обнаружено, что изменение амплитуды АСР на стимул n - SDn, у контрольных крыс демонстрирует положительную корреляцию с амплитудой предыдущей реакции An (рис.12). В результате такой зависимости, отрицательные (сенситизация) и положительные (угашение) значения SDn чередуются с периодом в 1-2 стимула. В значительной степени от соотношения значений изменений амплитуды в сторону сенситизации или угашения, частоты и чередования таких изменений зависит динамика реакции в целом. Обнаружено, что нарушение соотношения привыкания и сенситизации в день обучения или долговременного угашения оборонительной составляющей АСР при воздействиях на червь мозжечка сопровождаются изменениями параметров, характеризующих колебательные изменения амплитуды АСР.

Рис. 12 Корреляционные зависимости между амплитудой АСР и ее последующим изменением, в сеансе обучения. Приведены данные по двум случайно выбранным контрольным животным. По оси абсцисс - амплитуда АСР (An), по оси ординат - последующее изменение амплитуды АСР (SDn)

Так, у адаптированных к контексту крыс аппликация ТТХ на червь мозжечка, наряду с нарушением кратковременной сенситизации, вызывает снижение коэффициента корреляции между SDn и An (0,61± 0,021 по сравнению с 0,72± 0,035 в контроле, p<0,01). Напротив, введение CNQX вызывает кратковременную сенситизацию АСР, а также повышение коэффициента корреляции между SDn и An (0,91±0,036 по сравнению с 0,76± 0,029, p<0,01). Таким образом, червь мозжечка вовлечен в процесс регуляции колебательных изменений АСР, осуществляемой на основе информации об амплитуде текущей реакции.

Обнаружено также, что у контрольных крыс во время обучения средняя амплитуда АСР, после которых наблюдаются SD c отрицательным значением

(А-), ниже, чем средняя амплитуда АСР, после которых следует SD c положительным значением (А+) (рис. 12). В сеансе тестирования у контрольных животных наблюдается снижение средней амплитуды АСР по сравнению с обучением, при этом средние значения А+ и А- также снижаются (табл.8). При аппликации циклогексимида или актиномицина D через 5 минут после обучения снижение значений А- в сеансе тестирования по сравнению с сеансом обучения не происходило, в то время как динамика значений А+ не отличалась от контрольной. Аналогичный эффект наблюдался при аппликации на червь мозжечка бикукуллина, факлофена и ритансерина до начала обучения, т.е., в тех случаях, когда имело место подавление угашения оборонительной составляющей АСР. Напротив, у животных, получавших ритансерин перед тестированием, наряду со стимуляцией долговременного привыкания оборонительной составляющей АСР, наблюдалось также снижение А- по сравнению с контролем (табл.8).

Таблица 8. Влияние ингибиторов синтеза белка и антагонистов нейромедиаторных рецепторов на показатели сенситизации/десенситизации и привыкания/растормаживания АСР

* - p<0,05 по сравнению с днем обучения (100%), ^ - p<0,05 по сравнению с контролем

Таким образом, можно предположить, что долговременное угашение оборонительной компоненты АСР отчасти обеспечивается процессами десенситизации, которые нарушаются при подавлении функций червя мозжечка.

Полученные данные свидетельствуют, что на ранних этапах консолидации долговременного угашения АСР пластические перестройки в коре медиального отдела мозжечка связаны с изменениями параметров работы механизмов, обеспечивающих соотношение сенситизации и привыкания при обработке информации поступающей от моторного аппарата. По сути дела, речь идет о том, что называют метапластичностью (Schweighofer N., Arbib M.A. 1998), - изменении алгоритма обработки информации, поступающей в систему. Нейрональными механизмами метапластичности могут являться дезингибиция и депотенциация (Калиниченко, Мотавкин, 2005), которые на поведенческом уровне проявляются в растормаживании и десенситизации. Результаты представленного исследования указывают, на вовлечение, серотонин- и ГАМК-глицинергической систем мозжечка в механизмы долговременной десенситизации, обеспечивающей привыкание оборонительной составляющей АСР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной нами работе при исследовании нескольких видов оборонительного поведения выявлены различные механизмы участия медиального мозжечка в процессах памяти и обучения. Эти результаты согласуются с данными о многообразии когнитивных и эмоциональных нарушений, наблюдаемых в клинике при поражениях мозжечка (Heath еt al., 1980, Калашникова и др.. 2000).

