Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2020, T. 70, № 6, стр. 763-769

Размер исследуемого пространства по-разному отражается в активности различных субрегионов гиппокампа вдоль его септотемпоральной оси

П. А. Купцов 1, М. Г. Плескачева 1*, К. В. Анохин 23

1 Кафедра высшей нервной деятельности, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

2 Институт перспективных исследований мозга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

3 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
Москва, Россия

* E-mail: mpleskacheva@yandex.ru

Поступила в редакцию 20.05.2020
После доработки 30.05.2020
Принята к публикации 01.06.2020

Аннотация

Функциональная дифференциация гиппокампа вдоль его продольной септотемпоральной оси не вызывает сомнений, однако факторы, определяющие эту субрегиональную специфичность, остаются предметом дискуссий. Известно, что градиент пространственной специфичности клеток места гиппокампа уменьшается вдоль его продольной оси от септального полюса к темпоральной области. Такое различие в шкале пространственной репрезентации предполагает возможность разного вовлечения нейронов этих субрегионов в процессы исследования и картирования территорий разного размера. Используя экспрессию c-Fos в качестве маркера активации нейронов гиппокампа в новой среде, мы изучили влияние исследования арен различного размера на активацию нейронов в септальных и темпоральных субрегионах полей CA1, CA3 и зубчатой фасции (ЗФ) у мышей C57BL/6. Результаты показали, что на интенсивность экспрессии влиял размер арены, при этом выявлено взаимодействие факторов активации субрегиона и размера арены. Повышенная экспрессия c-Fos обнаружена только в темпоральной части гиппокампа, при этом значительное изменение активации отмечалось в поле CA3 и ЗФ у мышей, исследовавших арену наибольшего размера. Экспрессия c-Fos в септальных субрегионах не различалась в аренах разного размера. Однако при повторном тестировании животного в арене другого размера дополнительно активировалась экспрессия в темпоральной части CA3 и в септальной части ЗФ. Высокая активность нейронов темпорального субрегиона гиппокампа может определяться не только размером исследуемой арены, но и повышенной неоднородностью большого пространства по биологической значимости разных его областей.

Ключевые слова: гиппокамп, исследовательская активность, с-Fos-экспрессия, CA1, CA3, зубчатая фасция, септотемпоральная ось, открытое поле

DOI: 10.31857/S004446772005007X

Список литературы

  1. Анохин К.В., Судаков К.В. Системная организация поведения: новизна как ведущий фактор экспрессии ранних генов в мозге при обучении. Усп. физиол. наук. 1993. 24: 53–70.

  2. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. М.: Наука, 1975. 333 с.

  3. Купцов П.А., Плескачева М.Г., Воронков Д.Н., Липп Х.П., Анохин К.В. Особенности экспрессии гена с-Fos по ростро-каудальной оси гиппокампа обыкновенных полевок после быстрого обучения решению пространственной задачи. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2005. 55 (2): 231–240.

  4. Купцов П.А., Плескачева М.Г., Анохин К. В. Неравномерная ростро-каудальная активация гиппокампа после исследований мышами нового пространства Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2012. 62 (1): 43–55.

  5. Лебедев И.В., Плескачева М.Г., Анохин К.В. Анализ поведения мышей линии C57BL/6 в аренах “открытого поля” разного размера. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2012. 62 (4): 485–496.

  6. Adhikari A., Topiwala M.A., Gordon J.A. Synchronized activity between the ventral hippocampus and the medial prefrontal cortex during anxiety. Neuron. 2010. 65: 257–269.

  7. Bannerman D.M., Rawlins J.N., McHugh S.B., Deacon R.M., Yee B.K., Bast T., Zhang W.N., Pothuizen H.H., Feldon J. Regional dissociations within the hippocampus – memory and anxiety. Neurosci. Biobehav. Rev. 2004. 28 (3): 273–283.

  8. Bast T. Toward an integrative perspective on hippocampal function: from the rapid encoding of experience to adaptive behavior. Rev. Neurosci. 2007. 18: 253–281.

