Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы

Актуальность проблемы.

Одной из основных задач биологии является изучение генетической изменчивости — фундаментального механизма эволюционного процесса. Учитывая то, что отбор в конечном счете идет по поведению, исследования в области генетики поведения способны внести существенный вклад в расшифровку механизмов эволюции в результате детального исследования цепи событий ведущих от гена к поведению и исчерпывающего объяснения природы наследственных индивидуальных (типологических) различий. Адекватным методом для такого рода исследований является разложение исходных популяций на отдельные линии, различающиеся по поведению с последующим их тщательным комплексным анализом. При этом отбор по промежуточным переменным с ясной физиологической основой определяющим функционирование мозга предпочтительнее прямого отбора по поведению, поскольку позволяет изучать механизмы наследственной изменчивости адаптивных процессов на основе целенаправленной стратегии. При анализе функционирования нервной системы различают три основных понятия: процесс, структуру и состояние (Соколов, 1975). Процесс следует рассматривать как нейродинамический эквивалент поведения, не только одновременный ему, но и составляющий с ним 8 единое целое. Под структурой можно понимать совокупность определенного числа нейронов связанных конкретным образом. Понятие функционального состояния нервной системы чаще всего определяется как фон, на котором развиваются поведенческие акты животных и человека и соответствующие им процессы. Несомненно, что состояние зависит прежде всего от конкретных характеристик элементов и связей, входящих в ту или иную распределенную систему и должно оцениваться с помощью структурно-функциональных свойств нейронов и синапти-ческих соединений. Одним из важнейших показателей ФСНС является возбудимость, существенная роль которой в реализации нормального и патологического поведения впервые была подчеркнута И. П. Павловым.

Несомненный приоритет по исследованию влияния общей возбудимости нервной системы на формирование поведенческих актов с применением методов генетики принадлежит Л. В. Крушинскому (1938,1960).По инициативе М. Е. Лобашева в нашей стране была начата работа по исследованию влияния генетического полиморфизма по возбудимости на изменчивость по поведению объектов разного филогенетического уровня развития. Многочисленными исследованиями был достигнут значительный прогресс в понимании генетически детерминированных связей ФСНС с различными аспектами поведения, сформулирована гипотеза нейроэндокринной регуляции реализации генетической информации (Пономаренко, 1975), в рамках пред9 ставлений М. Е. Лобашева (1967) о системном контроле генетических процессов. Вместе с тем нормальный поведенческий репертуар поведения животных, связанный с возбудимостью нервной системы исследован далеко не полно. Практически не изучены генетические корреляции ФСНС с реакцией животного организма на действия экстремальных факторов и длительность ее сохранения. Не выяснено влияние возбудимости нервной системы на работу мозга и не ясна степень генерализованности генетических влияний на ФСНС различных отделов нервной системы. Мало что известно о молекулярно-клеточных и гормональных механизмах, изменение которых в ходе отбора способно модифицировать исходную возбудимость и создать предпосылки для трансформации функционирования мозга и поведения. И наконец, не известно влияние ФСНС на протекание эпигенетических процессов непосредственно в нервной системе, лежащих в основе адаптации. Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи исследования

.

Цель работыисследование генетически детерминированных связей базового параметра функционального состояния нервной системы — возбудимости с особенностями поведения крыс в норме и при действии экстремальных факторов.

Задачи исследования состояли в следующем:

1. Создать модель для изучения генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением, отвечающую современным требованиям к точности постановки эксперимента.

2.Проанализировать у 4-х селектированных по возбудимости нервной системы линий крыс возможно более широкий набор инстинктивных (индивидуальных и социальных) особенностей поведения, включающих как уже изученные на других объектах признаки, так и новые, связь которых с ФСНС не известна.

3. Оценить с использованием созданной модели способности к обучению в широком диапазоне градаций возбудимости нервной системы практически полностью перекрывающих существующую изменчивость по этому признаку в исходной популяции крыс линии Wistar.

4.Изучить паттерн реакций селектированных линий крыс на действие экстремальных факторов, обращая особое внимание на длительность сохранения наблюдаемых изменений .

5.Исследовать степень генерализованности изменений возбудимости в различных отделах нервной системы в ходе селекции и их влияние на особенности функционирования мозга.

