Электрическая активность моторной и сенсорной областей спинного мозга во время спонтанных движений у новорожденных крыс тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.03.01, кандидат наук Насретдинов Азат Рафаилович

• Насретдинов Азат Рафаилович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Насретдинов Азат Рафаилович

Словарь терминов

Введение

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ранняя двигательная активность у животных

1.1.1 Классификация двигательной активности животных в процессе онтогенеза

1.1.2 Спонтанная двигательная активность животных на

ранних этапах развития

1.1.3 Механизмы спонтанных движений у животных

1.2 Структурно-функциональная организация спинного мозга крысы

1.3 Роль ранней двигательной активности в формировании сенсорно-моторных нейрональных сетей спинного мозга

1.4 Роль ранней двигательной активности в активации сенсорно-моторных таламокортикальных сетей

1.5 Механизмы координированной активности нейронов в развивающемся спинном мозге

1.5.1 Гипотеза об эфферентной копии

1.5.2 Гипотеза о сенсорной обратной связи

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Выбор животных для эксперимента

2.2 Регистрация электрической активности спинного мозга in vivo

2.3 Регистрация движений

2.4 Электрическая микростимуляция спинного мозга

2.5 Перерезка дорсальных корешков

2.6 Определение функционального состояния (сон, бодрствование) и

Vj VJ VJ А Г

соответствующей двигательной активности конечностей

2.7 Внеклеточная регистрация электрической активности нейронов в изолированном спинном мозге in vitro

2.8 Гистологический анализ

2.9 Анализ экспериментальных данных

2.10 Статистический анализ

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Функциональное картирование спинного мозга новорожденных

крыс in vivo

3.1.1 Функциональное картирование сенсорных областей спинного мозга

3.1.1.1 Методика картирования сенсорных областей спинного мозга

3.1.1.2 Сравнение сенсорных ответов в спинном мозге в неанестезированном животном и в условиях седации изофлураном

3.1.2 Функциональное картирование моторных областей спинного мозга

3.1.3 Результаты группового анализа функционального

картирования сенсорных и моторных областей спинного

мозга

3.2 Классификация паттернов двигательной активности конечностей у новорожденных крыс в зависимости от функционального состояния

3.3 Нейрональная активность в спинном мозге во время миоклонических подергиваний и комплексных движений

3.3.1 Общая характеристика двигательной активности в препарате новорожденных крыс со спинальной

фиксацией

3.3.2 Паттерны электрической активности нейронов спинного мозга во время миоклонических подергиваний и

комплексных движений

3.3.2.1 Активность спинного мозга во время

миоклонических подергиваний

3.3.2.2 Активность спинного мозга во время

комплексных движений

3.4 Влияние деафферентации на электрическую активность в

спинном мозге новорожденных крыс

3.5 Электрическая активность в изолированном спинном мозге новорожденных крыс in vitro

3.5.1 Характеристика паттернов нейрональной активности в изолированном спинном мозге новорожденных крыс

3.5.1.1 Кратковременные вспышки активности в дорсальных рогах изолированного спинного

мозга новорожденных крыс

3.5.1.2 Кратковременные вспышки активности в вентральных рогах изолированного спинного

мозга новорожденных крыс

3.5.1.3 Длительные вспышки активности в вентральных рогах изолированного спинного мозга новорожденных крыс

3.5.2 Временной анализ МПД в изолированном спинном мозге новорожденных крыс

3.5.3 Фармакологический анализ механизмов спонтанной активности в изолированном спинном мозге новорожденных крыс

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Заключение

Список литературы

Список сокращений и условных обозначений

ГАМК - гамма-аминомасляная кислота ПД - потенциал действия ДК - дорсальные корешки ВК - вентральные корешки

ВПСП - возбуждающий постсинаптический потенциал ДА - деполяризация афферентов ТПСП - тормозный постсинаптический потенциал РО - рефлекс отдергивания

МНСИ - моторно-направленный соматосенсорный импринтинг ИЦСЖ - искусственная цереброспинальная жидкость

СNQX - 6-циано-7-нитрокиноксалин-2,3-дион, антагонист АМПА/каинатных рецепторов глутамата

D-APV - Б-(-)-2-амино-5-фосфопентановая кислота, антагонист глутаматных рецепторов

ЛПП - локальный полевой потенциал

ПИТ - плотность источников тока

МПД - множественные потенциалы действия

ЭМСМ - электрическая микростимуляция спинного мозга

ЭМГ - электромиография

DiI - 1,1'-диоктадецил-3,3,3'3'-тетраметилиндокарбоцианин перхлорат, оранжево-красный краситель.

Словарь терминов

Спонтанные движения - совокупность примитивных двигательных паттернов у плода или новорожденного.

Твитчи - кратковременные подергивания конечностей или вибрисс, физиологическая миоклония

Стартлы - кратковременные синхронные подергивания всего тела Паттерн - набор стереотипных поведенческих событий, либо характерная повторяющаяся форма электрической активности групп клеток

Сток - область на профиле плотности источников тока, характеризующаяся оттоком внеклеточных положительных зарядов (деполяризация мембраны).

Исток - область на профиле плотности источников тока, характеризующаяся притоком внеклеточных положительных зарядов.

Сенсорная область - группы вставочных нейронов первичной сенсорной области дорсального рога спинного мозга, получающие входы от сенсорных нейронов дорсального ганглия.

Моторная область - группы моторных нейронов, расположенные в вентральных рогах спинного мозга.

Срединная область - группы нейронов, расположенные в пластинах У1-У11 спинного мозга.

Введение

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Ранние этапы развития животных характеризуются особыми формами двигательной активности, которые включают в себя спонтанные движения в виде кратковременных миоклонических подергиваний (так называемых «твитчей») и более комплексных примитивных двигательных паттернов [1-3]. Считается, что эти ранние формы двигательной активности участвуют в формировании нейрональных сетей, обеспечивающих координированное функционирование сенсорной и двигательной систем [4-6]. Важным свойством примитивных двигательных паттернов является то, что моторные команды, лежащие в их основе, автономно генерируются на уровне спинного мозга [7]. Также было показано, что спонтанные примитивные движения запускают ранние осцилляторные паттерны активности на более высоких уровнях сенсорно-моторной системы, в том числе в таламусе, а также в соматосенсорной и моторной коре головного мозга [8-11]. На основании этих данных, а также в результате поведенческих исследований и компьютерном моделировании развития ноцицептивных рефлексов [5], было предположено, что активация соматосенорных путей вследствие примитивных движений обеспечивается активацией обратных сенсорных связей (включая тактильную и проприоцептивную сенсорную обратную связь). Данная гипотеза предполагает координированную активность моторных нейронов и нейронов сенсорной области спинного мозга, которая обеспечивается сенсорной обратной связью во время примитивных движений. Однако физиологические паттерны нейрональной активности в моторной и сенсорной областях спинного мозга, а также механизмы, лежащие в основе координированной активности нейронов в спинном мозге во время генерации примитивных движений, до сих пор остаются малоизученными. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что в основе современных знаний об активности нейрональных сетей спинного мозга на ранних этапах онтогенеза лежат результаты исследований с использованием препаратов изолированного спинного мозга, либо срезов спинного мозга новорожденных крыс и мышей in vitro. Эти исследования позволили выявить спонтанные вспышки нейрональной активности в моторных областях изолированного спинного мозга у новорожденных животных. Такие вспышки распространяются в вентральные корешки, а также сопровождаются деполя-

ризацией афферентных волокон и активацией дорсальных корешков спинного мозга. Поскольку активация афферентов предполагает передачу возбуждения на нейроны сенсорной области спинного мозга, было предположено, что данный механизм «эфферентной копии» может обеспечивать координированную активацию моторной и сенсорной областей спинного мозга даже в отсутствие связей спинного мозга с мышцами и сенсорной обратной связи [12]. Однако следует отметить, что одновременная регистрация активности нейронов в сенсорной и моторной областях изолированного спинного мозга новорожденных животных до сих пор не производилась, и механизм «эфферентной копии» также остается лишь гипотетическим. Более того, остается неизвестным, какие физиологические паттерны характеризуют активность сенсорной и моторной областей спинного мозга у интактных новорожденных животных в условиях in vivo, каким образом эти паттерны нейрональной активности в спинном мозге соотносятся с ранними формами двигательной активности, а также какие механизмы лежат в основе координации сенсорно-моторной активности в развивающемся спинном мозге. Информация об организации активности спинного мозга во время спонтанных движений является ключевой для понимания раннего функционирования и развития как нейрональных сетей спинного мозга, так и сенсорно-моторной системы в целом.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы являлось изучение паттернов электрической активности и исследование механизмов синхронизации активности нейронов сенсорной и моторной областей спинного мозга новорожденных крыс во время спонтанных движений.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Провести функциональное картирование сенсорной и моторной областей поясничного сегмента спинного мозга новорожденных крыс.

