Расположение двигательных представительств лицевой и соматической мускулатуры в моторном неокортексе нелинейных лабораторных мышей серой и черной окраски

44

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 612.822.6

Н.А. Худякова, Т.В. Замятина

РАСПОЛОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВ ЛИЦЕВОЙ И СОМАТИЧЕСКОЙ МУСКУЛАТУРЫ В МОТОРНОМ НЕОКОРТЕКСЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ МЫШЕЙ СЕРОЙ И ЧЕРНОЙ ОКРАСКИ

При помощи внутрикорковой микростимуляции проведено картирование моторного неокортекса нелинейных мышей серой (агути) и черной окраски. У мышей черной окраски была обнаружена асимметрия расположения двигательных представительств нижней челюсти и вибрисс, чего не наблюдалось у мышей серой окраски. Для мышей черной окраски характерны достоверно высокие (р<0,05) значения пороговых токов двигательных ответов задних конечностей и достоверно низкие (р<0,05) значения пороговых токов верхней губы.

Ключевые слова: внутрикорковая микростимуляция, моторная кора, нелинейные серые и черные мыши.

Наибольшее внимание в последние годы уделялось применению методики внутрикорковой микростимуляции (ВКМС) для изучения двигательных представительств в моторной коре у белых мышей, крыс, кроликов, а также несколько опытов было проведено на серых мышах [1-6]. Но в результате опыты показали, что расположение двигательных представительств (ДП), значения латентных периодов и пороговых токов отличаются от таковых у белых мышей. В соответствии с этим встал вопрос о взаимосвязи данных показателей и окраса шерсти. К тому же все, что отличало животных серой окраски и белых мышей, это наличие пигмента у одних и его отсутствие у других, проявление которого определялось геном альбинизма. В остальном никаких различий ни в среде обитания, ни в условиях питания не наблюдалось. Следовательно, не исключается возможность влияния генотипа на расположение двигательных представительств в моторной коре животных [7; 8].

Целью данной работы являлось изучение расположения ДП лицевой и соматической мускулатуры в моторной коре лабораторных мышей серой и черной окраски.

Материалы и методика исследований

Нами было проведено по 15 опытов по картированию моторного неокортекса черных и серых нелинейных лабораторных взрослых мышей-самцов методом ВКМС. Скальпирование производилось под общей и местной анестезией: тиопентал натрия 70 мг/кг внутрибрюшинно и 0,5 % новокаин 0,10,2 мл подкожно. Краниотомия осуществлялась над зоной фронтальной и теменной областей неокор-текса в обоих полушариях головного мозга. Для ВКМС использовали стеклянные микроэлектроды, заполненные 1,5 М цитратом натрия и сопротивлением около 1 МОм. Электроды последовательно погружали при помощи механического манипулятора в 4-е, 6-е, 8-е, 10-е цитоархитектонические поля правого и левого полушария с шагом стимуляции 0,5 мм в каудоростральном, медиолатеральном и вертикальном направлениях (до глубины 1,5 мм). Индифферентный электрод (им служила металлическая пластинка площадью 0,5 см2) закрепляли на хвосте животного через вату, смоченную 0,9%-м раствором хлорида натрия. Для стимуляции применяли короткие серии прямоугольных импульсов с длительностью одного импульса 0,3 - 0,4 мс, частотой 300 - 400 имп/с, по 7 импульсов в пачке. Сила тока составляла 3 - 65 мкА. Характер и локализацию ответов определяли посредством прямого визуального контроля. Основные наблюдения проводили спустя 1,5 часа после введения наркоза, так как за этот период восстанавливаются рефлекторные реакции у животных и снижаются пороговые токи для вызова двигательных ответов мышц конечностей и морды. При проведении ВКМС регистрировали длительность латентных периодов отдельных двигательных ответов, изменения которых основывались на бесконтактной регистрации с помощью фотодиода и датчика Перевозчикова, а также фиксировались пороговые токи для каждого двигательного ответа. Данные стимуляции подвергались компьютерной обработке, в результате которой строились суммарные, вероятностные и индивидуальные карты двигательных представительств в неокортексе мышей серой (агути) и черной окраски.

