Исследование электрической обратной связи в химических синапсах гиппокампа

Актуальность проблемы.

Изучение механизмов, лежащих в основе синаптической передачи, является одним из основных направлений исследований в современной нейробиологии. Согласно классическому представлению, синаптическая передача в химическом синапсе является поляризованной, так как сигнал передаётся в одном направлении — от пресинаптической части синапса к постсинаптической. Однако в последние годы большое внимание привлекают так называемые ретроградные мессенджерыхимические вещества, выходящие из постсинаптического нейрона и влияющие на выброс медиатора из пресинапса (Alger and Pitler, 1995; Fitzsimonds and Poo, 1998; Garthwaite and Boulton, 1995; Sanchez-Prieto et al., 1996). Другим возможным механизмом влияния постсинаптического нейрона на пресинаптическую часть является внутрисинаптическая электрическая (эфаптическая) обратная связь, которая появляется во время возбуждающего постсинаптического тока (ВПСТ) (Вызов 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1977; Byzov and Sura-Bura, 1986; Maximov and Byzov, 1996; Voronin et al., 1995). Гипотеза А. Л. Вызова об эфаптической обратной связи предполагает, что ВПСТ может дополнительно увеличивать пресинаптический выброс медиатора, благодаря деполяризации места пресинаптического выброса при условии, что сопротивление синаптической щели достаточно велико. Согласно этой гипотезе, внутриклеточная гиперполяризация постсинаптического нейрона должна вызывать эффект, сходный с ВПСТ, т. е. увеличивать пресинаптический выброс медиатора. Эффект гиперполяризации должен быть более сильным в больших синапсах с протяженной синаптической щелью. Такие условия существуют в синапсах, образованных между фоторецепторами и нейронами второго порядка (Вызов 1994), однако убедительных данных о существовании эфаптической обратной связи в центральных химических синапсах до настоящей работы не существовало.

Считается, что гиперполяризация постсинаптической мембраны увеличивает величину ВПСТ в результате отклонения мембранного потенциала (МП) от равновесного, что увеличивает электродвижущую силу для соответствующих катионов (Katz, 1969). Однако при наличии положительной обратной связи гиперполяризация постсинаптического нейрона может увеличивать выброс передатчика. Увеличение выброса передатчика должно влиять на квантовые параметры синаптической передачи, на пресинаптическую парную фасилитацию (ПФ) и на зависимость амплитуды ВПСТ от МП. При наличии эфаптической обратной связи такая зависимость должна быть нелинейной. Вместе с тем, в многочисленных работах, выполненных на различных структурах центральной нервной системы (ЦНС), включая спинной мозг (Flatman et al., 1982), неокортекс (Deisz et al., 1991; Stern et al., 1992; Sutor and Hablitz, 1989), область CA1 (Buhl et al., 1994; Hestrin et al., 1990) и САЗ гиппокампа (Barrionuevo et al., 1986; Brown and Johnston, 1983; Griffith, 1990; Griffith et al., 1986; Gaiarsa et al., 1994; Jonas et al., 1993) не описано каких-либо отклонений от линейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП. Кроме того, при регистрации ВПСТ, опосредованных глутаматными рецепторами AMP, А (alphaamino-3-hydroxy-5-methy 1−4-isoxalepropionate) — типа при двух различных МП (МП покоя и МП выше 0 мВ), не было обнаружено зависимости коэффициента вариации (Manabe et al., 1993; Kullmann, 1994) или ПФ от изменений МП (Clark et al., 1994; Manabe et al., 1993).

Таким образом, имеющиеся к настоящему времени данные показывают линейную зависимость ВПСТ от изменения МП и потенциал-независимую ПФ. Эти экспериментальные результаты противоречат гипотезе А. Л. Вызова, следствия из которой предполагают отклонение зависимости ВПСТ от линейной при гиперполяризационном смещении МП (супралинейная зависимость) и потенциал-зависимую ПФ. Разрешение данной проблемы позволит глубже понять основные процессы, лежащие в основе синаптической передачи и пластических перестроек в синапсах ЦНС.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы была проверка гипотезы о существовании положительной электрической обратной связи в химических синапсах головного мозга и выявление причины противоречий между предсказаниями этой гипотезы о нелинейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП и известными литературными данными о линейности такой зависимости. Такая работа предполагала решение следующих основных задач:

— анализ параметров синаптической передачи (количество &bdquo-выпадений", т. е. отсутствий ответов, N0, коэффициент вариации, СУ" 2 квантовый состав, т, величина кванта, у) при различных МП постсинаптического нейрона;

— сравнительный анализ зависимости амплитуды ВПСТ от МП при «минимальной» тестирующей стимуляции, когда ответы на стимул появляются не каждый раз, и при достаточно сильной стимуляции, когда &bdquo-выпадения" отсутствуют;

— анализ изменений ПФ во время смещения МП постсинаптического нейрона от равновесного при регистрации суммарных и минимальных ВПСТ.

Научная новизна.

1) Показано, что гиперполяризация постсинаптического нейрона изменяет такие параметры синаптической передачи, как количество &bdquo-выпадений" (N0), коэффициент вариации амплитуды (СУ-2) и квантовый состав.

2) Впервые экспериментально показано, что зависимость амплитуды ВПСТ от МП отклоняется от классической линейной в области гиперполяризации постсинаптического нейрона при активации небольшого количества синапсов.

3) Выявлена зависимость ПФ от изменений МП постсинаптического нейрона при регистрации минимальных ВПСТ.

4) Впервые показано, что после индукции долговременной потенциации (ДП) в окончаниях аксонов могут возникать потенциалы действия (ПД), которые распространяются антидромно.

Таким образом, впервые получены данные, подтверждающие гипотезу А. Л. Вызова о существовании электрической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

Теоретическая и практическая значимость.

Данное исследование представляет первую работу, в которой электрофизиологическими и компьютерными модельными методами доказано существование электрической положительной обратной связи в химических синапсах гиппокампа. Эти данные расширяют представления о механизмах синаптической передачи. Результаты работы позволили разрешить противоречия между предсказаниями гипотезы А. Л. Вызова о нелинейной зависимости амплитуды ВПСТ от МП и известными литературными данными о линейности такой зависимости.

Обзор литературы.

