Реферати » Реферати по біології » Генетичні дослідження елементарної розумової діяльності та інших когнітивних здібностей тварин

Генетичні дослідження елементарної розумової діяльності та інших когнітивних здібностей тварин

даний час налічується багато сотень мишей-нокаутів з інактивованими генами різних функціональних груп, і їх кількість продовжує зростати.

Розглянемо результати найбільш відомих досліджень, в яких оцінювали вплив вимикання нейрогенним на процеси навчання і пам'яті.

Експериментальні схеми навчання, які використовуються для тестування запам'ятовування у лабораторних мишей і щурів, дозволяють з великою надійністю проаналізувати вплив якого фактора на короткострокову або довгострокову пам'ять і на процес власне засвоєння навику. У якості «досвіду» зазвичай вибирають виконання тваринам простий рухової реакції або, навпаки, невиконання (гальмування) такої реакції. З метою більшої чіткості експеримент будують таким чином, щоб засвоєння навику відбувалося при єдиному поєднанні умовного і безумовного подразників. Досить популярні в таких дослідженнях оцінка синаптичної провідності гіпокампа електрофізіологічними методами і формування просторового досвіду в тесті Морріса.

Довготривала посттетаніческой потенціація. Важливим модельним об'єктом для вивчення процесу навчання стала так звана довготривала посттетаніческой потенціація (long term potentiation, LTP).

LTP - це один із проявів синаптичної пластичності (тобто зміни провідності синапсів), що відбувається в результаті тривалої бомбардування шару пірамідних нейронів гіпокампу (область СА1) електричним роздратуванням аксонів, що закінчуються на цих нейронах (т . е. штучним шляхом).

Подібні експерименти в більшості випадків проводяться на так званих переживають зрізах гіпокампу, поміщених у спеціальні, тобто in vitro. В результаті потенциации клітини гіпокампа починають активно реагувати на роздратування, неефективні до нанесення електричної стимуляції. Для цього процесу (як і для різних форм навчання) необхідний цілий ряд умов:

активація так званих NMDA-рецепторів (тобто білкових молекул, розташованих в мембрані нейронів і змінюють її провідність при з'єднанні з N-метил-D-аспартат, - речовиною, що імітує ефект нейромедіатора);

Підвищення внутрішньоклітинного рівня іонів кальцію (Са2 +), що в свою чергу забезпечується певним каскадом подій за участю системи так званих вторинних посередників (циклічного аденозинмонофосфату - С-АМР та ін);

Участь низки ключових ферментів (протеинкиназа-C, Са2 + - калмодулінзавісімая протеинкиназа II - СаMKII і тирозинкінази).

Перебіг LTP в гіпокампі мишей-нокаутів з вимкненими генами, що кодують такі білки, сильно видозмінювалася, проте вона повністю не зникала. Одночасно у цих мишей було порушено формування просторового досвіду в тесті Морріса.

Гістологічне дослідження гіпокампа показало у них порушення в розташуванні гранулярних клітин зубчастої фасції, тобто тих нейронів, аксони яких утворюють iipMF.

Миші з штучної мутацією гена CaMKII нормально навчалися навику відшукання безпечного притулку за наявності сигнальних подразників, але не могли засвоїти цей навик, коли для цього було потрібно формування просторових уявлень, тобто «Просторової карти» (див. 3.4).

До того ж у них при ритмічному електричному подразненні гіпокампу з частотою 5-10 в сек (тобто з частотою тета-ритму, як правило, присутнього в сумарною електричної активності гіпокампа при дослідницькому поведінці) LTP не наступала, в той час як при високочастотному подразненні вона розвивалася нормально. У нормі у мишей можуть розвиватися обидві форми LTP.

Можна проаналізувати, як позначається на процесі навчання протилежне генетичне зміна - «надекспресія» якого гена. Спеціальними прийомами можна посилити роботу гена не в усьому мозку, а тільки в певних його ділянках. Такі цілком життєздатні тварини демонструють разючі видозміни поведінки (Mayford et ah, 1995).

Сверхпродукціі білка NMDA-рецептора типу 2В в передньому мозку мутантних мишей супроводжувалася різким посиленням здатності до навчання в ряді тестів (так само як і посиленням LTP).

Мутантні миші перевершували контрольних із засвоєння навички «застигання» (freezing response) при тестуванні після одноразового застосування удару електричного струму, і у них було більш міцне запам'ятовування цієї умовної реакції. Навчання в тесті Морріса у цих мишей також було ефективнішим. Дані спостереження дозволяють зробити висновок, важливий для нейрофізіології навчання:

зміну ефективності NMDA-провідності (і мабуть, зміна інтенсивності наступних процесів в нейроні) однаково впливає на формування різних навичок і, отже, являє собою одне з універсальних ланок в процесі навчання.

Відомо, що формування пам'яті - це ступінчастий процес. На тварин різного філогенетичного рівня показано, що в цьому процесі виділяються щонайменше дві чіткі стадії:

короткострокова пам'ять, яка не страждає від введення речовин, що пригнічують синтез білка або утворення молекул РНК;

Довгострокова пам'ять - її формування може бути блоковано введенням цих речовин.

Перехід від короткострокової пам'яті до довгострокової - консолідація - супроводжується активацією генетичного апарату або експресією нових генів, які до цього були неактивні (репресовані).