Гипотеза о существовании ментальных моделей, исходящая из концепции когнитивной дисметрии и теории моторного контроля Альбуса-Марра, также предполагает множественность механизмов вовлечения мозжечка в когнитивные процессы (Ito, 2005). Так, в гипотезе постулируется существование форвардной модели, обеспечивающей планирование действия, и инверсной модели, контролирующей его реализацию. Предполагается, что микромодули, кодирующие инверсную и форвардную модель, расположены в различных зонах полушарий мозжечка и имеют связи с разными отделами коры больших полушарий. Однако авторы гипотезы несколько механистически распространяют закономерности работы двигательного аппарата на когнитивные функции, не пытаясь на более высоком теоретическом уровне осмыслить общие принципы ментальных и моторных процессов, при этом, по их собственному признанию, из теоретических построений выпадают эмоции. Игнорируется роль сенсорных сигналов, и информации, поступающей в мозжечок по «модуляторным» (холин- и моноаминэргическим) входам (Molinari et al., 2005). Наконец, данная гипотеза базируется на сведениях о наличии избирательных связей различных областей полушарий мозжечка с отдельными областями коры больших полушарий мозга. Не представляется возможным рассматривать с ее позиций функции медиального мозжечка, имеющего диффузные связи практически со всеми областями коры, а также с лимбической системой.

Более плодотворным, на наш взгляд, является анализ полученных экспериментальных данных с позиций теории функциональных систем (П.К. Анохин, 1974, К.В. Судаков, 1984, 1997), согласно которой скоординированная динамическая активность различных отделов мозга определяется доминирующей мотивацией и обеспечивает достижение организмом полезного результата на основе саморегуляции. В нашей работе было изучено поведение животных на фоне интенсивной звуковой стимуляции, вызывающей безусловные оборонительные реакции, не сопровождающейся, однако, отрицательным подкреплением. Данная экспериментальная ситуация моделирует условия неопределенности, достаточно часто встречающиеся в повседневной действительности и создающие высокий уровень эмоционального напряжения, что может приводить к развитию невротических реакций (Willner, P, 1993). Активность формирующихся в ситуации неопределенности функциональных систем направлена на выработку адекватной стратегии поведения, которая обеспечивается достижением оптимального для индивидуума соотношения ориентировочно-исследовательских, активно- и пассивно-оборонительных реакций на основе реализации врожденных и формирования новых видов поведения (Толокнов А.В. и др., 1999).

Полученные в работе данные позволяют утверждать, что с функциями медиального отдела мозжечка связаны механизмы реализации врожденного пассивно-оборонительного поведения замирания в условиях изменения обстановочной афферентации. Обнаружено, что на фоне высокого уровня страха и тревоги, возникающего у неадаптированных животных при первом помещении в закрытую камеру небольших размеров, активность мозжечка направлена на предотвращение избыточного проявления пассивно-оборонительного поведения и обеспечение оптимального уровня исследовательской активности. В этих условиях у животных наблюдается высокий исходный уровень активно-оборонительной акустической стартл-реакции (АСР), а нарушение функций червя мозжечка не оказывает влияния на ее параметры.

При повторном помещении крыс в экспериментальную камеру (адаптированные животные), когда уровень страха и тревоги достоверно ниже, чем при первом ознакомлении с обстановкой, подавление активности мозжечка не оказывает влияния на длительность замирания, однако приводит к изменению соотношения времени замирания и амплитуды первой АСР. В условиях продолжающейся при обучении акустической стимуляции от функций червя мозжечка у адаптированных животных зависит соотношение кратковременного привыкания и кратковременной сенситизации АСР. Согласно литературным данным, изменения активности клеток Пуркинье в ответ на звуковую стимуляцию происходят слишком поздно для непосредственной инициации стартл-реакции (Mortimer, 1973, 1975, Welsh et al., 2002). В то же время, имеются многочисленные экспериментальные свидетельства модулирующего влияния обстановочных стимулов на амплитуду и динамику АСР (File a. Davis, 1994, Braff et al., 2006). Следовательно, выявленные при нарушениях функций мозжечка изменения параметров АСР отражают его роль в обеспечении влияния обстановочной афферентации и доминирующей мотивации на начальный уровень стартл-реакции и ее динамику в условиях продолжающейся стимуляции. С точки зрения теории функциональных систем, акустический сигнал в наших экспериментах является пусковым стимулом, реализующим ранее сформированную предпусковую интеграцию возбуждений в поведенческий акт. Таким образом, полученные результаты указывают, что вовлечение медиального отдела мозжечка в механизмы кратковременного привыкания/сенситизации АСР связано с его участием в процессах предпусковой интеграции возбуждений на стадии афферентного синтеза (П.К.Анохин, 1974, К.В.Судаков, 1997).