Полученные данные проверяли на наличие асимметрии по критерию знака. Для этого рассчитали площадь каждого ДП по индивидуальной карте и сравнивали данные площади в левом и правом полушариях у каждого животного.

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2010. Вып. 1

Результаты и их обсуждение

В результате ВКМС моторного неокортекса у обеих групп мышей были получены двигательные ответы (ДО) передних и задних конечностей, вибрисс, верхней губы, нижней челюсти, ушей, век, мышц шеи (рис. 1, 2). В целом границы обнаруженных нами ДП располагались у черных мышей: в левом полушарии А=4 мм, Р=4,4 мм, Ь=0,2^4,4 мм; в правом полушарии А=3,1 мм, Р=4,4 мм, Я=0,1^4,7 мм; у серых мышей данные незначительно, но различаются: в левом полушарии А=4 мм, Р=4,9 мм, Ь=0,1^3,9 мм; в правом полушарии А=4 мм, Р=4,8 мм, Я=0,3^4,3 мм.

Рис.1. Расположение ДП лицевой мускулатуры в моторном неокортексе мышей серой (а) и черной (б) окраски: — - верхняя губа, — — — - вибриссы, — •---нижняя челюсть

V v<

ir t \ 3 \

\ ч

л ____J г

б

а

Рис.2. Расположение ДП передних и задних конечностей в моторном неокортексе мышей серой (а) и черной (б) окраски: — - передние конечности, — — — - задние конечности

Значения критерия знака при сравнении индивидуальной межполушарной асимметрии

у мышей серой и черной окраски

Двигательные представительства Критерий знака

Черные мыши Серые мыши

Передние конечности 3 5

Задние конечности 4 4

Вибриссы 0* 0

Верхняя губа 4 3

Уши 0 2

Мышцы шеи 2 0*

Веко 0* 0*

Нижняя челюсть 0* -

По рис. 1 и 2 (суммационные карты мышей) видно, что практически все ДП как у черных, так и у серых мышей накладываются друг на друга. По сравнению с ними у белых мышей такого перекрывания не наблюдалось [5; 6; 9; 10].

Большую площадь занимают представительства конечностей, которые находятся как за брег-мой, так и перед ней. Границы представительств задних конечностей: у мышей серой окраски -А = 4 мм, Р = 4,9 мм, Ь = 0,1-3,9 мм, Я = 0,3-4,3 мм; у мышей черной окраски - А = 3,5 мм, Р = 4,3 мм, Ь = 0,3-4,3 мм, Я = 0,2-4,2 мм и занимают площадь 28,5 в левом и 27,6 мм2 в правом полушарии и 25,7 и 21,9 мм2 соответственно у мышей серой и черной окраски . Несколько меньшую площадь занимают ДП передних конечностей как в левом, так и в правом полушарии (13,4 и 16,8 мм2 у серых мышей и 17,3 и 14,3 мм2 у черных мышей), имея следующие границы: А = 3,4мм, Р = 0,5мм, Р = 2-3,1 мм, Ь = 0,3-3,3мм в левом полушарии и А = 2,3 мм, Р = 3,2 мм, Я = 0,3-4,3мм в правом полушарии у серых мышей, соответственно А = 4 мм, Р = 2,4 мм, Ь = 0,2-3,3 мм и А = 2,9 мм, Р = 2,7 мм, Я = 0,3-3,3 мм у черных мышей. Таким образом, наблюдаются отличия в расположении ДП у серых и черных мышей в сравнении с белыми, у которых представительства конечностей располагались за брегмой, а верхняя губа - перед ней [5; 9; 10].