6.Проследить влияние отбора на молекулярно-клеточные и гормональные параметры, изменение которых способно модифицировать исходную возбудимость.

7.Предпринять анализ некоторых триггерных механизмов опосредующих влияние возбудимости на дифференциальную адаптацию крыс в условиях стресса и длительность сохранения наблюдаемых альтераций поведения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Для решения задач, стоящих перед генетикой поведения, перспективным является подход генетического выделения возбудимости в качестве промежуточной переменной критичной для реализации многих поведенческих признаков. Возбудимость рассматривается в качестве базового параметра функционального состояния нервной системы. Для нее характерна полигенная детерминация при принципиальной возможности выделения олигогенов, что открывает перспективы для генетического анализа этого и связанных с ним признаков в рамках менделев-ской парадигмы. Адекватной моделью для изучения генетически детерминированных корреляций между ФСНС, функционированием мозга и поведением, способствующей пониманию механизмов адаптации и эволюционного процесса является набор из четырех линий крыс, селектированных по возбудимости нервной системы.

2. Реализация широкого спектра индивидуальных и социальных особенностей инстинктивного поведения крыс, организация процессов обучения и памяти, фундаментальные характеристики функционирования мозга в существенной степени определяются базовой генетически.

12 детерминированной возбудимостью нервной системы. Дифференциальная экспрессия «генов возбудимости» в различных отделах мозга может являтся основой существования общих и частных свойств нервной системы. Генетически детерминированный полиморфизм по ФСНС оказывает значительные влияния на адаптацию организма к действию экстремальных факторов среды, а крайние варианты нормы в пределах существующей внутрипопуляци-онной изменчивости могут рассматриваться как факторы риска при возникновении неврозоподобных состояний.

3. Конгруэнтно с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов, механизмов сигнальной трансдукции, функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов, что с одной стороны объясняет конкретные механизмы селекции крыс по возбудимости нервной системы, а с другой открывает широкие возможности для детального целенаправленного, комплексного анализа процессов специфической и неспецифической адаптации, определяемой ФСНС.

4. Существенную роль в долгосрочных эффектах стресса играют эпигенетические модификации генома. Дифференциальные изменения структуры хромосом в нейронах раз.

13 личных отделов мозга, интенсивность которых определена генетическим компонентом возбудимости, способны влиять на протекание основных матричных процессов, модифицируя экспрессию генов, и приводить к нарушению гармоничного функционирования мозга, вызывая синдром дезинтеграции, лежащий в основе невротических и нев-розоподобных состояний.

Научная новизна.

1.Впервые проведена успешная селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости большеберцового нерва и создана адекватная, отвечающая современным требованиям к точности эксперимента, модель для разработки генетических аспектов теории ФСНС и детального анализа генетических корреляций между возбудимостью нервной системы и поведением.

2.Анализ генетических связей возбудимости с эмоциональностью и способностью к обучению при оборонительном подкреплении проводившийся ранее на других объектах не только подтвердил наличие корреляций между исследованными признаками, но и впервые позволил установить, что их направленность зависит от величины диапазона порогов возбудимости используемой в эксперименте. В ходе исследований были получены оригинальные данные о влиянии ФСНС на показатели «психотицизма» (по терминологии Айзенка) животных — агрессивность и чувствительность к крику.

14 боли другой особи, а также на организацию стратегии поведения линейных крыс в условиях стресса. 3. Получены приоритетные данные о влиянии возбудимости нервной системы на паттерн поведения крыс при стрессе и длительность возникающих изменений ответных реакций.

4.Оценка параметров ФСНС в различных отделах нервной системы как периферических, так и центральных показала, что изменения порогов возбудимости имеют генерализованный однонаправленный характер во всех изученных отделах за исключением обонятельной коры.

5.Впервые установлено влияние селекции по возбудимости нервной системы на базовые особенности функционирования центральной нервной системы: параметры ФП, особенности развития процессов ДПП/ДПД в различных отделах мозга и фракционный состав гуморальных факторов пептидной природы модулирующих развитие пластических процессов в мозге.

6.Для объяснения долгосрочных эффектов стресса сформулирована гипотеза дифференциальных пост-стрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов может вносить существенный вклад в развитие синдрома дезинтеграции, лежащего в основе патогенеза неврозоподобных состояний. Возбудимость нервной системы оказывает значительное влияние на этот.