Вместе с тем, нами обнаружено, что динамика амплитуды АСР как при обучении, так и при тестировании включает периодическую компоненту, а разнонаправленные изменения величины реакции чередуются с периодом, в 1-2 стимула. Выявлена достоверная зависимость изменений амплитуды стартл-реакции от ее предыдущих значений. Обнаружено также, что нарушения активности медиального мозжечка приводят к существенным изменениям значений параметров, характеризующих зависимость динамики амплитуды АСР от ее предшествующих значений. Таким образом, червь мозжечка вовлечен в механизмы, опосредующие влияние поступающей в ЦНС информации о величине текущей стартл-реакции на ее последующие изменения. При этом информация об амплитуде АСР, поступающая в мозжечок, может быть представлена как проприоцептивными сигналами, так и копиями моторных команд (Ito, 2005). Согласно теории функциональных систем, взаимодействие коллатеральных возбуждений выходных нейронов, копирующих структуру выходного командного потока, с возбуждениями афферентной природы, отражающими содержание полученных результатов, составляют основу формирования акцептора результата действия как аппарата прогнозирования и оценки свойств приспособительного поведенческого результата. Таким образом, результаты анализа полученных нами экспериментальных фактов указывают, что медиальный мозжечок вовлечен не только в механизмы предпусковой интеграции, но также является элементом акцептора результата действия.

В представленном исследовании было показано, что при формировании различных видов оборонительного поведения медиальный мозжечок вовлечен в процессы долговременной памяти. Обнаружено, что с функциями червя мозжечка связаны процессы выработки и консолидации пассивно-оборонительной реакции условного замирания при воздействии обстановочных стимулов, ассоциированных с предъявлением интенсивных звуковых стимулов (обстановочное замирание). Кроме того, показано участие медиального мозжечка в обеспечении долговременного привыкания АСР. В условиях, когда стартл-стимулы предъявляются в отсутствие подкрепления, формирование приспособительного поведения направлено на достижение стабильной оптимальной для конкретного животного величины АСР, обеспечивающей адекватный ситуации уровень готовности к оборонительному поведению, однако без проявлений гиперреактивности. У адаптированных к обстановке крыс приближение к такому уровню наблюдается во второй половине сеанса тестирования, о чем, в частности, свидетельствует угашение тахикардической реакции, наблюдаемое в этот период. Достижение оптимальных значений АСР обеспечивается в результате кратковременного привыкания или сенситизации при обучении, а также формирования и консолидации долговременной памяти, которую можно оценить по двум параметрам: величине первой реакции в сеансе тестирования и изменению динамики реакции в сеансе тестирования по сравнению с обучением. Нами продемонстрировано, что в структуре первой АСР в сеансе тестирования доминирует ориентировочная составляющая. При этом регистрируемые изменения амплитуды первой реакции относительно уровня, достигнутого при обучении, свидетельствуют, что у животных, демонстрировавших кратковременную сенситизацию, наблюдается долговременная десенситизация, а у крыс, демонстрировавших кратковременное привыкание, имеет место долговременное растормаживание. Таким образом, достижение оптимального уровня ориентировочно-исследовательской составляющей АСР в начале сеанса тестирования обеспечивается механизмами спонтанного восстановления, компенсирующими недостаточную согласованность процессов кратковременной сенситизации и привыкания (Poon a.Young, 2006). В работе обнаружено, что червь мозжечка вовлечен в формирование и консолидацию долговременной памяти, обеспечивая долговременную десенситизацию и подавление долговременного растормаживания при достижении оптимального уровня ориентировочно-исследовательской составляющей АСР. Временной профиль вовлечения этого отдела мозга в формирование и консолидацию долговременного привыкания ориентировочной компоненты АСР совпадает с таковым для формирования и консолидации условного обстановочного пассивно-оборонительного поведения - реакции замирания. Согласно полученным данным, на стадии обучения активность мозжечка обеспечивает разнонаправленные долговременные изменения амплитуды АСР и времени замирания, тогда как на этапе консолидации влияние мозжечка на амплитуду АСР и поведение замирания носит однонаправленный характер. Эти результаты, по нашему мнению, свидетельствуют, что участие червя мозжечка как в привыкании ориентировочно-исследовательской составляющей АСР, так и в модуляции динамики реакции во время обучения, связано с процессами предпусковой интеграции, которые активируются под контролем акцептора результата действия при помещении животного в экспериментальную обстановку. Как указывают документированные нами факты, долговременное угашение ориентировочной составляющей АСР связано с активностью глутаматэргических проекций в кору червя мозжечка и тауринергическими механизмами, а формирование обстановочного условного замирания зависит от активности серотонинергического входа и ГАМК/глицинэргических интернейронов. Исходя из строения структурно-функциональной единицы коры мозжечка - микромодуля, включающего разветвленную сеть интернейронов, секретирующих «объемные» нейротрансмиттеры, в частности, оксид азота (Калиниченко, Мотавкин, 2003), а также из наличия множественных связей между отдельными микромодулями, можно полагать существование нейрофизиологических и молекулярных механизмов интеграции и взаимодействия нейромедиаторных процессов, обеспечивающих оптимальное соотношение пассивно- и активно-оборонительных форм поведения на разных этапах их формирования.

