УДК-57.024 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАТТЕРНОВ АКТИВАЦИИ МОЗГА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И БЛОКАДЕ РАЗВИТИЯ ПОСТТРАВМАТИЧЕСКОГО СТРЕССОВОГО РАССТРОЙСТВА У МЫШЕЙ. Заморина Т.А.1, Торопова К.А.2, Ивашкина О.И.2, Анохин К.В.2 1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова 2 Курчатовский комплекс НБИКС и ПТ-технологий, НИЦ "Курчатовский Институт" e-mail: [email protected] Ключевые слова: посттравматическое стрессовое расстройство, аверсивное обучение, память, c-fos, блокатор синтеза белка. Аннотация В работе исследован паттерн активности структур мозга при формировании и блокаде развития посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) в мышиной модели. Показаны отличия в активации ряда структур сети страха мозга при развитии ПТСР и формировании аверсивной памяти. Текст сообщения Вследствие острой психологической травмы от 15 до 35% людей сталкиваются с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). Расстройство сопряжено с нарушением эмоционального статуса и реакций на стрессорные ситуации и сопровождается рядом симптомов таких, как: гиперреактивность, навязчивые воспоминания о травме, нарушение памяти, повышение тревожности и бдительности, приступами агрессии и др. [1]. Не смотря на широкую распространенность данного состояния и значителные расходы общества, связанные с потерей трудоспособности пациентами с ПТСР, на данный момент механизмы формирования данного расстройства остаются неизвестными. Развитие ПТСР связывают с изменением в функционировании ряда областей мозга, который широко перекрывается со структурами системы страха. Это такие области, как: миндалина, гиппокамп, префронтальная кора, околоводопроводное серое вещество и другие структуры. Известно, что развитие ПТСР можно нарушить, если воздействовать на память в момент формирования [2]. Такое воздействие может быть фармакологическим - например, блокада синтеза новых белков в мозге способна приводить к амнезии как в случае формирования нормальной, так и травматической памяти. Однако, неизвестно возвращается ли к норме активность мозга при подобном нарушении развития ПТСР. Чтобы исследовать активность мозга при развитии ПТСР и влияние нарушения травматической памяти на данную активность мы использовали модель формирования ПТСР у мышей путем нанесения сильного электрокожного раздражения (ЭКР) лап. После данного воздействия животные демонстрируют ряд симптомов ПТСР: признаки эмоциональной тупости, социальной замкнутости, гиперреактивность, повышение тревожности [4]. Для индукции ПТСР животных однократно подвергали травматическому опыту в новой обстановке: 3 удара током, силой 1,5 мА, длительностью 10 с. У другой группы животных формировали аверсивную память, не сопряженную с симптомами ПТСР, обучая условно-рефлекторному замиранию (УРЗ) (1 удар током, силой 1,0 мА, длительностью 2 с) также в новой для них обстановке. Животных контрольной группы не получали ЭКР в обстановке эксперимента. Сразу после получения ЭКР животные групп ПТСР и УРЗ демонстрируют более длительное суммарное время замирания в обстановке эксперимента, при этом мыши группы ПТСР, замирали больше, чем мыши группы УРЗ. Через семь дней в той же обстановке обе группы животных замирали дольше, чем контрольная группа. На следующий день животных тестировали в новой обстановке, где они подвергались стимуляции незнакомым для них звуком, который не вызывает замирания у мышей в норме. У животных с ПТСР уровень замирания был повышен как при помещении в новую обстановку, так и при предъявлении в этой обстановке нового звука, что указывает на развитие у них сенситизации - одного из ключевых проявлений ПТСР. Таким образом, воспроизведенная нами модель развития ПТСР позволяет формировать у животных травматическую память, отличающуюся от нормальной аверсивной памяти более высоким уровнем страха у животных непосредственно после получения травматического опыта, а также при извлечении памяти о таковом опыте и при столкновении с новым стимулом в незнакомой обстановке. Чтобы сравнить паттерны активности мозга мыши при формировании аверсивной и травматической памяти мы получали образцы мозга мышей через 90 минут после нанесения ЭКР животным групп УРЗ и ПТСР и проводили иммуногистохимическое определение и подсчет клеток, содержащих продукт гена c-fos. При анализе активности мозга мы обнаружили, что обучение условно-рефлекторному замиранию привело к активации миндалины, прелимбической, инфралимбической и цингулярной коры, полей СА1 и СА3, но не зубчатой фасции гиппокампа. Формирование травматической памяти сопровождалось активацией тех же областей мозга, но латеральное и базолатеральное ядра миндалины, а также прелимбическая кора и зубчатая фасция гиппокампа активировались значимо больше при формировании ПТСР, чем при аверсивном обучении. Для сравнения активности мозга при развитии и нарушении развития ПТСР, а также при формировании нормальной аверсивной