15 процесс, определяя его качественные характеристики и индивидуальные различия объектов. Получены первые экспериментальные доказательства, подтверждающие гипотезу, при изучении уровня однонитевых разрывов ДНК в различных отделах мозга крыс, различающихся по возбудимости нервной системы.

Теоретическое и практическое значение работы.

Работа посвящена важной и малоисследованной проблеме — изучению генетических корреляций возбудимости нервной системы с особенностями поведения в норме и патологии. Исследование имеет междисциплинарный характер, выполнено на стыке этологии, физиологии, ней-рохимии и генетики, что и определяет возможности применения результатов в различных областях.

Теоретическое значение работы состоит в расширении представлений о влиянии генетически детерминированной возбудимости нервной системы на формирование стратегии поведения в условиях стресса и особенности социального поведения, определяемые такой типологической чертой как психотицизм. Данные о характере генерализованного изменения возбудимости в различных частях нервной системы в ходе селекции позволяют понять существование общих и частных свойств нервной системы. Особое значение имеет установление фактов влияния генетических аспектов ФСНС на паттерн реакций и длительность их сохранения при действии экстремальных.

16 факторов, что позволило сформулировать и экспериментально обосновать гипотезу о дифференциальных пост-стрессорных модификациях хромосом лежащих в основе дезинтеграции функционирования мозга при неврозах. Расширение этой гипотезы создает основу для развития нового направления по изучению эпигенетических механизмов специфической и неспецифической адаптации. Результаты комплексного исследования линий крыс, позволившие обнаружить широкий спектр различий на всех уровнях от молекулярного до организменного открывают широкие возможности для детального генетического анализа полигенной системы детерминирующей возбудимость и связанные с ней признаки с помощью современных методов генетического анализа с использованием микроса-телитных маркеров. Продолжение исследований на созданной батарее линий по изучению влияния экспериментальных факторов несомненно имеют и прикладное значение так как будут способствовать разработке методов коррекции патологических состояний с контролем базовых генетических механизмов лежащих в основе их патогенеза .

Полученные данные вошли в руководство по физиологии (Физиология поведения. Нейробиологические закономерности. Л.: Наука. 1987, с. 9−59.) и могут быть использованы при чтении лекций по курсу «Генетика поведения» на кафедре генетики биолого-почвенного факуль.

17 тета Санкт-Петербургского государственного университета.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации были представлены и доложены на: 2 6, 27, 28 Всесоюзных совещаниях по ВИД (Ленинград 1978,1984,1989), 4−5-м Съездах Всесоюзного общества Генетиков и Селекционеров им. Н. В. Вавилова (Кишинев, 1981;Москва, 1987), 14-м Международном генетическом конгрессе (Москва, 1978), 19−20-м съездах физиологического общества им. И. П. Павлова (Баку, 1983; Кишинев, 1987), Симпозиуме «Стресс, адаптация и функциональные нарушения» (Кишинев, 1981), 4-й Всесоюзной конференции «Физиология и биохимия медиаторных процессов» (Москва, 1985), 4-м Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1986), Международном совещание «Онтогенетические и генетико-эволюционные аспекты нейроэндокринной регуляции стресса» (Новосибирск, 1988), Всесоюзных Симпозиумах «Медиаторы и поведение» и «Медиаторы в генетическом контроле поведения» (Новосибирск, 1986,1988), Всесоюзном Совещании «Коммуникативные механизмы регуляции структуры сообществ млекопитающих» (Москва, 1988), Всесоюзной конференции «Сравнительная физиология ВНД человека и животных» (Москва, 1988), 24-м Международном Симпозиуме по биологическим моделям (Прага, 1988), Всесоюзной конференции.

Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффек-торные клетки" (Суздаль, 1989), Школе по генетике и селекции животных (Бийск, 1989), Международном Симпозиуме «Механизмы памяти и научения» (Магдебург, 1990), конференции «Принципы и механизмы деятельности мозга» (Ленинград, 1990), 3-й Всесоюзной конференции по нейронаукам (Киев, 1990), Международном конгрессе по патофизиологии (Москва, 1991), конференции «Физиология и биохимия медиаторных процессов» (Москва, 1991), Международном Симпозиуме «Физиология гипофи-зарно-адренокортикальной системы» (Ленинград, 1991), 4-й Всесоюзной конференции «Эндокринные системы и вредные факторы окружающей среды» (Иваново, 1991), Всесоюзном Симпозиуме «Условный рефлекс в системе нейронаук» (Ленинград, 1991), Four-IBRO World Congress of Neuroscience, Kyoto, Japan, 1995, First FEPS Congres (Maastricht, 1995), конференции «Физиологические механизмы развития экстремальных состояний» (Санкт-Петербург, 1995), 11-м Международном Совещании по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 1996), 1 IBRO-FAONS Congress (Thailand, 1996), конференции «Современные концепции эволюционной генетики» (Новосибирск, 1997), 33-м Международном Конгрессе по физиологическим наукам (Санкт-Петербург, 1997), Forum of Europ. of Neuroscience (Berlin, 1998), Физиологическом Съезде (Ростов на Дону, 1998), Международном Симпо.

19 зиуме, посвященном 150-летию И. П. Павлова «Молекуляр но-генетические механизмы адаптивного поведения» (Санкт-Петербург, 1999), 2-м Съезде Вавиловского об щества генетиков и селекционеров (Санкт.

Петербург, 2000).

выводы.

1.Проведена селекция 4-х линий крыс по порогам возбудимости большеберцового нерва. Ход селекции свидетельствует о полигенной детерминации признака и возможности выделения олигогенов для осуществления генетического анализа возбудимости, параметров ее определяющих и признаков поведения зависящих от функционального состояния нервной системы в рамках менделевской парадигмы. Созданная батарея линий предложена в качестве перспективной модели для экспериментальной разработки генетических аспектов теории функционального состояния нервной системы.

2.Исследование поведения 4-х линий крыс, моделирующих определенные варианты уровней возбудимости нервной системы в пределах внутрипопуляционной изменчивости позволило продемонстрировать влияние генетически детерминированного ФСНС на вероятность проявления широкого спектра инстинктивных реакций и особенностей поведения: эмоциональности, организации стратегии поведения животных, агрессивности, чувствительности к крику боли другой особи того же вида (аль труизма).

3.Установлены генетические корреляции между базовым уровнем возбудимости нервной системы и способностью к выработке условных рефлексов в различных методических условиях. Направленность корреляций.

164 зависит как от особенностей применяемых методик, так и от диапозона порогов возбудимости, в котором эти связи исследуются.

4.Генетически детерминированная возбудимость нервной системы определяет паттерн ответа крыс селектирован ных линий на действие экстремальных факторов. При действии краткосрочного эмоционально-болевого стресса наблюдается более выраженная реакция гипофи зарно-адренокортикальной системы у животных высоковозбудимых линий. Использование стрессирующих процедур большей длительности (лишение ПФС в течение 24 часов, долгосрочное ЭБС в течение 15 дней) приводит к более существенным изменениям функционирования мозга и поведения у низковозбудимых линий крыс.

5.Последствия воздействия экстремальных факторов сохраняются в течение нескольких месяцев (до 6 месяцев в наших экспериментах), что предполагает длительную модификацию генетического аппарата нейро нов.

6.Селекция линий крыс по возбудимости большеберцового нерва приводит к однонаправленным изменениям функционального состояния других отделов периферической нервной системы и к аналогичным модификациям возбудимости ЦНС распространяющимся, в основном, на филогенетически более древние подкорковые структуры. Наблюдаемые генерализирован.

165 ные изменения по порогам возбудимости лежат в основе установленных корреляций с особенностями поведения.

7.Вызванные селекцией сдвиги по функциональному состоянию различных отделов нервной системы приводят к изменению функционирования мозга, модифицируя параметры фокальных потенциалов в обонятельной коре, развитие длительной посттетанической потенциации при действии депрессивных перфузатов там же и влияя на количественные параметры ДПП в нейронах поля САз гиппокампа.

8.Количественные характеристики фракционного состава пептидов, секретируемых клетками срезов обонятельной коры мозга крыс во внеклеточное прстранство в покое и его качественные изменения при активации зависят от линейных характеристик нервной системы экспериментального объекта.

