Краткий обзор генетических исследований поведения грызунов
Первыми исследованиями по генетике поведения были попытки селекции крыс на способность к обучению. Большинство из этих работ имеет лишь исторический интерес, однако проведенная С. Трайоном работа по отбору крыс на быструю и медленную обучаемость в сложном лабиринте при пищевом подкреплении составляет исключение. Начатая в середине 20-х годов, она увенчалась созданием 2 линий, получивших название Trayon maze-bright (TMB) и Trayon maze-dull (TMD), которые существуют по сей день и поддерживаются без дополнительного отбора (см. рис. 8.22 на с. 299).
В многочисленных исследованиях способности к обучению и ряда физиологических признаков у крыс этих линий (см.: 8.6.3.1) было показано, что успешность обучения в лабиринте "умной" линии и большое число ошибок у "глупой" специфичны только для лабиринтов данного типа, а при других тестах на обучение результаты могут иметь даже обратный знак.
Выведение линий, различающихся по каким-то параметрам поведения, представляет собой обычно лишь первый этап работы. Если такие линии различаются не только по величине исследуемого признака, но и по другим параметрам, то подобную ассоциацию необходимо изучить в специальных экспериментах.
Искусственный отбор проводится на базе исходной популяции животных, которая всегда бывает довольно малочисленна. При малом числе животных-основателей линии всегда существует достаточно большая вероятность случайной "фиксации" у отбираемых по нашему признаку аллелей других генов, не имеющих отношения к изучаемому признаку поведения. Поэтому корреляцию каких-либо двух и более признаков у селектированных линий нельзя трактовать как свидетельство общности их физиологической основы. Это одно из основных правил в исследованиях по генетике сложных форм поведения. Чтобы доказать наличие общих причин изменчивости таких коррелированных признаков, необходимо провести дополнительные исследования.
Проиллюстрируем это на следующем примере. В работе голландского ученого X. Ван-Абилена на основе популяции гибридов между линиями мышей C57BL/6J и DBA/2J были выведены две линии, контрастные по уровню исследовательской активности в установке "открытое поле", точнее по количеству исследовательских "стоек".
Данные линии были также контрастны и по уровню активности ацетилхолинестеразы в коре головного мозга. Однако у гибридов второго поколения и у беккроссов этой корреляции не было, что свидетельствует об отсутствии непосредственной связи между признаками. В то же время (см.: следующий раздел) была обнаружена связь исследовательской активности с показателями некоторых мозговых медиаторных систем, но она имела значительно более сложный характер.
Если два признака продолжают обнаруживаться в тесной, статистически достоверной ассоциации друг с другом у гибридов F2 и у беккроссов, то предположение об их тесном сцеплении бывает оправданным. Примером логично построенной работы по доказательству связи способности к обучению реакции активного избегания в челночной камере и размером интра- и супрапирамидальных полей окончаний мшистых волокон в поле САЗ гиппокампа является серия исследований Х.-П. Липпа и др. (см.: 8.6.7.2).
Другой способ оценки случайности или неслучайности корреляции признаков поведения при селекции – это проведение двух (или более) параллельных селекционных экспериментов. В этом случае случайная фиксация аллелей, если она произошла в одной из пар селектируемых линий, с очень высокой вероятностью не произойдет в другой паре, и вопрос о генетической природе обнаруженной корреляции будет выяснен. Так, например, при селекции мышей на большой и малый вес мозга, проведенной в четырех независимых экспериментах (см.: Wimer et al., 1969; Fuller, 1979; Попова, Полетаева, 1986; Попова и др., 1977), было обнаружено, что мыши с большим весом мозга обладают достоверно более высокой обучаемостью навыкам разной природы. Это означает, что действительно больший вес мозга является фактором, благоприятствующим обучению. Отметим, что на человека эта закономерность не распространяется.
Исследователи уделяют большое внимание поиску физиологических механизмов межлинейных различий в поведении. В этом отношении интересны работы, проводимые в Институте цитологии и генетики РАН в Новосибирске (Трут, 1987). Начатые много лет назад длительные селекционные эксперименты по выведению линий (лисиц, норок, крыс-пасюков), различающихся по агрессивности, увенчались успехом, и исследователи имеют в своем распоряжении уникальные "параллельные" селектированные линии представителей разных отрядов млекопитающих (об этологических представлениях поведения при конфликте см.: 4.3).