ЦНС характеризуется такими двумя свойствами, как реактивность и пластичность. Реактивность — это способность системы активно отвечать на воздействия внешней средыпластичность — это свойство системы изменять реактивность, как результат её активации (Konorski, 1967). Нейронная пластичность лежит в основе модификации нейронной сети при развитии организма и формировании следов памяти (Костюк, 1972; Eccles, 1953; Hughes, 1958; Kandel, 1976; Lloyd, 1949; Sutherland and Donald, 1990).

В настоящее время считается, что одним из основных механизмов нейрональной пластичности являются изменения в синаптической передаче (Collier et al., 1987; Doty, 1990; Horel, 1978; Isaacson, 1974; Marr, 1971). Одной из наиболее популярных моделей для изучения синаптической пластичности является ДП (Buzsaki, 1989; Yeckel et al., 1999; Sahgal, 1980; Schmajuk, 1990; Squire, 1986; Squire and Butters, 1984; Voronin, 1993), которая представляет собой увеличение эффективности синаптических входов после их кратковременной высокочастотной афферентной активации (Bliss and Gardner-Medwin, 1973; Bliss and Collingridge, 1993; Bliss and Lomo, 1973). ДП условно можно разделить на декрементную, раннюю фазу и недекрементную, позднюю фазу (Bliss and Collingridge, 1993; Voronin et al., 1995). Как предполагают, ранняя фаза основана на увеличении вероятности выброса медиатора из пресинаптической терминали (Воронин и др., 1998; Voronin, 1993). Поздняя фаза трактуется в литературе различным образом. Одна из основных гипотез, объясняющая позднюю фазу потенциации, предполагает повышение чувствительности постсинаптических рецепторов к химическому передатчику (Malenka and Nicoll, 1993). Другая гипотеза объясняет ДП морфологическими перестройками синапсов. (Edwards, 1995; Geinisman et al., 1993; Voronin et al., 1995). Такие изменения синаптического контакта (Бериташвили, 1968; Fifkova and Harreveld, 1977; Wickens, 1988) могут увеличивать число активных мест выброса, и тем самым влиять на эффективность синаптической передачи.

Целью данного обзора является представление имеющихся сведений о химическом и электрическом взаимодействии внутри синаптического контакта, анализ существующих проблем и в связи с этим постановка задачи исследования. Литературные данные демонстрируют, что преи постсинаптические мембраны, а также дендриты и сома пирамидных нейронов гиппокампа и неокортекса содержат следующие основные типы каналов: тетродотоксин-чувствительные N+ каналынизкои высокопороговые Са2+ каналы и различные типы К+ и С1~ каналов (Andreasen and Lambert, 1995; Huguenard et al., 1989; Huguenard, 1996; Magee and Johnston, 1995a, 1995b, Markram and Sakmann, 1994; Spruston et al., 1995; Stuart and Sakmann, 1994; Wong and Stewart, 1992). Представленные типы каналов открываются во время смещения МП от равновесного, либо при активации их различными химическими агентами. Единый метаболизм клетки (принцип Дейла), предполагает, что во всех окончаниях нейрона содержится один и тот же медиатор или набор медиаторов (Dale, 1935). Это позволяет классифицировать нервные клетки по медиаторной специфичности (эргичности). В настоящее время выделяют три типа медиаторов: аминокислоты, амины, пептиды. Аминокислоты (глутамат, аспартат, ГАМК и глицин) — наиболее распространённый тип нейропередатчика. Основным возбуждающим передатчиком является глутамат, количество которого в мозге измеряется микромолями на грамм ткани. Основное действие глутамата характеризуется как &bdquo-ионотропное": глутамат взаимодействует с рецепторами на постсинаптических структурах и вызывает изменения проницаемости мембраны для различных ионов, обусловливливая быстрый активационный или тормозной эффект. Вместе с тем, для глутамата кроме ионотропных рецепторов (действие которых опосредуется мембранными каналами) (Bliss and Collingridge, 1993; Gozlan et al., 1995; Collingridge and Lester, 1989; Lisman, 1989; Murphy et al., 1995) обнаружены и «метаботропные» (мембрано-связанные протеины, которые влияют на различные системы вторичных мессенджеров) (Bockaert et al., 1993; Duvoisin et al., 1995; Fasolato et al., 1994; Saugstad et al., 1995; Schoepp and Conn, 1993; Schoepp et al., 1992; Tanabe et al., 1992). Глутамат связывается также с пресинаптическими ауторецепторами, где он способен регулировать синаптическую передачу, увеличивая или уменьшая высвобождение пресинаптических везикул. Пептиды, несмотря на широкое распространение в нервной системе, выполняют, вероятнее всего, функцию сопутствующего медиатора (ко-трансмиттера). Они обнаружены в нейронах, содержащих классические медиаторы (Eckenstein and Boughwan, 1984). Амины (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин) представлены в мозге в 1000 раз меньшей концентрацией, чем аминокислоты. Основная форма их влияния в ЦНС — метаботропная (McGeer et al., 1978). Они не вызывают существенного изменения проницаемости мембраны, но инициируют химические изменения системы вторичных мессенджеров в постсинаптических структурах. Это приводит к длительным трофическим и пластическим перестройкам функции нейронов. В настоящее время известны немногочисленные пути передачи сигналов в клетке с участием вторичных мессенджеров, количество которых ограничено: Са2+, сАМР, cGMP, инозитолтрифосфат, диацилглицерол, арахидоновая кислота и окись азота (NO) (Костюк и Чазов, 1988; Реутов и др., 1997). Аминергические нейроны в ЦНС образуют достаточно компактные скопления и проводящие пути, проникающие во многие отделы мозга. Особенностью аминергической иннервации является то, что одна нервная клетка за счёт значительного ветвления аксона устанавливает контакты с большим количеством нейронов, расположенных в различных отделах мозга. Такой принцип связей является морфологическим признаком &bdquo-регуляторной" (&bdquo-модуляционной") функции. Он обеспечивает взаимодействие нейронов ЦНС, что является основой консолидирующих влияний (Раевский, 1991).

Модуляция синаптической передачи может происходить не только на клеточном уровне, но и в синаптической щели. Как показали многочисленные исследования, синаптическая щель заполнена рыхлым электронно-плотным веществом, ориентированным параллельно контактирующим поверхностям (Косицын, 1976; Bloom and Aghajanian, 1968). Вещество щели состоит из крупных макромолекул белка, связанных с ганглиозидами. Ганглиозиды — это сложные липиды, в состав которых входит сиаловая (нейроминовая) кислота, обеспечивающая, по-видимому, прочные адгезивные свойства синаптического контакта. Вероятно, наряду со склеивающими свойствами, вещество синаптической щели может служить также для обеспечения поляризованной и регулирующей работы синапса. Разная пространственная ориентация составных частей щели позволяет сделать предположение, что крупные макромолекулы по приходу импульса в бляшку заряжаются и, ориентируясь в вертикальной плоскости по отношению к контактным зонам, обеспечивают доступ медиатора к постсинаптической мембране. В неактивном состоянии вещество синаптической щели располагается гомогенно и служит препятствием для направленного распространения сигнала (Косицын, 1976).

