Везде

ОБНБиофизика Biophysics

  • ISSN (Print) 0006-3029
  • ISSN (Online) 3034-5278

М-ХОЛИНЕРГИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ МОЗГА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ХОЛОДНОКРОВНЫХ И ТЕПЛОКРОВНЫХ ЖИВОТНЫХ

Вы можете
Код статьи
S0006302925020102-1
DOI
10.31857/S0006302925020102
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Калабушев С. Н
  • Аффилиация:
    Институт функциональной геномики, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
    НИИ общей реаниматологии им. В.А. Неговского Федерального научно-клинического центра реаниматологии и реабилитологии
Воронков Д. Н
  • Аффилиация: Научный центр неврологии
Медникова Ю. С
  • Аффилиация: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
Том/ Выпуск
Том 70 / Номер выпуска 2
Страницы
314-327
Аннотация
При искусственном инкубировании срезов сенсомоторной коры морских свинок и конечного мозга черепах микроионофоретическое подведение ацетилхолина к нейронам выявило достоверно меньшую частоту ответной импульсации у нервных клеток черепах по сравнению с клетками морских свинок. Это различие связано с разной скоростью М-холинергической реакции в температурных диапазонах 27–29°С и 34–36°С, что было обнаружено ранее в гипотермических экспериментах. Несмотря на то что эксперименты на нейронах морских свинок и черепах были проведены в одном и том же температурном диапазоне (32–34°С), генетически обусловленное строение нейрональных мембран отражает естественную температурную зависимость обоих видов: у мембран морских свинок с постоянной температурой обитания 38°С плотность К+-каналов выше, чем у черепах с предпочитаемой температурой 28–32°С. Различие в представленности К+-каналов было определено по достоверно более длительному активационному последействию у нейронов черепах в ответах на вызываемую глутаматом импульсную активацию. Низкая плотность К+-каналов на мембранах и низкая скорость М-холинергической реакции, которая их закрывает при наступлении любого приспособительного акта, не позволяют нейронам формировать высокочастотные и продолжительные импульсные последовательности для регулирования поведения в широком диапазоне у черепах с предпочитаемой температурой 28–32°С.
Ключевые слова
черепахи морские свинки ацетилхолин глутамат импульсная активность нейронов температура скорость реакции
Дата публикации
24.10.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
17

Библиография

  1. 1. Hasselmo M. E. Neuromodulation and cortical function: modeling the physiological basis of behavior. Behav. Brain Res., 67 (1), 1–27 (1995). DOI: 10.1016/0166-4328(94)00113-t
  2. 2. Hodgkin A. L. and Huxley A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol., 117 (4), 500–544 (1952). DOI: 10.1113/jphysiol.1952.sp004764
  3. 3. Krnjević K., Pumain R., and Renaud L. The mechanism of excitation by acetylcholine in the cerebral cortex. J. Physiol., 215 (1), 247–268 (1971). DOI: 10.1113/jphysiol.1971.sp009467
  4. 4. Barkai E. and Hasselmo M. E. Modulation of the input/output function of rat piriform cortex pyramidal cells. J. Neurophysiol., 72 (2), 644–658 (1994). DOI: 10.1152/jn.1994.72.2.644
  5. 5. Weight F. F., Schulman J. A., Smith P. A., and Busis N. A. Long-lasting synaptic potentials and the modulation of synaptic transmission. Federation Proceedings, 38 (7), 2084–2094 (1979). PMID: 221268
  6. 6. Suzuki M. and Larkum M. E. General anesthesia decouples cortical pyramidal neurons. Cell, 180, 666–676 (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.01.024
  7. 7. Krnjević K. and Phillis J. W. Acetylcholine-sensitive sells in the cerebral cortex. J. Physiol., 166 (2), 296–327 (1963). DOI: 10.1113/jphysiol.1963.sp007106
  8. 8. Godfraind J. M., Kawamura H., Krnjević K., and Pumain R. Actions of dinitrophenol and some other metabolic inhibitors on cortical neurons. J. Physiol., 215 (1), 199–222 (1971). DOI: 10.1113/jphysiol.1971.sp009465
  9. 9. Медникова Ю. С., Пасикова Н. В. и Копытова Ф. В. Влияние температуры на импульсную активность корковых нейронов у морских свинок. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 88 (11), 1492–1500 (2002).