2. Классифицировать паттерны спонтанной двигательной активности задних конечностей у новорожденных крыс.

3. Исследовать паттерны электрической активности нейронов в дорсальных и вентральных рогах поясничных сегментов спинного мозга новорожденных крыс во время различных типов спонтанных движений задних конечностей.

4. Оценить влияние деафферентации на электрическую активность нейронов в дорсальных и вентральных рогах спинного мозга новорожденных крыс во время спонтанных движений.

5. Провести сравнительный анализ паттернов спонтанной электрической активности в дорсальных и вентральных рогах спинного мозга новорожденных крыс в условиях in vivo и в изолированном спинном мозге in vitro.

6. Выявить механизмы генерации спонтанной электрической активности нейронов в изолированном спинном мозге in vitro с помощью фармакологических методов.

Научная новизна работы

- Впервые были охарактеризованы пространственно-временные свойства электрической активности в сенсорной и моторной областях поясничных сегментов спинного мозга новорожденных крыс во время спонтанных движений задних конечностей.

- Впервые показана последовательная активация нейронов в моторной и сенсорной областях, при которой активация мотонейронов предшествует, а активация нейронов сенсорной области следует за началом движений.

- Впервые показано, что деафферентация спинного мозга путем перерезки дорсальных корешков не приводит к достоверным изменениям в электрической активности в моторной области и в двигательной активности задней конечности, но устраняет активацию нейронов в сенсорной области спинного мозга во время спонтанных движений.

- Впервые охарактеризованы пространственно-временные свойства спонтанной вспышечной активности, и показан низкий уровень корреляции между нейрональной активностью в сенсорной и моторной областях изолированного спинного мозга новорожденных крыс in vitro.

- В совокупности, впервые представлены прямые доказательства того, что сенсорная обратная связь лежит в основе координированной активации нейронов моторной и сенсорной областей во время спонтанных движений.

Теоретическая и научно-практическая значимость работы

Результаты, полученные в данной работе, имеют, преимущественно, фундаментальное значение, которое заключается в получении новых данных о принципах организации нейрональной активности в спинном мозге млекопитающих на ранних этапах развития. Полученные результаты позволяют сформировать полноценную картину процессов, происходящих в спинном мозге новорожденных крыс, и соотнести ранние паттерны нейрональной активности в моторной и сенсорной областях спинного мозга со спонтанными движениями. Полученные данные о коррелированной активности в топографически связанных сенсорной и моторной областях спинного мозга, которая обеспечивается обратной сенсорной активацией во время спонтанных движений, имеют принципиальное значение как для понимания пластичности и развития локальных сенсорно-моторных нейрональных сетей в спинном мозге, так и для установления топографических связей между спинным мозгом и мышцами, а также между спинным мозгом и более высокими структурами центральной нервной системы. Исследования в рамках данной работы проводились на крысах возраста Р5-Р7 (Р0 соответствует дню рождения), в период, который по уровню развития центральной нервной системы соответствует концу второго - началу третьего триместра внутриутробного развития у человека. Таким образом, полученные результаты могут быть транслированы на плод человека, у которого наблюдаются схожие с новорожденными крысами примитивные паттерны двигательной активности. В перспективе разработанная в ходе данного исследования экспериментальная модель для регистрации движений конечностей и нейрональной активности в спинном мозге может быть также использована для исследования ранних проявлений и для изучения патофизиологических механизмов как ряда врожденных, так и приобретенных заболеваний спинного мозга.

Mетодология и методы исследования

Эксперименты in vivo проводились на крысах линии Вистар возраста P5-P7 в условиях фиксации позвоночного столба. Подготовка животных к эксперименту осуществлялась с использованием изофлурановой анестезии. Для регистрации электрофизиологической активности (локальных полевых потенциалов и множественных потенциалов действия) в поясничных сегментах спинного мозга использовались линейные многоканальные внеклеточные

электроды. Одновременно с этим проводилась регистрация двигательной активности конечностей животного с использованием пьезоэлектрических датчиков. Эксперименты in vitro проводились на препарате изолированного спинного мозга крыс линии Вистар возраста P5-P7 с использованием таких же линейных многоканальных внеклеточных электродов, как и в экспериментах in vivo.

Положения, выносимые на защиту

1. Электрическая активность нейронов в поясничных сегментах спинного мозга новорожденных крыс характеризуется коррелированными вспышками активности в сенсорной и моторной областях, которые возникают во время движений задних конечностей.

2. Активация нейронов в сенсорной области спинного мозга во время спонтанных движений новорожденных крыс обеспечивается обратной сенсорной связью, которая активируется во время этих движений.

Достоверность полученных данных

Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных и статистическими методами анализа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрическая активность моторной и сенсорной областей спинного мозга во время спонтанных движений у новорожденных крыс»

Апробация работы

Материалы работы представлены на Международной научной конференции «Наука будущего» (Санкт-Петербург, 2014); IX Международном нейробио-логическом форуме FENS (Милан, Италия, 2014); VI Российской с международным участием научной конференции по управлению движением «Motor control 2016» (Казань, 2016); Международной научной конференции «Трансляционная медицина, настоящее и будущее» (Казань, 2016), II Международной научной конференции «Наука будущего» (Казань, 2016).

Личный вклад диссертанта в исследования

Данная научная работа была выполнена при личном участии диссертанта в анализе литературы, формулировке цели и задач исследования, проведении экспериментов, анализе и обсуждении результатов и подготовке публикаций.

Публикации

Основные результаты по теме диссертации изложены в 6 печатных изданиях, 4 из которых изданы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК, 2 — в тезисах докладов конференций.

Конкурсная поддержка работы

Работа выполнена при поддержке грантом Правительства РФ ведущим ученым №11.в34.31.0075 и в рамках программы повышения конкурентоспособности Казанского федерального университета.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и двух приложений. Полный объём диссертации составляет 140 страниц, включая 62 рисунка. Список литературы содержит 142 наименования.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ранняя двигательная активность у животных

1.1.1 Классификация двигательной активности животных в процессе

онтогенеза

Спонтанная двигательная активность является особенностью ранних этапов онтогенеза. Использование ультразвуковых исследований позволяет увидеть наличие двигательной активности у плода человека и диагностировать связанные с ней отклонения в развитии [13-15]. Все другие виды млекопитающих на ранних этапах развития, а также эмбрионы птиц и насекомых также демонстрируют различные примитивные формы двигательной активности [1618]. Эти ранние двигательные паттерны являются более простыми и менее координированными, нежели чем у взрослых. Для нейробиологии развития крайне важным является понимание того, каким образом появляются эти ранние виды двигательной активности, какую информацию они дают о развивающейся нервной системе, и какую роль они играют в развитии нервной системы.

Ранняя поведенческая активность может быть классифицирована как предварительная, адаптивная и фундаментальная [19]. Некоторые поведенческие паттерны действуют в предварительном режиме, предвосхищая действия, которые будут необходимы в дальнейшем [20]. Определенные поведенческие паттерны не появляются точно в тот момент, когда они необходимы, а возникают по мере развития нервной системы. Некоторые ранние модели поведения являются предварительными в том смысле, что они отражают работу нервной системы предков и развиваются в направлении более поздних форм. В спинном мозге эмбрионов млекопитающих наблюдается ритмическая активность, соответствующую плавательному поведению их предков. Кроме того, эмбрионы человека на ранних этапах развития совершают синусоидальные плавательные движения. Еще одним интересным примером раннего поведения является хватательный рефлекс: касание ладони ребенка вызывает сгибание пальцев внутрь и сильный захват объекта. Этот рефлекс, присутствующий сразу после рождения ребенка и исчезающий примерно в возрасте 3 месяцев, считается пережитком более примитивной нервной системы приматов, для которых жизненно важно цепляться за ветви деревьев и за шкуру матери.

Эти ранние поведенческие паттерны, которые кажутся рудиментарными поведенческими признаками, могут отражать важные этапы в развитии нервного контроля более сложных поведенческих событий. Некоторые эмбриональные и ранние модели поведения являются адаптивными, то есть имеют специфические функции только на определенных этапах развития. Хорошим примером этого является поведение во время вылупления - для синхронизации процесса эмбрионы перепелов начинают постукивать по скорлупе [21]. Увеличение частоты постукиваний ускоряет процесс вылупления, а уменьшение, наоборот, замедляет. У пресмыкающихся, насекомых и птиц процесс вылупления состоит из повторяющихся стереотипных движений, позволяющих покинуть яйцо. Эти формы поведения являются временными, характерными только для данной стадии, или адаптивными. Поисковый рефлекс у младенцев, заключающийся в повороте головы и открывании рта в ответ на прикосновение к щеке, является также временным и важен для кормления. Следует иметь в виду, что эмбрионы и взрослые особи, как правило, находятся в разных условиях. Каждая особь на различных этапах развития проявляет специфические морфологические, молекулярные и поведенческие особенности адаптации к конкретной среде. Это особенно заметно на примере животных, которые претерпевают метаморфоз, таких как мотыльки и лягушки. Личинки и взрослые формы отличаются в плане внешнего вида и поведения, адаптированного к разным экологическим нишам, в которых они обитают. Поведение определяется нервной системой, которая претерпевает существенные изменения под действием метаморфических гормонов, при этом происходит гибель нейронов личинки и образуются новые, «взрослые» нейроны.