В литературе описано обратное взаимодействие между постсинаптической и пресинаптической частью мембраны, осуществляемое различными химическими агентами (Матюшкин и др., 1980; Матюшкин, 1989; Fitzsimonds and Poo, 1998). В настоящее время ретроградные сигналы в синапсе разделяются на три группы, которые связаны по принципу выделения химических агентов и передачи их от постсинаптической части нейрона к пресинаптической. К первой группе ретроградных сигналов относятся вещества, свободно проникающие через постсинаптическую мембрану. Среди различных мембран-проницаемых агентов арахидоновая кислота (АА) — основной кандидат в ретроградные сигналы (Lazarewicz et al., 1988). АА освобождается из мембраны постсинаптического нейрона через активацию фосфолипазы А2 и фосфолипазы С, последние активируются внутриклеточным Са2+, который входит через открытые NMDA (N-methyl-D-aspartate) каналы при достаточно сильной активации постчинаптического нейрона (Reymann et al., 1988; Dumuis et al., 1988). NMDA каналы активируются при взаимодействии глутамата с постсинаптической мембраной, после снятия Mg2+ блока при деполяризации мембраны. Синтезированная АА проходит через постсинаптическую и пресинаптическую мембраны и в последней вызывает активацию вторичных мессенджеров, которые способствуют увеличению выброса медиатора. Два других кандидата в мембран-проницаемые диффузные ретроградные мессенджеры — это газы: NO и монооксид углерода (СО). NO синтезируется энзимом NO синтетазы из аминокислоты Lаргинина и зависит от концентрации внутриклеточного Са2+ (Garthwaite and Boulton, 1995). CO синтезируется в постсинаптическом нейроне с помощью энзим-гем оксигеназы (Dawson and Snyder, 1994). NO и CO, так же как и АА, выделяются из постсинаптической мембраны и воздействуют на вторичные мессенджеры пресинаптической терминали, которые влияют на выброс медиатора.

Ко второй группе относят вещества, которые выделяются из постсинаптической мембраны с помощью секреции. Нейротрофин, один из многих ретроградных мессенджеров, может выделяться из постсинаптического нейрона и взаимодействовать с рецепторами, расположенными на пресинаптическом нейроне (Berninger and Poo, 1996).

Постсинаптические мембранные протеины, которые прямо или косвенно связаны с пресинаптическими рецепторами через молекулы экстраклеточного матрикса, относятся к третьей группе сигнальных факторов (Lisman and Harris, 1993).

Таким образом, роль химических факторов в природе синаптической передаче хорошо известна. Однако некоторые экспериментальные данные указывают на возможность электрической взаимосвязи между окончаниями (Броун и Ильинский, 1984). В нервной системе позвоночных и беспозвоночных обнаружены возбуждающие электрические синапсы, которые наиболее полно изучены у беспозвоночных и низших позвоночных (Shapovalov, 1980). Всем синапсам этого типа свойственны очень узкая синаптическая щель (около 5 нм) и очень низкое удельное сопротивление сближенных преи постсинаптических мембран для проходящего через них электрического тока. Такое низкое сопротивление, как правило, связано с наличием поперечных каналов, пересекающих обе мембраны, т. е. идущих из клетки в клетку. Диаметр каналов составляет около 1 нм. Каналы образуются белковыми молекулами каждой из контактирующих мембран, которые соединяются комплементарно. Эта структура легко проходима для электрического тока. Важно отметить, что поперечные каналы объединяют клетки не только электрически, но и химически, так как они проходимы для многих низкомолекулярных метаболитов. Поэтому возбуждающие электрические синапсы с поперечными каналами формируются, как правило, между клетками одного вида специализации (Faber and Korn, 1989). Электрические синапсы, передающие возбуждение, являются не вполне однородной группой. Они различаются по значению коэффициента передачи электрического сигнала, т. е. по отношению получаемого изменения потенциала на постсинаптической мембране к задаваемому на пресинаптической мембране, а также по отсутствию или наличию выпрямляющих свойств, т. е. как передаётся в них электрический сигнал — двусторонне или односторонне (Jefferys, 1995).

Описанные выше взаимодействия между синапсами основаны на химической или электрической связи. В литературе описан ещё один тип взаимодействия между нейронами, который появляется благодаря различным &bdquo-полевым эффектам" (Faber and Korn, 1989; Pinault, 1995; Jefferys, 1995). Один из примеров &bdquo-полевого эффекта" описан в спинном мозге кошек, который проявлял себя как короткое.

0.3 мс) бифазное изменение возбудимости терминалей в ответ на антидромную стимуляцию мотонейронов (Gutnick et al., 1975). Подобные эффекты на мотонейронах кошек продемонстрированы другими авторами (Decima, 1969; Decima and Goldberg, 1969a- 1969b- 1973). &bdquo-Полевые эффекты" известны и для гиппокампа (Taylor et al., 1984). Они особенно выражены при эпилептических состояниях (Taylor and Dudek, 1982; 1984а- 1984b).

Электрические взаимодействия внутри синапса посредством электрической обратной связи подобны &bdquo-полевым эффектам". В соответствии с определением, данным Джефферисом (Jefferys, 1995), такие обратные связи можно назвать &bdquo-эфаптическими" для того, чтобы отличить их от связи в электрических или в «смешанных» синапсах.

Теоретическая оценка эффективности положительной электрической обратной связи в химических синапсах была сделана А. Л. Бызовым (Вызов, 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1977; 1978; Byzov and Shura-Bura, 1986). А. Л. Вызов и его сотрудники изучали синапсы, образованные соединением фоторецепторов с дендритами горизонтальных клеток. Падение потенциала Vg, вызванное ВПСТ на сопротивлении синаптической щели, является причиной появления положительной обратной связи. Vg описывается как функция потенциала постсинаптической мембраны Vps.