  10. 10. Adams P. R., Brown D. A., and Constanti A. Pharmacological inhibition of the M-current. J. Physiol., 332, 223–262 (1982). DOI: 10.1113/jphysiol.1982.sp014357
  11. 11. McCormick D. A. and Prince D. A. Mechanisms of action of acetylcholine in the guinea-pig cerebral cortex in vitro. J. Physiol., 375, 169–194 (1986). DOI: 10.1113/jphysiol.1986.sp016112
  12. 12. Krnjević K. Chemical nature of synaptic transmission in vertebrates. Physiol. Rev., 54, 418–540 (1974). DOI: 10.1152/physrev.1974.54.2.418
  13. 13. Медникова Ю. С., Карнуп С. В. и Жадин М. Н. Холинергическая модуляция импульсных реакций нейронов на дендритное и соматическое подведение возбуждающих аминокислот. Журн. высш. нерв. деятельности им. И.П. Павлова, 52 (4), 479–488 (2002).
  14. 14. Медникова Ю. С., Воронков Д. Н., Худоерков Р. М., Пасикова Н. В. и Захарова Н. М. Активная и пассивная составляющие нейронального возбуждения и его глиальное сопровождение. Биофизика, 66 (4), 756–773 (2021).
  15. 15. Зеймаль Э. В. и Шелковников С. А. Мускариновые холинорецепторы (Наука, Л., 1989).
  16. 16. Brown D. A., Abogadie F. C., Allen T. G. J., Buckley N. J., Caulfield M. P., Delmas P., Haley J. E., Lamas J. A., and Selyanko A. A. Muscarinic mechanisms in nerve cells. Life Sci., 60 (13/14), 1137–1144 (1997). DOI: 10.1016/S0024-3205(97)00058-1
  17. 17. Медникова Ю. С. и Пасикова Н. В. Температурная чувствительность холинергической реакции нейронов коры мозга морских свинок. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 90 (2), 193–201 (2004).
  18. 18. Mednikova Y. S., Kozlov M. K., and Makarenko A. N. Energy aspects of sodium thiopental action on nervous activity. J. Behav. Brain Sci., 9, 33–53 (2019). DOI: 10.4236/jbbs.2019.92004
  19. 19. Bentley P., Driver J., and Dolan R. Cholinergic modulation of cognition: insights from human pharmacological functional neuroimaging. Progr. Neurobiol., 94, 360–388 (2011). DOI: 10.1016/j.pneurobio.2011.06.002
  20. 20. Inglis F. M. and Figiber H. C. Increases in hippocampal and frontal cortical acetylcholine release associated with presentation of sensory stimuli. Neuroscience, 66 (1), 81–86 (1995).
  21. 21. Evarts E. V. Pyramidal tract activity associated with a conditioned hand movement in the monkey. J. Neurophysiol., 29, 1011–1027 (1966). DOI: 10.1152/jn.1966.29.6.1011
  22. 22. Чернышев Б. В., Панасюк Я. А., Семикопная И. И. и Тимофеева Н. О. Активность нейронов базального крупноклеточного ядра при реализации инструментального условного рефлекса. Журн. высш. нерв. деятельности им. И.П. Павлова, 53 (5), 633–645 (2003).