9.В соответствии с полигенным характером детерминации возбудимости нервной системы в ходе селекционного процесса в линиях крыс происходит накопление многообразных изменений систем гормональной регуляции, метаболизма медиаторов, механизмов сигнальной транс-дукции, функционирования ионных каналов и структурно-функциональных особенностей мембран нервных элементов. Эти изменения лежат в основе генетически детерминированной генерализованной изменчивости по ФСНС.

10.Для объяснения долгосрочных эффектов стресса предложена гипотеза дифференциальных постстрессор ных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов, зависящий как от базовой возбудимости нервной системы, так и от особенностей исследуемых структур ЦНС может лежать в основе синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и неврозоподобных состояний. Основные положения этой гипотезы получили подтверждение при исследовании влияния ЭБС на уровень однонитевых разрывов ДНК в одиночных нейронах разных отделов головного мозга крыс.

Глава 4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Одной из основных задач биологии является изучение генетической изменчивости-базисного механизма эволюционного процесса. Теория естественного отбора возникла на широком фундаменте практической селекции. Учитывая то, что отбор в конечном счете идет по поведению, исследования в области генетики поведения способны внести существенный вклад в расшифровку механизмов эволюции в результате детального исследования цепи событий ведущих от гена к поведению и исчерпывающего объяснение природы наследственных, индивидуальных различий. Селекция лабораторных животных по поведению может быть использована для понимания процессов микроэволюции. Этот термин применяют для описания наиболее ранних этапов дивергенции между популяциями. Существуют теоретические попытки связать изменения в поведении, обусловленные микроэволюцией групп с генетическими модификациями возбудимости нервной системы. Так, согласно Меннингу (1982) при сравнении поведения животных близких видов, как правило, можно обнаружить у них сходные комплексы фиксированных действий. Эти комплексы гомологичны-все они восходят к общему предку. Однако под действием отбора они изменяются по разному. Наиболее часто эти изменения затрагивают, во-первых частоту выполнения комплексов действий и, во-вторых, их форму. Подобная трансформация мо.

150 жет иметь количественный характер и предположительно связана с изменениями в порогах реакций. Сходную позицию применительно к эволюционным преобразованиям механизмов коммуникации занимает Е. Н. Панов (1978). Следует отметить, что описанные выше теоретические соображения о роли генов, влияющих на пороги возбудимости в микроэволюционном процессе, создающим поразительное многообразие комплексов фиксированных действий в результате накопления малых количественных изменений, не имеет достаточных экспериментальных подтверждений. Наиболее адекватным методом в этом случае является селекция по возбудимости нервной системы, сопровождаемая дополнительным отбором по плодовитости, с последующим анализом возникших различий по поведению. Такой подход наиболее приближен к реальному микроэволюционному процессу с тем отличием, что оценка адаптивности, полезности происходящих изменений осуществляется не природой, а экспериментатором. Важным моментом для доказательства гипотезы является наличие генетически детерминированной связи между возбудимостью и поведением. Проведенная нами селекция четырех линий крыс привела к накоплению генетических различий по полигенной системе, детерминирующей возбудимость. В результате этого в порядке коррелятивной изменчивости происходит появление межлинейных различий по особенностям функционирования мозга и поведения, и таким образом гипотеза Меннинга о роли возбу.

151 димости нервных центров в микроэволюционных процессах приобретает черты реальности. Безусловно она нуждается в дальнейшей как экспериментальной, так и теоретической разработке, поскольку вряд ли возможно изолированное изменение отдельного типа реакций связанных с возбудимостью нервных центров. Скорее всего будет наблюдаться скореллированное очень сложное изменение как нормальных, так и патологических форм поведения, подлежащее оценке естественным отбором.

Вопрос о корреляциях был и остается одним из традиционных в эволюционном учении. В связи с полученными нами данными целесообразно вспомнить теоретические представления И. Й. Шмальгаузена (1969) о роли корреляций в онтогенезе и эволюции, развитые по отношению к морфологическим признакам. Было выделено три типа корреляций: геномные, морфогенетические и эргонтиче-ские. Геномные корреляции представляют зависимости в формировании частей, обусловленные наследственными факторами развития и основаны на взаимодействии и сцеплении генов в генотипе и плейотропии. Морфогенетические корреляции это взаимозависимости в эпигенетических факторах индивидуального развития, при которых изменение одной части с необходимостью влечет за собой определенные изменения в других частях развивающегося организма. Они основаны на взаимодействии клеток или частей друг с другом в процессе их дифференциации в эмбриогенезе. Геномные и морфогенетиче.

