LAMINAR LOCATION OF NEURONS PROVIDING INTERHEMISPHERIC CONNECTIONS IN THE VISUAL CORTEX IN CATS WITH IMPAIRMENTS OF BINOCULAR VISION

全文:

В ранний постнатальный период развития нарушение бинокулярного зрения при анизометропии, косоглазии, катаракте вызывает значительные и, как правило, необратимые изменения зрительных функций: утрачивается способность к фузии и стереопсису, возникает амблиопия глаза - некорректируемое линзами снижение остроты зрения. В экспериментальных исследованиях на животных с искусственно вызванным косоглазием, монокулярной депривацией (модель врожденной катаракты) было показано, что в зрительной области коры уменьшается количество нейронов, активируемых из отклоненного или депривированного глаза, а также из обоих глаз, т. е. бинокулярных клеток [7]. При несогласовании информации, поступающей из разных глаз, нарушение зрительных функций более выражено в центральной части поля зрения [9]. Известно, что в первичной зрительной коре в зоне проекции центрального вертикального меридиана поля зрения расположены нейроны, обеспечивающие межполушарные связи через мозолистое тело (corpus callosum) - каллозальные нейроны (КН). При помощи таких связей происходит объединение правого и левого полуполей зрения глаз, представленных в разных полушариях. КН в основном находятся в поверхностных слоях коры, и их размер в среднем больше, чем клеток, обеспечивающих внутриполушарные связи [10]. У животных, выросших в условиях рассогласования сенсорной информации, поступающей от двух глаз, расширяется зона, в которой расположены КН [5]. При исследовании межполушарных связей нейронов отдельных глазодоминантных (ГД) колонок первичных зрительных полей коры у кошек с косоглазием и монокулярно депривированных кошек нами было показано, что размер зон увеличивается только у колонок нейронов, которые получают иннервацию из интактного глаза [2]. У таких животных КН в среднем крупнее, чем у интактных, тогда как размер клеток, обеспечивающих внутриполушарные связи, не меняется [1, 2]. В этих исследованиях было замечено, что у животных с нарушением бинокулярного зрения КН располагаются в коре глубже, чем у интактных животных. Цель данной работы - проведение более детального изучения послойной локализации КН у кошек с ранними нарушениями бинокулярного зрения. Материал и методы. В работе были использованы 7 интактных кошек, 4 кошки с унилатеральным конвергентным косоглазием, 6 кошек с билатеральным конвергентным косоглазием и 5 монокулярно-депривированных кошек. Нарушения бинокулярного зрения вызывали на 8-10-е сутки постнатального развития путем сшивания век одного глаза (монокулярная депривация - МД) или удалением наружной прямой мышцы одного глаза (унилатеральное конвергентное косоглазие - УКК), или обоих глаз (билатеральное конвергентное косоглазие - БКК). Котята росли в нормальной зрительной среде до 4-6-месячного возраста, затем в кору зрительных полей 17, 18 и переходной зоны между ними микроионофоретически вводили ретроградно транспортируемый маркер - пероксидазу хрена (ПХ). Методика введения и выявления ПХ на срезах мозга подробно описана ранее [3]. Стереотаксические координаты введения ПХ находились в диапазоне P5-A6. Диаметр зоны введения ПХ в коре (менее 250 мкм) не превышал размеров одной ГД-колонки коры [7]. Исследование проведено с соблюдением основных биоэтических правил обращения с экспериментальными животными. Границы слоев коры определяли по цитоархитектоническим признакам на срезах, окрашенных сафранином, а также при гистохимическом выявлении активности цитохромоксидазы на соседних срезах [11]. Глазодоминантность инъецированной колонки определяли по соотношению количества меченых нейронов в глазоспецифичных слоях дорсального ядра наружного коленчатого тела (НКТд), т. е. слоях, которые имеют афферентные связи с разными глазами. Доминантный глаз определяли по различию активности фермента цитохромоксидазы в этих же слоях. Локализацию инъецированной колонки в проекции поля зрения определяли с помощью зрительно-топических карт этих полей [15] и