Ранние поведенческие паттерны могут считаться фундаментальными, если на их основе строятся более сложные формы поведения. Такое поведение играет ключевую роль в последующем развитии нервной системы. Функционирование и обратные связи осуществляют точную настройку нейрональных сетей. Процесс обучения, через который проходит взрослый организм, может быть рассмотрен как продолжение работы механизмов, используемых для настройки нервной системы эмбриона. Поведенческие модели, которые наблюдаются у эмбрионов и молодых особей, являются базовыми для более сложных форм поведения, продолжающих развитие. Если эта точка зрения верна, то нарушения в ранних поведенческих паттернах должны оказывать значительное влияние на последующие этапы развития. Например, опыт крайне важен для развития

мелкой моторики. Ограничение нормального использования конечностей на ранних этапах развития приводит к нарушениям мелкой моторики в последующей жизни. Это связано с тем, что моторная депривация приводит к дефектам развития терминалей аксонов кортикоспинальных нейронов, которые осуществляют контроль движений [22].

1.1.2 Спонтанная двигательная активность животных на ранних этапах

развития

Первые простые подергивания конечностей говорят о начале функ-

V-* ^ т т

циональной деятельности моторной системы. У некоторых видов первые подергивания эмбрионов являются миогенными, то есть возникающими в результате спонтанной активности непосредственно в мышечных волокнах. У дрозофил первые движения начинаются через 14 часов после откладки яиц, еще до того, как какие-либо нейроны начинают генерировать потенциалы действия. Ранние движения могут возникать, даже если все синаптические входы в мышцы заблокированы [23]. У многих видов ранние движения являются нейрогенными, то есть возникающими в результате спонтанной активности моторных нейронов. Мышцы уже способны сокращаться, но необходим вход со стороны моторных нейронов, и, при наличии функционального синапса, в результате активации моторных нейронов может возникнуть движение. Движения, вызываемые сенсорной стимуляцией, также появляются на ранних этапах развития. Наряду с вышесказанным, для рефлекторной дуги необходимо также наличие синапса между сенсорным и моторным нейронами. Основной вопрос, который стоял перед исследователями - являются ли ранние нейрогенные движения спонтанными или рефлекторными в ответ на сенсорную стимуляцию. Зачастую достаточно сложно сказать, что движение было действительно спонтанным. Например, эмбрионы пиявок совершают движения в яйцах, и частота этих неспровоцированных движений увеличивается во второй половине периода эмбрионального развития [17]. Эти события происходят в период формирования зрительной системы, и, весьма вероятно, что эмбрионы таким образом реагируют на свет. Вдобавок, если эмбрионы освещать не белым светом, а красным, то увеличения частоты спонтанных движений не наблюдается. Таким образом, подобное поведение не может считаться спонтанным, поскольку вызывается светом. Таким образом, термин «спонтанные движения» в физиологии эмбрионального развития и в

нейропедиатрии используется для обозначения примитивных движений плода и новорожденного, возникающих в отсутствие внешних стимулов.

При наблюдении куриных яиц в проходящем свете можно увидеть, как внутри эмбрион активно совершает движения. Исследования эмбрионов кур, выращенных в лабораторных условиях, показывают, что они также совершают разнообразные движения. Нейроанатомические исследования, проведенные на тех же этапах развития, позволяют предположить, что самые ранние движения происходят до созревания клеток сенсорной области спинного мозга. В действительности, в течение нескольких дней после появления первых движений, сенсорная стимуляция не приводит к изменению параметров движений. Таким образом, сенсорный вход кажется ненужным и неэффективным для появляющейся двигательной активности. Чтобы разрешить этот вопрос, на эмбрионах кур был проведен эксперимент по удалению клеток нервного гребня, которые развиваются в сенсорные клетки спинального ганглия [24]. У эмбрионов, которые были изначально сенсорно-депривированными, наблюдались движения, начинавшиеся на той же стадии, что и у недепривированных эмбрионов. Кроме того, эти движения не различались по частоте и другим параметрам в течение нескольких дней. Эти экспериментальные данные подтверждаются электрофизиологическими исследованиями спинного мозга, показывающими отсутствие синаптического входа на мотонейроны при стимуляции сенсорных нейронов до рефлексогенного периода.

У дрозофил после периода начальных миогенных движений, примерно через 17 часов после откладки яиц, начинаются эпизоды мышечных сокращений, связанных с активностью нейронов. Поначалу эти движения слабо организованы, но они становятся полностью скоординированными в течение всего нескольких часов в отсутствие какой-либо активности сенсорных нейронов [25]. Таким образом, уже на данном этапе моторная система готова к функционированию при отсутствии внешних воздействий или сенсорной обратной связи.

1.1.3 Механизмы спонтанных движений у животных

Поскольку сенсорная стимуляция не принимает участия в ранней двигательной функции, возникает вопрос, каким образом происходит генерация этих спонтанных движений. В 1972 году впервые было показано, что ранняя электрическая активность в спинном мозге цыплят связана с развитием спон-

танных движений [18]. У дрозофил электрическая активность в центральной нервной системе появляется за час до моторных механизмов, управляющих эпизодическими сокращениями [16]. Чтобы получить информацию о генеративных механизмах ранней спонтанной активности, проводилось выделение спинного мозга эмбрионов кур, и регистрировалась моторная активность [26]. В вентральных корешках изолированного спинного мозга наблюдаются те же паттерны активности, что и у интактного животного, совершающего движения конечностями. В обоих случаях наблюдаются регулярные вспышки ПД моторных нейронов сгибателей и разгибателей, что соответствует ритмичным движениям конечностей. Электрофизиологические записи показали, что имеются деполяризующие синаптические входы на мотонейроны как сгибателей, так и разгибателей. Обе популяции нейронов одновременно начинают деполяризоваться до порога и синхронно генерировать ПД. Как следует из экспериментальных данных, удаление дорсальной части спинного мозга эмбриона, включая сенсорные нейроны и множество интернейронов, не влияет на ритмическую моторную активность [24].

В процессе развития сетей в нервной системе нейроны формируют новые синаптические связи, и спонтанная активность становится коррелированной между большими группами соседних клеток. Эта спонтанная сетевая активность наблюдается во многих частях развивающейся нервной системы и играет различные роли. В развивающемся сенсорном эпителии, в частности в сетчатке и в ушной улитке спонтанная сетевая активность коррелирует с ПД в проекционных нейронах во время периода развития этих проекций и формирования сенсорных карт [27, 28]. Спонтанная активность наблюдается также в развивающемся спинном мозге, где она способствует правильному установлению связей между мотонейронами и периферией, созреванию синапсов и развитию сетей центрального паттерн-генератора [29, 30]. Было отмечено, что спонтанная активность в гиппокампе и неокортексе способствует развитию локальных сетей. Каждая область мозга имеет уникальную структуру, но наблюдается сходство в механизмах, лежащих в основе генерации спонтанной активности. Также паттерны активности, наблюдаемые в процессе развития в сетчатке, спинном мозге и гиппокампе, схожи по своим характеристикам. Во всех случаях спонтанные сетевые события состоят из высокоамплитудных медленных деполяризаций со вспышками ПД. Другой общей чертой является роль возбуждающих интернейронов в генерации спонтанной активности. Схема-

тическое изображение функциональных сетей, которые участвуют в генерации спонтанной сетевой активности в развивающемся спинном мозге, представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схематическое изображение функциональных сетей, которые участвуют в генерации спонтанной сетевой активности в развивающемся

спинном мозге.