Поскольку физиологическая регуляция признака "агрессия по отношению к человеку" изучена достаточно хорошо, поиск генетических коррелятов повышенной и пониженной агрессивности производился не вслепую, а на основе уже имевшихся представлений о ключевой роли биогенных аминов и системы их синтеза и деградации в определении уровня агрессивности. Очевидно, что и в таких случаях важную информацию может дать анализ корреляции признака в расщепляющихся поколениях. Однако сам признак хорошо изучен, и именно благодаря этому для выяснения особенностей его генетической основы достаточно плодотворными оказываются простые межлинейные сравнения и анализ поведения гибридов.
Ниже мы приведем короткую сводку результатов генетических исследований ориентировочно-исследовательского поведения, агрессивности и способности к обучению, проведенных традиционными методами, применявшимися в генетике поведения в течение всего периода ее формирования – в 60–80-е годы.
Роль отдельных генов в формировании некоторых признаков поведения будет рассмотрена на примере гена альбинизма, генов, мутации по которым вызывают неврологические нарушения, а также генов, экспрессирующихся у трансгенных животных.
8.6.2.1. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ОРИЕНТИРОВОЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО поведения ГРЫЗУНОВ. Исследовательское поведение, вызываемое новой обстановкой и новыми предметами, представлено у грызунов поведенческими актами и позами, которые способствуют сбору информации о незнакомых элементах ситуации.
Как упоминал ось выше, существование генетического компонента изменчивости исследовательского поведения проиллюстрировал X. Ван-Абилен (van Abeelen, 1974). У мышей двух инбредных линий C57BL/6J и DBA/2J число вертикальных стоек в установке "открытое поле" достоверно различалось. Как показал анализ гибридов первого и второго поколения, этот типично количественный признак имеет полигенный тип наследования. На основе популяции межлинейных гибридов была начата селекция мышей на высокие и низкие значения признака – числа стоек в ситуации "открытого поля". В результате этого эксперимента еще в начале 70-х годов были получены линии, достоверно различающиеся по уровню исследовательской активности. Они представляли собой удобную фи-зиолого-генетическую модель для исследования особенностей морфологической и биохимической организации мозга, обеспечивающих различия в этом виде поведения мышей.
Одним из направлений таких исследований был сравнительный анализ состояния холинергической, ГАМКергической и опиатной систем гиппокампа у инбредных линий C57BL и DBA, а также у двух селектированных линий. Различающиеся по поведению линии давали и противоположно направленные реакции на введение ряда фармакологических веществ, воздействующих на упомянутые выше мозговые медиаторные системы. Внутримозговое (в гиппокамп) введение скополамина – антагониста холинергической системы – снижало показатели исследовательской активности у мышей C57BL и усиливало их у DBA, т.е. инвертировало различия, наблюдаемые в норме. Сходные результаты были получены и на селектированных линиях.
Очевидно, что адаптивная реакция на новизну – исследование обстановки – предполагает сбалансированное изменение активности ряда нейронных систем мозга, в частности гиппокампа. Ван Абилен предположил, что у линии C57BL такая согласованность более устойчива, чем у DBA. Роль особенностей структуры гиппокампа в формировании поведения рассмотрена также в разделе 8.6.7.2.
Поведение животных в установке "открытое поле" было предметом многих генетических исследований. Поскольку помещение крысы и/или мыши на открытую освещенную площадку вызывает не только стремление исследовать новую обстановку, но и страх, то традиционно показатели поведения в этой ситуации принято трактовать как динамический баланс этих двух тенденций. Поэтому высокий уровень локомоции (как правило, при низком уровне эмоциональной реактивности) принято трактовать как показатель высокой исследовательской тенденции (хотя во многих работах в качестве собственно исследовательских движений рассматривались лишь стойки), тогда как обратное соотношение этих показателей обычно служит признаком высокого уровня пугливости.