  23. 23. Wyler A. R., Burchiel K. J., and Robbins C. A. Operant control of precentral neurons: comparison of fast and slow pyramidal tract neurons. Exp. Neurol., 69 (2), 430–433 (1980). DOI: 10.1016/0014-4886(80)90019-9
  24. 24. Szerb J. C. Cortical acetylcholine release and electroencephalographic arousal. J. Physiol., 192 (2), 329–343 (1967). DOI: 10.1113/jphysiol.1967.sp008303
  25. 25. Sarter M. and Bruno J. P. Cortical cholinergic inputs mediating arousal, attentional processing and dreaming: differential afferent regulation of the basal forebrain by telencephalic and brainstem afferents. Neuroscience, 95 (4), 933–952 (2000). DOI: 10.1016/s0306-4522(99)00487-x
  26. 26. Пасикова Н. В., Медникова Ю. С. и Аверина И. В. Температурное регулирование частоты спонтанной активности и сопутствующее изменение амплитуды спайков корковых нейронов. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 96 (3), 315–324 (2010).
  27. 27. Чумаков Н. М. и Жарков М. А. Климат во время пермо-триасовых биосферных перестроек. 1. Климат ранней перми. Стратиграфия. Геологическая корреляция, 10 (6), 62–81 (2002).
  28. 28. Sellwood B. W. and Valdes P. J. Mesozoic climates: General circulation models and the rock record. Sediment. Geol., 190, 269–287 (2006). DOI: 10.1016/j.sedgeo.2006.05.013
  29. 29. Аверьянов А. О. и Лопатин А. В. Динозавры России: завроподы (Sauropodomorpha). Вестн. РАН, 93 (5), 439–444 (2023). DOI: 10.31857/S0869587323040023
  30. 30. Исабекова С. Б. Термобиология рептилий (Гылым, Алма-Ата, 1990).
  31. 31. Курепина М. М. Мозг животных (Наука, М., 1981).
  32. 32. Филимонов И. Н. Сравнительная анатомия большого мозга рептилий (Изд-во АН СССР, М., 1963).
  33. 33. Doll Сh. J., Hochachka P. W., and Reiner P. B. Channel arrest: implications from membrane resistance in turtle neurons. Am. J. Physiol., 261 (5, Pt2), R1321–R1324 (1991). DOI: 10.1152/ajpregu.1991.260.4.R747
  34. 34. Закс Л. Статистическое оценивание (Статистика, М., 1976).
  35. 35. Крамер Г. Математические методы статистики (Мир, М., 1975).
  36. 36. Обручева О. П. Палеонтология позвоночных (Изд-во МГУ, М., 1987).
  37. 37. Reisz R. R. and Head J. J. Palaeontology: turtler origins out to sea. Nature, 456, 450–451 (2008). DOI: 10.1038/456450a
  38. 38. Ершов Э. Д. Общая геокриология (Из-во МГУ, М., 2002).
  39. 39. Галимов Э. М. Оледенения в истории Земли, биосфера и низкая светимость Солнца. Природа, № 6, 44–52 (2019).
  40. 40. Mednikova Y. S. and Kalabushev S. N. Thermally dependent behaviour of cold-blooded animals: overcoming two temperature barriers on the way to warm-blooded. J. Behav. Brain Sci., 13, 95–112 (2023). DOI: 10.4236/jbbs.2023.135007
  41. 41. Araujo R., David R., Benoit J., Lungmus J. K., Stoessel A., Barrett P. M., Maisano J. A., Ekdale E., Orliac M., Luo Z.-Xi., Martinelli A. G., Hoffman E. A., Sidor C. A., Martins R. M. S., Spoor F., and Angielczyk K. D. Inner ear biomechanic reveals the Late Triassic origin of mammalian endothermy. Nature, 607, 726–731 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04963-z
  42. 42. Мэгун Г. Бодрствующий мозг (Изд-во ИЛ, М., 1961).
