Гетеросинаптическое облегчение (heterosynaptic facilitation)

Г. о. относится к осн. механизмам изменяемого функционирования ЦНС и, предположительно, связано как с неассоциативным научением (сенситизацией), так и с ассоциативным научением (образованием классических условных рефлексов). Г. о. — это распространение эффекта стимуляции одного нерва на афферентные нервы, не стимулируемые в данный момент времени. Г. о. представляет собой устойчивый феномен повышенной синаптической передачи в конвергентных (сходящихся) нейронных цепях. Одно короткое раздражение может вызвать облегченную передачу нервных сигналов, продолжающуюся от неск. минут до неск. часов (кратковременное облегчение), тогда как серия раздражений, повторяемых с интервалом в неск. дней, может вызвать облегченную передачу, сохраняющуюся в течение недель (долговременное облегчение). На нейронном уровне кратковременное облегчение характеризуется расширением пресинаптического потенциала действия, а долговременное облегчение — нейронным ростом, выражающимся в увеличении количества узелков (varicosities) и числа активных зон в окончаниях.

Г. о. впервые проанализировали Кэндел и Таук, и с того времени Г. о. широко исследовалось на модели «нейронной цепи рефлекса втягивания жабры» морской улитки — аплизии (Aplysia) — по причине относительной простоты ее НС с крупными, легко идентифицируемыми нейронами. Если прикоснуться к мантийному выступу или сифону аплизии, она втягивает сифон, мантийный выступ и жабру. Сенситизация этого защитного рефлекса происходит в том случае, если хвост улитки подвергнуть действию ядовитого вещества. Сенсорные нейроны хвоста активируют облегчающие промежуточные нейроны, к-рые контактируют с синаптическими окончаниями сенсорных нейронов сифона или мантии аплизии. Эта аксо-аксональная активация сенсорных нейронов сифона приводит к изменению в их окончаниях.

На модели аплизии тж. был продемонстрирован эффект Г. о. в образовании простых условных рефлексов и дифференцировки. Если вслед за легким касанием сифона аплизии (условный раздражитель (УРЗ)) наносится сильный удар по ее хвосту (безусловный раздражитель (БРЗ)) и если это последовательное сочетание раздражителей повторяется каждую вторую минуту в неск. пробах, то в конечном счете будет достаточно одного УРЗ, чтобы вызвать усиленный рефлекс втягивания.

Ассоциативное научение требует временной смежности и ситуационной сопряженности УРЗ и БРЗ. При работе с аплизией УРЗ должен всегда предшествовать БРЗ в границах примерно секундного интервала. Хоукинс, Кэрью и Кэндел показали, что спайковая активность сенсорных нейронов сифона аплизии становится наиболее эффективной, когда УРЗ опережает БРЗ на 0,5 с. Разрыв в 2 с уже препятствует образованию ассоциативной связи между УРЗ и БРЗ. При выработке дифференцировки было доказано, что экстрацеллюлярный постсинаптический потенциал (ЭПСП) представляет собой зависимую активность. Это означает, что ЭПСП нейрона спаренной цепи гораздо больше, чем ЭПСП нейрона неспаренной цени (возможно, вследствие габитуации в неспаренной цепи).

Межнейронные механизмы Г. о. представляют особый интерес. По крайней мере нек-рые из облегчающих промежуточных нейронов являются серотонинергическими. Выделение серотонина увеличивает высвобождение медиатора из сенсорных нейронов благодаря стимулированию аденилатциклазы — фермента, к-рый способствует увеличению внутри клетки циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Результатом этого становится уменьшение наружного калиевого тока, пролонгирующее потенциал действия и тем самым обеспечивающее более длительный период притока ионов кальция (Са2+). Как и в случае сенситизации, было показано, что образование классических условных рефлексов зависит от повышенного синтеза цАМФ. Т. о., за увеличение длительности спайка во время сенситизации и классического обусловливания, по-видимому, отвечают сходные молекулярные механизмы. Абрамс доказал, что приток Са2+ является критическим условием как внутриклеточный аналог УРЗ. Абрамс, Карл и Кэндел на основе молекулярных механизмов объяснили временные требования при выработке классических условных рефлексов. Оптимальное обусловливание требует, чтобы импульс Са2+ частично перекрывал по времени добавление облегчающего медиатора. Результаты экспериментов показали, что кальмодулин Са2+ может обслуживать восполнение аденилатциклазы для оптимального стимулирования облегчающим медиатором. Впрочем, эти частности могут варьировать в зависимости от биолог. вида животного.

У аплизии спайковая активность постсинаптического нейрона не является необходимой или достаточной для вызывания Г. о. и, по-видимому, не участвует в обусловливании рефлекса втягивания жабры. Однако у др. видов, таких как крысы, кошки и люди, зависимые от активности синаптические изменения действительно требуют постсинантической активности в соответствии с моделью Хебба. Более того, эти изменения оказались прямо связаны с научением и памятью у млекопитающих. Имеющийся у млекопитающих аналог Г. о. — это долговременная потенциация (long-term potentiation, LTP). LTP была зарегистрирована в неск. областях мозга, включ. гиппокамп, зрительную, префронтальную и фронтальную кору.

См. также Животные как модели, Генетика поведения, Электродермальная активность, Нейронные механизмы научения, Модели нейронных сетей, Сенсомоторные процессы

Ф. К. Йеллестад