DEVELOPMENT OF MEYNERT CELLS IN CAT VISUAL CORTEX UNDER THE CONDITIONS OF FLICKERING LIGHT STIMULATION

Full Text

Нейрональная пластичность - одно из ключевых понятий в физиологии зрения. За более чем 50 лет изучения её механизмов было, в частности, сформулировано понятие «критического периода» - этапа раннего постнатального онтогенеза, характеризующегося наибольшим уровнем чувствительности к изменению зрительного окружения, а значит - максимальной пластичностью [5]. Среди способов экспериментальной модификации зрительной среды особняком стоит мало изученная стимуляция мелькающим светом (ритмическая световая стимуляция, РСС). Исследуя последствия длительной стимуляции молодых кошек мелькающим светом с частотой 15 Гц, мы обнаружили нарушения в системе корковокорковых связей между полем 17 и заднемедиальной областью латеральной супрасильвиевой борозды - PMLS [2]. Вследствие этого, цель настоящей работы - детальное изучение клеточного состава первичной зрительной коры и области PMLS после стимуляции, в частности анализ клеток Мейнерта - одиночных крупных пирамидных нейронов V слоя, которые организуют нисходящие связи зрительной коры в системе Y-проводящего канала - одного из основных зрительных проводящих каналов, отвечающих за обработку информации о движении и пространственных отношениях объектов [7, 9, 10]. Материал и методы. Работа проведена на 12 нормально пигментированных кошках в возрасте 3 мес, взятых из 5 пометов в соответствии с требованиями Директивы Совета Европейского Парламента по защите животных, используемых для экспериментальных и других научных целей (2010/63EU) об использовании животных для экспериментальных исследований. Шесть животных составили группу контроля, шесть в течение 3 мес (со дня открытия глаз) росли в условиях РСС с частотой 15 Гц в режиме 12:12 (12 ч - стимуляция, 12 ч - полная темнота). Источником мелькающего света являлись две расположенные на противоположных стенах панели светодиодов (по 35 светодиодов каждая), мерцающих с частотой 15 Гц (длительность вспышки 40 мс, яркость панели 40 кд/м2). В возрасте 3 мес животных под общим наркозом (золетил внутримышечно, 1 мл/кг) транскардиально перфузировали 0,9% раствором NaCl и 4% раствором параформальдегида. По окончании перфузии мозг извлекали и помещали в 30% раствор сахарозы до погружения (1-2 сут), после чего изготавливали серию фронтальных срезов толщиной 50 мкм. Визуализацию клеток Мейнерта проводили с помощью гистохимического метода выявления активности фермента цитохромоксидазы (ЦО), содержание которого коррелирует с уровнем функциональной активности нейропиля и отдельных нейронов [12, 13]. Морфометрический анализ нейронов слоя V проводили на компьютерной установке, оснащенной световым микроскопом Jenaval (Carl Zeiss, Германия), камерой Baumer Optronix (Baumer GmbH, Германия) и программным комплексом VideoTest Master 4.0 (VideoTest, Россия). Измеряли площадь сечения тел нейронов и отношение оптической плотности (ОПотн) клеток Мейнерта (ОПкл) к оптической плотности окружающего нейропиля, служащего фоном (ОПф), посчитанное по формуле контраста Майкельсона [(ОПотн=(ОПкл -ОПф)/(ОПкл+ОПф)]. Выборку составили клетки Мейнерта, локализованные на 40 фронтальных срезах мозга у контрольных животных и на 50 срезах у стимулированных котят, на уровне А4.0-А5.0 по Хорсли-Кларку. Известно, что обычно размер тела нейронов Мейнерта превышает 20×20 мкм [3, 6], в нашем случае параметры нейронов, вошедших в выборку, были такими же. В группе РСС проанализировано 770 нейронов, в группе контроля - 250 нейронов. Для оценки значимости различий ненормальных распределений использовали критерий χ2. Исследования проведены с использованием оборудования Ресурсного центра развития молекулярных и клеточных технологий СПбГУ. Результаты исследования. На фронтальных срезах поля 17 и области PMLS животных обеих групп выявляются одиночные или расположенные группами по 2-3 крупные тёмные пирамидные нейроны со светлым ядром; уровень активности ЦО в цитоплазме этих клеток намного выше, чем в окружающем нейропиле (рис. 1, а, б). Расстояние между нейронами варьирует в широких пределах: от 10 до 2000 мкм. В среднем, в группах контроля и стимуляции эти величины не различаются и составляют, соответственно, 470±87 и 392±3 мкм. В норме площадь сечения тел нейронов Мейнерта в поле 17 значимо меньше, чем в PMLS (520±25 и 840±60 мкм2 соответственно, χ2=63,55, Р<0,001). Это различие определяется более широкими разбросами значений в PMLS, где, в отличие от поля 17, около 33% нейронов имели площадь сечения тела свыше 1000 мкм2 (рис. 2, а). У