152 ские корреляции подвергаются шлифовке эргонтическими, функциональными корреляциями, при помощи которых устанавливаются функциональные зависимости между уже сформированными структурами. Предполагается, что геномные корреляции являются основой, на которой в процессе онтогенеза и эволюции вырабатываются и другие формы взаимозависимостей. В наших экспериментах исследовались физиологические связи, для которых генетически детерминированный согласованный морфогенез частей организма является фундаментом и поэтому приведенная выше классификация применима также и к ним.

Исследования, выполненные нами на четырех линиях крыс показали, что плейотропный эффект генов детерминирующих возбудимость нервной системы проявляется по-разному в различных ее частях. Так изменения возбудимости соответствовали направлению отбора по порогам п. tibialis в других частях периферической нервной системы, стволовой части мозга и подкорковых его областях. В тоже время в обонятельной коре межлинейных различий не было. Здесь уместно вспомнить закономерность выявленную при исследовании генетической детерминации ЭЭГ человека (Мешкова, 1981). Оказалось, что наиболее слабые влияния со стороны генотипа на ЭЭГ были продемонстрированы для левой височной области филогенетически нового специфически человеческого образования, являющегося центральным ядром организации речевых функций. Не исключено, что структурно.

153 функциональные особенности корковых образований у крыс также в меньшей степени генетически детерминированы. Это положение может относиться, в частности, к области обонятельного мозга, где пролиферативная активность прослеживается на высоком уровне до двух месяцев постнатального развития. Возможно также, что экспрессия генов возбудимости идет в обонятельной коре по пути альтернативного сплайсинга и приводит к иным функциональным последствиям. Так например, если в гиппокампе выраженность длительной посттетаниче-ской потенциации усилена у низковозбудимых крыс, по сравнению с животными противоположного направления селекции, то в обонятельной коре таких различий нет при тетанизации электрическим током, но наблюдаются различия по ДПП при добавлении депрессивных перфуза-тов. В целом можно полагать, что в основе зафиксированных нами межлинейных различий по инстинктивному и условнорефлекторному поведению лежат плейотропные эффекты генов возбудимости на особенности функционирования различных отделов мозга. Судя по всему связь возбудимости с поведением не носит характер простой линейной зависимости, а имеет вид перевернутой и-образной кривой, и для каждого вида поведения существует свой оптимум функционального состояния нервной системы, что соответствует закону Йеркса-Додсона и двум постулатам Лата в отношении неспецифической возбудимости нервной системы. В связи с этим трудно ожи.

154 дать простого решения вопроса о связи ДПП с особенностями обучения. Так, например, по нашим данным во-первых существуют особенности ДПП, характерные для разных отделов мозга, и во вторых повышенная способность к проявлению ДПП хотя и соответствует росту скорости выработки УРАИ у низковозбудимой линии, но сопровождается снижением способности к обучению с пищевым подкреплением и к сохранению УРПИ.

Кроме изменения количественных характеристик и вероятности проявления нормальных форм поведения селекция по возбудимости повлияла и на процессы адаптации животных к влиянию экстремальных средовых воздействий.

По литературным данным низкое общее функциональное состояние мозга способствует развитию или углублению патологических состояний (Хананашвили, 1978). Как правило модуляция функционального состояния достигалась путем изменения освещения или с помощью других воздействий на организм. Во всех случаях наряду со специфическими эффектами наблюдали и неспецифический синдром изменений высшей нервной деятельности, который отражает низкое функциональное состояние мозга, трактуемое как астенизация нервной системы. Предполагается, что механизм возникновения невроза при низком уровне общего функционального состояния мозга состоит в трудности перестройки этого уровня на новый более высокий, необходимый для решения тех задач психогенно.

155 го характера, которые предъявляются нервной системе в виде условных раздражителей. Факторы астенизации, нарушая механизмы такой перестройки, создают трудности или приводят к невозможности формирования подготовительных процессов, которые обеспечивают адекватное реагирование мозга на новые более сложные психогенные раздражители. Трудность приспособления нервных клеток к новым психогенным воздействям, понижение их работоспособности вследствии перегрузок является конкретной причиной, вызывающей патологию. Психогенный фактор невротизации оказывается лишь стимулом, направляющим патологию в сферу высших нервных функций. Наш подход отличался от вышеизложенного тем, что модуляция функционального состояние нервной системы достигалась с помощью генетических методов.