В период интенсивного накопления фактов генетикой поведения были проведены селекционные эксперименты по выведению линий, контрастных по названным выше признакам. Одна из этих работ – селекция мышей на разные уровни двигательной активности в "открытом поле". Другой известный эксперимент, который был одним из первых в данной области, – это выведение английским ученым П. Бродхерстом (1975) двух линий крыс (Maudsley Reactive и Maudsley Nonreactive strains), контрастных по уровню эмоциональной реактивности (оценивалась по числу актов дефекации) в "открытом поле". В дальнейшем подобные селекционные эксперименты на крысах и мышах проводились неоднократно, в результате чего был установлен ряд существенных фактов. Так, разные уровни активности и разная "эмоциональность" оказываются как бы в антагонизме друг с другом. Иными словами, отбор на контрастные значения одного признака, ведет к появлению противоположных по уровню, но также достаточно выраженных различий по другому признаку. Высоко активные животные оказываются "малоэмоциональными" и наоборот. В истории исследования поведения грызунов разных видов и групп, различающихся по полу, возрасту и функциональному состоянию, имеется много примеров, когда этот антагонизм отсутствует, и отрицательная корреляция между уровнями двигательной активности и эмоциональной реактивности не является строго обязательным явлением.
Следует отметить, что в этих селекционных экспериментах также были выявлены и плейотропные эффекты, и коррелированные ответы на отбор. Одной из особенностей линий Maudsley, важной для физиологической интерпретации данных, является более развитая иннервация кишечника (за счет энтеральной нервной системы) у крыс, которые в ситуации "открытого поля" совершали большее количество актов дефекации. Это может означать, что интерпретировать высокий уровень дефекации у Maudsley Reactive исключительно как показатель высокой эмоциональной реактивности было бы неверно (Blizzard et al., 1982).
Для оценки ориентировочно-исследовательского поведения лабораторных животных применяются разные экспериментальные установки и методы, что может быть причиной наблюдаемых различий в поведении заведомо стандартных линий мышей и крыс. Нередко результаты работ разных авторов даже противоречат друг другу. Как правило, это не служит препятствием в проведении дальнейших исследований, а наоборот, позволяет выяснить возможные причины различий.
При исследовании форм поведения млекопитающих и анализе дифференциального участия в них некоторых отделов мозга все большее значение начинают приобретать так называемые фармако-генетические исследования. Речь идет об оценке реакций на известные (или новые) фармакологические препараты или химические агенты у животных разных генотипов. Сильно упрощая картину, эти работы можно подразделить на несколько направлений: 1) оценку генетической изменчивости в продукции того или иного метаболита, участвующего в осуществлении какой-то реакции; 2) определение изменчивости числа и строения молекул-рецепторов; 3) исследования генетических особенностей эффекторной реакции и др. Одной из "опасностей" фармако-генетических исследований является тенденция перехода на все более простые объекты – срезы мозга, культуру клеток, фракции синаптосом и т.д. С одной стороны, создаются условия для выявления молекулярных механизмов поведенческих реакций, но с другой – затрудняется общая оценка роли таких факторов в формировании поведения. Ввиду этого особо важное значение имеют исследования, проводимые на животных с разными генотипами, а также отслеживание формирования того или иного признака в ходе онтогенеза.
Необходимо отметить и еще одно направление исследований в генетике поведения. Анализ генетической изменчивости некоторых поведенческих реакций, например исследовательской активности мышей (см.: 8.6.6.1), позволяет делать общие выводы об эволюции этой формы поведения.
8.6.2.2. АГРЕССИВНОСТЬ. Всякому, кто изучает поведение животных, очевидно, что термин "агрессивность" относится в целом к поведению животных при конфликтах (см.: 5.3.2). Многие исследователи используют также альтернативный термин – "агонистическое поведение", под которым понимают такие поведенческие акты, которые, имея общую задачу адаптации к обстановке, предполагают, тем не менее, .физический конфликт между особями одного вида. Существуют разные формы таких конфликтов: это агрессия хищника, межсамцовые конфликты, материнская агрессия, агрессивное поведение в ситуации, вызывающей страх (Попова^ 1988). Такое поведение называется также активно-оборонительной реакцией, ее генетические основы исследовались Л.В. Крушинским (1991) на собаках еще в конце 30-х годов.
