Исследование эффективности корковых проекций на хвостатое ядро в цикле сон – бодрствование.

²Александрова Е.В., ²Образцова Л.В.,² Решетникова Н.В.,

¹Лошкарев А.А., ¹Родионова Е.И.,  ¹Пигарев И.Н.

¹Институт Проблем Передачи Информации РАН, Москва;

²Факультет Фундаментальной Медицины МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва.

 

Было обнаружено, что в состоянии бодрствования свойства ответов нейронов хвостатого ядра на внешнюю стимуляцию в значительной степени повторяют свойства проецирующихся в это ядро корковых нейронов. В процессе засыпания  нейроны хвостатого ядра также в течение короткого времени повторяют пачечную активность корковых нейронов. Однако картина существенно изменяется в медленноволновом сне. Вместо ожидаемой пачечной активности, типичной для нейронов коры, частота нейронов хвостатого ядра во сне сильно уменьшается или совсем исчезает. Принимая во внимание, что проекции коры на неостриатум являются возбуждающими, мы предположили, что во время сна должен существовать блок проведения информации из коры в хвостатое ядро.

Чтобы проверить эту гипотезу, мы сравнили ответы нейронов хвостатого ядра на электрическую стимуляцию коры в состоянии бодрствования и медленноволнового сна. Две кошки были прооперированы под общим наркозом для обеспечения регистрации ЭЭГ и движений глаз и отведения нейронной активности в условиях хронического эксперимента. Один микроэлектрод регистрировал активность нейронов в нижней стенке крестовидной борозды, имеющей мощные проекции в хвостатое ядро. Этот электрод также мог быть использован для микростимуляции участка коры в районе отведения. Второй микроэлектрод регистрировал активность нейронов хвостатого ядра.

Была изучена активность 39 нейронов хвостатого ядра, которые в состоянии бодрствования отвечали на электрическую стимуляцию коры. Только в восемнадцати экспериментах мы успешно зарегистрировали эффекты стимуляции коры на нейроны хвостатого ядра как во сне, так и в состоянии бодрствования. Ответы девяти нейронов были возбуждающими и девяти – тормозными. Ответы всех восемнадцати нейронов хвостатого ядра на стимуляцию коры уменьшались или полностью исчезали в состоянии сна. Эти эксперименты подтверждают наше предположение об активном блоке проведения сигналов из коры в структуры базальных ганглиев в состоянии сна.

Efficiency of the cortical projections to caudate nucleus in sleep-wake cycle.

 

²Alexandrova E. V., ²Obraztsova L. V., ²Reshetnikova N. V.,

¹Loshkarev A. A., ¹Rodionova E. I., ¹Pigarev I. N..

¹Institute for Problems of Information Transmission Russian Acad. Sci., Moscow;

²Faculty of Basic Medicine, Moscow State University, Moscow, Russia.

 

Studying the neuronal activity in caudate nucleus (CN) in behaving cats we noticed that this activity in wakefulness replicate the properties of cortical neurons projecting to neostriatum. The same was true in drowsiness when CN neurons reproduced for a while bursty pattern of the developing sleep in cortical neurons. However, the picture changed dramatically during slow wave sleep. Instead of the expected burst-pause pattern typical for cortical neurons in sleep neurons in CN strongly reduced the firing frequency and often could even stay silent during sleep. Taking into account that projections from the cortex to neostriatum are excitatory we proposed that there should be an active blocking of cortical information transferring to the CN during sleep.

To check this hypothesis we compared the responses of neurons in CN to cortical stimulation in wakefulness with those responses in sleep. Two cats under general anesthesia were surgically prepared for chronic recordings of EEG, eye movements and neuronal activity in the cortex and CN. One microelectrode recorded neuronal activity in the lower bank of the cruciate sulcus, which is known as having strong projections to CN. This electrode could also be used for electrical micro stimulation of the cortical area around the recording site. Second microelectrode recorded neuronal activity in CN. 

The activity of 39 neurons in the CN, which in wakefulness responded to the electrical cortical stimulation, was studied. Only during 18 experiments we succeeded in recording the effects of cortical stimulation in CN both in sleep and in wakefulness. Responses of 9 CN neurons were excitatory, and 9 - inhibitory. The responses to cortical stimulation of all those 18 CN neurons decreased or entirely disappeared during sleep. Thus our observations confirmed the proposed inactivation of the cortical projections to neostriatum during slow wave sleep.