Из суммационных карт видно, что представительство уха, располагается в зоне брегмы как у черных (А = 1,5 мм, Р = 1,5 мм, Ь = 0,3^4,4 мм, площадь - 5 мм2; Я = 1,2-4,6 мм, Р = 0,1-2,5 мм, площадь 3,2 мм2), так и у серых мышей (А = 1,2 мм, Р = 1,2 мм, Ь = 1,3^3,7 мм, площадь 4,1 мм2; Я = 0,2^3,3 мм, А = 0,6мм, Р = 2,6 мм, площадь 4,4 мм2), причем в правом полушарии у последних местонахождение более каудальное в сравнении с представительством в левом полушарии, а у черных мышей основная площадь представительства в том же полушарии локализуется за брегмой; ДП мышц шеи черных мышей занимают пространство в основном перед брегмой А = 0,1^1,1,8 мм, Ь = 0,3^3,3 мм и Я = 0,2^2,7 мм, А = 2,2мм, Р = 0,2мм, площадь которых составляет 2,8 мм2 в левом полушарии и 3 мм2 в правом, в то время как у серых мышей они находятся и за брегмой, и перед ней: Р = 0,5^3мм, А = 0,5-2,6 мм, Ь = 0,8^3,4 мм и Я = 0,2^3,3 мм, А = 3,8мм, Р = 3,2мм, имея чуть большую площадь (5 и 9 мм2 в соответствующих полушариях).

По полученным результатам площади ДП вибрисс у мышей черной окраски составляют 1 мм2 и представлены они только в левом полушарии (Ь = 1,4^2,6 мм, А = 1,2^3,4 мм и Ь = 1,4-1,6 мм, Р = 2,5^3,2 мм), у серых представительства вибрисс располагаются в обоих полушариях, занимая большую площадь в правом полушарии (2,6 мм2) нежели в левом (0,4 мм2) и имеют следующие координаты: А = 1,8-2,1 мм, Ь = 2,7-3,3 мм и А = 0,7-1,1 мм, Ь = 1,8-2,2 мм в левом, А = 1,9 мм, Р = 1,5 мм, Я = 1,3-2,7 мм. Таким образом, и у черных, и у серых мышей они локализуются в основном выше уровня брегмы. Двигательные ответы мышц верхней губы наблюдали из области, тоже расположенной преимущественно ростральнее брегмы (А = 3,8 мм, Р = 1мм, Ь = 0,3-3,9 мм, площадь 12,6 мм2 и А = 3,1мм, Р = 2,8мм, Я = 0,4-4,3 мм, площадь 15,4 мм2 у серых мышей; А = 3,5мм, Р = 3,1мм, Ь = 0,2-3,4 мм, площадь 12,9 мм2 и А = 2,9мм, Р = 3,2мм, Я = 0,2-3,8 мм, площадь 11,4 мм2 у черных мышей). Кардинально отличаются по своей локализации ДП нижней челюсти и век. В то время как ДП век серых мышей находится на уровне брегмы (А = 0,1мм, Р = 0,1мм, Я = 2,3-3,1 мм), имея площадь 0,2 мм2, у черных оно располагается каудальнее (Р = 0,1-1,6 мм, Я = 0,4-1,2 мм, площадь 0,8 мм2). Но у обеих групп животных они отмечаются только в правом полушарии. Представительства нижней челюсти черных мышей наблюдаются ростральнее, ближе к сагиттальному шву в левом

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2010. Вып. 1

полушарии (А = 2,6-2,4 мм, Ь = 0,2-1,3 мм, площадь 0,4 мм2), а у серых - в обоих полушариях и лате-ральнее (А = 1-2,1 мм, Ь = 2,3-3,3 мм, площадь 0,8 мм2 и А = 0,9-1,2 мм, Я = 3,4-4,3 мм, площадь 0,6 мм2).

В итоге достоверная степень асимметрии по критерию знака была обнаружена у мышей черной окраски по ДП век, нижней челюсти и вибрисс, а у серых - по ДП век, обнаруженным лишь в правом полушарии, как и у черных мышей, и по ДП мышц шеи.

На рис. 3а изображена гистограмма по снятым латентным периодам двигательных ответов передних конечностей у мышей серой и черной окраски, которые входят в интервал 28-36 мс и 22-36 мс соответственно. Двувершинность, наблюдающаяся в случае со значениями латентных периодов черных мышей, объясняется участием в движении мышц кисти и предплечья. Несколько более длительными (25-45 мс у мышей серой и 30-55 мс у мышей черной окраски) являются латентные периоды мышц задних конечностей (рис. 3 б).