Агрессия хищника.Агрессия хищника – это одновременно и специфическое явление, связанное с пищевым поведением, и проявление агонистического поведения, имеющего общие черты с агрессией других типов. Агрессию хищника изучают на разных моделях – на крысах, убивающих мышей и сверчков, на мышах, "охотящихся" на сверчков и саранчу, на пушных зверях – норках и лисицах, у которых анализируется реакция на традиционную для них добычу.
Генетические исследования обнаружили не только межлинейные различия, но и доминирование у мышей высокого уровня агрессии хищника. Данные генетического анализа предположительно свидетельствуют о наличии у мыщей двух главных генов, которые контролируют признак "агрессия хищника".
Агрессивность, адресованная человеку,– весьма специфический тип поведенческих реакций. Она была объектом специальных исследований большого коллектива ученых под руководством академика Д.К. Беляева (см. выше).
В длительных селекционных экспериментах, проведенных в Институте цитологии и генетики СО АН СССР в Новосибирске, были получены линии серебристо-черных лисиц и серых крыс, различающиеся по уровню агрессивности, возникающей при контакте с человеком. В последние годы выведены такие же линии норок. Неагрессивная линия лисиц, полученная в результате отбора, обладает необычным для этого вида типом поведения: они активно ищут контакта с человеком и не испытывают ни малейшего страха перед ним. Линии крыс, селектированные на основе выборки отловленных в природе крыс-пасюков, также резко отличаются по агрессивности, адресованной человеку.
Специальные эксперименты показали, что крысы, агрессивные в отношении человека, не показывают столь же выраженной агрессии хищника. К 20-му поколению селекции крыс на высокую и низкую агрессивность по отношению к человеку у них не произошло изменений в уровнях агрессии хищника и межсамцовой агрессии. Это означает, что "агрессия хищника" и "агрессия к человеку" имеют разные физиолого-генетические механизмы.
Нейрохимические исследования показали, что отбор на разные уровни агрессивности, адресованной человеку, позволяет получить линии с измененным гормональным статусом, специфика которого проявляется как в состоянии покоя, так и в состоянии испуга и стресса.
Анализ особенностей поведения животных в условиях их "принудительного" контакта с человеком привел Д.К. Беляева к выводу, что агрессия серебристо-черных лисиц, направленная на человека, сопровождается формированием у них стрессорной реакции, а отбор на тип поведения "ручные животные" (одомашнивание) фактически означает формирование стрессоустойчивого генотипа (см. также: 8.6.5.3).
Межсамцовые конфликты.Как известно, у самцов многих видов существуют две формы поведения при социальном конфликте – нападение и защита (см. также: разделы 4.3 и 5.3.2). Они различаются как по характеру движений (наборам ФКД) животных, так и по "мишеням" (особенностям нанесения укусов).
Для грызунов характерны преследование противника, вертикальные и боковые позы угрозы, укусы с отталкиванием. Укусы нацелены главным образом на спину, бока и основание хвоста соперника. При защите животное ведет себя по другому: для него характерны главным образом реакция бегства, позы "защиты" и "подчинения", а также нанесение укусов "в прыжке".
Генетические исследования реакции нападения практически всегда осуществляются на основе теста "попарного ссаживания" двух самцов. Существуют три типа таких "диадных" тестов.
Во-первых, можно сажать вместе животных одного и того же генотипа, например одной линии или гибридов первого поколения. Во-вторых, можно исследовать конфликт между животными разных генотипов. Третий способ – это метод "стандартного тестера", когда конфликты индуцируются между животными анализируемого генотипа и определенного стандартного генотипа. Этот самец, стандартный тестер, не должен сам инициировать конфликт (нападать), но при этом от него требуется способность спровоцировать реакцию нападения у партнера, не "давая сдачи". Часто в качестве стандартного тестера используют кастрированных гибридных животных, на тело которых наносят капли мочи самцов нужного исследователю генотипа. Иногда используют самцов с выключенным обонянием (либо путем удаления обонятельных луковиц, либо путем орошения обонятельного эпителия сульфатом цинка), что снижает их агрессивность.