Vg = Vps * Rg/(Rg + Rs), (1) где Rs = 1/G сопротивление активной постсинаптической мембраны. Поэтому величину К= Rg/(Rg + Rs) можно условно назвать &bdquo-коэффициентом внутрисинаптической положительной обратной связи". А. Л. Вызов (Byzov and Shura-Bura, 1986) оценивал величину К при условии, когда ширина синаптической щели равна 20 нм (Katz, 1966) и Rs = 1 Ом/см2. Для небольших синапсов, с диаметром синаптической щели около 0.3 мкм, К может быть около 0.01, и поэтому положительная обратная связь незначительна. Однако при наличии тонких (0.1 мкм) постсинаптических инвагинаций глубиной 1 мкм внутрь пресинаптической мембраны обратная связь может быть большой (К > 0.5). В этом случае дополнительная деполяризация пресинаптической мембраны, благодаря положительной обратной связи, увеличивает амплитуду ВПСТ на 50% и более.

Данные электронной микроскопии (Hamlyn, 1961; Claiborne et al., 1986; Petukhov and Popov, 1986) показали, что в stratum lucidum области САЗ имеются большие пресинаптические бутоны, диаметр которых около 4 мкм, с инвагинациями, глубоко проникающими внутрь пресинаптического окончания. Опубликованные рисунки (Petukhov and Popov, 1986) демонстрируют типичный диаметр инвагинаций около 0.4 мкм (от 0.2 до 1 мкм). Предполагая, что ширина синаптической щели равна 20 нм и сопротивление внутри щели варьирует от 50 до 200 Ом/см2, можно оценить верхнюю и нижнюю границу Rg. Соответствующая оценка была произведена в работе Викенса (Wickens, 1988), где показано, что для &bdquo-тонких" инвагинаций (0.2 мкм в диаметре) Rg может варьировать в пределах от 177 до 708 МОм. Эта величина зависит от сопротивления щели и от того, как глубоко проникает инвагинация в пресинаптический бутон. Rg может варировать от 84 до 335 МОм для инвагинаций диаметром 0.4 мкм и от 32 до 130 МОм для &bdquo-толстых" инвагинаций (1 мкм). Принимая сопротивление Rs равным 3 ГОм, что соответствует эффекту одного кванта передатчика (Jonas et al., 1993), можно предположить, что при наличии тонких инвагинаций существенная часть постсинаптического потенциала падает на синаптическую щель (К варьирует от 0.01 до 0.24).

Нужно отметить, что произведённая оценка Rg носит приближённый характер. Дополнительные факторы могут влиять на Rg, тем самым изменяя коэффициент внутрисинаптической положительной обратной связи. Например, увеличивать Rg и К могут высокое сопротивление экстраклеточного матрикса в синаптической щели (Korn and Faber, 1975), присутствие &bdquo-пробок", создаваемых глиальными клетками (Voronin et al., 1995) и мультиквантовый выброс, который до лжет уменьшать Rs. В этих случаях положительная обратная связь будет эффективной даже в случае коротких инвагинаций большого диаметра.

Таким образом, хотя некоторые положения гипотезы А. Л. Вызова о существовании положительной обратной связи в химических синапсах не бесспорны и вопрос о её роли в модуляции синаптической передачи не является решенным, сама гипотеза о существовании электрической взаимосвязи между пост-и пресинаптическими частями нейронов представляется достаточно обоснованной. Вместе с тем, каких-либо экспериментальных проверок существования такой связи в ЦНС не проводилось. Прямым доказательством существования обратной связи в синапсах являлись бы опыты, в которых можно искуственно увеличить сопротивление синаптической щели. Однако такие эксперименты напрямую выполнить довольно сложно. Одним из следствий гипотезы А. Л. Вызова является то, что приложение гиперполяризующего тока через внутриклеточный электрод, вызывает падение напряжения вдоль синаптической щели, подобно тому, как внутрисинаптический ток создаёт падение напряжения на Rg. Поэтому участок щели, расположенный напротив места выброса, приобретет отрицательный потенциал относительно внеклеточного пространства, деполяризуя тем самым пресинаптическую мембрану. Это значит, что гиперполяризация постсинаптического нейрона должна увеличивать выброс передатчика из пресинаптического окончания.

При модификации синаптической передачи могут изменятся два основных параметра: квантовый состав (т), отражающий среднее число квантов (порций) передатчика, выбрасываемых каждым пресинаптическим импульсом, и величина кванта (v), отражающая эффект, вызванный одним квантом. Оценка изменений этих параметров может разрешить проблему преили постсинаптических изменений, происходящих при модификации синаптической передачи (Башкис и др,. 1980; Katz, 1966; Korn and Faber, 1991). Анализ литературных данных показывает, что коэффициент вариации амплитуды ответов CV" 2 не зависит от изменения МП (Manabe et al., 1993; Kullmann, 1994). Изменения в синаптической передаче должны также влиять на зависимость амплитуды ВПСТ от МП в области гиперполяризации постсинаптического нейрона, делая её нелинейной. Вместе с тем, в многочисленных работах проделанных на различных структурах ЦНС, включая спинной мозг (Flatman et al., 1982), неокортекс (Deisz et al., 1991; Stern et al., 1992; Sutor and Hablitz, 1989), область CA1 (Buhl et al., 1994; Hestrin et al., 1990) и САЗ гиппокампа (Barrionuevo et al., 1986; Brown and Johnston, 1983; Griffith, 1990; Griffith et al., 1986; Gaiarsa et al., 1994; Jonas et al., 1993) не описано каких-либо отклонений зависимости амплитуды ВПСТ от линейной во время гиперполяризации.

Увеличение амплитуды ответа после второго стимула называют ПФ. ПФ наблюдается во многих синапсах (Zucker, 1989), включая гиппокамп (Voronin,.

1993; Sokolov et al., 1998; Wang and Kelly, 1996; 1997). Феномен ПФ объясняют увеличением вероятности выброса передатчика на второй стимул. Таким образом, ПФ является чисто пресинаптическим феноменом (Zucker, 1989). Одно из следствий гипотезы об эфаптической обратной связи в химических синапсах является то, что ПФ должна быть потенциал-зависимой при достаточно сильной положительной обратной связи. Однако литературные данные описывают только потенциал-независимую ПФ (Clark et al., 1994; Manabe et al., 1993).