памяти использовали четыре группы животных. Для нарушения травматической памяти мы вводили животным блокатор синтеза белка циклогексимид (100 мг/кг) в момент формирования памяти - за 30 минут до нанесения ЭКР, в то время как контрольная группа получала инъекцию физраствора и такое же (1,5 мА) или более слабое (1,0 мА) по силе ЭКР. Через неделю животных снова помещали в обстановку эксперимента, чтобы индуцировать извлечение памяти об обучении или травматическом событии. Через 90 минут получали образцы мозга животных. Также забирали препараты мозга у мышей из домашней клетки без каких-либо поведенческих воздействий, которые представляли собой контрольную группу в данной эксперименте. Методом клеточного Fosкартирования исследовали активность следующих областей мозга мышей при извлечении травматической памяти: фронтальная, прелимбическая, инфралимбическая, цингулярная области коры, миндалина, гиппокамп, околоводопроводное серое вещество, паравентрикулярное ядро таламуса, для которых было показано участие в сети страха у человека и животных [2]. Введение циклогексимида не оказало острого эффекта на поведение животных сразу после нанесения ЭКР. Однако при тестировании памяти об опасной обстановке через 7 дней после нанесения ЭКР животные, получившие циклогексимид перед травматическим опытом, замирали значимо меньше, чем контрольные животные, получавшие физраствор при индукции ПТСР, и не больше, чем мыши с нормальной аверсивной памятью. Таким образом, блокада синтеза белка при индукции ПТСР нарушила формирование травматической памяти, в то время как нормальный ассоциативный компонент памяти остался сохранным. Уровень экспресси c-fos при извлечении памяти у животных получивших инъекцию циклогексимида был достоверно ниже, чем у животных с развившейся травматической памятью в базолатеральном и центральном ядрах миндалины, цингулярной коре, паравентрикулярном ядре таламуса и периакведуктальном сером веществе и поле СА3 гиппокампа и в большинстве исследованных структур не отличается от уровня экспрессии у контрольных животных. Таким образом, введение ЦГМ при индукии ПТСР привело к нормализации уровня активности при извлечении памяти. На основании полученных результатов нами были сделаны следующие выводы: 1. Индукция ПТСР и формирование нормальной аверсивной памяти сопровождаются активацией сходного набора структур головного мозга. При этом ряд структур (миндалина и прелимбическая кора) при индукции ПТСР активируются сильнее, чем при формировании аверсивной памяти. 2. Введение ингибитора синтеза белка циклогексимида перед индукцией ПТСР приводит к нарушению формирования травматической памяти, а поведение у животных при нарушении развития ПТСР соответствует таковому у животных с нормальной аверсивной памятью. 3. Нарушение развития ПТСР при введении ингибитора синтеза белка проявляется не только на уровне поведения, но и на уровне активности мозга при извлечении памяти. Блокада развития ПТСР приводит к нормализации уровня активации ряда структур мозга, в том числе прелимбической коры и базолатерального ядра миндалины. 4. Таким образом, показано, что блокада синтеза белка в момент получения травматического опыта приводит к изменению поведения и паттернов активности мозга в сторону характерных для извлечения нормальной аверсивной памяти – то есть существенно нарушает развитие ПТСР в модели на мышах. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №19-015-00534 и №20-015-00427. Литература 1. Breslau N., Chilcoat H. D., Kessler R. C., Peterson E. L., Lucia V. C. Vulnerability to assaultive violence: further specification of the sex difference in post-traumatic stress disorder // Psychol Med. 1999. V. 29. P. 813–821. 2. Izquierdo I., Furini C. R. G., Myskiw J. C. Fear Memory // Physiol. Rev. 2016. V. 96. № 2. P. 695– 750. 3. Kozlovsky N., Matar M. A., Kaplan Z., Kotler M., Zohar J., Cohen H. The immediate early gene Arc is associated with behavioral resilience to stress exposure in an animal model of posttraumatic stress disorder // Eur Neuropsychopharmacol. 2008. V. 18. P. 107–116. 4. Siegmund A., Wotjak C. T. Toward an animal model of posttraumatic stress disorder // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2006. V. 1071. № 1. P. 324–334. BRAIN ACTIVATION PATTERNS IN FORMATION AND PREVENTION OF POSTTRAUMATIC STRESS DISORDER IN MICE Zamorina T.A.1, Toropova K.A.2, Ivashkina O.I.2, Anokhin K.V.2 1 Lomonosov Moscow State University 2 Neuroscience Lab, NBICS-center, NRC "Kurchatov Institute" Keywords: post-traumatic stress disorder, fear learning, memory, c-fos, protein synthesis blocker. Abstract The pattern of activation of brain structures during the development and disturbance of the formation of post-traumatic stress disorder (PTSD) was investigated in a mouse model. Differences were shown in the level of activation of the structures of the fear network of the brain during the development of PTSD and the formation of aversive memory.
