ORGANIZATION OF CONNECTIONS OF THE ROSTROMEDIAL TEGMENTAL NUCLEUS WITH THE STRUCTURES OF MORPHO-FUNCTIONAL SYSTEM OF BRAIN BASAL GANGLIA IN DOGS

Full Text

В последние годы всё большее число структур ствола мозга на основании обширных связей с базальными ганглиями и вовлечении их в общие функции и патогенез нервных заболеваний относят к морфофункциональной системе этих ядер. К таким структурам относят ростромедиальное тегментальное ядро (РМТЯ), комплекс структур глубокого мезенцефалического ядра, неопределённую зону, педункулопонтийное ядро [9, 11, 13, 16, 18-20]. Эти ядра являются структурами базальных ганглиев, проецирующимися на нижележащие исполнительные центры, и полагают [9, 13, 17, 18], что они принимают участие в реализации многих общих функций. РМТЯ, выделенное из каудальной области вентрального тегментального поля, оказывает тормозный контроль на дофаминовые системы и играет значительную роль в разных аспектах адаптивного поведения [11, 12]. Было высказано предположение, что это ядро больше вовлечено в модуляцию структур, получающих от него восходящие проекции, нежели нижележащих структур, на которые направлены его нисходящие проекции [12]. Восходящие проекции РМТЯ на вышележащий стриопаллидум у собаки были исследованы [2], а проекции на нижележащие ядра ствола мозга, относящиеся к морфофункциональной системе базальных ганглиев, и их пространственная организация не рассматривались не только у собаки, но и у других животных. Следует заметить, что все названные выше структуры неоднородны по морфологическим, нейрохимическим и функциональным характеристикам [1-5, 8, 9, 11, 12, 16, 17, 20]. Ранее в паллидуме, на основании преобладания связей с лимбическими или моторными структурами, были выделены лимбические (вентральные отделы паллидума) и моторные (дорсальные отделы паллидума) области, а также территории, связанные с функционально различными источниками (энтопедункулярное ядро) [3, 15]. В структурах ствола мозга также были выделены функционально различные области. На основании установленных связей разных секторов неопределённой зоны с функционально специфическими мозговыми центрами в ней были выделены лимбические (ростральный и дорсальный) и сенсомоторные (вентральный и каудальный) сектора [9]. Наличие преобладающих связей с моторными структурами и участие в контроле локомоции позволяет рассматривать медиальную область диффузной части педункулопонтийного тегментального ядра, определяемую также как мезенцефалическое экстрапирамидное поле, как моторную область [3, 18]. Латеральная область диффузной части и компактная часть этого ядра получают проекции функционально различных источников [3, 20]. Все подструктуры комплекса глубокого мезенцефалического ядра имеют существенные связи с моторными образованиями, задействованы в организации моторных актов и могут быть отнесены к моторным структурам [18, 20]. В РМТЯ выделены лимбический медиальный и моторный латеральный сегменты [11, 12]. Цель настоящего исследования - изучить проекции разных сегментов РМТЯ на функционально различные сегменты паллидума, структур комплекса глубокого мезенцефалического ядра, неопределённой зоны, педункулопонтийного ядра мозга собаки. Материал и методы . Работа выполнена на 25 взрослых беспородных собаках в соответствии c приказом № 20а/1252 от 23 июня 2009 г. ИФ РАН о возможности использования в исследованиях собак. Операцию, как и перфузию, осуществляли под внутривенным наркозом пропофола (фирма Б. Браун Мельзунген АГ, Германия) (2,5 мг/кг) после предварительного внутримышечного введения рометара (4 мг/кг). В качестве маркеров использовали 0,12-0,08 мкл 40% водного раствора пероксидазы хрена (ПХ) (Sigma, тип VI, США). В стерильных условиях по стереотаксическим координатам атласа [7] маркер вводили шприцем Гамильтона в функционально различные области: неопределённой зоны, педункулопонтийного ядра, структур комплекса глубокого мезенцефалического ядра, ядер паллидума. Спустя 48 ч после введения маркера под глубоким наркозом производили перфузию головного мозга. Эту процедуру, а также последующую обработку мозга осуществляли по прописи [14], используя тетраметилбензидин для гистохимического выявления ПХ в телах нейронов. Для анализа были отобраны