Повышение внутримозгового содержания нейромодулятора серотонина после электрической стимуляции ядер шва, а также снижение содержания биогенных моноаминов после внутрибрюшинного введения резерпина вызывали разнонаправленную пластификацию синаптических связей во входных, выходных и ассоциативных нейронных ансамблях бочонковой колонки С1 коры мозга крысы и модулировали уровень ее возбуждения за счет изменения количества фоновоактивных нейронов, а также частоты и структуры их импульсных разрядов. Показана зависимость характера сдвигов частоты, структуры импульсных разрядов, плотности кросскорреляционной взаимосвязи соседних нейронов от предыдущего уровня возбуждения колонки. Новизна работы состоит в модульном аспекте рассмотрения моноаминергических механизмов синаптической пластичности корковых нейронов в контексте действующего в пределах фокальной бочонковой колонки гипотетического авторитмичного сканирующего механизма формирования временной связи.

Механизмы регуляции уровня возбуждения корковых нейронов и модуляции эффективности их связей опосредованы наряду с холинергическими нейромедиаторными системами также и влияниями со стороны нейромодуляторных структур ствола мозга, синтезирующих моноамины: серотонин (СТ), норадреналин и дофамин /2,4,5,6,12,23/. СТ, который транспортируется к коре мозга из ядер шва, рассматривается в качестве нейромодулятора, обеспечивающего механизмы положительного подкрепления посредством стабильного повышения при обучении уровня возбуждения и кросскорреляционного взаимодействия корковых нейронов /4,16,18/. Методами электронной микроскопии показано, что терминали проецирующихся к неокортексу восходящих СТ-ергических пучков не образуют типичных синаптических контактов на мембране нейронов. Они в виде варикозных расширений на большом протяжении выстилают двойным слоем плотно заполненное перикарионами, дендритами и глией межнейронное пространство, и обеспечивают непосредственный контакт транспортируемого моноамина с синапсами специфических и неспецифических афферентов /14,15/. Возбуждение СТ-ядер вызывает быстрое насыщение пресинапсов, которые не имеют собственной постсинаптической комплиментарной части.

Синапсы такой химической природы и конструкции больше не встречаются ни среди корково-корковых, ни среди окончаний иных проекционных систем мозга. Это свидетельствует об их особой роли в обеспечении мозговых функций. Высказано предположение, что моноаминергические системы специфично и адресно модулируют эффективность синапсов первичных специфических, неспецифических и ассоциативных афферентов. Тем самым они обеспечивают необходимый уровень пластичности межнейронных взаимодействий при формировании временных связей и памятных следов /4,16,18/. Модулирующие влияния восходящей моноаминергической системы опосредованы через регуляцию уровня возбуждения корковых нейронов за счет активации вторичных посредников - циклических нуклеотидов /17/, что обеспечивает стабилизацию пластифицированных в ходе обучения межнейронных связей.

Плодотворной для развития идеи о модулировании синаптической эффективности со стороны моноаминергических структур оказались математическая и нейрофизиологическая модели Жадина М.Н. /4,5/, описывающие динамику активности корковых нейронов при длительном воздействии положительного и отрицательного подкрепления на нейроны коры мозга. В основу модели положена гипотеза /4,16,18/, согласно которой СТ- и норадреналинергическая системы являются конечными звеньями, соответственно, положительного и отрицательного подкрепления, вызывающего устойчивые изменения эффективности корково-корковых синапсов. В модели при длительном действии моноамина, обеспечивающего положительное подкрепление, любые превышающие средний уровень изменения уровня активности нейронов доводятся до своих крайних проявлений - предельно высокому и предельно низкому. Баланс возбуждения и торможения при такого рода положительном подкреплении характеризуется крайней неустойчивостью: под влиянием каждой достаточно мощной афферентной посылки в системе происходят быстрые переходы от одного уровня возбуждения на другой. В присутствии моноамина, обеспечивающего отрицательное подкрепление, все происходит с точностью до наоборот: и сильно, и слабо возбуждающиеся нейроны в соответствии с предложенной схемой переходят на устойчивый к разного рода афферентным посылкам промежуточный уровень возбуждения.

В соответствии с нейрофизиологическими данными поведение корковых нейронов в присутствии СТ и норадреналина согласуется с предложенной математической моделью /2,3,5,7/. В работе /12/ длительная аппликация СТ и норадреналина вызывала более сложные по характеру изменения структуры фоновой импульсной активности нейронов зрительной и сенсомоторной областей коры мозга у кроликов, чем простое возбуждение и торможение в ответ на аппликацию нейромедиаторов ацетилхолина и ГАМК. Были также продемонстрированы различные типы реакций корковых нейронов на один и тот же нейромодуляторный моноаминергический стимул: конечный результат при этом обнаружил зависимость, как и предсказано моделью, от исходного уровня возбуждения коркового нейрона. Тем самым подтверждены представления о том, что нейромодуляторы в отличие от нейромедиаторов, действие которых локально и кратковременно, не вызывают простого возбудительного или тормозного эффектов, а влияют на текущую деятельность нейрона, изменяя ее в течение длительного времени в том или ином направлении /1,20,21/.

Краткий обзор наиболее значимых работ, посвященных исследованию механизмов модулирования синаптической эффективности в реальных нейронных сетях и их моделях, свидетельствует о важной роли моноаминергических систем мозга в нейрохимическом обеспечении его ассоциативных функций. Вместе с тем многие аспекты роли и механизмов участия моноаминергических систем в условнорефлекторной деятельности, а также в процессах самоорганизации элементарных нейронных ансамблей /8/ остаются не ясными, либо требуют уточнения. В данной работе исследованы нейронные корреляты временной связи при пониженном после внутрибрюшинного введения резерпина и повышенном после электрической стимуляции ядер шва уровне возбуждения фокальной колонки представительства условного стимула (УС) в С1 коры мозга крыс.

Методика

Опыты выполнены на белых беспородных крысах обоего пола весом 120-200 г, оперированных под эфирным наркозом, обездвиженных тубокурарином (1,5 мг/кг в/м) и переведенных на искусственное дыхание. Трахеотомия не проводилась: воздух в легкие нагнетался через ноздри. Использована местная анестезия (0,5% р-р новокаина) операционного поля. Голова крысы фиксировалась с помощью игольчатых головодержателей. Череп трепанировался над постеромедиальной субзоной бочонков (ПМСБ) корковой области С1 по координатам: 2-3 мм каудальнее брегмы и 5-6 мм латеральнее сагиттального шва. Фоновую импульсную активность нейронов и фокальные ВП регистрировали одиночными стеклянными микроэлектродами (электролит - 2,5 М р-р NaCl) с сопротивлением не ниже 5 мОм, а в ряде случаев склеенными по три-пять вольфрамовыми в стеклянной изоляции микроэлектродами (0,5-1 мОм, расстояние между кончиками - 70-100 мкм), которые погружались в кору перпендикулярно ее поверхности с помощью наклонного манипулятора, оснащенного шаговым двигателем. Регистрацию осуществляли при полосе 2-2000 Гц на входных фильтрах электроэнцефалографа 4ЭЭГ-03. Импульсная активность после предварительного формирования на 4-канальном амплитудном анализаторе АА-4 записывалась на 14-канальный магнитограф EАМ-500 (ЧССР, г. Прага) и вводилась в персональный компьютер IBM-PC/AT-386 для текущей и последующей обработки.