На схеме представлен глутаматергический (обозначен зеленым цветом) интернейрон, ГАМК-ергический и глициновый интернейроны (обозначены красным цветом) и мотонейроны (обозначены синим цветом). Рисунок заимствован с изменениями из статьи В1апкешЫр е! а1., 2010 [31]

В каждом сегменте развивающегося спинного мозга спонтанная сетевая активность генерируется по одному и тому же принципу. Схема включает глута-матергические, ГАМК-ергические и глициновые интернейроны и мотонейроны, которые устанавливают связи с локальными интернейронами. По одной из версий, спонтанная сетевая активность зарождается в мотонейронах, которые деполяризуют популяцию ГАМК-ергических интернейронов, или клеток Реншоу (Я-интернейроны). На следующих этапах развития распространение спонтанной сетевой активности в спинном мозге становится все более зависимой от ГАМК-ергической и глутаматергической передачи. Спонтанное событие зарождается из-за постепенного усиления синаптической активности от повторяющихся возбуждающих входов до достижения порога события. Во время такого события

Интерн

Мотонейроны

активация ГАМК-рецепторов снижает внутриклеточную концентрацию хлора, которая уменьшает деполяризующую силу ГАМК. Интервал между событиями определяется временем, необходимым для восстановления концентраций хлора и последующим восстановлением деполяризующего действия ГАМК [32]. Для мотонейронов характерны длительные эпизоды деполяризации, которые разделены также длительными периодами молчания, и вспышками ПД, которые приводят к движениям конечностей [18]. Такая активность наблюдается в течение длительного периода времени в процессе развития, еще до того, как мотонейроны устанавливают связи с мышцами и до полноценного развития сетей центрального паттерн-генератора, которое происходит на этапах позднего эмбрионального развития [33]. Так же как и в сетчатке, сети спинного мозга, принимающие участие в спонтанной активности и паттерны этой активности меняются в процессе развития. В развивающемся спинном мозге не обнаружены полноценные клетки-пейсмейкеры, но некоторые данные свидетельствуют о том, что мотонейроны могут быть инициаторами запуска спонтанной активности: антагонисты никотиновых ацетилхолиновых рецепторов блокируют спонтанную активность на ранних этапах развития [32, 34], и мотонейроны активны в начале каждого эпизода активности [35]. Хотя мотонейроны и могут служить триггером для эпизодов спонтанной активности, считается, что ее периодичность задается возбуждающими взаимодействиями в сети. Нейроны незрелого спинного мозга регулярно высвобождают нейромедиаторы, но эффективность синаптической связи меняется в зависимости от активности [36]. Непосредственно после эпизода активности, спонтанные события оказываются подавленными, и продолжающееся синаптическое возбуждение в сети недостаточно велико, чтобы вызвать следующее событие. По мере того, как восстанавливается сеть после предыдущего события, текущее синаптическое возбуждение возрастает, пока не возникнет следующее спонтанное сетевое событие. Важным компонентом этой сети являются ГАМК-ергические интернейроны, которые проецируются на мотонейроны [35]. После длительного эпизода (до 1 минуты) сетевой активности, связанной с действием ГАМК-интернейронов на мотонейроны, внутриклеточная концентрация хлора уменьшается до такой степени, что потенциал реверсии для хлора становится более негативным, чем до начала эпизода, в результате чего ГАМК и глицин становятся менее возбуждающими. В этом случае длительное время между событиями обусловлено относительно медленным восстановлением концентрациии хлора в дендритах мотонейронов с

помощью транспортеров хлора. В качестве доказательства ослабления возбуждающего действия выступает уменьшение амплитуды ГАМК-опосредованных постсинаптических токов, возникающих после спонтанного сетевого события. Кроме того, блокирование ККСС1-транспортеров устраняет спонтанную сетевую активность, что указывает на то, что снижение уровня внутриклеточного хлора уменьшает возбудимость сети [37]. Таким образом, спонтанная активность в развивающемся спинном мозге сильно зависит от деполяризующего действия ГАМК и глицина. Кроме того, спонтанная активность в развивающемся спинном мозге может зависеть от связей, которые присутствуют только на ранних этапах развития, и которые становятся функционально незначительными или ненужными во взрослом состоянии. В процессе развития мотонейроны формируют локальные возбуждающие связи с другими мотонейронами и локальными ГАМК-ергическими интернейронами (клетки Реншоу). Клетки Реншоу, в свою очередь, получают глутаматергические входы от сенсорных нейронов. Хотя входы моторных нейронов на клетки Реншоу сохраняются во взрослом состоянии, связи мотонейрон - мотонейрон и сенсорный нейрон -клетка Реншоу становятся нефункциональными [38, 39].

Одним из возможных посредников для распространения сетевой активности на ранних этапах развития могут являться щелевые контакты. Существуют примеры спонтанных сетевых событий, которые сохраняются в присутствии широкого спектра антагонистов рецепторов, и, следовательно, не являются синаптическими. Такие несинаптические вспышки наблюдаются на эмбриональном этапе развития в гиппокампе и сетчатке, и могут возникать, когда нарушены синаптические механизмы распространения активности [40, 41]. В некоторых случаях спонтанная сетевая активность в спинном мозге может быть подавлена при фармакологической блокаде щелевых контактов [32, 34]. Однако действие блокаторов щелевых контактов обладает рядом неспецифических эффектов, которые могут приводить к общему снижению активности, в том числе к блокированию потенциал-зависимых кальциевых каналов или ингибированию выброса медиатора.

Одной из ярких особенностей спонтанной сетевой активности в процессе развития является ее надежность. На протяжении своего развития нейронные сети используют различные стратегии для генерации спонтанной активности, и хотя меняются некоторые детали ее временной и пространственной корреляции, общая картина активности остается прежней - большие деполяризации, генери-

руемые возбуждающими синаптическими входами, с длительными периодами молчания. Удаление критически важного элемента такой сети, генерирующей спонтанную активность, часто приводит к компенсирующему действию со стороны оставшихся ее элементов, что обеспечивает надежность сетевой активности [42]. Таким образом сеть реализует гомеостатическое регулирование, корректируя свои входные данные для обеспечения базового уровня активности. Это явление было впервые описано в развивающемся спинном мозге, где блокирование рецепторов возбуждающих медиаторов (ацетилхолин на ранних стадиях развития и глутамат или ГАМК на последующих этапах) приводило к временному блокированию активности с последующим ее восстановлением [34, 43, 44]. Гомеостатическая компенсация также наблюдается in ovo, где восстановление после блокирования глутаматергических или ГАМКА-рецепторов занимает гораздо больше времени (12 часов вместо 30-60 минут).

Хотя сети спинного мозга и способны генерировать спонтанную двигательную активность в виде твитчей и комплексных движений, было показано также влияние супраспинальных сетей на спонтанные движения. Было продемонстрировано, что у крыс возраста P7 группа нейронов в красном ядре активируются до начала движения контралатеральной передней конечности. Субпопуляция нейронов красного ядра показывает достоверный пик активности после начала движения, что говорит об обработке сенсорной информации в результате сенсорной обратной связи. Стимуляция конечности также может вызывать ответы в красном ядре. Фармакологическое блокирование активности красного ядра приводит к временному увеличению двигательной активности, после чего происходит продолжительное снижение частоты твитчей и комплексных движений [45]. Эти данные указывают на определенную роль красного ядра в двигательной активности, и что твитчи могут быть инструментом сенсорно-моторной координации в красном ядре новорожденных крыс.

1.2 Структурно-функциональная организация спинного мозга крысы

Спинной мозг - орган центральной нервной системы, защищенный костными структурами позвоночного столба. Спинной мозг покрыт твердой мозговой оболочкой, паутинной оболочкой и внутренней мягкой мозговой оболочкой. У большинства взрослых млекопитающих спинной мозг занимает только верхние две трети позвоночного канала, так как пропорциональный

рост костей, составляющих позвоночный столб, происходит быстрее, чем рост спинного мозга. Спинной мозг имеет сегментарную структуру и делится на 5 отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой (копчиковый). В шейном и поясничном отделах имеются утолщения, соответствующие местам выхода спинномозговых нервов к передним и задним конечностям.

Схема спинного мозга кошки, предложенная Рекседом [46, 47], основана на морфологии и расположении в поперечном срезе групп клеточных тел, окрашенных по Нисслю, что позволяет делать выводы об их локальных анатомических, физиологических или гистохимических свойствах. Серое вещество делится на 10 цитоархитектонических областей, включающих пластины ТК и область вокруг центрального канала (пластина X). Рексед отмечает, что рубежи между пластинами могут быть нечеткими, и их следует рассматривать не в виде строгих границ, а в качестве переходных зон. Схема, изначально представленная Рекседом для кошки, с некоторыми изменениями может быть применима также к спинному мозгу крысы. Следующее описание цитоархитектуры спинного мозга крысы основано на опубликованных наблюдениях научной группы Моландера [48, 49].

Рисунок 2 — Схематическое изображение пластин Рекседа L5 сегмента

спинного мозга взрослой крысы. Рисунок заимстован из статьи Molander et al., 1984 [48].

Пластина I (краевая зона) формирует тонкий обод вдоль дорсальной и дорсолатеральной границы дорсального рога (рис. 2). Большая часть клеток с сомой в пластине I или в прилегающем белом веществе реагируют и на слабую, и на болевую стимуляцию [50-52]. Другая группа нейронов отвечает либо только на слабый стимул, либо только на болевую стимуляцию [51, 52]. Кроме того, известно, что нейроны пластины I, также как и пластины II, реагируют на зуд и болевое химическое воздействие, и, вероятно, принимают участие в передаче ощущения зуда и боли [53].