Вважається встановленим, що довгострокова пам'ять пов'язана зі змінами в структурі синаптичних білків. Такі зміни здійснюються в результаті цілого каскаду подій, принциповим моментом яких є фосфорилування, тобто приєднання радикала неорганічного фосфату до цілого ряду білків. Цей біохімічний процес безпосередньо пов'язаний із змінами в синапсах при їх активації, він універсальний і, як говорилося вище, принципово подібний у тварин різного рівня еволюційного розвитку. Вимкнення з каскаду одного з його ланок (шляхом «нокауту» відповідного гена або, навпаки, посилення його роботи) дає можливість оцінити зміни у процесах власне «сліду» пам'яті.

Одним з найбільш відомих прикладів таких змін у мишей-нокаутів є вимикання гена, що кодує білок CREB (Bourchaladze et al., 1994). CREB (c-AMP response element binding protein) відноситься до так званих факторам транскрипції, або регуляторним білкам.

Миші-нокаути по гену CREB досить ефективно навчалися і добре запам'ятовували навик в інтервалах «роботи» короткострокової пам'яті (30 і 60 хв після сеансу навчання). Якщо ж збереження навику тестували в терміни, коли повинна «працювати» довгострокова пам'ять (через 2 год), то його відтворення було сильно порушено.

Крім цього, довготривала потенціація (LTP) у мишей з відсутністю гена, що кодує білок CREB, розвивалася аномально в тих же часових межах. Через 2 год після впливу, що викликає LTP, в зрізах гіпокампу таких тварин всі її прояви вже відсутні, тоді як в зрізах мозку нормальних мишей зберігаються.

Сукупність даних, отриманих на тварин різного рівня розвитку, дозволяє в даний час вважати, що експресія транскрипційного фактора CREB, який активує гени, прямо пов'язані з формуванням пам'яті, і ряду інших генетичних елементів є важливим етапом записи сліду пам'яті в мозку.

6. Психогенетика людини і генетика поведінки тварин.

В цьому розділі піде мова про те, як досліджується роль генотипу в формуванні вищих психічних функцій людини. Цей короткий нарис необхідний, на нашу думку, для того, щоб можна було побачити - мінливість навіть інтелекту людини має генетичний компонент. Як між інтелектом людини і розумовими здібностями тварин існують великі відмінності, але існують і риси подібності, так і в аналізі генетичних основ інтелекту людини можна знайти не тільки риси відмінності, але і риси подібності з закономірностями успадкування поведінки тварин.

Труднощі, успіхи і досягнення генетики поведінки тварин, особливо в частині дослідження здатності до навчання та інших складних проявів їх психіки, розділяла протягом усього XX в. і генетика поведінки людини - напрям, який, на думку авторитетних фахівців, правильніше називати психогенетикой.

Індивідуальні особливості у прояві будь-яких ознак, зокрема ознак, пов'язаних з функцією ЦНС, складаються з двох головних компонентів: особливостей генотипу індивіда і тих впливів, які чинять на нього зовнішні умови на всіх етапах онтогенезу.

Про можливість передачі особливостей поведінки від батьків до нащадків людині було відомо давно, причому не тільки із спостережень за сільськогосподарськими і домашніми тваринами, але і на підставі «власного досвіду» . Люди бачили, що сімейне подібність між батьками, дітьми, онуками, братами та іншими родичами виявляється не тільки в зовнішності і фізичних даних, але і в характері, темпераменті, звички та уподобання, особливості міміки і рухів, у схильності до деяких психічних захворювань.

Яке ж співвідношення впливів середовища і спадковості у формуванні особистості людини? Що розуміти під «впливом сре-дових умов» , коли мова йде про такі складні психологічних ознаках, як, наприклад, темперамент? Як можна вивчати ці складні феномени?

На ці та на ряд інших питань відповідає виникло на початку XX в. і активно розвивається в останні десятиліття напрям, що отримав в російській літературі назву «психогенетика» . Це науковий напрям, який, як і генетика поведінки, розвивається на базі психології, психофізіології, генетики і біології розвитку. (У 1999 р. побачив світ підручник «Психогенетика» (Равич-Щербо та ін, 1999), який являє собою не тільки найцінніше навчальний посібник, а й сучасну зведення по генетичним дослідженням психіки людини. У книзі дані основні відомості по загальній генетиці, методам психогенетики, підходам до оцінки відносної ролі генотипу і середовища в мінливості психологічних ознак, за генетичною психофізіології і віковим аспектам психогенетики).

У наші завдання не входить виклад основ психогенетики, ми обмежимося лише згадкою її декількох положень, які важливі в зв'язку з проблемою генетичних основ когнітивної діяльності тварин.

Використання методів аналізу родоводів, блізнецового методу та ін. Генетичних методів дозволяє визначати вклад генетичного і середовищного компонентів в мінливість ознак, пов'язаних з характеристикою інтелекту людини. Практично не існує достатньо загальновизнаного визначення поняття «інтелект» . До характеристик інтелекту деякі дослідники відносять лише такі «компоненти вищого рівня» , як здатність до вирішення принципово нових завдань (тобто тих, для яких немає готового рішення), здатність до формування понять і оперування ними (див. 1.4). Інші тлумачать це поняття розширено і відносять до показників інтелекту сприйняття, увага, швидкість реакції та ін Як і в генетиці поведінки, для психогенетики важливе значення має вибір ознаки для аналізу. Оскільки інтелект, на думку більшості дослідників,

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар