Поведенческие, электрофизиологические и нейрохимические корреляты функциональной межполушарной асимметрии крыс

Самый первый вопрос, который встает перед исследователем, занимающимся изучением НРЗ в аспекте ФМА мозга - это критерии асимметрии. Это должны быть не слиш­ком трудоемкие в реализации, но, одновременно максимально информативные и, по возможности, интегральные показатели, приемлемые для обследования больших экспериментальных выборок.

В качестве более или менее интегра­льных показателей ФМА приоритет отдается латеральным поведенческим феноменом, где далеко не последнее место занимают работы, в которых направленность поведенческой асимметрии сопоставляли с нейромедиаторными и метаболическими межполушарными отличиями. Основной положительный итог исследований такого рода заключается в обнаружении факта межполушарной асимметрии по отдельным нейрохимическим показа­телям, коррелирующими с моторной или моторно-ориентационной асимметрией. В большой серии работ С.Д. Глика с соавт., направленность ротаций связывается с асиммет­рией ДА-ергических механизмов стриопалидарных комплексов. Работами Jamamoto с соавт. (1982) показано некоторое повышение количества высвобождаемого дофамина в хвостатом ядре полушария, контралатерального направленности ротаций, обнаруживаемого, однако, только при подкреплении вращения у обученных крыс, и, что самое главное, только в процессе самого вращения. Вместе с тем количество D-2 дофаминовых рецепторов больше как правило в стриатуме левого полушария (L. Schneider et аl., 1982.), а относительно более высокий метаболизм ДА обнаружен в амигдале ипсилатеральной используемой конечности в тесте с нажатием на рычаг (R. Schwarting et al., 1987). У крыс, предпочитавших левые побежки в Т - образном лабиринте был обнаружен больший вес левого гиппокампа, относительное увеличение захвата меченных три­тием НА, СТ и ацетилхолина в правом гиппокампе, и примерно оди­наковая концентрация белка в обоих. В человеческом мозге активность холинацетилтрансферазы более выражена в теменных и височных зонах коры левого полушария (L. Amaducci et al., l981; G. Gainotti et аl., 1982). Содержание ГАМК выше в черной субстанции, collikulus superior и nukl. accumbens справа, а в вентральной покрышке, вентромедиальном таламусе и хвостатом ядре – слева (M. Starr, J. Kilpatrick, 1981). Сложная, но в целом обратная зависимость в активности D-2 дофаминовых и ГАМК-ре­цепторов левого и правого полушарий мозга отмечена в работах M. Herrera-Marschitz, U. Ungestedt (1987). Вместе с тем, говорить о кардинальном сдвиге в понимании нейрохимических механизмов ФМА и, в частности, моторно-ориентационной асимметрии, к сожа­лению пока нельзя, так как оно определяется функциональ­ным, часто разнонаправленным, дифферентом не отдельных, а мно­жества мозговых структур, которые в силу чрезвычайно пестрой мозаики и высокой лабильности нейрогормональных и медиаторных систем представляют чрезвычайно более сложный объект для нейро­химического анализа.

Реально оценивая возможности и ограничения сущест­вующих методик, мы использовали комплексный подход. Поскольку, ФМА является одним из наиболее общих системных свойств мозга, в экспериментальном исследовании ее нейрохимической природы можно ориентироваться на общие для всех отделов мозга биохимические критерии, в количественном плане не зависящие от медиаторного и нейрогормонального полиморфизма.

Этим требованиям соответствуют показатели свободно-радикального окисления. Они универсальны в том смысле, что в любой ткани они характеризуют уровень энергетических кислородозависимых процессов и состоятельность антиоксидантных механизмов. Последнее особенно важно в плане НРЗ, ибо уровень оксидантного сопротивления свидетельствует о способности поддержания кислородозависимых энергетических процессов, а, следовательно - и функции того или иного образования мозга.

Говоря о механизмах НРЗ нельзя обойти вниманием и катехоламиновую систему мозга. Именно КА рассматриваются как одно из важнейших звеньев патогенеза экстремальных состояний и стресса (В.Г. Шаляпина, 1976; М.И. Митюшов, 1976; К.В. Судаков с соавт., 1987; Е.В. Науменко, 1988; В.Г. Шаляпина с соавт., 1990; и др.). А, как уже говорилось, с их неравномерным распределением в полушариях связывают моторные проявления ФМА.

Поскольку моторно-ориентационная асимметрия как отправной показатель в ряду изучаемых признаков, в значительной мере связана с функциональным состоянием сенсомоторных зон коры и стриопалидарного комплекса (Н.Ф. Суворов с соавт., 1990; Н.Ф. Суворов, 1993; А. Хикс, 1982; А. Brodal, 1969), а афферентная информация от внутренних половых органов - самым непосредственным образом с гипоталамусом, эти структуры и стали объектом изучения свободнорадикального окисления методом перекисной хемилюминесценции, содер­жания катехоламинов - норадреналина (НА), ДОФА, дофамина (ДА) и серотонина (СТ) методом высокоточной газожидкостной хромотографии.

В этих же мозговых структурах регистрировали спонтанную био­электрическую активность, а в симметричных зонах сенсомоторной, височно-теменной и зрительной коры - усредненные вызванные потенциалы на световые вспышки.

Однако вернемся теперь к показателям латерального поведения. Среди множества поведенческих тестов при изучении ФМА у мелких животных наибольшей популярностью пользуются два весьма сходных показателя: направленность побежек в Т или в Y-образном лабиринте и направленность ротаций, т.е. - спонтанных вращательных движений в ротометре или развороты в тупиках лабиринта. При этом исследователи нередко отмечают частичное несовпадение направленности ротаций и побежек в лабиринте у одного и того же животного. Чаще всего это объясняют неизбежной для поведенческих реакций индивидуальной вариативностью и высокой лабильностью разных поведенческих реакций. Мы тоже наблюдали такое несовпадение, причину которого склонны видеть в разной степени участия сенсорных и моторных составляющих ФМА в реализации этих довольно сходных компонентов латерального поведения.

Учитывая возможность несовпадения парциальных асимметрий, такая разнонаправленность указанных проявлений латерального поведенческого профиля вполне объяснима.

В выше упомянутых работах С.Д. Глика с соавторами направленность ротаций связывается с повышением содержания дофамина в стриопалидуме контралатерального полушария. На этом основании эти авторы именуют такое полушарие доминантным. Вывод весьма сомнительный по многим причинам. Во-первых: повышение уровня какого-либо медиатора далеко не всегда является показателем активации соответствующих мозговых структур. Тем более что эти же авторы обнаруживали в контралатеральном, “субдоминантном” по их терминологии полушарии - повышение количества и чувствительности дофаминергических рецепторов. Во-вторых: более или менее обоснованно говорить о доминировании полушария, опираясь на показатели только одного медиатора без сопоставления с другими нейрохимическими данными и характером электрогенеза полушарий, совершенно невозможно.

Как уже говорилось ранее, доминантным традиционно считают полушарие, контролирующее более “сильную” половину сенсорных и моторных систем. Косвенное подтверждение такой точки зрения можно найти в ряде хорошо известных фактов. Подавляющая часть человеческой попу­ляции леводоминантна, что проявляется декстральностью большинства показателей поведенческого фенотипа (ведущая правая рука, ведущая правая нога, правый глаз и т.д.). В то же большинство время заблудившиеся в незнакомой местности людей ходят по кругу, как правило, против часовой стрелки, а большинство столкнувшихся лицом к лицу людей также совершают непроизвольный шаг влево. Экстраполируя эти факты на крыс можно предположить, что сторона доминирующего полушария и латеральный профиль побежек должны быть сонаправлены. Иначе говоря, если крыса бегает в лабиринте преимущественно влево, то это говорит об относительном функциональном преобладании (доминировании) левого полушария.

Тестирование крыс в Y-образном лабиринте проводили в одно и то же время суток при максимальном ограничении внешних раздражителей, преимущественно с 10 до 12 часов утра. Регистрировали направление спонтанных побежек в месте расхождения коридоров лабиринта и направлен­ность разворотов (ротаций) в тупиках коридоров. По суммарному числу правых и левых побежек и ротаций определяли латеральный поведенческий профиль (ЛПП).