Пластина II (желатинозная субстанция) располагается параллельно пластине I. Она шире, чем пластина I и характеризуется большим количеством маленьких округлых клеточных тел [54]. Пластина II делится на две зоны: нейроны первой считаются ноцицептивными, большинство нейронов второй зоны реагируют на прикосновение и классифицируются как не-ноцицептивные [52, 55].

Пластина III располагается вентральнее и параллельно пластине II. По сравнению с пластиной II, здесь представлен больший диапазон размеров клеток, расположенных менее компактно. Граница между этими пластинами трудно различима по морфологии клеток, но четко виден переход от гомогенного нейропиля пластины II к гетерогенному нейропилю пластины III. Многие клетки пластины III реагируют только на слабый механический стимул [56].

Пластина IV формирует основание головки дорсального рога. Множество клеток пластины IV отвечает только на слабый механический стимул, хотя здесь присутствуют также ноцицептивно-специфические нейроны и нейроны с широким динамическим диапазоном [56].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Насретдинов Азат Рафаилович, 2020 год

Список литературы

1. Blumberg, M. S. Oxford Handbook of Developmental Behavioral Neuroscience / M. S. Blumberg, J. H. Freeman, S. R. Robinson; Ed. by Oxford University Press. - 2010.

2. Hafez, E S. The Mammalian Fetus: Comparative Biology and Methodology. / E S Hafez; Ed. by Oxford University Press. - 1975. - P. 69-81.

3. De Vries, J. I. The emergence of fetal behaviour. I. Qualitative aspects / J. I. De Vries, G. H. Visser, H. F. Prechtl // Early Human Development. — 1982. — Vol. 7. — P. 301-322.

4. Sanes, J R. Development of the vertebrate neuromuscular junction / J R Sanes, J W Lichtman // Annu. Rev. Neurosci. — 1999. — Vol. 22. — P. 389-442.

5. Petersson, P. Spontaneous muscle twitches during sleep guide spinal self-organization / P. Petersson, A. Waldenstrom, J. Schouenborg // Nature. —

2003. — Vol. 424. — P. 72-75.

6. Mendelsohn, A. I. Activity Regulates the Incidence of Heteronymous Sensory-Motor Connections / A. I. Mendelsohn, Simon C.M., L.F. Abbott et al. // Neuron. — 2016. — Vol. 87. — P. 111-123.

7. Robinson, S. R. Spontaneous motor activity in fetal and infant rats is organized into discrete multilimb bouts / S. R. Robinson, M. S. Blumberg, M. S. Lane et al. // Behav. Neurosci. — 2000. — Vol. 114. — P. 328-336.

8. Khazipov, R. Early motor activity drives spindle bursts in the developing somatosensory cortex / R. Khazipov, A. Sirota, X. Leinekugel et al. // Nature. —

2004. — Vol. 432. — P. 758 -761.

9. Tiriac, A. Self-generated movements with "unexpected" sensory consequences / A. Tiriac, C. Del Rio-Bermudez, M. S. Blumberg // Curr. Biol. — 2014. — Vol. 24. — P. 2136-2141.

10. Akhmetshina, D.R. The Nature of the Sensory Input to the Neonatal Rat Barrel Cortex / D.R. Akhmetshina, A.R. Nasretdinov, A.V. Zakharov et al. // The Journal of Neuroscience. — 2016. — Vol. 36(38). — P. 9922-9932.

11. McVea, D. A. Voltage-sensitive dye imaging reveals dynamic spatiotemporal properties of cortical activity after spontaneous muscle twitches in the newborn rat / D. A. McVea, M. H. Mohajerani, T. H Murphy // The Journal of Neuroscience. — 2012. - Vol. 32. - P. 10982-10994.

12. Bos, R. Primary Afferent Terminals Acting as Excitatory Interneurons Contribute to Spontaneous Motor Activities in the Immature Spinal Cord / R. Bos, F. Brocard, L. Vinay // The Journal of Neuroscience,. — 2011. — Vol. 31(28). — P. 10184 -10188.

13. Hooker, D. The prenatal origin of behavior / D. Hooker. — Press, Oxford UniversityLawrence, KS: University of Kansas Press, 1952.

14. Prechtl, H.F.R. The importance of fetal movements. Neurophysiology and psychology of motor development, Clinics in Developmental Medicine / H.F.R. Prechtl; Ed. by n A. Hill, J. Volpe. — UK: Cambridge University Press, 1997. — P. 42-53.

15. Einspieler, C. Prechtl's method on the qualitative assessment of general movements in preterm, term and young infants. Clinics in Developmental Medicine / C. Einspieler, H.F.R. Prechtl, A.F. Bos et al. — UK: Cambridge University Press, 2004. — P. 167.

16. Baines, R. A. Electrophysiological development of central neurons in the Drosophila embryo / R. A. Baines, M. Bate // The Journal of Neuroscience. — 1998. — Vol. 18. — P. 4673-4683.

17. Reynolds, S. A. Development of spontaneous and evoked behaviors in the medicinal leech / S. A. Reynolds, K. A. French, A. Baader et al. // The Journal of Comparative Neurology. — 1998. — Vol. 402(2). — P. 168-180.

18. Provine, R. R. Ontogeny of bioelectric activity in the spinal cord of the chick embryo and its behavioral implications / R. R. Provine // Brain Research. — 1972. — Vol. 41. — P. 365-378.

19. Oppenheim, R. Ontogenetic adaptation and regressive processes in the development of the nervous system and behavior: a neuro-embryological perspective / R Oppenheim // Development and Maturation. — 1981. — P. 73-101.

20. Carmichael, L. The onset and early development of behavior / L Carmichael // Manual of child psychology. — 1954. — P. 60-214.

21. Vince, M. A. Effects of accelerating stimulation on different indices of development in Japanese quail embryos / M. A. Vince // Journal of Experimental Zoology. — 1979. — Vol. 208(2). — P. 582-583.

22. Martin, J. H. Corticospinal System Development Depends on Motor Experience / J. H. Martin // Journal of Neuroscience. — 2004. — Vol. 24.

— P. 2122-2132.

23. Crisp, S. The development of motor coordination in Drosophila embryos / S. Crisp, J. F. Evers, A. Fiala et al. // Development. — 2008. — Vol. 135.

— P. 3707-3717.

24. Hamburger, V. Motility in the chick and embryo in the absence of sensory input / V. Hamburger, E. Wenger, R. W. Oppenhein // Journal of Experimental Zoology.

— 1966. — Vol. 162. — P. 133-160.

25. Suster, M. L. Embryonic assembly of a central pattern generator without sensory input / M. L. Suster, M. Bate // Nature. — 2002. — Vol. 416. — P. 174-178.

26. O'Donovan, M. J. Mechanisms of spontaneous activity in the developing spinal cord and their relevance to locomotion / M. J. O'Donovan, P. Wenner, N. Chub et al. // Ann N Y Acad Sci. — 1998. — Vol. 860. — P. 130-141.

27. Tritsch, N.XThe origin of spontaneous activity in the developing auditory system / N.X. Tritsch, E. Yi, J. E. Gale et al. // Nature. — 2007. — Vol. 450. — P. 50-55.

28. Torborg, C.L. Spontaneous patterned retinal activity and the refinement of retinal projections / C.L. Torborg, M.B. Feller // Prog Neurobiol. — 2005. — Vol. 76.

— P. 213-235.

29. Hanson, M.G. Spontaneous rhythmic activity in early chick spinal cord influences distinct motor axon pathfinding decisions / M.G. Hanson, L.D. Milner, L.T. Landmesser // Brain Res Rev. — 2008. — Vol. 57. — P. 77-85.

30. Marder, E. Development of central pattern generating circuits / E. Marder, K.J. Rehm // Curr Opin Neurobiol. — 2005. — Vol. 15. — P. 86-93.

31. Blankenship, A. G. Mechanisms underlying spontaneous patterned activity in developing neural circuits / A. G. Blankenship, M. B. Feller // Nat. Rev. Neurosci. - 2010. - Vol. 11. - P. 18-29.

32. Hanson, M.G. Characterization of the circuits that generate spontaneous episodes of activity in the early embryonic mouse spinal cord / M.G. Hanson, L.T. Landmesser// J Neurosci. - 2003. - Vol. 23. - P. 587-600.

33. Yvert, B. Multiple spontaneous rhythmic activity patterns generated by the embryonic mouse spinal cord occur within a specific developmental time window. / B. Yvert, P. Branchereau, P. Meyrand // J Neurophysiol. - 2004. - Vol. 91. - P. 2101 -2109.