стимулированных животных в поле 17 различий площади сечения тел нейронов не выявлено; в области PMLS площадь сечения клеток Мейнерта несколько уменьшается: с 840±60 до 666±20 мкм2 (χ2=27,8, р=0,05) (см. рис. 2, б). Следует отметить, что и у контрольных, и у стимулированных животных в области PMLS встречаются особо крупные нейроны площадью сечения свыше 1500 мкм2, их доля составляет 2,9 и 2,4% от общего числа нейронов Мейнерта соответственно. Показателем функциональной активности нейронов Мейнерта в нашем случае является величина ОПотн, отражающая соотношение между уровнями активности ЦО нейрона и окружающего нейропиля. У контрольных животных мы не выявили значимых различий между уровнями для клеток поля 17 и области PMLS, величины ОПотн для них идентичны и составляют в обоих случаях 0,10±0,003. У стимулированных животных выявлено увеличение уровня ОПотн в обеих зрительных областях (до 0,140±0,005 - в поле 17 и до 0,150±0,005 - в области PMLS, P<0,001, см. рис. 2, в). Различия между популяциями клеток Мейнерта в области PMLS у контрольных и стимулированных животных наиболее отчетливы при сравнении зависимостей между площадью сечения тел этих нейронов и их ОПотн (см. рис. 2, г). В норме эта зависимость представляет собой единое облако распределения значений и иллюстрирует существование линейной зависимости между сравниваемыми параметрами (коэффициент корреляции=0,4, n=250, Р<0,0001). У стимулированных котят зависимость между площадью сечения тел нейронов и их оптической плотностью сохраняется на высоком уровне значимости (коэффициент корреляции=0,13, n=770, Р<0,001), однако диаграмма зависимости имеет уже 2 облака распределения значений: одно из них совпадает с облаком в норме, второе, отсутствующее в норме, соответствует группе нейронов, имеющих меньшую площадь сечения тел и более высокий уровень ОПотн (см. рис. 2, г). Обсуждение полученных данных. Основным результатом данной работы является выявление у стимулированных котят двумодального распределения клеток Мейнерта по признакам размера их тел и уровня активности ЦО. Одно из облаков распределения совпадает по исследуемым параметрам с таковым в норме, а второе, отсутствующее в норме, содержит нейроны с более высоким уровнем активности ЦО и меньшим размером. Мы затрудняемся дать исчерпывающее объяснение возникновению этого второго распределения. С одной стороны, в работе D. А. Winfield было отмечено, что зрительная кора мозга 2-3-недельных котят, в отличие от коры у котят старшего возраста, содержит в слое V много мелких плотно расположенных клеток, затрудняющих дифференцировку клеток Мейнерта [11]. Если развитие нейронов Мейнерта в условиях стимуляции было затруднено, то причиной наличия у них второй популяции клеток можно считать сохранение этих мелких незрелых нейронов. С другой стороны - было показано значительное увеличение функциональной активности нейропиля в системе нейронных ансамблей в первичной зрительной коре с высоким уровнем активности ЦО (ЦО-блобов) у кошек, стимулированных мелькающим светом [1], а также сужение блобов, что в свете данных о локализации последних в центрах колонок глазодоминантности [8] позволяет предположить, что усиление активности ЦО имеет место в сегментах колонок глазодоминантности, содержащих исключительно монокулярные нейроны. В исследованиях, проведенных на кошке и приматах, было показано, что терминали аксонов клеток Мейнерта охватывают соседние колонки глазодоминантности, получающие нервные волокна как от правого, так и от левого глаза, таким образом, была предположена их роль в бинокулярном взаимодействии в глубоких слоях зрительной коры [4, 6]. Таким образом, недоразвитие клеток Мейнерта, возможно, отражает нарушение бинокулярного зрения у стимулированных котят. Как ЦО-блобы, так и клетки Мейнерта относят к одному и тому же проводящему зрительному каналу - так называемой Y-системе (магносистема у приматов). Полагают, что ее основными функциями являются обработка информации о движении зрительных объектов и анализ взаимоположений стимулов [7, 10]. Выявленные ранее [2] в данной работе и теперь модификации развития элементов этой системы можно рассматривать как одну из причин изменения паттерна корково-корковых связей между полем 17 и областью PMLS у стимулируемых животных.

About the authors

N. S. Merkuliyeva

RAS I. P.Pavlov Institute of Physiology

Email: mer-natalia@yandex.ru

A. A. Mikhalkin

RAS I. P.Pavlov Institute of Physiology

Email: michalkin@mail.ru

F. N. Makarov

RAS I. P.Pavlov Institute of Physiology

Email: felixmakarov@mail.ru

References

Supplementary files