Выявлено, что с функциями мозжечка связано также изменение динамики АСР в сеансе тестирования по сравнению с сеансом обучения, характеризующее долговременное привыкание оборонительной составляющей АСР. При этом временной профиль консолидации и нейрохимические механизмы обеспечения угашения оборонительной составляющей реакции в мозжечке отличаются от таковых для привыкания ориентировочной компоненты АСР. Так, угашение оборонительной составляющей АСР обусловлено десенситизацией , которая связана с изменением параметров, характеризующих зависимость изменений амплитуды реакции от ее текущих значений. Обнаружено, что одним из нейромедиаторных механизмов десенситизации является снижение активности серотонинергических терминалей в коре мозжечка. Выявленное подавление серотонинергической нейротрансмиссии не является исключительно следствием снижения активности мозговых структур - источников соответствующих проекций в кору мозжечка. Нами показано, что снижение уровня серотонина и его метаболита при формировании угашения АСР зависит от синтеза белка в коре червя мозжечка и, следовательно, происходит в результате пластических перестроек в этом отделе мозга. Кроме того, обнаружено, что важную роль в угашении оборонительной составляющей АСР играет система ГАМК/глицин-эргических интернейронов червя мозжечка, получающих информацию от серотонинергических афферентов.

Таким образом, можно предположить, что участие медиального мозжечка в системных механизмах приспособительного поведения в условиях оборонительной мотивации связано с обеспечением предпусковой интеграции возбуждений, а также с формированием и функционированием акцептора результата действия. Полученные данные также свидетельствуют об избирательном и разновременном вовлечении в эти процессы отдельных нейромедиаторных систем червя мозжечка.

Обнаруженные закономерности можно выявить и при анализе литературных данных об участии мозжечка в формировании других видов поведения. Так, при выработке условного мигательного рефлекса, зависимая от функций мозжечка сенситизация на стадии афферентного синтеза приводит к возникновению мигательного акта в ответ на предъявление подпорогового для инициации этой реакции звукового условного сигнала. В дальнейшем наблюдается связанное с участием мозжечка в механизмах акцептора результата действия угашение генерализованной коротколатентной составляющей мигательной реакции и нарастание длиннолатентного адаптивного компонента мигательного акта, приуроченного по времени к моменту подачи подкрепления (Medina et al., 2001). При исследовании моторного обучения в ряде работ выявлено участие мозжечка как в формировании быстрых кинематических актов, так и обеспечении точности динамических движений, основанных на механизмах обратной связи (Krakauer, et al., 1999, 2006, Устинова К. и др., 2004).

Результаты клинических исследований, также свидетельствуют, что при поражениях мозжечка страдают процессы планирования и рабочая память, основанная на динамическом взаимодействии внутренней модели с информацией от сенсомоторного аппарата (Зуева, 2003). С нарушениями выбора стратегии поведения при поражениях мозжечка могут быть связаны симптомы, наблюдаемые при аутизме и синдроме де ля Туретта, а дефицит рабочей памяти может сказываться на речевой функции и приводить к развитию некоторых симптомов шизофрении (Ito, 2005).

