Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Когнитивные способности животных (рассудочная деятельность) в свете генетических представлений

https://doi.org/10.18699/VJ17.260

Полный текст:

Аннотация

В статье кратко описана история генетических исследований в лаборатории, созданной Л.В. Крушинским в МГУ. Л.В. Крушинский выдвинул концепцию, согласно которой поведение животного складывается из трех компонентов. Он утверждал, что оно формируется на основе врожденных видоспецифических реакций, способности к обучению и элементарной рассудочной деятельности (т. е. способности к элементарным логическим операциям). Первоначально идеи Крушинского не встретили поддержки, хотя они нашли понимание у Д.К. Беляева и Б.Л. Астаурова. В лаборатории Л.В. Крушинского была сделана попытка генетического исследования признака «способность к экстраполяции ». Эту способность обнаруживает не имеющее аналогичного опыта животное, когда оно находит приманку, которая, двигаясь, исчезла из поля зрения. На основе гибридной популяции крыс (пасюк × лабораторная крыса) был начат отбор на высокие показатели этого признака. Решение этой задачи в исходной гибридной популяции было статистически достоверным, однако крысы последующих поколений селекции стали обнаруживать настолько высокий уровень тревожности (несмотря на интенсивное приручение), что эксперимент продолжить не удалось. Позднее на основе генетически гетерогенной популяции мышей был начат другой селекционный эксперимент. Селекцию проводили одновременно на два признака: высокие показатели решения задачи на экстраполяцию и против проявлений тревожности в этом тесте. В целом ответ на отбор был слабым – в начальных поколениях селекции мыши этой линии (ЭКС) решали задачу несколько лучше, чем контрольные неселектированные животные, но в более поздних поколениях картина стала нестабильной. Полученные при этом данные свидетельствуют, что существует тесная связь между способностью мыши к решению когнитивного теста и процессами, определяющими тревожность, которая, в свою очередь, представляется неоднородной по своей природе и механизмам. Результаты экспериментов, проводимых на основе подходов классической генетики, в настоящее время можно сопоставлять с данными по роли отдельных генов, участвующих в формировании и функции сложных нервных сетей.

Об авторах

И. И. Полетаева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
биологический факультет


О. В. Перепелкина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
биологический факультет


З. А. Зорина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
биологический факультет


Список литературы

1. Allen B.D., Singer A.C., Boyden E.S. Principles of designing interpretable optogenetic behavior experiments. Learn. Mem. 2015;22:232-238. DOI 10.1101/lm.038026.114.

2. Ben Abdallah N.M., Fuss J., Trusel M., Galsworthy M.J., Bobsin K., Colacicco G., Deacon R.M., Riva M.A., Kellendonk C., Sprengel R., Lipp H.-P., Gass P. The puzzle box as a simple and efficient behavioral test for exploring impairments of general cognition and executive functions in mouse models of schizophrenia. Exp. Neurol. 2011;227:42-52. http://dx.doi.org/10.1016/j.expneurol.2010.09.008.

3. Braida D., Sacerdote P., Panerai A.E., Bianchi M., Aloisi A.M., Iosuè S., Sala M. DNA fragmentation factor 45 knockout mice exhibit longer memory retention in the novel object recognition task compared to wild-type mice. Physiol. Behav. 2002;76:315-332.

4. Champtiaux N., Changeux J.P. Knockout and knockin mice to investigate the role of nicotinic receptors in the central nervous system. Prog. Brain Res. 2004;145:235-251.

5. De Bundel D., Schallier A., Loyens E., Fernando R., Miyashita H., Van Liefferinge J., Vermoesen K., Bannai S., Sato H., Michotte Y., Smolders I., Massie A. Loss of system x(c)- does not induce oxidative stress but decreases extracellular glutamate in hippocampus and influences spatial working memory and limbic seizure susceptibility. J. Neurosci. 2011;31:5792-5803.

6. Dong J., Horvath S. Understanding network concepts in modules BMC. Syst. Biol. 2007;1;24. http://www.biomedcentral.com/1752-0509/1/24.