Данные, получаемые при тестировании разными методами агрессивной реакции нападения, нередко различаются. Так, например, у самцов линии BALB/c число драк было выше, чем у C57BL, когда их тестировали с самцами той же ("своей") линии; при использовании метода стандартного тестера соотношение интенсивности реакций нападения было обратным. Это означает, что данная простейшая форма социального поведения определяется не только генами данной особи, но и спецификой раздражения (зрительного, обонятельного и др.), идущего от оппонента, т.е. также в значительной мере определяется его генотипом. Очевидно, что этот осложняющий исследование фактор следует непременно учитывать при генетическом анализе числа и интенсивности атак. Существенно важно, в какой обстановке – новой или же в привычной домашней клетке – происходит тестирование. В последнем случае этот тест носит название "резидент – чужак (интрудер)".
Химическая коммуникация, которой принадлежит важнейшая роль при формировании социальных контактов в сообществах грызунов, также находится под генотипическим контролем. Подробная и крайне поучительная сводка работ по данной проблеме была сделана С.Н. Новиковым в 80-х годах (Новиков, 1988), но не утратила актуальности и сейчас.
Следует отметить, что анализ генетических закономерностей межсамцовой агрессии проводят при "спонтанной" агрессивности, а также при агрессивности, резко усиленной содержанием животного в изоляции. Агонистическое поведение как признак несколько различается по своим свойствам при этих двух типах его индукции.
При исследовании генетики агрессивности оценивается, как правило, целый ряд параметров: латентный период первой атаки, число нападений за фиксированный интервал времени, длительность агонистического контакта, его интенсивность, а также доля агрессивных животных в группе.
Для всех перечисленных признаков характерна генетическая изменчивость, однако корреляции между числом самцов, проявляющих агрессию, и интенсивностью их агонистического поведения обнаружено не было. Другими словами, межлинейные различия в экспрессивности и пенетрантности разных показателей агонистического поведения носят сложный характер и не совпадают между собой. Специальные опыты показали, что эти признаки определяются разными генетическими системами. Такие признаки, как суммарное время, проведенное парой мышей в состоянии конфликта, и число дискретных атак наследуются аддитивно и не связаны с полом, тогда как в наследовании уровня агрессивности (доле агрессивных животных) доминирует низкий порог агрессивной реакции (иногда даже с эффектом сверхдоминирования). Вместе с тем, нельзя забывать, что в определении фенотипа агонистического поведения участвует много независимых переменных, следовательно, простых результатов при решении этой проблемы быть не может.
Сложная картина формирования агонистического поведения с позиций генетики означает, что исследователи должны уделять большое внимание поиску удобных, надежных и простых генетических моделей, которые позволяли бы свести к минимуму влияние внешних условий. Работа на таких моделях дает возможность использовать современные методы генетических исследований: методы ре-комбинантных и рекомбинантных конгенных линий, картирование локусов количественных признаков, определение полиморфизма длины рестрикционных фрагментов ДНК и др.
Эксперименты, в которых проводили классический менделевский генетический анализ признаков, связанных с реакцией нападения, показали, что целый ряд ее характеристик генетически детерминирован, и их наследование можно описать как моно- или двухфак-торное.
Межлинейные различия по особенностям самцовой агрессивности определяют в основном выбор доминанта в однополой, искусственно созданной группе самцов разных генотипов. Работы сотрудников Института цитологии и генетики СО АН СССР (Новосибирск) показали, что линия РТ, а также гибриды первого поколения линий РТ и СВА имеют устойчивую тенденцию поставлять доминантов, а целый ряд других инбредных линий располагаются в порядке убывания этой способности (Осадчук, Науменко, 1981).
Селекционные эксперименты с отбором мышей и крыс на разные уровни агрессивности предпринимались неоднократно. Широкую известность в этом плане получила работа К.И. Лагершпец и К.М. Ла-гершпец (К. Lagerspetz, К. Lagerspetz, 1974) по селекции крыс.