Биоэлектрическую активность симметричных участков соматосенсорной, височно-теменной и зрительной коры регистрировали с помощью имплантированных в истонченную кость сферических позо­лоченных, а активность левого и правого медиального таламуса с помощью игольчатых платиновых электродов. Индифферентный элект­род размещали в кости передней стенки лобной пазухи. Стереотаксические операции проводили в стерильных условиях по координа­там атласа мозга Е. Фифковой, И. Маршала (1960); Хорслей-Кларка (по Я. Сентаготаи и др., 1965).

Спонтанную суммарную активность обрабатывали по комплекс­ной программе, включавшей нахождение кросскорреляционной и когерентной функций электрограмм каждой пары отведений. Вызванные потенциалы в ответ на световые вспышки (10 мс, 700 лкс) с интервалом 1-1,5 ceк., (FTS-2I, Medicor) усредняли по 30-100 стимулам. Для обработки биоэлектрической информации на первых этапах работы использовали ЦЭВМ “Одра-1204”, а затем IBM совместимые ПЭВМ АТ-486, снабженные оригинальными быстродействующими АЦП. В качестве усилителя биопотенциалов использовали электроэнцефалограф "EEG 16S" фирмы "МЕДИКОР", а также многоканальные усилители оригинальной конструкции (инженер-электронщик И.С. Ильин, к.ф-м.н. Е.И. Кутьин). Эпоха анализа составляла 500 мс, частота квантования 2 мс. Усреднение осуществлялось стандар­тным способом. Усредненные вызванные потенциалы (УВП) выводили на двух координатный самописец или принтер.

Анализ УВП проводили с помощью специальной программы, которая включала нахождение пиковых значений выз­ванного ответа во временных окнах 25-79, 80-150, 151-300 мс для лево и правополушарных отведений, вычисление индивидуальных латеральных профилей амплитуд для каждой пары симметричных отведений.

Сходный подход к анализу вызванных ответов при оценке поведенческих актов был использован Г.А. Вартаняном и А.П. Козловым (1995).

Регистрацию ЭЭГ и УВП мозга проводили как в условиях жесткой фиксации, так и в свободном поведении. Для обеспечения равномерной засветки глаз животного при регистрации УВП на световые вспышки в свободном поведении применяли цилиндрическую камеру, вся внутренняя по­верхность которой была выполнена из светоотражающего материала.

Уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной защиты в тканях мозга и сыворотке крови определяли хемилюминесцентным методом на хемилюминометре с ПЭВМ. Для регистрации свечения использова­ли ФЭУ-127 (установка сконструирована и изготовлена НПП «Инж-мед», Москва).

Содержание катехоламинов (КА); и серотонина (СТ) в ткани мозга определяли с использованием обращенно-фазового варианта высокоэффективной жидкостной хромотографии (А.М. Krstulovic, А.М. Powell, 1979) на аппарате Liguochrom 312/1.

В качестве детектора использовали флюорисцентный спектрофотометр "Hitachi F - 4010" (Япония) со встроенным процессором, с помощью которого проводили расчет концентрации (КА) в образцах по специально разработанной программе.

В зависимости от характера анализируемых признаков и объема выборки использовали соответствующие методы и приемы статистической обработки: кри­терий Колмогорова-Смирнова, параметрический критерий Стьюдента, дисперсионный двухфакторный анализ, корреляционный анализ (И.А. Плохинский, 1970; Г.Ф. Лакин, 1980). Все виды статистического анализа и построение графиков проводили в интегрированной среде Supercalc 2.0.

В связи с тем, что во всех сериях отправным показате­лем, с которым сопоставляли остальные, служила направленность моторно-ориентационной асимметрии (МОА), подробно остановим­ся на принципах ее оценки.