7. Driscoll P., Battig K. Behavioral, emotional and neurochemical profiles of rats selected for extreme differences in active, two-way avoidance performance. Genetics of the Brain. Ed. I.Lieblich. Amsterdam: Elsevier Biomedical Press, 1982;95-123.

8. Duffy L., Cappas E., Lai D., Boucher A.A., Karl T. Cognition in transmembrane domain neuregulin 1 mutant mice. Neuroscience. 2010; 170:800-807.

9. Dziewczapolski G., Glogowski C.M., Masliah E., Heinemann S.F. Deletion of the alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor gene improves cognitive deficits and synaptic pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease. J. Neurosci. 2009;29:8805-8815.

10. Fujino T., Leslie J.H., Eavri R., Chen J.L., Lin W.C., Flanders G.H., Borok E., Horvath T.L., Nedivi E. CPG15 regulates synapse stability in the developing and adult brain. Genes Dev. 2011;25:2674-2685.

11. Golibrodo V.A., Perepelkina O.V., Lilp I.G., Poletaeva I.I. The behavior of mice selected for cognitive trait in hyponeophagia test. Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. Im. I.P. Pavlova. 2014;64:639- 645. Russian. PMID:25975140.

12. Innis N.K. Tolman and Tryon. Early research on the inheritance of the ability to learn. Am. Psychol. 1992;47:190-197. PMID:1567088.

13. Josselyn S.A., Shi C., Carlezon W.A. Jr., Neve R.L., Nestler E.J., Davis M. Long-term memory is facilitated by cAMP response elementbinding protein overexpression in the amygdala. J. Neurosci. 2001; 21:2404-2412. PMID:11264314.

14. Knowles E.E., Mathias S.R., McKay D.R., Sprooten E., Blangero J., Almasy L., Glahn D.C. Genome-wide analyses of working-memory ability: a review. Curr. Behav. Neurosci. Rep. 2014;1:224-233.

15. Kos A., Loohuis N.F., Glennon J.C., Celikel T., Martens G.J., Tiesinga P.H., Aschrafi A. Recent developments in optical neuromodulation technologies. Mol. Neurobiol. 2013;47:172-185. DOI 10.1007/s12035-012-8361-y.

16. Krushinsky L.V. Experimental Studies of Elementary Reasoning. Evolutionary, Physiological and Genetic Aspects of Behavior. New Dehli: Oxonian Press, 1990.

17. Krushinsky L.V., Astaurova N.V., Kouznetzova L.V., Otchinskaya E.I., Poletaeva I.I., Romanova L.G., Sotskaya M.N. The Role of genetic factors in determining the extrapolation ability in animals. Current Problems in Behavioural Genetics. Eds. V.K. Fedorov, V.V. Ponomarenko. Leningrad: Nauka, 1975;98-110.

18. Leitinger B., Poletaeva I.I., Wolfer D.P., Lipp H.-P. Swimming navigation, open-field activity, and extrapolation behavior of two inbred mouse strains with Robertsonian translocation of chromosomes 8 and 17. Behav. Genet. 1994;24:273-284. PMID:7945157.

19. Luria A.R. The Essentials in Neuropsychology. Academia Publ. Center, 2003.

20. McQuade J.M.S., Vorhees C.V., Xu M., Zhang J. Cognitive function in young and adult IL (interleukin)-6 deficient mice. Behav. Brain Res. 2004;153:423-429.

21. Milhaud J.M., Halley H., Lassalle J.M. Two QTLs located on chromosomes 1 and 5 modulate different aspects of the performance of mice of the B × D Ty RI strain series in the Morris navigation task. Behav. Genet. 2002;32:69-78.

22. Mizumori S.J., Tryon V.L. Integrative hippocampal and decision-making neurocircuitry during goal-relevant predictions and encoding. Prog. Brain. Res. 2015;219:217-242. DOI 10.1016/bs.pbr.2015.03.010.