Таким образом, гипотеза о вовлечении медиального мозжечка в механизмы афферентного синтеза, а также формирование и функционирование акцептора результата действия, высказанная на основании полученных в настоящем исследовании результатов, позволяет интерпретировать многообразные изменения когнитивных и эмоциональных процессов, наблюдаемые при нарушениях функций мозжечка в экспериментальных и клинических условиях

ВЫВОДЫ

1. Исследованы механизмы участия медиального отдела мозжечка (червя) в процессах кратковременной и долговременной памяти, обеспечивающих формирование и реализацию различных видов оборонительного поведения.

2. Подавление активности медиального отдела мозжечка стимулирует проявление врожденного пассивно-оборонительного поведения замирания, и угнетает кратковременную сенситизацию акустической стартл-реакции. В сравнении с гиппокампом, указанные эффекты инактивации червя мозжечка проявляются при более высоком уровне оборонительной мотивации.

3. Нарушение активности медиального мозжечка подавляет формирование условного обстановочного страха, вызванного интенсивной звуковой стимуляцией, при этом наблюдаются однонаправленные долговременные изменения поведения замирания и угашения ориентировочно-исследовательской составляющей акустической стартл-реакции.

4. При формировании долговременного привыкания акустической стартл-реакции в условиях нарушения активности червя мозжечка наблюдается изменение соотношения долговременной десенситизации и долговременного растормаживания - процессов, обеспечивающих оптимальный уровень ориентировочно-исследовательской составляющей генерализованного активно-оборонительного поведения.

5. Нарушение функциональной активности червя мозжечка в условиях клеточной гипоксии, вызванной азидом натрия, и при действии белка S00b в дозе, вызывающей апоптоз, подавляет кратковременное и долговременное привыкание акустической стартл-реакции, а также формирование условного страха. Снижение уровня гипоксических поражений клеток Пуркинье под влиянием пептида HLDF6 уменьшает выраженность нарушений формирования условного замирания и долговременного привыкания ориентировочно-исследовательской составляющей акустической стартл-реакции.

6. Обнаружено, что подавление синтеза белка в медиальном мозжечке в различные сроки после обучения оказывает избирательное влияние на формирование различных видов оборонительного поведения. Ингибиторы синтеза белка, апплицируемые на червь мозжечка непосредственно после обучения, подавляют консолидацию долговременной десенситизации оборонительной составляющей акустической стартл-реакции, тогда как их введение через 2 часа после обучения избирательно нарушает консолидацию долговременного угашения ориентировочно-исследовательской компоненты акустической стартл-реакции и консолидацию условного обстановочного страха; при этом наблюдаются разнонаправленные изменения поведения замирания и долговременного угашения стартл-реакции.

7. Обнаружено, что участие медиального мозжечка в механизмах десенситизации оборонительной компоненты стартл-реакции обусловлено поступлением в эту структуру информации от моторного аппарата.

8. На различных этапах формирования долговременного угашения акустической стартл-реакции и условного обстановочного страха в черве мозжечка наблюдаются избирательные изменения активности отдельных нейромедиаторных систем. Непосредственно после обучения повышается уровень гамма-аминомасляной кислоты и серотонина, в то время как через 24 часа возрастает содержание глутамата и глицина, а также снижается уровень серотонина и 5-оксииндолил-уксусной кислоты; при повторной звуковой стимуляции в сеансе тестирования наблюдается возрастание уровня таурина.

9. Изменения уровня ГАМК и глицина, наблюдаемые в день обучения, демонстрируют положительную корреляцию с показателем формирования условного замирания, изменения уровня глутамата - положительную корреляцию с показателем долговременного привыкания ориентировочной составляющей акустической стартл-реакции, а показатели динамики таурина - положительно коррелируют с индексом кратковременного угашения стартл-реакции и отрицательно - с долговременным привыканием ее ориентировочной составляющей.

10. Экспериментальные воздействия на активность определенных нейромедиаторных систем червя мозжечка до начала обучения оказывают избирательное влияние на формирование различных видов оборонительного поведения: таурин и антагонисты глутаматных рецепторов вызывают изменения кратковременного привыкания акустической стартл-реакции и формирования долговременного угашения ее ориентировочной составляющей; антагонисты рецепторов ГАМК бикукуллин и факлофен, а также антагонист 5-НТ2-рецепторов серотонина ритансерин нарушают долговременную десенситизацию оборонительной составляющей стартл-реакции и формирование условного замирания.