  43. 43. Ma Sh., Hangya B., Leonard Ch. S., Wisden W., and Gundlach A. L. Dual-transmitter systems regulating arousal, attention, learning and memory. Neurosci. Biobeh. Rev., 85, 21–33 (2018). DOI: 10.1016/j.neubiorev.2017.07.009
  44. 44. Mesulam M.-M., Mufson E. J., Wainer B. H., and Levey A. I. Central cholinergic pathways in the rat: an overview based on an alternative nomenclature (Ch1–Ch6). Neuroscience, 10 (4), 1185–1201 (1983). DOI: 10.1016/0306-4522(83)90108-2
  45. 45. Fibiger H. C. Cholinergic mechanisms in learning, memory and dementia: a review of recent evidence. Trends Neurosci., 14 (6), 220–223 (1991). DOI: 10.1016/0166-2236(91)90117-D
  46. 46. Villano I., Messina A, Valenzano A., Moscatelli F., Esposito T., Monda V., Esposito M., Precenzano F., Carotenuto M., Viggiano A., Chieffi S., Cibelli G., Monda M., and Messina G. Basal forebrain cholinergic system and orexin neurons: effects on attention. Front. Behav. Neurosci., 11, Art. 10 (2017). DOI: 10.3389/fnben.217.00010
  47. 47. Houser C. R., Crawford G. D., Salvaterra P. M., and Vaughn J. E. Immunocytochemical localization of choline acetyltransferase in rat cerebral cortex: a study of cholinergic neurons and synapses. J. Comp. Neurol., 234 (1), 17–34 (1985). DOI: 10.1002/cne.902340103
  48. 48. Arakawa I., Muramatsu I., Uwada J., Sada K., Matsukawa N., and Masuoka T. Acetylcholine release from striatal cholinergic interneurons is controlled differently depending on the firing pattern. J. Neurochem., 167, 38–51 (2023). DOI: 10.1111/jnc.15950
  49. 49. Mineur Y. S. and Picciotto M. R. How can I measure brain acetylcholine levels in vivo? Advantages and caveats of commonly used approaches. J. Neurochem., 167, 3–15 (2023). DOI: 10.1111/jnc.15943
  50. 50. Decker A. L. and Duncan K. Acetylcholine and the complex interdependence of memory and attention. Curr. Opin. Behav. Sci., 32, 1–8 (2020). DOI: 10.1016/j.cobeha.2020.01.013
  51. 51. Wang Y. P., Kawai Y., and Nakashima K. Rabbit P300like potential depends on cortical muscarinic receptor activation. Neuroscience, 89 (2), 423–427 (1999). DOI: 10.1016/S0306-4522(98)00299-1
  52. 52. Perry E., Walker M., Grace J., and Perry R. Acetylcholine in mind: a neurotransmitter correlate of consciousness? Trends Neurosci., 22 (6), 273–280 (1999). DOI: 10.1016/s0166-2236(98)01361-7
  53. 53. Воронин Л. Г. Эволюция высшей нервной деятельности (очерки) (Наука, М., 1977).
  54. 54. Butt A. E., Testylier G., and Dykes R. W. Acetylcholine release in rat frontal and somatosensory cortex is enhanced during tactile discrimination learning. Psychobiology, 25 (1), 18 (1997). DOI: 10.3758/BF03327024
  55. 55. Иванов К. П. Изменения физиологических функций, механизмы их восстановления и температурные границы жизни при гипотермии. Успехи физиол. наук, 27 (3), 84–105 (1996).