Показания латентных периодов (ЛП) исследованных групп животных по перечисленным ДП совпадают с данными, полученными ранее на белых мышах [2; 3; 5]. То есть более длинными оказываются ЛП конечности и более короткими ЛП лицевой мускулатуры (10-18 мс у черных и 10-14 мс у серых мышей). Если сравнивать данные показатели между двумя исследованными нами группами животных (рис. 3 а,б, рис. 4), то показания латентных периодов мышей черной окраски имеют более высокие значения, чем у серых.

Рис.3. Значения ЛП передних (а) и задних (б) конечностей у мышей серой и черной окраски: оси X соответствует время ЛП, мс; оси У - количество ЛП в интервале; темные столбцы обозначают мышей серой, светлые столбцы - мышей черной окраски

В случае с ЛП верхней губы, как и предполагалось, получены коротколатентные ответы в интервале 10-16 мс у черных и 10-12 мс у серых мышей.

Рис.4. Значения ЛП верхней губы у мышей серой и черной окраски

Следует отметить, что полученные результаты отражают определенные различия между данными группами животных. Например, отличие проявляется в расположении ДП лицевой мускулатуры: нижняя челюсть серых мышей локализована в обоих полушариях латерально относительно сагиттального шва, а у черных - медиально и лишь в левом полушарии; ДП вибрисс представлены у мышей серой окраски в обоих полушариях и преимущественно выше уровня брегмы, в то время как у второй группы животных - только в левом полушарии, но тоже рострально; двигательные ответы век были получены в обеих группах животных в правом полушарии: у серых - на уровне брегмы, у черных - чуть ниже брегмы. Стоит подчеркнуть, что по критерию знака было выявлено наличие достоверной асимметрии у группы мышей черной окраски по ДО вибрисс, нижней челюсти, век и у серых - по ДО мышц шеи и век. По литературным данным [5; 9], для лабораторных белых мышей была характерна асимметрия и по ДП верхней губы (т.е. асимметрия всей лицевой мускулатуры), что говорит о большей специализации неокортекса, большей значимости данных групп мышц в двигательном репертуаре этих животных. По сравнению с альбиносами моторная кора мышей серой и черной окраски оказалась менее дифференцированной, о чем свидетельствуют перекрывания ДП в суммационных, а также в некоторых индивидуальных картах животных. Кроме того, площадь ДП вибрисс серых и черных мышей занимает небольшую площадь, но представительство верхней губы распространяется даже за пределы брегмы. Возможно, это связано с присутствием пигмента меланина в радужке глаз данных животных (у альбиносов меланин не вырабатывается), а следовательно, с отсутствием необходимости компенсировать слабое зрение, характерное для белых красноглазых мышей.

Данные по латентным периодам ДО говорят о более высоких значениях таковых у мышей черной окраски в сравнении с серыми (агути), то есть информация из коры головного мозга у черных мышей поступает с меньшей скоростью к соответствующим группам мышц. Возможно, данные различия проявляются в связи с появлением у мышей черной окраски дополнительных переключений. Как и предполагалось, высокие значения приняли латентные периоды нижней челюсти (то же наблюдалось на опытах с белыми мышами, согласно литературным данным [6]).

Таким образом, исследованные нами группы животных имеют ряд отличий как между собой, так и с белыми мышами несмотря на то, что все они обитали в одном и том же помещении, при одинаковом кормлении. Следовательно, фактор влияния среды в данном случае исключается и остается возможность воздействия на расположение ДП в неокортексе генотипа. Различия данных животных заключаются лишь в том, что белые мыши не имеют пигментации ни глаз, ни шерсти, а черные и серые мыши отличны по гомозиготности одного гена, ответственного за равномерное распределение пигмента по шерсти. В итоге, как видно из результатов исследования и литературных данных, значительные отличия проявляются между белыми мышами и объектами нашего исследования. Возможно, данные особенности связаны с геном альбинизма и геном, отвечающим за наличие пигмента в радужке глаз, которые опосредованно влияют на локализацию, асимметрию и площадь ДП лицевой мускулатуры и в первую очередь вибрисс. Вероятно, ген агути тоже оказывает воздействие на расположения ДП в моторном неокортексе, но его роль не столь значительна.

Выводы

1. Обнаружена большая степень перекрывания ДП лицевой и соматической мускулатуры на индивидуальных картах мышей серой и черной окраски.

2. У нелинейных мышей черной и серой окраски не обнаруживается межполушарной асимметрии в расположении ДП мышц верхней губы.

3. ЛП двигательных ответов верхней губы и конечностей мышей черной окраски принимают несколько большие значения, чем у серых.

4. Для мышей черной окраски характерны достоверно высокие (р < 0,05) значения пороговых токов двигательных ответов задних конечностей и достоверно низкие (р < 0,05) значения пороговых токов верхней губы.

5. У мышей серой и черной окраски преобладают ипсилатеральные ответы верхней губы как в правом, так и в левом полушарии.

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2010. Вып. 1

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акатьева Н.Н., Худякова Н.А. Расположение двигательных представительств в неокортексе нелинейных серых мышей // III межвуз. конф. молодых ученых и студентов, 22-26 апреля 2003. Ижевск, 2003 С.288.

2. Вольнова А.Б., Птицына И.Б. Особенности организации моторного представительства вибрисс во фронтальной коре крысы // Нейрофизиология. 1990. №6. С.836 - 839.

3. Ленков Д.Н., Вольнова А.Б. Влияние внутрикорковой микростимуляции на активность дистальных мышц конечностей у крысы // Нейрофизиология. 1980. №4. С.425 - 428.

4. Ленков Д.Н., Павловская Г.Г. Эффекты внутрикорковой микростимуляции на активность мышц конечностей у бодрствующих кроликов // Физиол. журн. СССР им. И.М.Сеченова. 1982. №7. С.1007 - 1013.

5. Ленков Д.Н., Проничев И.В. Ипсилатеральные двигательные ответы лицевых мышц на внутрикорковую микростимуляцию у белой мыши // Журн. высш. нервн. деятельности им. И.П. Павлова. 1986. Т.36, №4. С. 744-749.

6. Проничев И.В., Ленков Д.Н. Функциональное картирование моторной коры белой мыши методом микростимуляции // Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1996. Т.82, №7. С.28-35.

7. Донцов А.Е., Островский М.А. Пигментный эпителий (структурные, физиологические и биохимические особенности) // Итоги науки и техники. Сер. физиология человека и животных. 1984. Т.28. С.127-177.

8. Маркерт К., Уршпрунг Г. Генетика развития. М.: Мир, 1973. 272 с.

9. Проничев И.В., Ленков Д.Н. Межполушарная асимметрия моторного представительства лицевой мускулатуры в неокортексе белой мыши // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. 1986. Т.82, №10. C.1357-1363.

10. Проничев И.В., Худякова Н.А. Формирование двигательных представительств лицевой мускулатуры и конечностей в раннем постнатальном онтогенезе у белой мыши // Журн. эволюционной биохимии и физиологии. 1996. Т.32, №4. С. 409-415.

11. Ленков Д.Н., Голикова А.В. Сенсорные и моторные механизмы деятельности вибриссной системы // Сенсорные системы. 1988. №4. С. 425-441.

Поступила в редакцию 15.02.10

N.A. Khudyakova, candidate of biology, associate professor T.B. Zamyatina, post-graduate student

Arrangement of the motor representations of face and somatic muscles in motor cortex nonlinear laboratory mice of grey and black painting

By means of intracortical microstimulations the organization motor cortex nonlinear mice grey (aguti) and black painting was studied. Asymmetry of an arrangement of motor representations of the jaw and whisker that it was not observed at mice of grey painting has been found out in mice of black painting. Were found authentically high (р <0,05) values of threshold currents of motor answers of hindlimb and authentically low (р <0,05) values of threshold currents of motor answers of the upper lip in the mice of black painting.

Keywords: intracortical microstimulation, motor cortex, nonlinear grey and black mice

Худякова Нина Алексеевна, кандидат биологических наук, доцент Замятина Татьяна Викторовна, аспирант ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп.1) E-mail: whitemouse@udm.ru