Исследования нейронной активности у свободно-подвижных животных: перспективы метода
В.А.Коршунов
Клеточные, мембранные и синаптические механизмы обучения в основном исследуются in vitro. Поскольку причины вызывающие изменения в нейронной сети при обучении еще недостаточно изучены, фактически in vitro исследуются результаты искусственных воздействий на препарат нервной ткани, только гипотетически моделирующих ситуацию обучения. С другой стороны, исследования нейронной активности в свободном поведении позволяют выявить корреляции между изменениями нейронной активности и обучением, но оставляют открытым вопрос о механизмах, лежащих в основе нейронных специализаций. Взаимопроникновение аналитических и корреляционных методов могло бы быть полезным для развития обоих направлений исследований. Регистрация нейронов у свободноподвижных животных в сочетании с аналитическими методами позволяет объединить оба направления для исследования механизмов обучения.
В лаборатории нейрофизиологии обучения Института ВНД и НФ РАН разрабатываются методы, сочетающие аналитические и корреляционные подходы для исследования механизмов обучения у свободноподвижных животных.
Для исследования пластичности синапсов при обучении разработан метод многоканальной регистрации нейронной активности в моносинаптически связанных полях гиппокампа и электростимуляции основных внутригиппокампальных связей между регистрируемыми нейронами.
Для анализа изменений состава модуляторов при различных формах поведения животных предложен метод микродиализа с одновременной регистрацией нейронной активности в точке забора диализата. Кроме того, предложен метод, позволяющий сочетать микродиализ с электростимуляцией внутригиппокампальных связей и стволовых структур мозга и одновременной регистрацией вызванных ответов в точке забора диализата (работа проводится совместно с лабораторией условных рефлексов и физиологии эмоций ИВНД и НФ РАН).
Последние наши разработки связаны с регистрацией нейронной активности у свободноподвижных мышей. Впервые предложены методы многоканальной регистрации нейронной активности высокоимпедансными электродами у данных животных. Впервые предложена технология регистрации нейронов у мышей, решающих пространственные задачи в бассейне Морриса (работа проводится совместно с лабораторией нейрофизиологических основ психики им. Швыркова ИП РАН).
Литература
1. Гирман С.В. (1973).
Методика хронической экстраклеточной регистрации нейронной
активности у крыс в свободном поведении.
Физиол. журн. СССР, 59 (4), 658-670.
2. Гнетов А.В., Качалов Ю.П., Ноздрачев А.Д. (1986).
Стеклянный микроэлектрод. Л. "Наука", 103 с.
3. Качалов Ю.П., Гнетов А.В., Ноздрачев А.Д. (1980).
Металлический микроэлектрод. Л. "Наука", 159 с.
4. Коршунов В.А. (1984).
Компактный микроманипулятор для xронической внеклеточной
регистрации нейронной активности для фиксированныx и свободноподвижныx животныx.
Биол. науки, 8, 103-106.
5. Коршунов В.А. (1998).
Микроманипулятор для двухканальной регистрации нейронной
активности высокоимпедансными электродами у свободноподвижных животных.
Российский физиологический журнал, т. 84, 8, 824-828.
6. Коршунов В.А. (2005).
Микродиализ у свободноподвижных животных с одновременной ре-
гистрацией электрофизиологических процессов в точке забора
диализата.-Российский физиологический журнал, т. 91, 6, 700-705.
7. Bilkey D.K., Muir G.M.
A low cost, high precision subminiature microdrive for
extracellular unit recording in behaving animals.
J. Neurosci. Methods 1999; 92: 87-90.
8. Cahusac, P.M.B. & Miyashita, Y. (1988).
Hippocampal activity related to the processing of single
sensory-motor assosiations.
Neurosci. Letters, 90, 265-272.
9. Deadwyler S.A., J.Biela, G. Rose, M. West & G.Lynch (1979).
A microdrive for use with glass or metal microelectrodes in
recording from freely-moving rats.
Electroencephalography and Clin. Neurophys., 47, 752-754.
10. S.A. Hollup, S. Molden, J.G. Donnett, M-B. Moser & E.I. Moser (2001).
Accumulation of Hippocampal Place Fields at the Goal Location in
an Annular Watermaze Task.
The Journal of Neuroscience, March 1, 2001, 21(5):1635-1644
11. Jeantet Y, Cho Y.H. (2003).
Design of a twin tetrode microdrive and headstage for
hippocampal single unit recordings in behaving mice.
J. Neurosci Methods 2003; 129: 129-134.
12. Johnson JL & Welsh JP. (2003).
Independently movable multielectrode array to record multiple
fast-spiking neurons in the cerebral cortex during cognition.
Methods 2003; 30: 64-78.
13. Korshunov, V.A. (1995).
Miniature microdrive for extracellular recording of neuronal
activity in freely moving animals.
J. Neurosci. Methods. 57, 77-80.
14. McNaughton, B.L., O'Keefe, J. & Barnes, C.A. (1983).
The stereotrode: a new technique for simultaneous isolation
of several single units in the central nervous system from
multiple unit records. J. Neurosci. Methods, 8, 391-397.
15. Muthuswamy J., Okandan M., Jackson N. (2005).
Single neuronal recordings using surface micromachined
polysilicon microelectrodes.
-J. Neurosci. Meth. 142, pp. 45-54.
16. Oka J-I. & M. Imanishi (2000).
A new technique for implanting a fine - wire microelectrode
for chronic recording of unit activity from freely-moving
mice.
- Neuroscience research, 36, pp. 93-96.
17. O'Keefe J. and J. Dostrovsky (1971).
The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from
unit activity in the freely moving rat.
- Brain Research, 34, p. 171-175.
18. O'Keefe J. (1976).
Place units in the hippocampus of the freely mooving rat.
- Experimenthal neurology, 51, 78-109.
19. Recce M & O'Keefe J.
The tetrode: a new technique for multi-unit extracellular
recording.
Soc Neurosci Abstr 15: 1250, 1989.
20. Rennaker R.L., A.M. Ruyle, S.E. Street, A.M. Sloan (2005).
An economical multi-channel cortical electrode array for
extended periods of recording during behavior.
-J. Neurosci. Meth., 142, pp. 97-105.
21. Vretes R.P. 1975.
A Device for recording single unit activity in freely-moving
rats by a movable fine wire electrode.
- Electroencephalog. Clin. Neurophysiol. 38: p. 90-92.
22. Wilson, M.A., McNaughton, B.L., Stengel, K. (1991).
Soc. Neurosci. Abstr. 17, 1395.