Особенности обучения активному избеганию крыс со стрептозотоциновым диабетом

Исследования инсулина в центральной нервной системе [3] послужили стимулом для изучения особенностей поведения животных с дефицитом и избытком инсулина. Показано изменение ориентировочно-исследовательского [10], полового [7, 11], зоосоциального [6] типов поведения животных с экспериментальным сахарным диабетом, а также повышение болевых порогов у здоровых животных при введении инсулина в желудочки мозга [9]. Поскольку изменение содержания инсулина в организме проявляется на поведенческом уровне, представляет интерес формирование нового навыка при дефиците гормона.

Цель работы состояла в изучении организации новых форм оборонительного поведения — «активного избегания» у животных с экспериментальным сахарным диабетом.

Материалы и методы

Работа проведена на 51 самце крыс линии Вистар: 24 - с экспериментальным сахарным диабетом, 27 — контрольных животных. Для воспроизведения экспериментального диабета использовали стрептозотоцин (производства Института молекулярной биологии и генетики АН Украины) в дозе 7 мг на 100 г массы тела. Стрептозотоцин вводили после 16-часовой пищевой депривации крыс внутрибрюшинно, растворяя в цитратном буфере непосредственно перед введением. Крыс содержали в стандартных клетках со свободным доступом к пище и воде. Ежедневно осуществляли контроль массы тела и потребления воды.

Концентрацию глюкозы в крови определяли глюкозоокси- дазным методом на глюкозиметре ЭКСАН-Г, уровень инсулина — радиоизотопным методом с помощью наборов РИА-ИН-Пп-^|251 в сочетании со вторыми антителами («Са1- biochem »).

Через 7 сут у крыс отмечали стойкие симптомы сахарного диабета: снижение массы тела (в среднем на 22 г), увеличение концентрации глюкозы в общем кровотоке с 4,87+0,44 до 15,0± 1,67 ммоль/л, снижение концентрации инсулина с 110,0+60,0 до 14,9;+9,5 мкЕД/мл, увеличение потребления воды с 10 до 70 мл в сутки.

К обучению животных приступали через 14 сут от момента введения стрептозотоцина на фоне клинической картины диабета. Обучение животных проводили по методике двустороннего активного избегания в челночной камере после 10минутного привыкания к экспериментальной обстановке. Элект- рокожное раздражение (4 мА, 5 кГц, 1 с) наносили животным по окончании звукового сигнала (тон 1 кГц, 2,5 с) через металлический пол камеры, соединенный с электростимулятором. Обучение активному избеганию состояло из 100 предъявлений звука и электрокожного раздражения с интервалом 40+10 с между сочетаниями. Предъявление стимулов и переход в соседний отсек регистрировали с помощью самописца на бумаге. За поведение активного избегания принимали .переход животного в безопасный отсек в период подачи звукового сигнала до начала электрокожного раздражения. Опыты проводили в утренние часы — 9—12 ч.

Для обработки экспериментального материала проводили:

• построение индивидуальных и суммарных кривых обучения активному избеганию, отражающих динамику количества результативных поведенческих актов за 5 последовательных предъявлений стимулов в серии из 100 сочетанных стимулов;
• вычисление параметров формы индивидуальных кривых обучения (рис. 1); 3) классификацию животных по особенностям индивидуальных кривых обучения с использованием факторного анализа (метод главных компонент) на основе параметрических корреляционных матриц [1]: 4) построение суммарных кривых обучения выделенных групп животных в общей выборке крыс, анализ межгрупповых различий.

Результаты и их обсуждение

Анализ полученных данных выявил высокую вариабельность индивидуальных кривых обучения активному избеганию как контрольных животных, так и крыс со стрептозотоциновым диабетом (рис. 2, а). При сравнении суммарных кривых обучения контрольных и обработанных стрепто- зотоцином крыс не удалось выявить значимых

so                   юо

Рис. 1. Кривая обучения активному избеганию и ее характеристики на примере контрольной крысы № 4.