  56. 56. Haj-Dahmane S. and Andrade R. Ionic mechanism of the slow afterdepolarization induced by muscarinic receptor activation in rat prefrontal cortex. J. Neurophysiol., 80 (3), 1197–1210 (1998). DOI: 10.1152/jn.1998.80.3.1197
  57. 57. Schwindt P. C., Spain W. J., Foehring R. C., Stafstrom C. E., Chubb M. C., and Crill W. E. Multiple potassium conductances and their function in neurons from cat sensorimotor cortex in vitro. J. Neurophysiol., 59 (2), 424–449 (1988). DOI: 10.1152/jn.1988.59.2.424
  58. 58. Kang J., Huguenard J. R., and Prince D. A. Development of BK channels in neocortical pyramidal neurons. J. Neurophysiol., 76, 188–198 (1996). DOI: 10.1152/jn.1996.76.6.4194
  59. 59. Franceschetti S., Sancini G., Panzica F., Radici C., and Avanzini G. Postnatal differentiation of firing properties and morphological characteristics in layer V pyramidal neurons of the sensorimotor cortex. Neuroscience, 83 (4), 1013–1024 (1998). DOI: 10.1016/s0306-4522(97)00463-6
  60. 60. Pamenter M. E. and Buck L. T. Neuronal membrane potential is mildly depolarized in the anoxic turtle cortex. Comp. Biochem. Physiol., Part A, 150, 410–414 (2008). DOI: 10.1016/j.cbpa.2008.04.605
  61. 61. Rodgers-Garlick C. I., Hogg D. W., and Buck L. T. Oxygensensitive reduction in Ca++-activated K+ channel open probability in turtle cerebrocortex. Neuroscience, 237, 243–254 (2013). DOI: 10.1016/j.neuroscience.2013.01.046
  62. 62. Hochachka P. W. Defense strategies against hypoxia and hypothermia. Science, 231, 234–241 (1986). DOI : 10.1126/science.2417316
  63. 63. Hussan M. T., Sakai A., and Matsui H. Glutamatergic pathways in the brain of turtles: a comparative perspective among reptiles, birds and mammals. Front. Neuroanatomy, 16, Art. 937504 (2022). DOI: 10.3389/fnana.2022.937504
  64. 64. Реутов B. П., Пасикова Н. В. и Сорокина Е. Г. Типовой патологический процесс при глутаматной нейротоксичности: роль активных форм азота и кислорода. Биофизика, 69 (5), 1044–1077 (2024).
  65. 65. Suarez R. K., Doll C. J., Buie A. E., West T. G., Funk G. D., and Hochachka P. W. Turtles and rat: a biochemical comparison of anoxia-tolerant and anoxia-sensitive brains. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 257 (5), R1083–R1088 (1989). DOI: 10.1152/ajpregu.1989.257.5.R1083
  66. 66. Lipton P. Ischemic cell death in brain neurons. Physiol. Rev., 79 (4), 1431–1568 (1999). DOI: 10.1152/physrev.1999.79.4.1431
  67. 67. Медникова Ю. С., Копытова Ф. В. и Жадин М. Н. Спонтанная активность корковых нейронов in vitro и ее регулирование под воздействием ацетилхолина. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 95 (8), 820–829 (2009).
  68. 68. Rall W., Burke R. E., Holmes W. R., Jack J. J. B., Redman S. J., and Segev I. Matching dendritic neuron models to experimental data. Physiol. Rev., 72 (Suppl.), S159–S186 (1992). DOI: 10.1152/physrev.1992.72.suppl_4.S159
  69. 69. Mednikova Y. S. and Rogal A. V. Heterogeneity of the neural composition of cortical regions as a condition for a wide range regulating spontaneous activity. J. Behav. Brain Sci., 10, 220–236 (2020). DOI: 10.4236/jbbs.2020.105014
  70. 70. Leao R. M., Li Sh., Doiron B., and Tzounopoulos T. Diverse levels of an inwardly rectifying potassium conductance generate heterogeneous neuronal behavior in a population of dorsal cochlear nucleus pyramidal neurons. J. Neurophysiol., 107, 3008–3019 (2012). DOI: 10.1152/jn.00660.2011
  71. 71. Kim K.-R., Lee S. Y., Yoon S. H., Kim Y., Jeong H.-Yu, Lee S., Suh Y. H., Kang J.-S. Cho H., Lee S.-H., Kim M.-H., and Ho W.-K. Kv 4.1, a key ion channel for low frequency firing of dentate granule cells, is crucial for pattern separation. J. Neurosci., 40 (11), 2200–2214 (2020).
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека