Анализ компонентов корковых вызванных потенциалов на интраперитонеальную электрическую стимуляцию выявляет сложный динамический характер взаимодействия висцеральных систем и коры в период медленноволнового сна. Исследование на кроликах.

И. Н. Пигарев¹, Е. Алмиралл², Г. О. Федоров¹,

Х. Маримон², Е. В. Левичкина¹, М. Л. Пигарева³.

¹Институт проблем передачи информации РАН, Москва, Россия; ²Отдел психиатрии и клинической психобиологии Университета Барселоны, Испания; ³Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия.

 

Работа продолжает экспериментальную разработку гипотезы, согласно которой во время сна кора производит обработку информации, поступающей в мозг от различных висцеральных систем.

Трем белым кроликам под общим наркозом имплантировали электроды для регистрации ЭЭГ, ЭОГ и ЭМГ шейных мышц. Для минимизации вклада подкорковых структур в корковые вызванные ответы ЭЭГ регистрировали двумя парами электродов, расположенных симметрично над расположением первичной зрительной (V1) и соматосенсорной (S1) коры правого и левого полушария. По кабелю сигналы передавали в систему Power Lab для последующей обработки. Перед экспериментом два стимулирующих электрода вкалывали интраперитонеально и зацепляли в зоне кишечника. Для стимуляции использовали пачку из четырех прямоугольных импульсов тока (1 мс, 200 Hz), повторяемые с интервалом не менее 30 с. Ток стимуляции (70% от величины тока, вызывающего заметные сокращения мышц живота) зависел от расположения стимулирующих электродов и мог быть от 200мкА до 4 мА. Применяемые токи стимуляции никогда не будили спящее животное. В 12 опытах с  тремя кроликами было нанесено 4397 стимуляций и усредненные вызванные ответы на эти стимулы были получены во всех экспериментах во время медленноволнового сна. Однако, было замечено, что не все идентичные по параметрам стимулы были одинаково эффективны и вызывали корковые ответ. Для исследования распределения эффективных стимулов была написана компьютерная программа, которая выполняла анализ каждой реализации и оценивала ее вклад в усредненный вызванный ответ. Программа позволяла анализировать каждую волну усредненного ответа и отмечала те реализации, в которых эта волна была представлена.

Анализ показал, что корковые вызванные ответы на висцеральную стимуляцию включали несколько компонентов, отличающихся по полярности и латентности, которые часто были в значительной степени независимы и могли появляться в разные периоды времени. Некоторые компоненты имели тенденцию проявляться совместно, тогда как другие были скорее взаимоисключающими. Некоторые компоненты генерировались в V1, но могли быть регистрируемы в S1 за счет пассивного распространения тока. Другие генерировались в S1, а распространялись пассивно в V1. Однако, были и такие, которые генерировались в некой "третьей" зоне. Исследование продемонстрировало сложный динамический характер висцеро-кортикального взаимодействия – явления, требующего дальнейшего изучения.

 

 

 

Component analysis of the cortical evoked responses to electrical intraperitoneal stimulation reveals complex dynamic pattern of the viscero-cortical interaction during slow wave sleep. Study in New Zealand rabbits.

Ivan Pigarev¹, Helena Almirall², George Fedorov¹, Josep Marimon², Ekaterina Levichkina¹, Marina Pigareva³.

¹Institute for Problems of Information Transmission, Moscow; ²Department of Psychiatry and Clinical Psychobiology, University of Barcelona, Spain; ²Institute for Problems of Information Transmission, Moscow; ³Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Moscow, Russia.

 

This study continues investigation of the visceral information processing in the cerebral cortex during sleep. Three New Zealand rabbits under general anesthesia (Xylazine 5mg/Kg i.m. and Ketamine 20 mg/Kg i.m.) were prepared for recordings of EEG, EOG and EMG of neck muscles. EEG was recorded by two pairs of screw electrodes located symmetrically over primary visual (V1) and somatosensory (S1) cortical areas of both hemispheres. This location of the electrodes supposed to minimize the possible impact of subcortical structures in the cortical evoked responses. The animals were connected by cable with Power Lab system, and data were stored on disk for off line analysis. Before the experiment two hook stimulating electrodes were intraperitoneally injected and anchored in gut. For stimulation 4 electrical pulses 1 ms duration and 200 Hz frequency were applied with intervals not less than 30 s. Current of stimulation (70% of the current elicited noticeable contraction of stomach muscles) varied from 200 A to 4 mA depending on the location of stimulating electrodes. The used stimuli never woked sleeping animals. In 12 experiments with 3 rabbits 4397 visceral stimulations were delivered and during slow wave sleep averaged cortical responses to these stimuli were recorded in all experiments. However, it was noticed that not all identical by parameters visceral stimulations were equally efficient and evoked cortical responses during the period of slow wave sleep. To investigate the distribution of the efficient stimulations in the course of the experiment the computer program was made. The program performed trial-by-trial analysis and evaluate the impact of every particular trial to the final averaged response. The program analyzed each individual wave in the averaged evoked response and indicated those particular trials where those waves were generated. The analysis showed that in comparison with visual evoked response to simple flash, which looked as a single element, cortical responses to our visceral stimulation included several components. These components, which differed in polarity and latency, often were rather independent. They demonstrated their own pattern of distribution over the course of slow wave sleep. Some components could overlap in time while another looked as mutually exclusive. The analysis showed that some components were generated in V1 and could be recorded over S1 as a passive spread of current. Other components were generated over S1 and spread passively to V1. However there was a third option – a component could be generated in some "third" location. This study demonstrated complicated dynamic pattern of the viscero-cortical interaction during sleep - the physiological effect, which needs further investigation.