животные с четкой локализацией инъецированных маркеров в структурах базальных ганглиев. Определение фронтальных уровней гистологических срезов мозга и исследуемых структур базальных ганглиев проводили в соответствии с используемым атласом мозга собаки и собственных данных по их идентификации [1, 4, 5]. У каждого животного маркированные клетки ПХ в исследуемых сегментах РМТЯ подсчитывали на каждом срезе мозга всей фронтальной серии и отбирали те срезы, на которых было их максимальное число. Как описано в других нейроморфологических исследованиях [9, 11, 12, 17], все суммированные клетки делили на число отобранных срезов, и полученное среднее количество маркированных нейронов в РМТЯ заносили в таблицу, обозначив его + (от 1 до 3 нейронов) или ++ (от 4 до 10 нейронов). Результаты исследования . Распределение меченых нейронов в отдельных сегментах РМТЯ при инъекциях ретроградного маркера в отдельные сегменты структур морфофункциональной системы базальных ганглиев представлено в таблице. Полученные данные свидетельствуют, что проекционные волокна нейронов РМТЯ направлены в основном на структуры паллидума и в меньшей степени - на нижележащие ядра ствола мозга. Медиальный и латеральный сегменты РМТЯ в 1-й группе животных с введением маркера в ядра комплекса глубокого мезенцефалического ядра (собаки № 1-6) не содержали меченых клеток. У животных 2-й группы, которым инъецировали маркер в неопределённую зону, только при введении его в её лимбический ростральный сегмент были обнаружены маркированные нейроны в медиальном лимбическом сегменте РМТЯ у собаки № 7. У животных 3-й группы с введением маркера в латеральный сегмент диффузной части и в компактную часть педункулопонтийного ядра (собаки № 15-16), получающие проекционные волокна от нейронов функционально различных источников, меченые клетки были выявлены также только в медиальном лимбическом сегменте РМТЯ (рисунок). В 4-й группе у собак № 18-19, которым вводили маркер в дорсальный сегмент бледного шара, меченых клеток в РМТЯ обнаружено не было. Когда зона введения маркера была локализована в дорсальном и вентральном сегментах бледного шара (собаки № 20-21), в энтопедункулярном ядре (собаки № 22-23), иннервированные волокнами нейронов из функционально различных структур, и медиальный лимбический и латеральный моторный сегменты РМТЯ содержали маркированные нейроны. При инъекции маркера в лимбический вентральный паллидум (собаки № 24-25) меченые нейроны были выявлены только в медиальном лимбическом сегменте РМТЯ (см. рисунок). Нейроны, маркированные ПХ, варьировали по размеру от большого (50 мкм) до среднего (25-30 мкм). По форме в РМТЯ встречались веретеновидные, треугольные и полигональные нейроны со слабоветвящимися толстыми дендритами и аксоном с малочисленными коллатералями, иногда бифуркационно расходящимися (см. рисунок). Обсуждение полученных данных. В организации исследуемых проекционных систем выявлены элементы топики, указывающие на возможность сегрегированного проведения информации между лимбическими сегментами РМТЯ и однородными областями ядер базальных ганглиев. Так, проекционные волокна медиального лимбического сегмента РМТЯ иннервируют лимбический ростральный сегмент неопределённой зоны, вентральный сегмент бледного шара и лимбический вентральный паллидум. Однако, наряду с сегрегированным проведением лимбической информации, установлено, что волокна лимбического медиального сегмента РМТЯ проецируются на части педункулопонтийного ядра, где перекрываются с поступающими в него волокнами от нейронов из функционально различных источников. Кроме того, проекционные волокна лимбического медиального и моторного латерального сегментов РМТЯ поступают в энтопедункулярное ядро, иннервированное волокнами из функционально различных ядер. Таким образом, в большей мере в рассматриваемых проекционных системах преобладает конвергентное проведение функционально различной информации, свидетельствующее о возможности интеграции разномодальной информации в нижележащих ядрах морфофункциональной системы базальных ганглиев. Изложенные факты позволяют заключить, что взаимодействие разных систем, необходимое для осуществления сложных поведенческих актов, может происходить не только в основных ядрах