Таким образом, обширная литература, посвящённая исследованию синаптической передачи, не согласуется с существованием эфаптической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

С одной стороны, есть данные, подтверждающие возможность существования положительной обратной связи в химических синапсах ЦНС, а, с другой стороны, результаты многих исследований свидетельствуют против этого. Для проверки гипотезы и анализа причин имеющихся расхождений в экспериментальных данных в нашей работе предполагалось получить ответы на три вопроса:

— каким образом изменяются параметры синаптической передачи при различных мембранных потенциалах постсинаптического нейрона?

— как влияет активация дополнительных синапсов на зависимость амплитуды ВПСТ от изменения МП?

— при каких условиях ПФ зависит от изменения МП?

Приведённые в обзоре литературные данные о механизмах синаптической передачи в ЦНС и анализ существующих проблем определили следующий круг основных задач нашего исследования: Б.

KB MBl MB2.

Рисунок 1. Схема расположения регистрирующих (per. элек.) и стимулирующих (С1,С2,КВ, МВ1, МВ2) электродов при регистрации возбуждающих постсинаптических токов и потенциалов из областей CAI и САЗ гиппокампа. (А и Б, соответственно).

— анализ параметров синаптической передачи (количество &bdquo-выпадений" (N0) — коэффициент вариацииквантовый состав (те) — величина кванта (v)) при различных МП постсинаптического нейрона;

— сравнительный анализ зависимости амплитуды ВПСТ от МП при минимальной силе стимуляции, когда ответы на стимул составляют примерно только половину от общего количества зарегистрированных ответов, и большой, когда &bdquo-выпадения" отсутствуют;

— сравнение ПФ во время изменения МП на постсинаптическом нейроне при регистрации суммарных и минимальных ВПСТ.

С этой целью проводились электрофизиологические эксперименты на гиппокампе и компьютерные модельные эксперименты.

Материалы и методы.

Краткое описание структуры гиппокампа.

Главными цитоархитектоническими структурами гиппокампальной формации является следующие: regio superior (CAI) — regio inferior (CA2-CA3), которую можно условно назвать САЗ, если принять во внимание, что граница СА2 четко не определенаdentate gyrus (зубчатая извилина (ЗИ)), а также hilus (СА4), занимающий промежуточную часть между структурами ЗИ и САЗ (рис. 1А).

Область CAI содержит небольшие, пирамидной формы нейроны диаметром 20 мкм (Ishizuka et al., 1990). САЗ-СА4 включает в себя большие, диаметром 30 мкм, пирамидные нейроны (Finch et al., 1983; Turner and Schwartzkroin, 1983). Гранулярные нейроны ЗИ имеют диаметр меньше чем 18 мкм. Гиппокампальная формация имеет ламинарную структуру (Amaral and Witter, 1989; Andersen et al, 1971). Каждая ламина ориентирована (примерно) перпендикулярно продольной оси гиппокампа, и содержит трисинаптическую цепь (Lorente de No, 1934; Miles and Wong, 1986).

Приготовление срезов и электрофизиологическая регистрация ответов в переживающих срезах.

Эксперименты проводили на погружённых срезах гиппокампа, приготовленных от молодых крыс линии Вистар (от 18 дней до 5 недель), согласно методу, описанному в литературе (Edwards et al., 1989; Sokolov et al., 1998; Volgushev et al., 1995). Животных декапитировали, предварительно анестезировав эфиром или внутрибрюшинной инъекцией уретана (2 г/кг). Мозг извлекали из черепной коробки и помещали в охлаждённую (4° С) оксигенированную искусственную цереброспинальную жидкость (ИЦСЖ). Поперечные срезы толщиной 400−600 мкм приготовлялись с помощью вибротома и содержались в прединкубационной камере при комнатной температуре (22−24° С). ИЦСЖ оксигенировалась (95% О2 + 5% СО2) и имела следующий состав (в мМ): NaCl 124- KCl 1.5 — 3- СаС12 1.3 — 2.45- MgCl2 0.3 — 1.3- КН2Р04 1.25- NaHC03 25 — 26- D-глюкоза 10- pH = 7.2 — 7.4. Через 1 час после инкубации срезы гиппокампа переносили в рабочую камеру с постоянной перфузией (2−3 мл/мин) при температуре 32−33° С. В части экспериментов пикротоксин (50 мкМ, Sigma) и CsCl (2 мМ) постоянно присутствовали в ИЦСЖ для того, чтобы блокировать ГАМ К, а рецепторы и ограничить ток «аномального выпрямления» (Ih) (Halliwell and Adams, 1982; Hopkin and Johnston, 1988; Spruston et al., 1994; 1995; Williams and Johnston, 1988). Тетродотоксин (2−10 нМ, Affinity Research Product) также присутствовал в некоторых сериях экспериментов для того, чтобы уменьшить эпилептическую активность. В нескольких экспериментах нами использовались также: (alpha)-3-(2-carboxy-piperazin-4-yl)-propy-l-phosphonic (СРР, 20 мкМ) и D-2-amino-5-phosphono-pentanoic (АР5, 50 мкМ Cambridge Research Biochevicals), которые добавлялись во внеклеточный раствор для блокады NMDA рецепторов. Для избирательной блокады возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП) нами применялись 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX, 10 мкМ, Tocris) и D (-)-2-amino-5-phosphonopentanoic (АР5, 50 мкМ, Cambridge Research Biochemicals), которые селективно блокируют АМРА и NMDA компоненты ВПСП, соответственно.

Внутриклеточный регистрирующий электрод изготовлялся из 2 мм боросиликатного стекла и имел сопротивление 2−5 МОм при заполнении внутриклеточным раствором. Внутриклеточный раствор имел следующий состав в режиме фиксации потенциала (в мМ): CsMeS03 140- MgCl2 2- HEPES 10- EGT, А 0.2- D-глюкоза 20 (pH = 7.2). В части опытов добавлялся QX-314 5−10 мМ для блокады потенциал-зависимых Na+ каналов (Hirsch and Gilbert, 1991; Huguenard et al., 1989; Stuart and Sakman, 1995; Sutor and Hablitz, 1989). При регистрации ВПСП в режиме фиксации тока использовался внутриклеточный раствор следующего состава (в мМ): K-gluconate 127- KCl 20- MgCl2 2- Na2ATP2, HEPES 10- EGTA 1- D-глюкоза 20- pH = 7.2.

