Принципы формирования синаптических связей при регенерации крылоногого моллюска

• Автор: Зеленин, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
Глава 1. Основные экспериментальные методы, использованные в работе
Глава 2. Норма и “Стандартная” регенерация
Глава 3. Регенерация “Без Выбора” и “С Ограниченным Выбором”
Глава 4. Регенерация в случае недоступности нормальной мишени
Глава 5. Обсуждение физиологических экспериментов и общие положения
математических моделей
Глава 6. Модель регенерации без влияния нейритов и модель с влиянием
нейритов на распределение материала
Глава 7. Модель регенерации с влиянием нейритов друг на друга
Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Постановка задачи.
Одной из самых важных научных проблем является работа нервной системы. В данный момент интенсивно развиваются самые разнообразные подходы к этому вопросу. Один из них - изучение функционального строения нервной системы. В частности, это изучение образования и изменения специфических связей между элементами нервной системы, нервными клетками. Образование новых связей можно вызвать искусственно, нарушив старые связи. При исследовании подобной вызванной повреждением регенерации весьма вероятно обнаружить существенные принципы и механизмы формирования мозга. Такой подход применяется уже давно, но, в основном, к позвоночным животным, так как их нервная система считается наиболее близкой к нервной системе человека. Однако, в последние годы накопилось довольно много данных о сходстве, если не идентичности, механизмов развития у всех животных, как позвоночных, так и беспозвоночных. Исследование же мозга беспозвоночных имеет ряд существенных преимуществ. Во-первых, их нервная система состоит из меньшего числа нейронов, многие, если не все, из которых идентифицируемы, т.е, консервативны и легко узнаваемы у животных данного вида; связи между этими нейронами также весьма консервативны. Кроме того, количество клеток в нейронной сети беспозвоночных, ответственной за данную функцию, часто оказывается небольшим (десяток типов и сотни штук нейронов). Таким образом, нейронные сети беспозвоночных — системы с небольшим количеством элементов и связей между этими элементами. Во-вторых, некоторые беспозвоночные удобны для генетических исследований. Это позволяет связать функцию на уровне отдельных нейронов с генетикой на уровне отдельных генов. Наконец, что часто важно, с беспозвоночными легко работать, их несложно содержать, и они относительно дёшевы. Все эти причины заставили обратить внимание на моллюска СИопе Итаста (морского ангела). В данной работе изучалась регенерация аксонов локомоторных мотонейронов и нервномышечных связей у морского ангела.
При изучении регенерации, то есть восстановления нарушенных

связей между нервными клетками и их мишенями, мы должны ответить на несколько групп вопросов и a priori на каждый из вопросов существует несколько возможных и теоретически равноценных ответов. Какой из ответов правилен? Это может сказать только эксперимент. Причем для разных животных ответы могут оказаться различными. Но даже если они различны, их интересно получить, поскольку это позволит рассмотреть влияние различных механизмов. И, возможно, механизм, работающий в одной системе, затем обнаружится и в другой. Перечислим вопросы, стоящие при изучении регенерации.
Что направляет рост новых нейритов нейронов? Если нейриты доросли до области, где располагается их нормальная мишень, как нейрон выбирает данную мишень среди многих ему доступных? Каковы необходимые и достаточные условия установления новых связей нейронов на их мишенях? Если новые связи, сделанные нейроном, неправильны или избыточны (что, кстати, часто наблюдается на опыте), то появляется проблема убирания подобных связей. При этом они могут убираться, а могут становиться постоянными. Если убирание происходит, то каковы его причины и механизмы? Каковы необходимые и достаточные условия убирания?
В данной работе я попытаюсь ответить на эти и некоторые другие вопросы.
Работы как по регенерации мотонейронов у позвоночных, так и по регенерации у беспозвоночных уже проводились ранее. Новизна данной работы в том, что образование новых аксонов мотонейронов и восстановление нервномышечных связей изучались на уровне отдельных идентифицированных клеток. Основной итог данной работы — доказательство функциональной значимости конкуренции между разными нейритами внутри отдельной нервной клетки, построение математической модели взаимодействия между различными элементами нейрона, оценка приложимости различных моделей к ситуации в реальном организме и возможных следствий из них.
В.2. Регенерация у беспозвоночных и позвоночных: факты и модели.

Число нейритов, идущих к мышцам
© все нейриты, вдущие к мышцам Р правильные нейриты
♦ неправильные нейриты
“ - правильные нейриты

нейриты
О 10 20 30
время после операции, дни
Рис. 2.10. Числа нейритов, идущих в боковые ветки нерва крыла (то есть к мышцам), при Стандартной регенерации. На сроках регенерации до 2 недель числа правильных (показано белыми квадратами) и неправильных (показано черными ромбами) нейритов растут с одинаковой скоростью. На сроках больших 2 недель число неправильных нейритов уменьшается, а число правильных нейритов остается на постоянном уровне.
Число всех нейритов, идущих к мышцам показано серыми кружками. Линейные аппроксимации изменения числа правильных нейритов со временем на сроках 5-16 и более 16 дней после операции показаны пунктирными прямыми. Аналогичные линейные аппроксимации для числа неправильных нейритов на сроках 5-16, 16-30 и более 30 дней показаны сплошными прямыми.