Результаты проведенных исследований позволили показать, что на острый стресс отвечают более активной реакцией высоковозбудимые крысы. Для них характерно ускоренное развитие гормонального стрессорного ответа. Растянутый во времени выброс кортикостерона, свидетельствует о том, что эти животные имеют сниженную чувствитльность ГАС к сигналам обратной связи. Эти данные находят подтверждение в экспериментах с применением дексаметазонового теста (Ордян и др., 1998) и при определении относительного числа кортикостероид-ных рецепторов у крыс наших линий (Ефимов идр., 1995). В последнем случае показано, что у высоковозбудимых.

156 крыс при однократном эмоционально-болевом стрессиро-вании наблюдается уменьшение диапазона активного кор-тикостеронрецепторного комплекса в гипоталамусе и гипофизе подопытных животных. Более энергичный ответ на острый стресс характерен для них и на хромосомном уровне. Оценка роста числа хромосомных аберраций в клетках костного мозга показала существенное увеличение их общего числа у высоковозбудимых линий крыс (Дюжикова и др., 1997). По-видимому эти реакции можно рассматривать как адаптивные, поскольку использование более длительных процедур, а именно лишение парадоксальной фазы сна в течение 24 часов и 15-ти дневная невротизация приводили к альтерациям поведения более выраженным у крыс с низким наследственным функциональным состоянием нервной системы, что соответствует результатам полученным при внешнесредовой модуляции ФСНС. Депривация ПФС приводила к существенному нарушению процессов консолидации памяти при выработке УРПИ у низковозбудимых крыс, что по-видимому было связано с резким возростанием возбудимости нервной системы. Более сильное воздействие вызывало у этих же линий нарушение безусловнорефлекторных компонентов поведения с ясно выраженным ступорозным состоянием, сопровождаемым ростом неподвижности и подавлением «норкового рефлекса» .

Отдельного обсуждения заслуживает показанное нами длительное сохранение последствий невротизации как на.

157 уровне функционирования мозга, так и на поведенческом более выраженное у животных с низким генетически детерминированным функциональным состоянием нервной системы. Длительное сохранение последствий невротизации известно еще по работам И. П. Павлова и его учеников (Павлов, 1951). Высказываются предположения о возможном участии в длительном существовании устойчивого патологического состояния генетического аппарата (Бехтерева, 1988; Крыжановский, 1997). В теоретическом плане эта проблема была, пожалуй, наиболее детально разработана в серии статей и монографий Меерсона (1963;1967;1981;1993), который полагает, что в развитии большинства адаптивных реакций просматриваются два этапа: начальный этап-срочной, но несовершенной адаптации и последующий этапдолговременной адаптации. Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и реализуется на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Важнейшая черта этого этапа состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей, при почти полной мобилизации функционального резерва и далеко не в полной мере обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Адаптация в этом случае оказывается не совершенной. Аналогичным образом при адаптации к новым сложным ситуациям окружающей среды, реализуемой при участии пластических процессов в ЦНС, этап сроч.

158 ной адаптации в начале осуществляется на основе готовых механизмов и проявляется хорошо известным в физиологии высшей нервной деятельности периодом «генерализованных двигательных реакций» или периодом" эмо-ционального поведения". При этом необходимый адаптационный эффект, диктуемый потребностями организма может остаться неосуществленным или обеспечиваться случайным удачным движением. Именно переход от срочного этапа к долговременному представляет узловой момент адаптационного процесса и происходит на фоне достаточно сильного стресса, при этом должен реализоваться важный процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем с увеличением их мощности до уровня диктуемого средой или упрочение новой поведенческой реакции.. В том случае, когда требования среды не могут быть удовлетворены с помощью специфических поведенческих или иных реакций формирование адекватной среде функциональной системы и системного структурного следа не происходит. Более того возможно формирование матрицы устойчивого патологического состояния (Бехтерева, 1988), лежащего в основе невротических реакций. Можно полагать, что образование как нормального, так и патологического структурного следа основано на постоянно функционирующей взаимосвязи между функцией и генетическим аппаратом клетки (Меер-сон, 1963; Лобашев, 1967 — Пономаренко, 1975). Если роль генетического аппарата нейронов в формировании струк.