34. Milner, L.D. Cholinergic and GABAergic inputs drive patterned spontaneous motoneuron activity before target contact / L.D. Milner, L.T. Landmesser // J Neurosci. - 1999. - Vol. 19. - P. 3007-3022.

35. Wenner, P. Mechanisms that initiate spontaneous network activity in the developing chick spinal cord / P. Wenner, M. J. O'Donovan // Journal of Neurophysiology. - 2001. - Vol. 86. - P. 1481-1498.

36. Chub, N. Post-episode depression of GABAergic transmission in spinal neurons of the chick embryo / N Chub, M.J. O'Donovan // J Neurophysiol. - 2001. -Vol. 85. - P. 2166-2176.

37. Marchetti, C. Modeling spontaneous activity in the developing spinal cord using activity-dependent variations of intracellular chloride / C. Marchetti, J. Tabak, N. Chub et al. // J Neurosci. - 2005. - Vol. 25. - P. 3601-3612.

38. Mentis, G.Z. Noncholinergic excitatory actions of motoneurons in the neonatal mammalian spinal cord / G.Z. Mentis, F.J. Alvarez, A. Bonnot et al. // Proc Natl Acad Sci USA.- 2005. - Vol. 102. - P. 7344-7349.

39. Mentis, G.Z. Primary afferent synapses on developing and adult Renshaw cells / G.Z. Mentis, V.C. Siembab, R. Zerda et al. // J Neurosci. - 2006. - Vol. 26. -P. 13297-13310.

40. Crepel, V. A parturition-associated nonsynaptic coherent activity pattern in the developing hippocampus / V. Crepel, D. Aronov, I. Jorquera et al. // Neuron. -2007. - Vol. 54. - P. 105-120.

41. Bansal, A. Mice lacking specific nicotinic acetylcholine receptor subunits exhibit dramatically altered spontaneous activity patterns and reveal a limited role for retinal waves in forming ON and OFF circuits in the inner retina / A. Bansal, J.H. Singer, B.J. Hwang et al. // JNeurosci. — 2000. - Vol. 20. - P. 7672-7681.

42. Turrigiano, G. Maintaining your youthful spontaneity: microcircuit homeostasis in the embryonic spinal cord / G. Turrigiano // Neuron. — 2006. — Vol. 49. — P. 481-483.

43. Myers, C.P. Multiple spontaneous rhythmic activity patterns generated by the embryonic mouse spinal cord occur within a specific developmental time window. / C.P. Myers, J. W. Lewcock, M. G. Hanson et al. // Neuron. — 2005.

— Vol. 46. — P. 37-49.

44. Chub, N. Blockade and recovery of spontaneous rhythmic activity after application of neurotransmitter antagonists to spinal networks of the chick embryo / N. Chub, M. J. O'Donovan // The Journal of Neuroscience. — 1998.

— Vol. 18(1). — P. 294-306.

45. Rio-Bermudez, C. Del. Sensorimotor processing in the newborn rat red nucleus during active sleep / C. Del Rio-Bermudez, G. Sokoloff, M. S. Blumberg // The Journal of Neuroscience. — 2009. — Vol. 35. — P. 8322-8332.

46. Rexed, B. The cytoarchitectonic organization of the spinal cord in the cat / B. Rexed // J. Comp. Neurol. — 1952. — Vol. 96. — P. 415-496.

47. Rexed, B. A cytoarchitectonic atlas of the spinal cord in the cat. / B. Rexed // J. Comp. Neurol. — 1954. — Vol. 100. — P. 297-379.

48. Molander, C. The cytoarchitectonic organization of the spinal cord in the rat. I. The lower thoracic and lumbosacral cord. / C. Molander, Q. Xu, G. Grant // J. Comp. Neurol. — 1984. — Vol. 230. — P. 131-141.

49. Molander, C. Cytoarchitectonic organization of the spinal cord in the rat. II. The cervical and upper thoracic cord. / C. Molander, Q. Xu, C. Rivero-Melian et al. // J. Comp. Neurol. — 1989. — Vol. 289. — P. 375-385.

50. Menetrey, D. An analysis of response properties of spinal cord dorsal horn neurones to nonnoxious and noxious stimuli in the spinal rat. / D. Menetrey, G. J. Giesler, J. M. Besson // Exp. Brain Res. — 1977. — Vol. 27. — P. 15-33.

51. McMahon, S. B. A system of rat spinal cord lamina I cells projecting through the contralateral dorsolateral funiculus / S. B. McMahon, P. D. Wall // J. Comp. Neurol. — 1983. - Vol. 214. - P. 217-223.

52. Woolf, C. J. The properties of neurones recorded in the superficial dorsal horn of the rat spinal cord / C. J Woolf, M. Fitzgerald // J. Comp. Neurol. — 1983. — Vol. 221. — P. 313-328.

53. Jinks, S. L. Superficial dorsal horn neurons identified by intracutaneous histamine: Chemonociceptive responses and modulation by morphine / S. L. Jinks, E. Carstens // J. Neurophysiol. — 2000. — Vol. 84. — P. 616-627.

54. Woodbury, C. J. On the problem of lamination in the superficial dorsal horn of mammals: A reappraisal of the substantia gelatinosa in postnatal life. / C. J. Woodbury, A. M. Ritter, H. R. Koerber // J. Comp. Neurol. — 2000. — Vol. 417. — P. 88-102.

55. Light, A. R. The initial processing of pain and its descending control: Spinal and trigeminal systems. In "Pain and headache" / A. R. Light; Ed. by P. L. Gildenberg. — Karger, 1992. — Vol. 12.

56. Cervero, F. Prolonged noxious mechanical stimulation of the rat's tail: Responses and encoding properties of dorsal horn neurones. / F. Cervero, H. O. Handwerker, J. M. Laird // J. Physiol. — 1988. — Vol. 404. — P. 419-436.

57. Ritz, L. A. Morphological features of lamina V neurons receiving nociceptive input in cat sacrocaudal spinal cord. / L. A. Ritz, J. D. Greenspan // J. Comp. Neurol. — 1985. — Vol. 238. — P. 440-452.

58. Wall, P. D. The laminar organization of dorsal horn and effects of descending impulses / P. D. Wall // Physiol. — 1967. — Vol. 403-423. — P. 1888.

59. Hongo, T. A physiological and morphological study of premotor interneurones in the cutaneous reflex pathways in cats. / T. Hongo, S. Kitazawa, Y. Ohki et al. // Brain Res. — 1989. — Vol. 505. — P. 163-166.

60. Chaouch, A. Neurons at the origin of the medial component of the bulbopontine spinoreticular tract in the rat: An anatomical study using horseradish peroxidase retrograde transport. / A. Chaouch, D. Menetrey, D. Binder et al. // The Journal of Neuroscience. — 1983. — Vol. 214. — P. 309-320.

61. Burstein, R. The cells of origin of the spinothalamic tract of the rat: A quantitative reexamination / R. Burstein, R. J. Dado, G. J. Giesler // Brain Res. — 1990. — Vol. 511. — P. 329-337.

62. Schokunbi, M. T. Spinal projections to the lateral reticular nucleus in the rat: A retrograde labelling study using horseradish peroxidase / M. T. Schokunbi, A. W. Hrycyshyn, B. A. Flumerfelt // The Journal of Neuroscience. — 1985. — Vol. 239. — P. 216-226.

63. Swett, J. E. Motoneurons of the rat sciatic nerve / J. E. Swett, R. P. Wikholm, R. H. Blanks et al. // Exp. Neurol. — 1986. — Vol. 93. — P. 227-252.

64. Rivero-Melian, C. Organization of hindlimb nerve projections to the rat spinal cord: A choleragenoid horseradish peroxidase study / C. Rivero-Melian // J. Comp. Neurol. — 1996. — Vol. 364. — P. 651-663.

65. Nahin, R. L. Anatomical and physiological studies of the gray matter surrounding the central canal / R. L. Nahin, A. M. Madsen, G. J. Giesler // J. Comp. Neurol. — 1983. — Vol. 29. — P. 9011-9025.

66. Fitzgerald, M. The postnatal development of spinal sensory processing / M. Fitzgerald, E. Jennings // Proc. Natl. Acad. Sci USA. — 1999. — Vol. 96. — P. 7719-7722.

67. Narayanan, C. H. Prenatal development of spontaneous and evoked activity in the rat (Rattus norvegicus ). / C. H. Narayanan, M. W. Fox, V. Hamburger // Behaviour. — 1971. — Vol. 40. — P. 100-134.

68. Haverkamp, L. J. Behavioral development in the absence of neural activity: Eff ects of chronic immobilization on amphibian embryos. / L. J. Haverkamp, R. W. Oppenheim // Journal of Neuroscience. — 2009. — Vol. 6. — P. 1332-1337.

69. Matthews, S. A. Th e reaction of Amblystoma embryos following prolonged treatment with chloretone / S. A. Matthews, S. R. Detwiler // The Journal of Neuroscience. — 1926. — Vol. 29. — P. 279-292.

70. Fromme, A. An experimental study of the factors of maturation and practice in the behavioral development of the embryo of the frog Rana pipiens. / A. Fromme // The Journal of Neuroscience. — 1941. — Vol. 24. — P. 219-256.

71. Navarrete, R. Activity-dependent interactions between motoneurones and muscles: Th eir role in the development of the motor unit / R. Navarrete, G. Vrbova // Progress in Neurobiology. - 1993. - Vol. 41. - P. 93-124.

72. Blumberg, M.S. Spatiotemporal structure of REM sleep twitching reveals developmental origins of motor synergies / M.S. Blumberg, C.M. Coleman, A.I. Gerth et al. // Curr. Biol. - 2009. - Vol. 23. - P. 2100-2109.

73. Blumberg, M.S. Twitching in sensorimotor development from sleeping rats to robots / M.S. Blumberg, H.G. Marques, F. Iida // Curr. Biol. - 2013. - Vol. 23.

- P. R532-R537.

74. O'Donovan, M. /.The origin of spontaneous activity in developing networks of the vertebrate nervous system / M. J. O'Donovan // Current Opinion in Neurobiology. - 1999. - Vol. 9. - P. 94-104.

75. Wong, R.O. Retinal waves and visual system development / R.O. Wong // Annu. Rev. Neurosci. - 1999. - Vol. 22. - P. 29-47.

76. Leu, M. Erbb2 regulates neuromuscular synapse formation and is essential for muscle spindle development / M. Leu, E. Bellmunt, M. Schwander et al. // Development. - 2003. - Vol. 130. - P. 2291-2301.

77. Blumberg, M. S. Development of Twitching in Sleeping Infant Mice Depends on Sensory Experience / M. S. Blumberg, C. M. Coleman, G. Sokoloff et al. // Current Biology. - 2015. - Vol. 25. - P. 656-662.

78. Thompson, W. Synapse elimination in neonatal rat muscle is sensitive to pattern of muscle use / W. Thompson // Nature. - 1983. - Vol. 302. - P. 614-616.

79. Bradley, N. S. Age-related changes and conditiondependent modifi cations in distribution of limb movements during embryonic motility. / N. S. Bradley // Journal of Neurophysiology. - 2001. - Vol. 86. - P. 1511-1522.

80. Kucera, /.Reduction in the number of spinal neurons in neurotrophin-3-deficient mice / J. Kucera, P. Ernfors, J. Walro et al. // Neuroscience. - 1995.

- Vol. 69. - P. 321-330.

81. Smotherman, W. P. Environmental determinants of behaviour in the rat fetus / W. P. Smotherman, S. R. Robinson // The Journal of Neuroscience. — 1986. — Vol. 34. — P. 1859-1873.

82. Garaschuk, O. Large-scale oscillatory calcium waves in the immature cortex / O. Garaschuk, J. Linn, J. Eilers et al. // Nature Neuroscience,. — 2000. — Vol. 3.

— P. 452-459.

83. Adelsberger, H. Cortical calcium waves in resting newborn mice / H. Adelsberger, O. Garaschuk, A. Konnerth // Nature Neuroscience. — 2005. — Vol. 8. — P. 988-990.

84. Dupont, E. Rapid developmental switch in the mechanisms driving early cortical columnar networks. / E. Dupont, I. L. Hanganu, W. Kilb et al. // Nature. — 2006.

— Vol. 439. — P. 79-83.

85. Yang, J. W. Three patterns of oscillatory activity differentially synchronize developing neocortical networks in vivo / J. W. Yang, I. L. Hanganu-Opatz, J. J. Sun et al. // The Journal of Neuroscience. — 2009. — Vol. 29. — P. 9011-9025.

86. Colonnese, M. A conserved switch in sensory processing prepares developing neocortex for vision / M. Colonnese, A. Kaminska, M. Minlebaev et al. // Neuron. — 2010. — Vol. 67(3). — P. 480-498.

87. Seelke, A. M. Developmental appearance and disappearance of cortical events and oscillations in infant rats / A. M. Seelke, M. S. Blumberg // The Journal of Neuroscience. — 2010. — Vol. 1324. — P. 34-42.

88. Minlebaev, M. Early Gamma Oscillations Synchronize Developing Thalamus and Cortex / M. Minlebaev, M. Colonnese, T. Tsintsadze et al. // Science. — 2011. — Vol. 334. — P. 226-229.

89. Lamblin, M. D. Electroencephalography of the premature and term newborn. Maturational aspects and glossary / M. D. Lamblin, M. Andre, M. J. Challamel et al. // Neurophysiol Clin. — 1999. — Vol. 29. — P. 123-219.

90. Clancy, B. Translating developmental time across mammalian species / B. Clancy, R.B. Darlington, B. L. Finlay // Neuroscience. — 2001. — Vol. 29. — P. 9011-9025.

91. Hanganu, I. L. Three patterns of oscillatory activity differentially synchronize developing neocortical networks in vivo / I. L. Hanganu, Y. Ben-Ari, R. Khazipov // The Journal of Neuroscience. — 2006. — Vol. 26. — P. 6728-6736.

92. Khazipov, R. Early patterns of electrical activity in the developing cerebral cortex of humans and rodents / R. Khazipov, H. J Luhmann // Trends Neurosci. — 2006. — Vol. 29. — P. 414-418.

93. Minlebaev, M. Network mechanisms of spindle-burst oscillations in the neonatal rat barrel cortex in vivo / M. Minlebaev, Y. Ben-Ari, R. Khazipov // J Neurophysiol. — 2007. — Vol. 97. — P. 692-700.

94. Tiriac, A. Rapid whisker movements in sleeping newborn rats. / A. Tiriac, B. D. Uitermarkt, A. S. Fanning et al. // Curr Biol. — 2012. — Vol. 22. — P. 2075-2080.

95. Waldenstrom, A. Spontaneous movements: effect of denervation and relation to the adaptation of nociceptive withdrawal reflexes in the rat / A. Waldenstrom, M. Christensson, J. Schouenborg // Physiol Behav. — 2009. — Vol. 98. — P. 532-536.

96. Landmesser, L. T. Activation patterns of embryonic chick hindlimb muscles recorded in ovo and in an isolated spinal cord preparation. / L. T. Landmesser, M. J. O'Donovan// Journal of Physiology. — 1984. — Vol. 347. — P. 189-204.

97. Nakayama, K. Rostrocaudal progression in the development of periodic spontaneous activity in fetal rat spinal motor circuits in vitro / K. Nakayama, H. Nishimaru, M. Iizuka et al. // J Neurophysiol. — 1999. — Vol. 81. — P. 2592-2595.

98. Ren, J. Ontogeny of rhythmic motor patterns generated in the embryonic rat spinal cord / J. Ren, J. J. Greer // J Neurophysiol. — 2003. — Vol. 89. — P. 1187-1195.

99. Vinay, L. Plasticity of spinal cord locomotor networks and contribution of cation-chloride cotransporters / L. Vinay, C. Jean-Xavier // Brain Res Rev. — 2008.— Vol. 57.— P. 103-110.

100. Fellippa-Marques, S. Spontaneous and locomotor related GABAergic input onto primary afferents in the neonatal rat. / S. Fellippa-Marques, L. Vinay, F. Clarac // Eur J Neurosci. - 2000. - Vol. 12. - P. 155-164.

101. Czeh, G. Spontaneous activity induced in isolated mouse spinal cord by high extracellular calcium and by low extracellular magnesium / G. Czeh, G. G. Somjen // Brain Res. - 1989. - Vol. 495. - P. 89-99.

102. Eccles, J.C. Presynaptic inhibition of the central actions of flexor reflex afferents / J.C. Eccles, P.G. Kostyuk, R. F. Schmidt // J Physiol. - 1962. -Vol. 161. - P. 258-281.

103. Rudomin, P. Presynaptic inhibition in the vertebrate spinal cord revisited / P. Rudomin, R. F. Schmidt // Exp. Brain. Res. - 1999. - Vol. 91. - P. 2101 -2109.

104. Willis, W.D. John Eccles' studies of spinal cord presynaptic inhibition / W.D. Willis // Prog Neurobiol. - 2006. - Vol. 78. - P. 189-214.

105. Kullmann, D.M. Presynaptic, extrasynaptic and axonal GABAA receptors in the CNS: where and why? / D.M. Kullmann, A. Ruiz, D.M. Rusakov et al. // Prog Biophys Mol Biol. - 2005. - Vol. 87. - P. 33-46.

106. Graham, B. A simulation of action potentials in synaptic boutons during presynaptic inhibition / B. Graham, S. Redman // J Neurophysiol. - 1994. - Vol. 71. - P. 538-549.