23. Mohammed A.H. Genetic dissection of nicotine-related behaviour: a review of animal studies. Behav. Brain Res. 2000;113:35-41. PMID:10942030.

24. Nadler J.J., Zou F., Huang H., Moy S.S., Lauder J., Crawley J.N., Threadgill D.W., Wright F.A., Magnuson T.R. Plasticity, large-scale gene expression differences across brain regions and inbred strains correlate with a behavioral phenotype. Genetics. 2006;174:1229-1236.

25. O’Connor R.M., Finger B.C., Flor P.J., Cryan J.F. Metabotropic glutamate receptor 7: At the interface of cognition and emotion. Eur. J. Pharmacol. 2010;639:123-131.

26. Owen E.H., Logue S.F., Rasmussen D.L., Wehner J.M. Assessment of learning by the Morris water task and fear conditioning in inbred mouse strains and F1 hybrids: implications of genetic background for single gene mutations and quantitative trait loci analyses. Neuroscience. 1997;80:1087-1099.

27. Perepelkina O.V., Golibrodo V.A., Lilp I.G., Poletaeva I.I. Selection of laboratory mice for the high scores of logic task solutions: the correlated changes in behavior. Adv. Biosci. Biotechnol. 2014;5:294-300. http://dx.doi.org/10.4236/abb.2014.54036.

28. Perepelkina O.V., Golibrodo V.A., Lilp I.G., Poletaeva I.I. Selection of mice for high scores of elementary logical task solution. Dokl. Biol. Sci. 2015;460:52-56. DOI 10.1134/S0012496615010159. PMID: 25773252.

29. Perepelkina O.V., Markina N.V., Golibrodo V.A., Lil’p I.G., Poletaeva I.I. Selection of mice for high level of extrapolation capacity with cobcommitant low anxiety level. Zh. Vyssh. Nerv. Deyat. Im. I.P. Pavlova. 2011;61:742-749.

30. Poletaeva I.I., Romanova L.G., Popova N.V. Genetic aspects of animal reasoning. Behav. Gen. 1993;23:467-475. http://dx.doi.org/10.1007/BF01067982.

31. Poletaeva I.I., Zorina Z.A. Physiological and genetic approaches to study animal cognitive behavior. Russ. J. Cogn. Sci. 2014;1:31-55.

32. Powell C.M. Gene targeting of presynaptic proteins in synaptic plasticity and memory: across the great divide. Neurobiol. Learn. Mem. 2006;85:2-15.

33. Ren K., Thinschmidt J., Liu J., Ai L., Papke R.L., King M.A., Hughes J.A., Meyer E.M. alpha7 Nicotinic receptor gene delivery into mouse hippocampal neurons leads to functional receptor expression, improved spatial memory-related performance, and tau hyperphosphorylation. Neuroscience. 2007;145:314-322.

34. Reznikova Z. Animal Intelligence. From Individual to Social Cognition. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.

35. Scott R., Bourtchuladze R., Gossweiler S., Dubnau J., Tully T. CREB and the discovery of cognitive enhancers. J. Mol. Neurosci. 2002;19: 171-177. PMID12212777.

36. Senechal Y., Kelly P.H., Cryan J.F., Natt F., Dev K.K. Amyloid precursor protein knockdown by siRNA impairs spontaneous alternation in adult mice. J. Neurochem. 2007;102;1928-1940.

37. Shapiro M. Plasticity, hippocampal place cells, and cognitive maps (reprinted). Arch. Neurol. 2001;58:874-881. www.archneurol.com.

38. Silva A.J. Molecular and cellular cognitive studies of the role of synaptic plasticity in memory. J. Neurobiol. 2003;54:224-237. PMID: 12486706.

39. Tolman E.C. Purposive behavior in animals and man. London, Appleton-Century, 1932.

40. Zucca P., Milos N., Vallortigara G. Piagetian object permanence and its development in eurasian jays (Garrulus glandarius). Anim. Cogn. 2007;10:243-258. http://dx.doi.org/10.1007/s10071-006-0063-2.


Просмотров: 295


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)