А — результативность активного избегания данной крысы —^средняя результативность на «плато» кривой, выражаемая в количестве актов активного избегания в 1 бине (1 бин=5 последовательных предъявлений сочетанных стимулов, интервал сглаживания равен 3); Т — латентность обучения — период от начальной точки кривой до момента, соответствующего уровню 50 % результативности, выражается в единицах количества стимулов; т — скорость обучения — соответствует длительности фронта нарастания кривой обучения; начало отсчета — номер стимула, соответствующий половине А, конец отсчета — номер стимула, соответствующий А; выражается в единицах количества стимулов.

По оси ординат — количество актов избегания в I бине; по оси абсцисс — номер стимула.

различий, хотя наблюдалась тенденция снижения уровня результативности у животных с экспериментальным сахарным диабетом (рис. 2,6).

Из дальнейшего анализа был исключен материал по не обучившимся животным, у которых уровень результативности был меньше 1 акта избегания за 5 предъявлений сочетанных стимулов (7 крыс с экспериментальным диабетом и 5 контрольных животных). Для выявления особенностей индивидуального обучения были введены характеристики формы кривой обучения, соответствующие параметрам обучения; результативности (А), латентности (Т) и скорости (т) (см. рис. 1). Факторный анализ этих параметров с помощью метода главных компонент (А|=4,7Д—т+0,1Г); (/^?2^0,5А—0,4т+Г) показал неоднородность их распределения среди всей выборки обучившихся животных (рис. 3), что дает возможность говорить о наличии отдельных групп животных с относительно более сходными параметрами внутри группы и существенными межгрупповыми различиями. Полученные результаты свидетельствуют о наличии в популяции животных группы крыс со стрептозотоциновым диабетом (10 % всей выборки), которая значительно отличалась по характе

рно. 2. Средние (а) и суммарные (б) кривые обучения навыкам активного избегания 24 крыс с экспериментальным сахарным диабетом (сплошная линия) и 27 контрольных животных (пунктирная линия).

По оси ординат — количество актов активного избегания; по оси абсцисс — номер стимула.

/

Рис. 3. Распределение крыс по группам (/—6) в соответствии с характеристиками обучения (а; факторный анализ) и усредненные кривые обучения этих групп животных (б). а: по оси ординат — фактор 1, по оси абсцисс — фактор 2.

б: по оси ординат—доля актов активного избегания, по оси абсцисс—порядковый номер стимула.

ристикам динамики обучения от группы, состоящей только из контрольных здоровых особей (17,9%). В то же время еще четыре отличающиеся друг от друга группы состояли как из больных, так и из здоровых животных, имеющих сходные характеристики обучения (соответственно 10,3, 20,5, 17,7, 20,5 %; см. рис. 3,6). У больных животных этих групп развивающийся диабет, по- видимому, не изменил процессы, связанные с обучением активному избеганию. Наличие групп крыс, состоящих только из больных или только из здоровых животных, говорит об избирательном индивидуальном изменении состояния центральной нервной системы при развитии сахарного диабета.

Анализ суммарных кривых обучения выделенных групп крыс (см. рис. 3, а) показал, что для животных с экспериментальным сахарным диабетом, составивших группу только больных особей, характерны при обучении активному избеганию большой латентный период и повышенная скорость обучения. В работе [4] приведены аналогичные данные по более успешному обучению животных с экспериментальным диабетом навыку пассивного избегания, что коррелирует с измененным содержанием катехоламинов в различных областях мозга. По-видимому, именно степень изменения обмена катехоламинов в различных структурах мозга при сахарном диабете [8] может объяснить разницу динамики обучения у конкретных животных, поскольку известна корреляция сниженного уровня катехоламинов с успешностью обучения [2, 5].

Выводы

1. Значительная вариабельность индивидуальных кривых обучения сочетается с отсутствием значимых различий между усредненными кривыми обучения активному избеганию контрольных и обработанных стрептозотоцином крыс.
2. Среди групп животных, характеризующихся сходными параметрами обучения, выделяется группа крыс, состоящая только из больных особей, у которых отмечаются более длительный латентный период и возрастание скорости обучения новому навыку по сравнению со здоровыми животными.
3. Развитие сахарного диабета оказывает различное влияние на процессы обучения животных, что может зависеть как от индивидуального течения болезни, так и от особенностей центральной нервной системы.