107. Pieraut, S. NKCC1 phosphorylation stimulates neurite growth of injured adult sensory neurons. / S Pieraut, V. Laurent-Matha, C. Sar et al. // J Neurosci. -2007. - Vol. 27. - P. 6751-6759.

108. Modol, L. NKCC1 Activation Is Required for Myelinated Sensory Neurons Regeneration through JNK-Dependent Pathway / L. Modol, D. Santos, S. Cobianchi et al. // J Neurosci. - 2015. - Vol. 35. - P. 7414-7427.

109. Schouenborg, J.Functional organization of the nociceptive withdrawal refl exes. I. Activation of hind limb muscles in the rat. / J. Schouenborg, J. Kalliomaki //

Experimental Brain Research. - 1990. - Vol. 83. - P. 67-78.

110. Schouenborg, J. Sensorimotor transformation in a spinal motor system / J. Schouenborg, H. R. Weng // Exp. Brain Res. - 1994. - Vol. 100. -P. 170-174.

111. Holmberg, H. Postnatal development of the nociceptive withdrawal reflexes in the rat: a behavioural and electromyographic study. / H. Holmberg, J. Schouenborg // J.Physiol. - 1996. - Vol. 493. - P. 239-252.

112. Waldenstrom, A. Tactile sensory input is used for the postnatal tuning of the nociceptive withdrawal reflex system / A. Waldenstrom, J. Thelin, J. Schouenborg // Soc. Neurosci. Abstr. - 2001. - Vol. 30. - P. 2101 -2109.

113. Holmberg, H. Developmental adaptation of rat nociceptive withdrawal reflexes after neonatal tendon transfer / H. Holmberg, J. Schouenborg, Y. B. Yu et al. // J. Neurosci. - 1997. - Vol. 17. - P. 2071-2078.

114. Karlsson, K. A. The union of the state: Myoclonic twitching is coupled with nuchal muscle atonia in infant rats / K. A. Karlsson, M. S. Blumberg // Behav. Neurosci. - 2002. - Vol. 116. - P. 912-917.

115. Blumberg, M. S. A developmental and component analysis of active sleep / M. S. Blumberg, D. E. Lucas // Dev. Psychobiol. - 1996. - Vol. 29. - P. 1-22.

116. Blumberg, M. S. Dual mechanisms of twitching during sleep in neonatal rats / M. S. Blumberg, D. E. Lucas // Behav. Neurosci. - 1994. - Vol. 108. -P. 1196-1202.

117. Gardner, R. Normal motor patterns in sleep in man. / R. Gardner, W. Grossman // Adv. Sleep Res. - 1975. - Vol. 2. - P. 67-107.

118. Hadders-Algra, M. The effect of behavioural state on general movements in healthy full-term newborns. A polymyographic study / M. Hadders-Algra, Y. Nakae, L. A. Van Eykern et al. // Early Hum. Dev. - 1993. - Vol. 35. -P. 63-79.

119. Waldenstrom, A. Spontaneous movements precede and overlap in time with the tuning of the nociceptive withdrawal reflex (NWR) in postnatal rats / A. Waldenstrom, M. Christensson, J. Schouenborg // IASP Abstr. - 2002. -Vol. 1558.

120. Fitzgerald, M. The functional development of descending inhibitory pathways in the dorsolateral funiculus of the newborn rat spinal cord / M. Fitzgerald, M. Koltzenburg // Brain Res. — 1986. — Vol. 389. — P. 261-270.

121. Levinsson, A. Developmental tuning in a spinal nociceptive system: effects of neonatal spinalization / A. Levinsson, X. L. Luo, H. Holmberg et al. // J. Neurosci. — 1999. — Vol. 19. — P. 10397-10403.

122. Pouget, A. Computational approaches to sensorimotor transformations / A. Pouget, L. H. Snyder // Nature Neurosci. — 2000. — Vol. 3. — P. 1192-1198.

123. Cervero, F. The substantia gelatinosa of the spinal cord: a critical review / F. Cervero, A. Iggo // Brain. — 1980. — Vol. 103. — P. 717-772.

124. Katz, L. C. Synaptic activity and the construction of cortical circuits / L. C. Katz, C. J. Shatz // Science. — 1996. — Vol. 274. — P. 1133-1138.

125. Nicolelis, M. A. Active tactile exploration influences the functional maturation of the somatosensory system / M. A. Nicolelis, L. M. De Oliveira, R. C. Lin et al. // JNeurophysiol. — 1996. — Vol. 75. — P. 2192-2196.

126. Fitzgerald, M. The post-natal development of cutaneous afferent fibre input and receptive field organization in the rat dorsal horn / M. Fitzgerald // J. Physiol.

— 1985. — Vol. 364. — P. 1-18.

127. Suchkov, D. Horizontal Synchronization of Neuronal Activity in the Barrel Cortex of the Neonatal Rat by Spindle-Burst Oscillations / D. Suchkov, L. Sharipzyanova, M. Minlebaev // Frontiers in Cellular Neuroscience. — 2018.

— Vol. 12. — P. 5.

128. Buzsaki, G. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP and spikes / G. Buzsaki, C. Anastassiou, C. Koch // Nature Reviews Neuroscience. — 2012. — Vol. 13. — P. 407-420.

129. Fitzgerald, M. The development of nociceptive circuits. / M. Fitzgerald // Nat. Rev. Neurosci. — 2005. — Vol. 6. — P. 507-520.

130. Demir, R. Interactions between multiple rhythm generators produce complex patterns of oscillation in the developing rat spinal cord / R. Demir, B. Gao,

M. Jackson et al. // Journal Neurophysiology. — 2002. — Vol. 87. — P. 1092-1105.

131. Bracci, E. Localization of rhythmogenic networks responsible for spontaneous bursts induced by strychnine and bicuculline in the rat isolated spinal cord / E. Bracci, L. Ballerini, A. Nistri // Journal of Neuroscience. — 1996. — Vol. 16.

— P. 7063-7076.

132. Kremer, E. GABA-receptor-independent dorsal root afferents depolarization in the neonatal rat spinal cord / E. Kremer, A. Lev-Tov // Journal Neurophysiology.

— 1998. — Vol. 79. — P. 2581-2592.

133. Mohns, E. J. Multiple spontaneous rhythmic activity patterns generated by the embryonic mouse spinal cord occur within a specific developmental time window. / E. J. Mohns, M. S. Blumberg // J Neurophysiol. — 2008. — Vol. 28.

— P. 10134-10144.

134. Friede, R. L. Myelin formation in the sciatic nerve of the rat. A quantitative electron microscopic, histochemical and radioautographic study / R. L. Friede, T. Samorajski // J. Neuropathol. Exp. Neurol. — 1968. — Vol. 27. — P. 546-570.

135. Webster, H. D. The geometry of peripheral myelin sheaths during their formation and growth in rat sciatic nerves / H. D Webster // J. Cell Biol. — 1971. — Vol. 48.

— P. 348-367.

136. Ben-Ari, Y. Developing networks play similar melody / Y. Ben-Ari // Trends. Neurosci. — 2001. — Vol. 24. — P. 353-360.

137. Yang, J. W. Thalamic network oscillations synchronize ontogenetic columns in the newborn rat barrel cortex / J. W. Yang, S. An, J.J. Sun et al. // Cereb Cortex.

— 2013. — Vol. 23. — P. 1299 -1316.

138. Gao, B. X.Development of glycine-and GABA-gated currents in rat spinal motoneurons / B. X. Gao, L. Ziskind-Conhaim // J. Neurophysiol. — 1995.

— Vol. 74. — P. 113-121.

139. Jean-Xavier, C. Inhibitory postsynaptic potentials in lumbar motoneurons remain depolarizing after neonatal spinal cord transection in the rat / C. Jean-Xavier, J. F. Pflieger, S. Liabeuf et al. // J Neurophysiol. — 2006. — Vol. 96. — P. 2274-2281.

140. Baccei, M. L. Development of GABAergic and glycinergic transmission in the neonatal rat dorsal horn / M. L. Baccei, M. Fitzgerald // J. Neurosci. — 2004. — Vol. 24. — P. 4749-4757.

141. Valeeva, G. An optogenetic approach for investigation of excitatory and inhibitory network GABA actions in mice expressing channelrhodopsin-2 in GABAergic neurons. / G. Valeeva, T. Tressard, M. Mukhtarov et al. // The Journal of Neuroscience. — 2016. — Vol. 36. — P. 5961-5973.

142. Kirmse, K. GABA depolarizes immature neurons and inhibits network activity in the neonatal neocortex in vivo / K. Kirmse, M. Kummer, Y. Kovalchuk et al. //

Nature Communications. — 2015. — Vol. 6. — P. 7750.