159 турного следа памяти исследуется с конца 50-х годов, начиная с работ Хидена (Нус1еп et а1., 1964), то изменения функционирования генов при адаптации к стрессу изучены в меньшей степени. Известно, что стресс как системная неспецифическая реакция на экстремальные изменения среды сопровождается структурнофункциональными альтерациями генома клеток соматических и генеративных тканей (Беляев, Бородин, 1982; Ме-ерсон, Малышев, 1993;Е1зЬтап et а1., 1996).Однако процессы, происходящие непосредственно в геноме нейронов при адаптации к стрессорным воздействиям изучены в очень малой степени. Влияние стресса на генетический аппарат нервной системы исследуется прежде всего на молекулярном уровне. Изучаются матричные процессы, экспрессия генов раннего действия, генов, кодирующих молекулы гормонов, рецепторов, белков стресса и других биологически активных веществ, (Явич и др., 1990; БепЬа, Уеуаша, 1997; Уе11иссз, Рагго-Ы, 1997; LeGreves et а1., 1997; Еикис1о et а1., 1997; Аи^еНапо. 1998) .

В настоящее время эпигенетические, происходящие под влиянием средовых воздействий, модификации генома классифицируются на эпимутагенетические и эпигенетические в узком смысле слова, причем под последними понимаются процессы не изменяющие структуру нуклео-тидной последовательности. Основной акцент при исследовании процессов адаптации, как было сказано выше, делается на изучение экспрессии генов. В то же.

160 время события, нарушающие структуру ДНК и широкий класс эпигенетических процессов непосредственно не входящих в цепочку ДНК-РНК-белок, но активно на нее влияющих, непосредственно в нервной системе почти не изучены.

В наших экспериментах был использован один из показателей эпигенетических процессовуровень одноните-вых разрывов ДНК, который оценивался в нейронах различных областей мозга крыс линий ВП1 и НП2 и близкой по возбудимости нервной системы к последней контрольной аутбредной линии Wistar. Было показано, что острый стресс влияет преимущественно на высоковозбудимую линию Wistar (средний мозг), в то время как долгосроч^ ное стрессирование оказывает достоверное влияние только на крыс линии ВП1, подавляя процесс возникновения разрывов ДНК в гиппокампе и среднем мозге и не вызывая его существенного изменения в коре.

Полученные данные позволили нам сформулировать гипотезу дифференциальных постстрессорных модификаций хромосом, согласно которой различный паттерн эпигенетических изменений хромосом в разных отделах мозга при действии экстремальных факторов, зависящий как от базовой генетически детерминированной возбудимости нервной системы, так и от структурно-функциональных параметров конкретных нейронов лежат в основе синдрома дезинтеграции, определяющего патогенез невротических и неврозоподобных состояний. Основные положения.

161 этой гипотезы получили подтверждение как в наших исследованиях, так и в экспериментах на тех же линиях крыс при аналогичных способах невротизации в ходе исследования характеристик гетерохроматина (Дюжико= ва и др., 1996;1997;1999), а также на модели прена-тального стресса при изучении динамики хромосомных аберраций в нервной системе эмбрионов (Shiryaeva et al., 1998). На основании вышеизложенного можно считать перспективным направление исследований эпигенетических механизмов контроля процессов специфической и неспецифической адаптации, связанное с оценкой множества эпигенетических показателей в разных отделах мозга в условиях различных парадигм обучения и при действии разнообразных экстремальных факторов среды с параллельной оценкой особенностей функционального состояния соответствующих отделов ЦНС и параметров поведения.

Иное перспективное направление связано с тем, что в последнее десятилетие развитие методической базы генетики позволило значительно усовершенствовать методы генетического картирования. В частности использование QTL (quantitative traits locus analysis) метода позволяет локализовать с помощью микросаттелитных маркеров, которых для крыс известно более 9000, олигогены, отвечающие за основную долю изменчивости по тому или иному количественному признаку. Картированные гены могут быть клонированы и секвенированы, что позволит с.