Сенсорная пластичность нейронов ольфакторного эпителия мыши при ассоциативном обучении


https://doi.org/10.18699/VJ18.452

Полный текст:


Аннотация

Традиционно основными структурами мозга, участвующими в запоминании информации, считаются отделы, которые осуществляют вторичную обработку сенсорной информации. Однако в последнее время появились данные о роли сенсорной пластичности в реализации процессов запоминания. В настоящей работе методом марганец­усиленной МРТ исследовано влияние ольфакторного ассоциативного обучения на функциональную активность нейронов обонятельного эпителия в ответ на индифферентный стимул, в качестве которого выступало апельсиновое масло. Обнаружено, что такая периферическая структура обонятельной системы взрослых мышей, как обонятельный эпителий (ОЭ), демонстрирует зависимую от опыта пластичность. В нашем эксперименте условное кондиционирование привело к изменению паттернов накопления Mn2+, агониста кальциевых каналов, в клетках ОЭ в ответ на запах апельсинового масла в сравнении с контрольной группой и животными, которым был предложен запах без подкрепления. Для интерпретации полученных результатов сопоставлялось распределение контраста по зонам обонятельной луковицы в ответ на условный запах у обученных животных и у контрольных животных, которым предоставляли апельсиновое масло в трех концентрациях: исходной (использовалась при кондиционировании), в 4 раза большей и в 4 раза меньшей. Поскольку в группе обученных животных и контрольных, которым предъявляли стимул в 4 раза большей концентрации, полученные паттерны активации ОЭ совпали, можно заключить, что ассоциативное кондиционирование увеличило чувствительность нейронов ОЭ к условному стимулу, что согласуется с проведенными на тех же животных поведенческими тестированиями. Наблюдаемое усиление ответа ОЭ на запах апельсинового масла может, с одной стороны, быть результатом нейрогенеза, т. е. образования новых обонятельных нейронов, реагирующих на данный стимул, а с другой – следствием увеличения интенсивности ответа каждой отдельной клетки. Основываясь на данных по накоплению МРТ­контраста в обонятельных нейронах, можно говорить о более вероятном увеличении чувствительности ОЭ за счет сенсорной пластичности, а не за счет нейрогенеза. Таким образом, сенсорная пластичность ОЭ играет значимую роль в формировании нейронального ответа на предоставление изначально индифферентного запаха и является частью приспособительных реакций животного к изменяющимся условиям среды.


Об авторах

А. В. Ромащенко
Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


П. Е. Киреева
Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


М. Б. Шарапова
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


Т. А. Запара
Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


А. С. Ратушняк
Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск


Список литературы

1. Abraham N.M., Vincis R., Lagier S., Rodriguez I., Carleton A. Long term functional plasticity of sensory inputs mediated by olfactory learning. Elife. 2014;(3):e02109. DOI 10.7554/eLife.02109.

2. Aoki I., Wu Y.J.L., Silva A.C., Lynch R.M., Koretsky A.P. In vivo detection of neuroarchitecture in the rodent brain using manganese-enhanced MRI. Neuroimage. 2004;22(3):1046-1059. DOI 10.1016/j.neuroimage.2004.03.031.

3. Bieszczad K.M., Weinberger N.M. Extinction reveals that primary sensory cortex predicts reinforcement outcome. Eur. J. Neurosci. 2012; 35(4):598¬613. DOI 10.1111/j.1460-9568.2011.07974.x.

4. Carey R.M., Verhagen J.V., Wesson D.W., Pírez N., Wachowiak M. Temporal structure of receptor neuron input to the olfactory bulb imaged in behaving rats. J. Neurophysiol. 2009;101(2):1073-1088. DOI 10.1152/jn.90902.2008.

5. Gao E., Suga N. Experience-dependent plasticity in the auditory cortex and the inferior colliculus of bats: role of the corticofugal system. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000;97(14):8081-8086. DOI 10.1073/pnas.97.14.8081.

6. Getchell T.V. Functional properties of vertebrate olfactory receptor neurons. Physiol. Rev. 1986;66(3):772-818. DOI 10.1152/physrev.1986.66.3.772.

7. Headley D.B., Weinberger N.M. Relational associative learning induces cross-modal plasticity in early visual cortex. Cerebral Cortex. 2013;25(5):1306-1318. DOI 10.1093/cercor/bht325.

8. Jones S.V., Choi D.C., Davis M., Ressler K.J. Learning-dependent structural plasticity in the adult olfactory pathway. J. Neurosci. 2008; 28(49):13106-13111. DOI 10.1523/JNEUROSCI.4465-08.2008.

9. Kass M.D., Rosenthal M.C., Pottackal J., McGann J.P. Fear learning enhances neural responses to threat-predictive sensory stimuli. Science. 2013;342(6164):1389-1392. DOI 10.1126/science.1244916.

10. McGann J.P. Associative learning and sensory neuroplasticity: how does it happen and what is it good for? Learn. Mem. 2015;22(11):567- 576. DOI 10.1101/lm.039636.115.

11. Moulton D.G., Beidler L.M. Structure and function in the peripheral olfactory system. Physiol. Rev. 1967;47(1):1-52. DOI 10.1152/physrev.1967.47.1.1.

12. Pautler R.G. In vivo, trans-synaptic tract¬tracing utilizing manganeseenhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). NMR Biomed. 2004;17(8):595-601. DOI 10.1002/nbm.942.

13. Pautler R.G., Koretsky A.P. Tracing odor-induced activation in the olfactory bulbs of mice using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Neuroimage. 2002;16(2):441-448.

14. Polley D.B., Heiser M.A., Blake D.T., Schreine C.E., Merzenich M.M. Associative learning shapes the neural code for stimulus magnitude in primary auditory cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 101(46):16351-16356. DOI 10.1073/pnas.0407586101.

15. Schwob J.E., Youngentob S.L., Mezza R.C. Reconstitution of the rat olfactory epithelium after methyl bromide-induced lesion. J. Comp. Neurol. 1995;359(1):15-37. DOI 10.1002/cne.903590103.

16. Smith K.D.B., Kallhoff V., Zheng H., Pautler R.G. In vivo axonal transport rates decrease in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neuroimage. 2007;35(4):1401-1408. DOI 10.1016/j.neuroimage.2007. 01.046.

17. Weinberger N.M. Reconceptualizing the Primary Auditory Cortex: Learning, Memory and Specifc Plasticity. In: Winer J.A., Schreiner C.E. (Eds.). The Auditory Cortex. N. Y.: Springer, 2011;465-491. DOI 10.1007/978-1-4419-0074-6_22.

18. Zhang X., Firestein S. The olfactory receptor gene superfamily of the mouse. Nat. Neurosci. 2002;5(2):124-133. DOI 10.1038/nn800.

19. Zhang Y., Zhao Y., Zhu X., Sun X., Zhou X. Refning cortical representation of sound azimuths by auditory discrimination training. J. Neurosci. 2013;33(23):9693-9698. DOI 10.1523/JNEUROSCI.0158-13.2013.


Дополнительные файлы

Просмотров: 45

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


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


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