ВПСП и ВПСТ регистрировались от пирамидных нейронов области СА1 и САЗ, используя «пэтч-регистрацию» от целой клетки (Blanton et al., 1989; Hamill et al., 1981) (рис. 1А, Б, регистрирующий электрод). Мембранный ток регистрировали с помощью стандартного &bdquo-пэтч кламп" усилителя (Axoclamp 2А, Axon Instruments, Дармштадт, Германия) после компенсации последовательного сопротивления и ёмкости. Последовательное (10−30 МОм) и мембранное входное сопротивление определялось с помощью анализа ступеньки потенциала (амплитуда 5 мВ и длительность 200 мс) или тока (амплитуда 5 пА и длительность 200 мс), пропускаемого через регистрирующий электрод. Стимуляция афферентных волокон производилась с помощью частично обломанного &bdquo-пэтч" электрода (500 Юм — 1МОм) или биполярными скрученными металлическими электродами диаметром 50−200 мкм.

Схема расположения стимулирующих электродов при регистрации от области CAI представлена на рис. 1А. Обычно, при регистрации ВПСТ в режиме фиксации потенциала использовали один стимулирующий и регистрирующий электрод (рис. 1А). В ряде экспериментов в режиме фиксации тока при регистрации ВПСП использовали два стимулирующих электрода, которые размещались на проксимальных и дистальных участках коллатералей Шаффера (КШ) по обе стороны от регистрирующего электрода (рис. 1А, С1 и С2 соответственно). На рисунке 1Б показана типичная позиция электрода МВ1, для stratum lucidum поля САЗ, т. е. для активации мшистых волокон (MB), образованных аксонами гранулярных клеток ЗИ. В части экспериментов использовались два стимулирующих электрода, которые активировали два входа (МВ1 и МВ2, на рисунке 1Б), образованных MB. Область САЗ имеет сложные возвратные цепи (Claiborne et al., 1986; Johnston et al., 1992). Таким образом, при стимуляции MB возможна активация комиссуральных волокон (KB), идущих от нейронов САЗ к другим нейронам этой же области. Для того, чтобы отличить активацию MB от активации KB, в некоторых экспериментах (п = 6) при регистрации суммарных ВПСТ нами применялись селективные агонисты метаботропных глутаматных рецепторов типа 2/3 (DCG-IV 1 мкМ или LCCG1 10 мкМ, Tocris). Эти рецепторы (MGluR 2/3) локализованы только на окончаниях MB, и отсутствуют на КВ. Соответственно показано, что активация MGluR 2/3 редуцирует ответы только в MB (Kamiya et al., 1996; Salin et al., 1996). Как ожидалось, DCG-IV (1 мкМ) или LCCG1 (10 мкМ) обратимо уменьшали ВПСТ (рис. 23Б), показывая, что стимулирующие электроды, положение которых показано на рисунке 1Б, действительно активировали MB.

Нами применялись однократные парные (50 мс) или одиночные стимулы (1−10 V, 0.04−1 мс) с интервалом стимуляции 8−15 с. Тестирующие стимулы подбирались таким образом, чтобы вызывать либо минимальные ВПСТ, с &bdquo-выпадениями" (примерно 50% &bdquo-выпадений") в ответ на первый стимул в паре либо суммарные ВПСТ, когда &bdquo-выпадения" отсутствовали.

Эффект изменения МП оказался специфичным не для нейронов, а для отдельных входов. Поэтому в дальнейшем будут ссылки на &bdquo-входы", а не на &bdquo-нейроны" .

Экспериментальный протокол.

От нейронов области СА1, после стабилизации ответов, регистрировались ВПСТ или ВПСП при двух различных МП: потенциале &bdquo-покоя" (-70 мВ) и гиперполяризации, когда МП находился в пределах от -100 мВ до -130 мВ. При обоих уровнях МП регистрировали 75−100 ответов, вызванных стимуляцией КШ.

От нейронов области САЗ регистрировались ВПСТ при различных МП, начиная с МП покоя (-63 мВ). Обычно, 8−20 одиночных ВПСТ регистрировались при каждом МП и усреднялись. Для контроля стабильности ответов после изменения МП потенциал мембраны возвращался к МП покоя, и вновь регистрировались ВПСТ. Записи с нестабильным контролем исключались из анализа. Нестабильность ответов в некоторых наблюдаемых нейронах можно объяснить депрессией при низкочастотной стимуляции или потенциацией при деполяризации мембраны (Bliss and Collingridge, 1993). В части экспериментов на области САЗ гиппокампа применялся протокол, как в области CAI. С помощью этого протокола были записаны ВПСТ от 7 нейронов, при минимальной стимуляцией MB, и два, вызваных минимальной стимуляцией KB: МП &bdquo-покоя" (50 мВ или -63 мВ) и гиперполяризация (-80 мВ или -93 мВ).

Усиленные и отфильтрованные (1,3 или 10 кГц) потенциалы или токи отцифровывались с частотой 5−25 кГц и сохранялись на магнитном диске компьютера с разрешением 12 бит для последующего анализа.

Измерение амплитуды ответов и компонентный анализ.

Измерение амплитуды суммарных ВПСТ производилось на усреднённых ответах. Измерялась разница токов между базовой линией и пиком ВПСТ (рис. 17Б, прерывистая линия).

Для лучшего выделения сигнала из шума при регистрации минимальных ВПСТ нами использовалось ковариационное измерение, основанное на статистическом методе главных компонент (Harmon, 1979; Jackson, 1991; Glaser and Ruchkin, 1976). Разработанный метод позволяет выделять ответы по их латентностям и форме (Astrelin et al., 1998). Первая главная компонента сильно коррелирует с общепринятым измерением амплитуд (рис. 17Б). Такая &bdquo-ковариационная амплитуда" пересчитывалась в пА. Для пересчёта использовали сравнение пика амплитуды со значениями соответствующих компонент. В дальнейшем, в тексте для простоты &bdquo-ковариационная амплитуда" называется &bdquo-амплитудой". Для 4 входов при минимальных ВПСТ мы сравнивали зависимости амплитуды и «ковариационные амплитуды» ВПСТ от МП. Зависимости амплитуд ВПСТ от МП для обоих измерений статистически не различались. Для разделения компонент минимальных ВПСТ был использован специальный алгоритм (Astrelin et al., 1998). Этот алгоритм позволял разделять компоненты, которые имели различные латентности и время нарастания. В связи с различными латентностями и кинетикой каждую компоненту принимали как отдельный вход.

Оценка количества &bdquo-выпадений" .

Для оценки количества &bdquo-выпадений" при регистрации минимальных ВПСТ нами использовалось два метода: &bdquo-субъективный" и &bdquo-объективный" (Voronin et al., 1992; Voronin, 1993). С помощью первого метода визуально разделяли &bdquo-выпадения" и ответы (рис. 11 В, Г и рис. 21 В, Г, выпадения и ответы). Усреднённые &bdquo-выпадения" (рис. IIA и рис. 21 В, Г, усреднение) и наложенные ответы (рис. ИГ и рис. 21 В, Г, ответы) служили контролем правильного разделения (Kandel, 1976). Суть второго метода заключалась в том, что количество «выпадений» определялась как удвоенное количество ответов с отрицательной амплитудой в режиме фиксации тока или положительной амплитуде в режиме фиксации напряжения. Между двумя методами наблюдалась высокая корреляция оценки N0 (рис. 11Б, рис. 21Б, рис. 24Б и 25Б). Вычислялась доля &bdquo-выпадений" (N0/N), как отношение количества &bdquo-выпадений" (N0) к общему числу ответов, (N) и натуральный логарифм такого отношения (In NO/N). Статистическая оценка различий N0 производилась с помощью X2 теста.

Квантовый анализ.

Коэффициент вариации определялся при помощи &bdquo-вариационного анализа", который основан на равенстве средней амплитуды и её вариаций для Пуассоновского распределения (Auerbach, 1972; Del Castillo and Katz, 1954; Martin, 1966; Strieker et al., 1996; Voronin, 1993). Для более точного определения квантового состава, неограниченного рамками строгой модели выброса передатчика, применяясь деконволюционная процедура (Astrelin et al., 1998; Барт и др., 1988; Edwards et al., 1976; Jack et al., 1981; Redman, 1990; Wong and Redman, 1980), которая основана на гистограммном методе (Воронин и др., 1990; Voronin, 1993) и позволяет использовать наиболее полно всю информацию, заключённую в измерениях амплитуд.

Методика вызова антидромных потенциалов.

При вызове антидромных потенциалов нами применялась стимуляция проксимальных (КШп) и дистальных (КШд) участков аксонов пирамидных нейронов области САЗ (КШп и КШд, соответственнорис. 30). Для этого через биполярные нихромовые электроды диаметром 0.2 мм пропускали прямоугольные двухфазные импульсы тока с длительностью фаз 50−100 мке и амплитудой ± 50 200 мкА (50% от той, при которой возникал максимальный ответ).

Регистрировали внеклеточио ПД нейронов области САЗ гиппокампа (стеклянный микроэлектрод 10−20 МОм, заполнен 2 М NaCl) и суммарные вызванные потенциалы (ВП) в радиальном и пирамидном слое области CAI (стеклянный микроэлектрод 2−4 МОм, заполнен ИЦСЖ). Для получения усреднённых ВП в области CAI КШп стимулировали сериями из 10 импульсов тока с частотой 0.1 Гц. ДП в области CAI вызывали тетанизацией КШп в тета-ритме (5 групп импульсов тока с интервалом 200 мсв группе 4 импульса с интервалом 10 мс). Стимуляцией КШп вызывали также антидромные ПД нейрона области САЗ. Для оценки величины порога возбудимости окончаний КГЦ, расположенных в радиальном слое области CAI, КШд стимулировали сериями из 10 импульсов тока с частотой 0.1 Гц и вычисляли вероятность возникновения антидромного ПД нейрона области САЗ как отношение числа стимулов, вызвавших ПД, к общему числу (п = 10) стимулов. Для стимуляции КШ использовали многоканальный стимулятор соединённый с персональным компьютером (PC АТ/386). Регистрируемые потенциалы подавались на преду си лители MZ-4 с высоким входным сопротивлением, а затем на многоканальный усилитель MG440, связанный с компьютером через аналого-цифровые преобразователи. Компьютер управлял стимуляцией и регистрацией в ходе эксперимента.

Статистическая оценка данных.

При статистической обработке данных использовали t-критерий Стьюдента, критерий X2 и Колмогорова-Смирнова. Все статистические данные представлены как ошибка средних. Различия считались статистически значимыми при Р < 0.05 (если этот уровень не указан специально). А.

Пре (1) Б.

Пост (2).

Рисунок 2. Схемы, иллюстрирующие положительную обратную связь в химическом синапсе.

А: Пресинаптическая (Пре (1)) и постсинаптическая (Пост (2)) части клетки с соответствующими входными сопротивлениями (Ш и И2) и сопротивлением пресинаптической мембраны (Ир). Непрерывная стрелка показывает направление возбуждающего тока, который создаёт падение напряжения на сопротивлении синаптической щели (И^). Прерывистой стрелкой показан компонент тока Ь, проходящий через пресинаптическое окончание.

Б: На эквивалентной электрической схеме показаны мембранные потенциалы покоя (Е1 и Е2) — проводимость постсинаптической мембраны (О) и падение напряжения создваемое током к.

Компьютерное моделирование эфаптической обратной связи.

Программное обеспечение было подобно описанному в литературе (МахЛтоу апс! Вугоу, 1996). Программа позволяла конструировать различные модели из стандартных программных модулей. Соответствующий алгоритм описан в разделе &bdquo-Компьютерное моделирование" .

Результаты экспериметов.

Выводы.

1. Постсинаптическая гиперполяризация влияет на такие параметры синаптической передачи в ЦНС, как количество &bdquo-выпадений", коэффициент вариации амплитуды постсинаптического ответа и средний квантовый состав. Эти изменения в синаптической передаче указывают, что при постсинаптической гиперполяризации происходит увеличение вероятности выброса синаптического передатчика из пресинаптического окончания.

2. В опытах с минимальной стимуляцией при гиперполяризации постсинаптического нейрона зависимость амплитуды ВПСТ от МП является более сильной, чем это предсказывается на основании классического механизма, основанного на возрастании электродвижущей силы, т. е. становится супралинейной". ПФ проявляет зависимость от изменений МП постсинаптического нейрона.

3. Компьютерное моделирование показало, что активация большого количества синапсов приводит к тому, что зависимость амплитуды ВПСТ от МП становится линейной. При этом зависимость ПФ от смещений МП уменьшается или полностью исчезает. В соответствии с этим, в электрофизиологических экспериментах показано, что активация большого количества входов, вызванная сильной стимуляцией МВ области САЗ гиппокампа, делает зависимость амплитуды ВПСТ от МП линейной, и ПФ становится независимой от смещений МП.

4. С помощью статистического анализа, основанного на методе главных компонент, установлено, что гиперполяризация постсинаптического нейрона может приводить к появлению новых коротко латентных компонент, что свидетельствуют об активизации дополнительных, ранее «молчащих», синапсов.

5. Индукция ДП в области CAI гиппокампа приводит к состоянию повышенной возбудимости мембраны пресинаптических частей аксонов и, как следствие, к возникновению в окончаниях аксонов ПД, распространяющихся антидромно в область САЗ.

6. Таким образом, впервые получены данные, подтверждающие гипотезу А. Л. Вызова о существовании электрической обратной связи в химических синапсах ЦНС.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

Тезисы конференций:

Ezrokhi, V.L., Kasvanov, A.M. and Alexandrov, Y.I. (1996) Ectopic pacemaker generator in axon terminals associated with epileptiform activity and LTP. 26-th Annual Meeting of the Society for Neurosciense, November 16−21, Washington, D.C. v. 22, 2, p. 1520.

Kasvanov. A.M. and Kleschevnikov, A.M. (1997) Colocalization of functionally active AMPA and NMDA receptors in excitatory synapses on the CA1 pyramidal cells in hippocampal slices. 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, L075.29.

Kasvanov, A.M. Zosimovsky, V.A. and Ezrokhi, V.L. (1997) Changes in excitability and triggering of action potentials in axon terminals of rat’s hippocampal slices. 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, P075.49.

Voronin, L.L., Kleschevnikov, A.M., Sokolov, M.V., Kasvanov. A.M., Astrelin, A.V. and Rossokhin, A.V. (1997) Sinaptic mechanisms of the early and late phases of hippocampal long-term potentiation (LTP). 33-th International congress of physiological sciences, St. Petersburg, L075.03.

Статьи:

Эзрохи, В.Л., Касьянов, A.M., Зосимовский, В.А. (1999) Генерация потенциалов действия в окончаниях коллатералей Шаффера во время длительной потенциации в области СА1 гиппокампа. Ж.В.Н.Д. 1:127−131.

Воронин, Л.Л., Волгушев, М., Соколов, М.В., Касьянов. A.M., Чистякова, М. (1999) Эффекты постсинаптической гиперполяризации подтверждают наличие внутрисинаптической эфаптической обратной связи в центральных синапсах. Доклады Академии наук (принято к печати).

Voronin, L.L., Volgushev, М., Sokolov, М., Kasyanov. A. Chistiakova, М., and Reymann, K.G. (1999) Evidence for an ephaptic feedback in cortical synapses: postsynaptic hyperpolarization alters the number of response failures and quantal content. Neuroscience 2:399−405.

Заключение

.

Согласно гипотезе А. Л. Вызова (Вызов 1967; 1994; Вызов и Голубцов, 1978; Вызов и Полищук, 1987; Byzov and Sura-Bura, 1986), в химических синапсах существует положительная электрическая обратная связь, которую можно представить следующим образом: отрицательный относительно внеклеточной среды потенциал, возникающий в результате прохождения тока через синаптическую щель, может деполяризовать пресинаптическую часть нейрона. Достаточно большая деполяризация может вызывать вход кальция в пресинаптическое окончание через потенциал-зависимые кальциевые каналы и вследствие этого увеличивать выброс передатчика. Такая обратная связь незначительна в типичных маленьких центральных синапсах с низкой величиной сопротивления щели, но может быть существенной в больших (перфорированных) синапсах с инвагинациями. В таких синапсах вклад обратной связи в амплитуду.

ВПСТ может составлять существенную часть от общего сигнала. Обратная связь может появиться в синапсах, в которых происходят структурные изменения (появление &bdquo-спинул" и инвагинаций) как при их развитии, так и при функциональной активности.

Пресинаптическая деполяризация во время внутриклеточной гиперполяризации, также как пресинаптическая деполяризация во время ВПСТ, может влиять на вероятность выброса медиатора и, таким образом, модифицировать классическую зависимость амплитуды ВПСТ от МП, делая её нелинейной. Однако в случае генерации суммарных ВПСТ, возникающих в результате активации большого количества волокон, ВПСТ соседних синапсов взаимодействуют таким образом, что ток деполяризации, направленный от соседних синапсов, уменьшает гипрполяризацию и, следовательно, снижает нелинейность зависимости ВПСТ от МП.

Так как гиперполяризация постсинаптической мембраны увеличивает синаптическую передачу в синапсах с положительной обратной связью, можно ожидать, что ПФ будет уменьшаться при гиперполяризации и увеличиваться при деполяризации. Однако это справедливо в определённых пределах и при определённых условиях. В общем случае, как показали компьютерные эксперименты, при сильной положительной обратной связи зависимость ПФ от изменения МП является сложной. Во время гиперполяризации, сильно превышающей уровень потенциала покоя, ПФ может не зависеть от изменений МП. Сильная зависимость ПФ от МП наблюдается при небольшой гиперполяризации и деполяризации от уровня МП покоя.

Из наших данных, полученных при регистрации минимальных и суммарных ВПСТ, следует, что положительная обратная связь полностью функционирует только в том случае, когда синхронно активируется небольшое количество синапсов. Когда синапс активирован совместно с большим количеством соседних синапсов, внутрисинаптическая обратная связь действует при условии, если затруднена электротоническая передача тока от активного синапса вдоль дендрита.

Наши эксперименты с идентификацией антидромных разрядов в нейронах области САЗ дали основание полагать, что при индукции ДП внутрисинаптическая обратная связь может оказаться настолько сильной, что приводит к генерации ПД в окончаниях аксонов.

В целом, наши электрофизиологические и компьютерные эксперименты дают первые доказательства существования внутрисинаптической обратной связи в нейронах головного мозга. Положительная обратная связь может объяснить такие феномены, как ответы типа &bdquo-всё или ничего" в зрительной коре (Volgushev et al., 1995; Stratford et al., 1996), когда происходит синхронный выброс синаптического передатчика из нескольких мест выброса (Voronin et al., 1995; Astrelin et al., 1997; 1998) — спонтанные синхронные мультиквантовые синаптические потенциалы (Korn et al., 1993) — высокую надёжность синаптической передачи в больших синапсах трапециевидного тела (Chuhma and Ohmori, 1998) — появление больших &bdquo-перфорированных" синапсов после формирования ДП (Voronin et al., 1995; Geinisman et al., 1993; Edward, 1995; Muller, 1997) — и в других ситуациях, предполагающих усиление синаптических реакций, в том числе после формирования условнорефректорных связей (Calverley and Jones, 1990).