расположению меченых нейронов в НКТд [12]. Измерение глубины расположения меченых КН в слоях коры проводили окулярным микрометром (об. 10, ок. 12,5). Поскольку толщина слоев в разных участках коры не одинакова, оценивали относительную глубину расположения клеток в слое, принимая толщину каждого из них за 100%. Учитывая, что слои II и III в поле 17 нечетко разграничены, измеряли их общую толщину и обозначали как слой II/III, как в поле 17, так и в поле 18. При этом глубину локализации клетки измеряли от верхней границы слоя, в котором она расположена. Размеры меченых КН определяли при общем ув. 1500 на цифровых изображениях, которые получали с помощью компьютерной установки, включающей в себя микроскоп Jenaval (Zeiss/Jena, Голландия) и видеокамеру CX05c (Baumer Optronic, Германия). Площадь сомы клетки измеряли с помощью программы Видео ТесТ 4.00 Мастер Морфология. На всех срезах у кошек каждой группы подсчитывали количество КН. У кошек контрольной группы при введении ПХ в отдельную ГД-колонку полей 17, 18 меченые нейроны в противоположном полушарии мозга обычно располагались в переходной зоне между этими полями, ширина которой составляет 1 мм; при введении ПХ в ГД-колонку переходной зоны такие нейроны выявлялись на территории полей 17 и 18 на участке шириной 1 мм вблизи переходной зоны. У кошек с нарушенным бинокулярным зрением зона расположения КН была увеличена - меченые нейроны обнаруживались также в более удаленных участках полей 17 и 18 по сравнению с нормой (эктопические клетки) [2]. У таких животных было подсчитано количество КН в основной зоне их расположения, наблюдаемой в норме, и в дополнительной зоне. Значимость различий сравниваемых величин определяли по непараметрическому критерию Манна-Уитни. Результаты исследования. Для анализа местоположения КН в слоях коры были использованы данные введения ПХ в 8 ГД-колонок у интактных кошек, 7 ГД-колонок у МД-кошек, 6 ГД-колонок у кошек с УКК и в 8 ГД-колонок у кошек с БКК. У кошек с нарушением бинокулярного зрения исследовали только колонки, иннервируемые из доминантного глаза. У интактных кошек большинство (95%) меченых КН были выявлены в слое II/III (таблица). На гистограмме распределения нейронов (рис. 1, а) видно, что наибольшее количество КН слоя II/III находились в его средней трети, и лишь отдельные клетки встречались в верхней половине. В слое IV были выявлены только 4 меченых КН (от трех инъецированных ГД-колонок), которые были расположены в средней части этого слоя (см. рис. 1, б). У кошек с нарушением бинокулярного зрения КН в слое II/III были расположены глубже, чем у интактных кошек, большинство клеток локализовались в нижней части слоя III. Глубина локализации этих клеток у животных всех экспериментальных групп значимо отличалась от нормы (P<0,05). В слое IV КН находились в верхней его части (см. таблицу; рис. 1, а) Доля КН в слое IV от общего их количества увеличилась у животных всех экспериментальных групп по сравнению с таковой у интактных кошек и составляла у МД-кошек 31%, у кошек с УКК - 21%, у кошек с БКК - 13%. При оценке доли клеток слоя IV было обнаружено, что у МД-кошек в основной зоне расположения КН составляли 34,5% от общего количества меченых нейронов этой зоны, в дополнительной зоне - 21,4%, у кошек с УКК - 22,0 и 16,7% соответственно, а у кошек с БКК - 16,1 и 8,7% (рис. 2). Таким образом, количество КН в дополнительной зоне этого слоя не является определяющим фактором расширения каллозальной зоны. У интактных кошек площадь сечения сомы меченых КН слоя II/III в среднем больше, чем у нескольких выявленных нейронов слоя IV (P<0,05). У кошек с нарушениями бинокулярного зрения средние значения площади сечения сомы меченых нейронов в слое II/III были больше, чем у интактных животных (P<0,005). Размер меченых клеток в слое IV у кошек с нарушениями бинокулярного зрения значимо отличался от такового в норме только у МД-кошек (P<0,01). Таким образом, ранние нарушения бинокулярного зрения приводят к изменениям глубины Проведенное исследование показало, что при ранних нарушениях