Ван Оортмерсен с сотр. (Benus et al., 1987; 1988) путем искусственного отбора создали две линии мышей, различающихся по агрессивности. Селекция проводилась из генетически гетерогенной популяции диких мышей. В качестве критерия для отбора был взят латентный период первого нападения (при тестировании со стандартным тестером – самцом линии MAS-Gro). Латентные периоды менее 200 сек считались короткими, более 200 сек – длинными. Уже через 8 поколений величины латентных периодов первой атаки у двух селектированных линий практически не перекрывались. Отбор в этой работе проводили по поведению самцов, а тестирование самок на агрессивное поведение не выявило межлинейных различий. Интересно отметить, что селекция самок диких мышей на высокую и низкую агрессивность не привела к различиям в агрессивности самцов полученных линий. Это еще раз подтверждает, что, несмотря на внешнее сходство двигательных актов агонистического поведения разного вида, контролирующие их генетические системы оказываются, по крайней мере частично, разными, и могут зависеть от пола.
Видоспецифические движения и позы при агрессивных реакциях, будь это нападение матери, защищающей гнездо, или межсамцовый конфликт, достаточно сходны между собой. Это свидетельствует об определенной общности физиологических механизмов обеих реакций. Однако подобное сходство внешней формы не должно заслонять от нас того обстоятельства, что генетические закономерности проявления разных агрессивных реакций (например, агрессии хищника, межсамцовой агрессии и др.) могут сильно различаться, как об этом уже говорилось выше. Более того, в зависимости от критерия отбора на агрессивность даже линии, полученные в результате отбора, также могут иметь разную "структуру" агрессивного или неагрессивного фенотипа. Линии Turku agressive и Turku nonagressive (К. Lagerspetz, К. Lagerspetz, 1974), как и линии Ван-Оортмерсе-на, различавшиеся по межсамцовой агрессивности, имели и разные уровни материнской агрессии. Критерий отбора в этой работе был иным: при тестировании самцов для отбора их не содержали в изоляции. Такие различия в особенностях фенотипического проявления агрессивности у разных линий могут быть использованы для изучения физиологических механизмов агрессивного поведения.
На поведение животных агрессивных и неагрессивных линий могут оказывать большое влияние факторы внешней среды, такие как опыт предыдущих конфликтов, воздействия на животных в ходе онтогенеза, изменение гормонального фона особи.
Уровни секреции гормонов, в частности тестостерона, также находятся под контролем генотипа. Генетическая система, "ответственная" за этот признак, связана с У-хромосомой. В какой степени генетическая регуляция уровня тестостерона, а следовательно, и уровня половой активности самцов, связана с системой генетического контроля межсамцовой агрессивности?
Интерес к проблеме вызвал появление серии оригинальных исследований роли генов, локализованных в У-хромосоме, при формировании агрессивного фенотипа самца мыши (Maxson, 1992). Как известно, в У-хромосоме выделяют два участка. Один из них называется псевдоаутосомным. Он может рекомбинировать в мейозе с X-хромосомой, располагается в теломерном участке длинного плеча У-хромосомы, и передается как дочерям, так и сыновьям данного самца. Другой, истинно моносомный (т.е. специфичный для половой хромосомы) участок, передается строго от отца к сыну и называется непсевдоаутосомным. Он состоит из короткого плеча, цент-ромерного района и участка длинного плеча У-хромосомы вплоть до псевдоаутосомного участка. Непсевдоаутосомный участок содержит гены, ответственные, например, за детерминирование развития гонад в семенники, ген, кодирующий Н- Уантиген, и др. Поскольку этот участок может передаваться только от отца к сыну, разработаны системы скрещиваний, позволяющие определять, влияют ли расположенные в нем гены на реакцию нападения. Можно, например, сравнить реакцию нападения у самцов–реципрокных гибридов первого поколения от скрещивания линий грызунов, контрастных по данному признаку. Если поведение таких самцов-детей и их отца окажется сходным, то это можно истолковать как свидетельство участия одного или более генов непсевдоаутосомного участка в формировании признака (см. также: Carlier et al., 1990).
Тщательные исследования поведения мышей, у которых У-хромо-сома имела происхождение либо от линии DBA/1, либо от C57BL/10, показали, что изменчивость агрессивного поведения самцов связана с группой генов псевдоаутосомного участка У-хро-мосомы, т.е. той части генома, которая рекомбинирует с ^-хромосомой самки. Этот участок контролирует длительность латентного периода первой атаки у линий Ван Оортмерсена. Возможно, что подобная локализация по крайней мере ряда генов, связанных с агрессивностью, объясняет некоторую взаимозависимость агрессивных реакций, проявляющихся в разных ситуациях.