11. Экспериментальные воздействия на активность червя мозжечка в различные временные периоды после обучения указывают на вовлечение серотонинергической системы медиального мозжечка в обеспечение консолидации и воспроизведения долговременной десенситизации оборонительной составляющей стартл-реакции. Обнаружено, что введение перед сеансом тестирования антагониста 5-НТ2-рецепторов серотонина стимулирует десенситизацию стартл-реакции; в то же время аппликация ингибитора синтеза белка на червь мозжечка через 5 минут после обучения подавляет долговременную десенситизацию и повышает активность серотонинергической системы, регистрируемую через 24 часа после обучения.

12. Полученные результаты позволяют обосновать положение о том, что участие медиального мозжечка в механизмах приспособительного поведения в условиях оборонительной мотивации связано с обеспечением процессов предпусковой интеграции на стадии афферентного синтеза, а также с формированием и функционированием акцептора результата действия. Участие червя мозжечка в указанных процессах осуществляется на основе избирательного и разновременного изменения активности определенных нейромедиаторных систем в этом отделе мозга

Основные публикации, в которых отражено содержание диссертации

1. Storozeva ZI, Pletnicov MV. Habituation of acoustic startle in rats: a functional ablation study.// Neuroreport, 1994, v. 27, N 16, p. 2065-8.

2. Pletnikov MV, Storozheva ZI Developvental analysis of habituation of the acoustic startle response in the preweanling and adult rat.// Behavioral processes, 1994, v.34, p.269-78.

3. Pletnikov MV, Storozheva ZI, Sherstnev VV. Relationship between memory and fear: developmental and pharmacological studies.// Pharmacol Biochem Behav., 1996, v.54, N1, p.93-8.

4. В.В. Шерстнев, М.В.Плетников, З.И.Сторожева, А.Т.Прошин Избирательное влияние моноклональных антител к нейроростовому белку А3G7 на центральные механизмы различных видов оборонительного поведения у взрослых крыс.// Жур. высш. нервн. деят., 1997, т. 47, № 6, с.965-71.

5. Шерстнев В.В., М.В.Плетников, З.И.Сторожева, Г.Ельникова, Т.М.Панкова, М.В.Старостина, М.Б.Штарк. Моноклональные антитела к ассоциированному с ростом нервной ткани белку А3G7 нарушают про-цессы обучения и памяти у взрослых крыс // Бюлл. эксп. биол. и мед., 1998, № 8, с.23-30.

6. Сторожева З. И., Афанасьев И. И., Кудрин В. С., Прошин А. Т. Динамика содержания и скорости метаболизма внеклеточного дофамина в стриатуме мозга крыс при формировании угашения акустической стартл-реакции // Нейрохимия, 1999, т. 16, № 1, с. 50-53.

7. Cторожева З. И., Прошин А. Т. Махмутов Р.Я. Изучение латентного ситуационного торможения сердечного компонента реакции вздрагивания на звуковой стимул у крыс // Жур. высш. нервн. деят., 1999, т. 49, № 6, с. 999-1007.

8. Sherstnev VV, Pletnikov MV, Storozheva ZI, Proshin AT. The selective effects of a monoclonal antibody against neural growth-related protein A3G7 on central mechanisms of several types of defensive behavior in adult rats.// Neurosci Behav Physiol., 1999, v. 29 N1, p.91-5

9. Шерстнев В. В., Грудень М. А., Сторожева З. И., Прошин А. Т. Участие нейротрофических факторов в центральных механизмах поведения у взрослых животных // Российский физиологический журнал, 1999, т. 85, № 1, с. 21-28.

10. Sherstnev VV, Storozheva ZI, Gruden MA, Proshin AT. The involvement of neurotrophic factors in the central mechanisms of behavior in adult animals.// Neurosci Behav Physiol., 2000, v.30, N 3, p.255-60.

11. Шерстнев В.В., Грудень М.А., Сторожева З.И., Прошин А.Т. Гетерохрония участия нейротрофических факторов в нейрохимической организации процессов обучения и памяти в зрелом организме.// Российский физиологический журнал, 2001, т.87, № 6, с.752-61.

12. Сторожева З.И., Афанасьев И.И., Прошин А.Т., Кудрин В.С. Динамика содержания внеклеточного дофамина в мозге крыс при формировании условного обстановочного страха и угашения акустической реакции вздрагивания. // Журн. высш. нервн. деят., 2002, т. 52, № 2, с. 189-194.

13. Storozheva ZI, Afanas'ev II, Proshin AT, Kudrin VS Dynamics of dopamine contents in the rat brain during the formation of conditioned contextual fear and extinction of an acoustic startle reaction // Neurosci Behav Physiol., 2003 , v.33, N 4, p. 307-12.

14. Жохов С.С., Костанян И.А., Гибанова Н.В., Сурина Е.А., Сторожева З.И., Бабиченко И.И., Липкин В.М. Сходство и различие действия пептидов TGENHR и TQVEHR на промиелоциты линии HL-60 и клетки Пуркинье червя мозжечка крыс.// Доклады академии наук. 2004, т. 394, № 5, с. 696-706.

15. Жохов С.С,, Костанян И.А., Гибанова Н.В., Сурина Е.А., Сторожева З.И., Бабиченко И.И., Липкин В.М. Различные механизмы протективной и дифференцировочной активности гомологичных пептидов TGENHR и TQVEHR.// Биохимия. 2004, т. 69, № 8, с. 861-9.

16. Сторожева З.И. Киренская А.В. Предстимульная модификация стартл-реакции как перспективный метод психофизиологических исследований в биологической психиатрии. //Российский психиатрический журнал, 2007, №.1, с.71-79.

17. Сторожева З.И. Участие мозжечка в системных механизмах различных видов оборонительного поведения // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2007, т. 143, №3, с. 247-251.

18. Сторожева З.И. Участие червя мозжечка в консолидации долговременной памяти различных видов оборонительного поведения.// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2009, т. 147, №11, с. 495-8.

19. Прошин А. Т., Сторожева З. И. Сравнительный анализ участия гиппокампа и мозжечка в процессах привыкания реакции вздрагивания на звуковой раздражитель у взрослых крыс // Экспериментальная и прикладная физиология, Москва, 1998, т. 7, с. 334-335.

20. Sherstnev V.V., Gruden M.A., Storozheva Z.I., Proshin A.T. Neurotrophic factors as molecular markers of behavioural functional system formation // Basic and clinical aspects of the theory of functional sysmems, Novi Sad, 1998, p. 91-96.

21. Прошин А.Т., Сторожева З.И., Махмутов Р.Я.,.Шерстнев В.В. Избирательное влияния белка S-100b в про- и антиапоптотических дозах на отдельные этапы формирования оборонительного поведения у взрослых крыс. // Экспериментальная и прикладная физиология, Москва, 2001, т. 10, стр. 332.

22. Прошин А.Т., Сторожева З.И., Грудень М.А., Юрасов В.В., Огарева Н.В., Костанян И.А., Бабиченко И.И., Шерстнев В.В. Биологическая активность пептида HLDF6 - фактора клеточной дифференцировки. // Экспериментальная и прикладная физиология, Москва, 2000, т. 9, с. 251-252.

23. Сторожева З.И. Участие мозжечка в системных механизмах различных видов оборонительного поведения.//. Экспериментальная и прикладная физиология. Москва, 2006, т.13, с 60-79.

24. Сторожева З.И. Нейрохимические механизмы в мозжечке и процессы консолидации оборонительного поведения. // Функциональные системы организма в норме и патологии. Минск. РИВШ.2008, с. 336-341.

25. Sherstnev V., Gruden M, Storozheva Z, Shumova E., Proshin A. Heterochronic involvement of nervous growth factor - protein S100-b in learning and memory mechanisms in adult brain. European Journal of Neuroscience. Volume 10 Supplement 10 1998. Abstr. Forum of European Neuroscince. p.154, N.056.82.

26. Proshin A.T., Storozheva Z.I., Makhmutov R..J. Participation of cerebelum and hippocampus in conditional contextual fear and acoustic startle habituation : functional ablation study. In: “Conceptual advances in the studies of associative learning and memory” Abstr. Of International Meeting , Devoted to 150-year Anniversary of I.P.Pavlov. Moscow, September 23-26, 1999, p.81.