стриопаллидума [8, 18], но и в более широком спектре подкорковых структур, входящих в систему базальных ганглиев, что дополняет сведения об анатомической основе интеграции функционально различной информации в данной системе. Нейроморфологи полагают, что зоны перекрытия афферентных проекций из функционально различных источников в базальных ганглиях [8, 11], а также продемонстрированная синаптическая конвергенция проекционных волокон из функционально различных структур на одиночном нейроне в полях перекрытия проекций во многих ядрах базальных ганглиев [6] обеспечивают анатомический субстрат интегративной обработки информации. Выявленные в РМТЯ у собаки маркированные нейроны с немногочисленными редковетвящимися толстыми дендритами и длинными аксонами принадлежат к редковетвистым длинноаксонным изодендритическим глобальным [21] единичным нейронам, рассеянным среди других нейронов почти во всех подкорковых структурах и коре большого мозга. Такой нейрон является мишенью большого числа проекционных волокон нейронов из многих структур мозга, проецирующихся на эти ядра, а длинный аксон такого нейрона передает импульсы на нейроны отдалённых структур, обеспечивая оптимальный субстрат для интегративной функции. Было заключено, что «глобальные» нейроны образуют непрерывную сеть, которая распространяется от базальных ганглиев до спинного мозга. Существование такой сети подтверждают идентифицированные у собаки в РМТЯ «глобальные нейроны», которые вместе с «глобальными» нейронами базальных ганглиев, на которые они проецируются, образуют «глобальную» сеть. Полагают, что нейроны такой сети ответственны за наблюдаемые у неврологических больных патологические симптомы [21], рассматриваемые как сетевые и обусловленные именно патологией базальных ганглиев - тегментальной системы [18, 19]. В последнее время [10] предлагается уделять большее внимание пространственной организации проекций, которая в существующих общепринятых моделях функционирования базальных ганглиев в основном игнорируется. Характерно, что и в исследованиях [11, 13], посвященных изучению связей у крысы между РМТЯ и рассматриваемыми в настоящей работе структурами базальных ганглиев, выявлено наличие связей этого ядра с диффузной частью педункулопонтийного ядра, энтопедункулярным ядром и вентральным паллидумом, но не детализировано, как эти проекции пространственно организованы. При исследованиях, проведенных на собаках, были подтверждены описанные у крысы связи между названными выше структурами, а также показаны проекции РМТЯ на вентральный сегмент бледного шара, компактную часть педункулопонтийного ядра и ростральный сегмент неопределённой зоны, которые не обнаружены у крысы. В настоящем исследовании не только описаны проекции РМТЯ на ядра системы базальных ганглиев мозга собаки, но и их пространственная организация, что не рассматривалось и у других животных в зарубежных исследованиях, а отечественные исследования по изучению анализируемых проекций в настоящее время вообще не проводятся. Важно подчеркнуть, что у собаки восходящие проекции РМТЯ на вышележащие (паллидум) структуры базальных ганглиев более выражены, чем на нижележащие (глубокое мезенцефалическое и педункулопонтийное ядра, неопределённая зона). Эти факты могут служить подтверждением высказанному ранее предположению, что это ядро больше вовлечено в модуляцию структур, получающих от него восходящие проекции, нежели нижележащих структур, на которые направлены его нисходящие проекции [13]. Включение полученных данных в создаваемые модели их функционирования может способствовать совершенствованию существующих и созданию новых моделей, облегчающих понимание механизмов обработки информации в кругах базальных ганглиев, их роли в селекции, а также причин возникновения расстройств у неврологических больных, в патогенез которых вовлечены все исследуемые ядра. Наконец, полученные данные могут быть полезны в неврологической клинике при диагностировании функциональной специфичности расстройств и уточнении полей в сети, воздействие (хирургическое или электрофизиологическое) на которые их облегчит.

About the authors

A. I. Gorbachevskaya

RAS I. P.Pavlov Institute of Physiology

Email: aig@infran.ru

References

Supplementary files