CHANGES IN THE NUMBER OF NEURONS IN THE MOTOR CORTEX OF RATS AND THEIR LOCOMOTOR ACTIVITY IN THE AGE ASPECT

全文:

Исследования, в которых физиологические методы анализа активности моторной коры мозга сочетаются с изучением ее цитоархитектоники, немногочисленны. J. P.Donoghue и S. P.Wise [10] выделили зоны моторной коры, которые можно идентифицировать как при помощи метода интракортикальной микростимуляции, так и по цитоархитектонике, хотя подробного описания строения этих зон авторы не дали. Д. А. Ивлиев [4] выявил связь между воздействием атропина на моторную кору мозга крыс и выработкой у них двигательного навыка. В работе Н. М. Ипекчян иС. А. Бадалян [6] морфологически показано, что первичная моторная и первичная сенсорная кора представляют собой два самостоятельных корковых центра с различной морфофункциональной организацией. В последние годы в публикациях преобладают физиологически ориентированные работы [12, 15, 17], в то время как гистофизиологические исследования ЦНС немногочисленны [1]. Цель настоящего исследования - выявить наличие связи между количеством нейронов в моторной коре мозга лабораторных крыс и их двигательной активностью. Материал и методы. Опыт был поставлен на аутбредных крысах-самцах 1-, 8-и 16-месячного возраста (по 12 животных в каждой группе) в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приказ № 755 от 12.02.1977 г. МЗ СССР). Животные были получены из питомника филиала Научного центра биомедицинских технологий РАМН «Андреевка» и содержались в стандартных условиях вивария [7]. Регистрацию двигательной активности проводили на аппаратно-программном комплексе Laboras (Metris, Нидерланды) [8]. Записывали локомоции каждого животного отдельно в период от 20 до 24 ч с последующим определением средней продолжительности движений в группе. На следующий после эксперимента день животных умерщвляли углекислым газом. Головной мозг фиксировали в жидкости Карнуа, парафиновые срезы окрашивали 1% водным раствором крезилового фиолетового на ацетатном буфере по Нисслю. Двигательную кору идентифицировали по атласу G. Paxinos и C. Watson [14], после чего подсчитывали количество нейронов в V слое коры (микроскоп Axioscop 2, Carl Zeiss, Германия). Подсчеты проводили на снимках 6 полей зрения (об. 40, ок. 20), полученных с помощью системы формирования изображений AxioVison (Carl Zeiss, Германия). Вычисляли среднее количество нейронов в поле зрения микроскопа, изучали корреляционную зависимость локомоторной активности от количества нейронов моторной коры. Проводили анализ содержания нейронов в моторной коре и двигательной активности у каждого животного отдельно. Выявляли наличие трендов в виде линейных и полиномиальных моделей второго порядка с анализом коэффициентов корреляции (r) и детерминации (R2). Эти модели выражаются уровнями: I степени - линейные, II степени и больших степеней - полиномиальные. Модели применяются для характеристики общего направления изменений изучаемых величин. Математическую обработку экспериментальных данных проводили средствами статистического анализа, используя пакет программ Excel [2]. Результаты исследования. Слой V моторной коры состоит из нейронов (в основном пирамидных) разного размера и глии. В препаратах по тинкториальным признакам можно различить 2 типа нейронов: первый тип представлен клетками, с хорошо окрашенной цитоплазмой, а второй тип - со слабо окрашенной цитоплазмой. На срезах слоя V моторной коры у крыс 1-го месяца жизни нейронов мало, тела большинства из них выглядят округлыми, их цитоплазма слабо окрашивается и вокруг ядра образует узкий ободок, отростки не контурируются (рис. 1, а). У 8-месячных особей нейронов намного больше, чаще встречаются нейроны пирамидной формы, в том числе с интенсивно окрашенной цитоплазмой, содержащей гранулы хроматофильного вещества (см. рис. 1, б). К 16 мес в моторной коре происходит снижение числа нейронов как первого, так и второго типа, однако их количество превышает наблюдаемое у животных 1-го месяца жизни (см. рис. 1, в). Исследование показало, что максимальной подвижностью в определенный (фиксированный) период времени (4 ч) обладали самцы 8-месячного возраста, а минимальной - старые 16-месячные животные. Та же направленность была выявлена при определении среднего количества тел нейронов в различных возрастных группах. Наименьшее значение этого показателя наблюдалось у 1-месячных крыс, а максимальное - у 8-месячных крыс; в дальнейшем к 16-месячному возрасту оно снижалось, но не достигало такового у 1-месячных особей (таблица). Таким образом, сопоставление возрастной динамики средних (по возрастным группам) функциональных и морфометрических показателей позволило выявить линейную связь между плотностью расположения нейронов в моторной коре и подвижностью животных: большее число нейронов коррелировало с большей двигательной активностью. Графический анализ содержания нейронов в моторной коре и двигательной активности каждого животного отдельно