27. Шерстнев В. В., Грудень М. А., Сторожева З. И., Прошин А. Т., Махмутов Р. Я. Участие нейротрофического фактора - белка S100b в процессах обучения и памяти у взрослых животных. ХХХ Всероссийское совещание по проблемам высшей деятельности, Санкт-Петербург, 2000, т. 1, с. 192-193.

28. Sherstnev V.V., Gruden M., Storogeva Z., Yurasov V., Proshin A. Synaptic and biosynthetic processes at cerebellum and hypocampus in adult animals during learning and amnesia caused by antibodies to neurotrophic factors. // Behav. Pharm. Abstr. EBBS-EBPS-2001 meeting, Vol. 12, Suppl. 1, Aug. 2001, S95.

29. Шерстнев В.В., Сторожева З.И., Юрасов В.В., Яковлева Н.Е., Грудень М.А., Костанян И.А., Пузырев А.В. Участие пептидных фрагментов фактора дифференциации клеток HLDF в процессах обучения и апоптоза в зрелом мозге. Материалы Российского симпозиума по химии и биологии пептидов. Москва, 17-19 ноября 2003 г. с.94.

30. Storozheva Z.I., Kostanyan I.A., Bogachuk A.P., Proshin A.T, Surina E.A., Yurovsky V.V. New protective peptide for neurodegeneration correction: effect on beta-amyloid toxicity. Abstracts of SIXTH IBRO World Congress of neuroscience. Prague July 13-18 2003. N 1317.

31. Sherstnev V.V., Storozheva Z.I., Pletnikov M.V., Gruden M.A., Proshin A.T. Antibodies to neurotrophic factors modulate different kinds of defensive behaviour in adult rats, Abstracts of the PsychoNeuroimmunology Research Society Meeting in J. Neuroimmunomodulation, 1998, v.5, P.47

32. Sherstnev V.V., Gruden M.A., Storogeva Z.I., Shumova E.A., Proshin A.T. Molecular heterochronia of memory trace. Abstract of 1V Eurupean Research Conference : Neural Mechanisms of learning and memory " Dynamics of the trace", 1998, Italy,P. A35.

33. Sherstnev V.V., Gruden M.A., Storozheva Z.I., Proshin A.T., Kuzilina V.B. Molecular mechanisms of neurotrophic factor - S100B participation in leaning and memory processes // Abstracts, Society for neuroscience, New Orleans, 2000, p. 2240.

34. Kostanyan I.A., Storozheva Z.I., Bogachuk A.P., Proshin A.T., Surina E.A., Makchmutov R.Y., Yurovsky V.V. New protective peptide for neurodegeneration correction. // Neurobiology of aging, The 3^rd conference of neurobiological society, Orlando, USA, SEPTEMBER 25-29, 2002 P.345

35. Sherstnev V.V., Gruden M.A., Storogeva Z.I., Kostanyan I.A., Proshin A.T, Yurasov V.V Gubskaya O.B., Jakovleva N.K., Skvortcova V.I. Participation of endogenous regulators of apoptosis in mechanisms of specific brain functions at normal and pathological conditions. Xth World Congress on Psychiatric Genetics, 2002. p. 264

36. Шерстнев В.В., Сторожева З.И., Прошин А.Т., Грудень М.А., Kостанян И.А Влияние пептидных фрагментов фактора HLDF, обладающих про- и антиапоптотической активностью, на процессы обучения и памяти. Материалы сб. Международной Конференции: Новые информационные технологии в медицине и экологии IT+ME'2003, Гурзуф, Крым, Украина, стр.343-344

37. Sherstnev V.V., Gruden M.A., Storogeva Z.I., Yurasov V.V., Jakovleva N.K Effect of protein S100b on caspase- 3 activation and specific fragmentation DNA in nervous cells of various brain structures at doses which modulate learning and memory (2003)Abstracts of BNA, Harrogate , UK p.172.

38. Storozheva Z.I. Comparative study of cerebellum and hippocampus participation in different types of defensive behaviour. International Symposium “Hippocampus and memory” Abstracts. Pushchino, Russia, p.108. 2006.

39. Сторожева З.И. Механизмы оборонительного поведения и нейрохимические процессы в мозжечке. Тезисы докладов XX Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова. Москва, 2008. с. 92.

40. Сторожева З.И., Прошин А.Т. Избирательное вовлечение нейромедиаторных систем мозжечка в механизмы формирования различных видов оборонительного поведения. // Жур. высш. нервн. деят., 2010, т. 60, № 3-4 (принята в печать).