  9. Bernstein H.L., Lu Y.L., Botterill J.J., Scharfman H.E. Novelty and novel objects increase c-Fos immunoreactivity in mossy cells in the mouse dentate gyrus. Neural Plast. 2019. 2019:1815371. https://doi.org/10.1155/2019/1815371

  10. Chawla M.K., Sutherland V.L., Olson K., McNaughton B.L., Barnes C.A. Behavior-driven arc expression is reduced in all ventral hippocampal subfields compared to CA1, CA3, and dentate gyrus in rat dorsal hippocampus. Hippocampus. 2018. 28 (2): 178–185.

  11. Fanselow M.S., Dong H.W. Are the dorsal and ventral hippocampus functionally distinct structures? Neuron. 2010. 65 (1): 7–19.

  12. Fenton A.A, Kao H.Y., Neymotin S.A., Olypher A., Vayntrub Y., Lytton W.W., Ludvig N. Unmasking the CA1 ensemble place code by exposures to small and large environments: more place cells and multiple, irregularly arranged, and expanded place fields in the larger space. J. Neurosci. 2008. 28 (44): 11250–11262.

  13. GoodSmith D., Lee H., Neunuebel J.P., Song H., Knierim J.J. Dentate gyrus mossy cells share a role in pattern separation with dentate granule cells and proximal CA3 pyramidal cells. J. Neurosci. 2019. Oct 21. pii: 0940-19. [Epub ahead of print].https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0940-19.2019

  14. Hinman J.R., Penley S.C., Long L.L., Escabí M.A., Chrobak J.J. Septotemporal variation in dynamics of theta: speed and habituation. J. Neurophysiol. 2011. 105 (6): 2675–2686.

  15. Jung M.W., Wiener S.I., McNaughton B.L. Comparison of spatial firing characteristics of units in dorsal and ventral hippocampus of the rat. J. Neurosci. 1994. 14: 7347–7356.

  16. Kesner R.P. An analysis of dentate gyrus function (an update). Behav Brain Res. 2018. 354: 84–91.

  17. Kjelstrup K.B., Solstad T., Brun V.H., Hafting T., Leutgeb S., Witter M.P., Moser E.I., Moser M.B. Finite scale of spatial representation in the hippocampus. Science. 2008. 321 (5885): 140–143.

  18. Knierim J.J., Neunuebel J.P. Tracking the flow of hippocampal computation: Pattern separation, pattern completion, and attractor dynamics. Neurobiol. Learn. Mem. 2016. 129: 38–49.

  19. Maurer A.P., Vanrhoads S.R., Sutherland G.R., Lipa P., McNaughton B.L. Self-motion and the origin of differential spatial scaling along the septo-temporal axis of the hippocampus. Hippocampus. 2005. 15: 841–852.

  20. Moser M.B., Moser E.I. Functional differentiation in the hippocampus. Hippocampus 1998. 8: 608–619.

  21. Nadel L. Dorsal and ventral hippocampal lesions and behavior. Physiol. Behav. 1968. 3: 891–900.

  22. O’Keefe J., Nadel L. The hippocampus as a cognitive map. Oxford: Oxford University Press. 1978. 570 p.

  23. Paxinos G., Franklin K.B.J. The mouse brain in stereotaxic coordinates. Compact second edition. San Diego. Academic Press. 2004.

  24. Rich P.D., Liaw H.P., Lee A.K. Large environments reveal the statistical structure governing hippocampal representations. Science. 2014. 345 (6198): 814–817.

  25. Royer S., Sirota A., Patel J., Buzsaki G. Distinct representations and theta dynamics in dorsal and ventral hippocampus. J. Neurosci. 2010. 30: 1777–1787.

  26. Strange B.A., Witter M.P., Lein E.S., Moser E.I. Functional organization of the hippocampal longitudinal axis. Nat. Rev. Neurosci. 2014. 15 (10): 655–669.

  27. Vinogradova O.S. Hippocampus as comparator: role of the two input and two output systems of the hippocampus in selection and registration of information. Hippocampus. 2001. 11: 578–598.

Дополнительные материалы отсутствуют.