показал, что группа крыс 1-го месяца жизни, в отличие от других возрастных групп, характеризуется значительной неоднородностью. В ней присутствуют особи, отличающиеся друг от друга. Так, 1-я подгруппа животных проявляла слабую двигательную активность на фоне низкого содержания нейронов, 2-я - имела бóльшую плотность расположения нейронов и больше двигалась, а 3-я - при максимальном представительстве нейронов отличалась меньшей продолжительностью совершаемых движений (рис. 2). По мере взросления крыс (8 и 16 мес) их двигательная активность линейно коррелировала с количеством нейронов в моторной коре. Обсуждение полученных данных. В настоящей работе проводили определение содержания нейронов в моторной коре крыс в сопоставлении с их двигательной активностью, которую оценивали с помощью аппаратно-программного комплекса Laboras, использование которого позволяет избежать субъективности, свойственной тесту «открытого поля» [3]. Результаты проведенных исследований согласуются с данными ряда авторов. Так, J. A. Kleim и соавт. [11] показали, что обучение животных двигательным навыкам связано с функциональной реорганизацией соответствующих представительств в моторной коре. В подробном обзоре М. Е. Иоффе [5] сделано заключение, что моторная кора, ответственная за выполнение двигательных актов, обладает пластичностью и в процессе обучения может функционально перестраиваться. A. L. Tierney и C.A. Nelson III [16] в работе, посвященной развитию мозга в первые годы жизни человека, приводят данные, что возрастание количества межнейрональных контактов в разных структурах мозга связано с формированием соответствующих этим структурам навыков. В обзоре К. Н. Ярыгина иВ. Н. Ярыгина [9] по морфогенезу ЦНС обобщены доказательства, что нейроны имеют свои делящиеся предшественники, которые фактически обладают свойствами стволовых клеток. Исходя из этого, можно считать, что пластичность моторной коры обусловлена, в частности, не только количеством синаптических связей, но и числом нейронов. Результаты наших исследований подтвердили это предположение. Установлено, что с возрастом у крыс-самцов количество нейронов в моторной коре и продолжительность двигательной активности нарастают и убывают параллельно, и являются взаимосвязанными. Это обусловлено пластичностью структур мозга, в основе которой лежит изменение как количества нейронов, так и числа их связей друг с другом [11-13]. Графические данные, представляющие индивидуальные показатели у животных, позволили выявить некоторые особенности взаимозависимости исследованных параметров. Их неоднородность и разнонаправленность, выявленные у самых молодых крыс, обусловлены, вероятно, неодинаковыми темпами дифференцировки моторной коры у разных особей. Количество нейронов во 2-й подгруппе 1-месячных крыс является, по-видимому, достаточным для совершения движений в необходимом объеме. Животные из 3-й подгруппы, вероятно, несколько раньше начали освоение двигательных навыков и обрели опыт достижения цели за счет меньшего количества движений, отличающихся при этом большей целенаправленностью. Подтверждением такого объяснения может служить тот факт, что у самцов этой подгруппы начинает прослеживаться как и у 8-, и 16-месячных крыс, тенденция к прямой зависимости между продолжительностью движений и количеством нейронов. Выявленную вариабельность индивидуальных показателей в группе самых молодых животных мы склонны объяснить генетически обусловленной неодинаковостью темпов развития моторной коры и становления двигательных функций. Нелинейный характер взаимозависимости между количеством нейронов в моторной коре и двигательной активностью у крыс 1-месячного возраста весьма достоверно описывается полиномиальной моделью второго порядка. Эта отличительная особенность крыс-самцов 1-го месяца жизни в сравнении с животными других групп свидетельствует о развитии в этом возрасте в моторной коре интенсивных и важных процессов реорганизации. Итак, плотность расположения нейронов в моторной коре мозга у крыс-самцов неодинакова в разных возрастных группах: она минимальна у 1-месячных особей, возрастает к 8 мес жизни и у старых животных снижается. Подвижность животных разных возрастных групп линейно коррелирует с числом нейронов в двигательной коре мозга. Двигательная активность крыс 8-и 16-месячного возраста внутри соответствующих групп линейно коррелирует с числом нейронов; у самцов 1-месячного возраста аналогичная зависимость имеет нелинейный характер и описывается полиномиальной моделью второго порядка. Благодарим ведущего научного сотрудника канд. мед. наук доц. Т. А. Белоусову за помощь в научном редактировании статьи.

作者简介

G. Piavchenko

Scientific Department, «Retinoids» Pharmaceuptical Joint-Stock Company

Email: givis1992@mail.ru

L. Shmarkova

Oryol State Institute of Economy and Trade

Email: shmarkova_lara@mail.ru

V. Nozdrin

Scientific Department, «Retinoids» Pharmaceuptical Joint-Stock Company

Email: science@retinoids.ru

参考

补充文件