Межсамцовая агрессивность при жизни мышей в естественных условиях есть фактор, обеспечивающий установление иерархии внутри небольших сообществ, из которых собственно и состоит популяция домовой мыши (см.: 5.5.1). Установившаяся внутригрупповая иерархия обеспечивает минимальный уровень агрессии в "повседневной жизни" групп, а также служит фактором, определяющим расселение молодых половозрелых самцов на новые территории.
8.6.3. СПОСОБНОСТЬ К ОБУЧЕНИЮ
Способность к обучению – это наиболее трудная, но и наиболее увлекательная область генетики поведения. Первая последовательная попытка селекции крыс на способность к обучению (опыт Трайона) показала практически все трудности, подстерегающие исследователя на этом пути.
8.6.3.1. линии ТРАЙОНА. Селекция крыс на успешность (количество ошибочных заходов в тупики) обучения поиску пищи в лабиринте (рис. 8.22) была одной из первых работ по генетике поведения (см.: 8.6.2). Было показано, что крысы "умной" линии ТМВ обучались значительно лучше в исходном 17-тупиковом лабиринте, а также в более простом, 14-тупиковом. В то же время при обучении в 16- и б-тупиковых лабиринтах межлинейных различий обнаружено не было.
Обучение реакции избегания воды было более успешным у "глупой" линии TMD. В дальнейшем было показано, что ТМВ лучше обучались реакции активного избегания в челночной камере, но в тесте на обучение избеганию тока, когда надо было выпрыгивать из ры (а не переходить из одной ее половины в другую) показатели TMD были выше. Это может означать, что в эксперименте Трайона отбор животных производился (неосознанно, разумеется) не только на способность к обучению, но и на какие-то особенности поведения, связанные с лабиринтом данной конфигурации. У крыс линии ТМВ выше пищевая мотивация, но слабее оборонительная, они меньше отвлекаются при выполнении навыка, тогда как крысы линии TMD пугаются даже при манипуляциях дверцами лабиринта. Исследователи приходят к выводу, что ТМВ лучше решают тесты, связанные с пространственными стимулами, тогда как TMD успешнее обучаются при зрительных раздражителях.
 |
Другие формы поведения трайоновских линий в значительной степени различаются между собой, причем физиологическая интерпретация различий иногда достаточно проста, иногда затруднительна или просто невозможна. У линии ТМВ был ниже порог провокации ЭЭГ-знаков судорожной активности при электростимуляции миндалины, слабее реакция на новые предметы, ниже уровень локомоторной активности в колесах. Можно полагать, что отбор на разную степень успеха обучения в лабиринте способствовал формированию генотипов, при которых особенности процесса восприятия, параметры пространственной памяти, мотивация и другие феноти-пические признаки оказались в одном случай оптимальны, а в другом – субоптимальны для выполнения данной реакции.
Результаты сравнения поведения трайоновских линий достаточно поучительны в том отношении, что иллюстрируют сложную картину, которая может получиться в результате отбора на способность к обучению, если реально отбору подвергается признак, косвенно 
связанный с изучаемым. Несомненно, что при создании путем отбора трайоновских линий произошло видоизменение их поведенческих фенотипов. В то же время достоверного прямого влияния отбора на собственно способность к обучению не обнаруживается. Примером сложности полученной картины является изменение способности к обучению крыс этих линий при выращивании их в условиях с разной степенью "обогащенности" среды (рис. 8.23; см. также: 7.3).
8.6.3.2. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВНОЙ РЕАКЦИИ АКТИВНОГО ИЗБЕГАНИЯ. Реакция активного избегания удара электрического тока в челночной камере – это четкий, легко поддающийся количественному учету тест на обучаемость у лабораторных грызунов. Поскольку в качестве условного раздражителя можно выбрать звук, то при использовании этого теста можно включать в сравнение и животных-альбиносов, не опасаясь, что низкая острота их зрения повлияет на успешность выполнения навыка. Челночные камеры, в которых животные обучаются попеременно переходить из одного отсека в другой при предъявлении условного сигнала, легко автоматизировать, что способствует получению данных на большом числе животных в унифицированных условиях. Все это сделало данную методику очень популярной среди исследователей, а число работ, выполненных с ее помощью, составляет многие сотни. Особенно велико число фармакологических и фармакогенетических исследований.