Тестируя крыс в лабиринте, мы, как и другие авторы, убедились в высокой вариативности количественного соотношения лево и правосторонних побежек. Значительное число особей, демонс­трируя весьма заметное различие в количестве лево и правосторонних побежек при использовании традиционной для таких случа­ев оценки достоверности этого показателя по критерию знаков, тем не менее, не могли быть отнесены к унилатеральным. Вместе с тем большинство из них неверно было рассматривать и как амбилатеральных и исключать их из анализа, так как тогда в кривой распределения случайных величин признака могли возникать существенные пробелы. В связи с этим для выяв­ления зависимости МОА с другими признаками был использован ме­тод корреляционного анализа, позволяющий учитывать и особей с "сомнительной" унилатеральностью побежек, и т.о. рандомизировать выборку.

В качестве подготовительной процедуры проводилось вычисление латерального профиля пробежек и ротаций (ЛПП и ЛПР) по формуле Л-П/Л+П (В.М. Ефимов с соавт., 1987), где Л и П означало суммарное количество левосторонних и правосторонних пробежек или ротаций особи за несколько сеансов тестирования. Аналогичным образом вычисляли латеральные профили по содержанию КА, показателям хемилюминесценции и амплитудам УВП в полушариях мозга.

В результате комплексных исследований, проведенных на нескольких сотнях нелинейных половозрелых белых крыс обоего пола была выявлена достоверная обратная корреляция между латеральным профилем (ЛП) по­бежек и амплитудой УВП на световые вспышки в гомотопических зонах сенсомоторной, височно-теменной и зрительной коры: амп­литуда положительных компонентов УВП во временном окне 25-79 мс и отрицательных - во временном окне 80-150 мс были значимо ниже в полушарии, ипсилатеральном преимущественной направлен­ности побежек. Здесь отмечали также специфичность таламокортикальных отношений, выражавшуюся высокими значениями коге­рентности ЭЭГ сенсомоторной коры и медиального таламуса в частотном диапазоне 7-15 и 30-40 гц (рис. 1).

Рис.1Соотношение латерального профиля побежек (1), показателей УВП коры (2), когерентности ЭЭГ коры и таламуса (3) и латерального профиля суммарного свечения ПХЛ (4) в полушариях мозга.

а - сенсомоторная кора; б - гипоталамус; в - стриопалидум.

Стороны треугольника на фронтальных срезах мозга попарно связывают симметричные зоны сенсомоторной коры и медиального таламуса. Толщина линий означает степень когерентности в означенном диапазоне частот.

Аналогичная корреляционная зависимость была обнаружена между латеральным профилем побежек и латеральным профилем показателей перекисного окисления липидов - мгновенным (Н) и суммарным (СС) свечением ПХЛ. В сенсо­моторной коре, гипоталамусе и стриопалидуме полушария, ипсилатерального побежкам их величина была относительно ниже, чем в симметричных структурах контралатерального полушария. В полушарии, ипсилатеральном преимущественной направленности побежек, также отмечено относительное снижение содержания НА в гипоталамусе и стриопалидуме, а ДА-в коре.

У амбилатеральных крыс, т. е. тех, у которых ЛП побежек ко­лебался в пределах от +0.05 до -0.05, регистрировали однотип­но-высокую когерентность колебаний с частотой 1-4 гц и свыше 30 гц между всеми отведениями таламо-кортикального треугольни­ка, а также полную амплитудную и конфигуративную идентичность УВП и отсутствие различий в показателях ПХЛ полушарий.

Обнаруженные электрофизиологические корреляты моторно-ориентационной асимметрии в сопоставлении с электрофизиологичес­кими признаками искусственно сформированной (П.П. Густсон, 1964; В.С. Русинов, 1969, 1977), а также гестационной однополушарной доминанты у человека (А.Б. Порошенко, 1985 - 1988), позволяют рассматривать полушарие, ипсилатеральное преимуществен­ной направленности побежек, как доминантное.

В пользу этого свидетельствует и полушарный градиент ПХЛ: ибо более функционально активные, т.е. доминантные структуры мозга, по определению должны обладать более эффективными антиоксидантными механизмами, одним из признаков чего является относительное снижение суммарного свечения ПХЛ. Все это дало возможность в последующих экспериментах использовать латеральный профиль побежек - как адекватный показатель степени выраженно­сти и направленности ФМА для крыс вне зависимости от их пола.