бинокулярного зрения в дополнение к известному расширению зон КН вдоль направления, тангенциального поверхности зрительной коры [2, 5], наблюдается изменение радиального положения зоны межполушарных связей (послойной локализации КН). У интактных кошек более 90% КН находятся в супрагранулярных слоях [4]. Большинство из них - пирамидные больших или средних размеров, которые располагаются в слое II/III, а также встречаются и в верхней части слоя IV [13]. Аксоны КН также оканчиваются в основном в супрагранулярных слоях [8]. Однако известно, что у котят зона каллозальных связей расширена [8], и гораздо большее количество КН локализуются в слое IV, чем у взрослых животных; к 3-месячному возрасту их аксоны элиминируются [16]. Выявленное в нашей работе изменение зоны расположения КН в радиальном направлении, т. е. перпендикулярно поверхности коры, предполагает возможность сохранения у кошек с нарушением бинокулярного зрения ювенильной структуры этой зоны. Вероятно, существует определенная связь между таким ювенильным распределением КН по слоям и отсутствием бинокулярных нейронов в коре. Известно, что у сиамских кошек, у которых наблюдается практически полный перекрест волокон зрительных нервов, бинокулярные клетки в первичной зрительной коре отсутствуют, при этом количество КН снижено в супрагранулярных слоях и увеличено в слое IV [4]. Полученные нами данные об изменениях послойного распределения КН и отсутствие бинокулярных клеток у кошек с нарушениями бинокулярного зрения, описанное в литературе [7], дают основание для такого предположения. Выявленное в работе увеличение размеров сомы КН, иннервируемых из интактного глаза, возможно происходит вследствие ослабления тормозных влияний от клеток, иннервируемых из косящего или депривированного глаза, активность которых снижена при депривации и косоглазии. Считается, что размер сомы нейрона коррелирует с длиной и толщиной аксона, а также площадью ветвления дендритов. Мы предполагаем, что у клеток, иннервируемых из интактного глаза, может быть также больше величина дендритного поля, так как увеличивается размер зоны таких КН и их аксонов [2, 12]. Изменение послойной локализации КН, обнаруженное в настоящей работе, может быть связано с нарушением миграции нейронов из корковой пластинки к своему местоположению в слое коры или с нарушением процесса дифференцировки пирамидных нейронов в непирамидные. Основанием для этих предположений могут служить следующие сведения. Известно, что миграция нейронов завершается к 21-м постнатальным суткам [14], а в нашей работе операции по формированию нарушений бинокулярного зрения были проведены на 8-10-е сутки, т. е. раньше этого срока. В связи с такими ранними нарушениями бинокулярного зрения возможны задержка миграции клеток и стабилизация их аномального положения в слоях. Известно также, что некоторые пирамидные нейроны, аксоны которых формируют межполушарные связи в ранний постнатальный период, в процессе созревания коры теряют апикальный дендрит и становятся звездчатыми [16]; затем происходит ретракция аксона из мозолистого тела, и сохраняются только те аксонные коллатерали, которые образуют внутриполушарные связи [8]. Недавно было показано, что зрительная деафферентация вызывает нарушение дифференцировки пирамидных нейронов в звездчатые [6]. Нарушения бинокулярного зрения, исследованные в данной работе, могут иметь сходный эффект. Для того, чтобы выявить механизмы, приводящие к нарушению послойной локализации КН, необходимы дальнейшие исследования с использованием маркеров дифференцировки или миграции клеток.

作者简介

S. Toporova

RAS I. P. Pavlov Institute of Physiology

Email: sntoporova@mail.ru
Laboratory of Neuromorphology and Laboratory of Physiology of Vision

P. Shkorbatova

RAS I. P. Pavlov Institute of Physiology

Email: polinavet@yandex.ru
Laboratory of Neuromorphology and Laboratory of Physiology of Vision

S. Alekseyenko

RAS I. P. Pavlov Institute of Physiology

Email: binocularity@yandex.ru
Laboratory of Neuromorphology and Laboratory of Physiology of Vision

参考

补充文件