В начале 60-х годов на основе популяции крыс Вистар итальянский исследователь Дж. Биньями начал селекцию на высокую и низкую способность крыс к обучению реакции активного избегания в челночной камере. Уже через несколько лет эти линии были сформированы. С начала 70-х годов селекция и разведение этих крыс проводились независимо в Швейцарии, Великобритании и Канаде.
Межлинейные различия по селектируемому признаку высокодостоверны. Эти линии получили название римских (Roman High Avoidance, RHA, Roman Low Avoidance, RLA) и интенсивно исследуются во многих лабораториях мира.
Сравнение результатов огромного числа работ, полученных на этих линиях с использованием практически всех существующих методик оценки поведения, привело исследователей к заключению, что межлинейные различия у RHA и RLA связаны с эмоциональностью и разным типом реакции на стрессоры (Жуков, 1997; см. также: 8.6.5.3). В то же время существуют достаточно убедительные данные, что эти линии показывают различия и в ассоциативных способностях, т.е. в способности к обучению как таковой. Большое внимание нейроэндокринологическим механизмам различных стратегий поведения крыс в условиях избегаемого и неизбегаемого удара электрического тока было уделено в работах на крысах двух селектированных линий – КНА и KLA (Koltoushi High Avoidance, Koltoushi Low Avoidance), иначе называемых линиями BJI и НЛ. Выведение этих линий было начато в конце 50-х годов в Институте физиологии им. Павлова АН СССР В.К. Федоровым, а после его смерти продолжено Н.Г. Лопатиной с соавт. (см.: Лопатина, По-номаренко, 1987). Как и другие линии крыс, селектированные на высокую и низкую способность к избеганию в челночной камере, данные линии отличаются друг от друга и по иным признакам, связанным как с поведением, так и с более "простыми" физиологическими реакциями. Подробный анализ экспериментальных данных, полученных на крысах этих линий, проведен в монографии ДА. Жукова (1997).
Способность крыс селектированных линий к обучению реакции избегания была сопоставлена с таким морфологическим показателем, как размер интра- и инфрапирамидных проекций мшистых волокон – аксонных окончаний нейронов зубчатой фасции в поле САЗ гиппокампа. Эта проблема рассмотрена более подробно в разделе 8.6.7.2.
Позднее, уже в 70-е годы были созданы путем селекции еще две линии (Syracuse High Avoidance, SHA, Syracuse Low Avoidance, SLA), различающиеся по обучению реакции активного избегания, но не обнаруживающие, в отличие от римских линий, различий в уровне двигательной активности. Исходной популяцией для этой селекционной работы служили крысы Лонг-Иване. В настоящее время крысы хорошо обучающейся линии SHA дают примерно 40 реакций избегания в 60 предъявлениях теста, тогда как SLA – ни одного. У SLA сильно подавлены межсигнальные реакции, однако скорость выполнения реакций избавления (т.е. реагирования на включение электрического тока-наказания) у них не отличалась от линии SHA. В тесте "открытого поля" SLA, как и RLA, более эмоциональны, однако различий в уровнях локомоции у них, как сказано выше, не выявлено.
Генетические модели способности к обучению, какими являются линии крыс RHA и RLA, а также SHA и SLA, используются также в исследованиях роли наиболее изученных медиаторных систем в формировании межлинейных различий реакции на стресс, в обучении, в организации болевой чувствительности. Эти исследования представляют большой интерес, но в настоящем пособии не могут быть затронуты сколько-нибудь подробно (см.: Gray, 1987).
Другим аспектом проблемы, который делается очевидным при анализе межлинейных различий в обучении реакции избегания в челночной камере, является биологическая адекватность самого теста. В самом деле, анализ "логики" этого теста показывает, что данная реакция далека от того, чтобы имитировать какую-либо из естественных поведенческих реакций крысы или мыши. Животное, находящееся в