Influența experienței sociale a copilăriei timpurii asupra maturizării funcționale a cingulatului anterior
Influența experienței sociale a copilăriei timpurii asupra maturizării funcționale a cortexului cingulat anterior al șobolanului arbust (Octodon degus) Afirmația pentru obținerea diplomei universitare doctor rerum naturalium (Dr. rer. Nat.), Aprobată de Facultatea de Științe Naturale de la Universitatea Otto von Guericke Magdeburg de Dipl.-Biol. Carina Helmeke b. la 3 noiembrie 1973 în Eberswalde-Finow Recenzent: Prof. Dr. Katharina Braun PD Dr. Bruno Baumann Prof. Dr. Gerd Poeggel Depus la: 14 martie 2003 Apărare la: 24 iulie 2003
Declarație Prin prezenta declar că am scris disertația pe care am depus-o cu tema: Influența experienței sociale a copilăriei timpurii asupra maturizării funcționale a cortexului cingulat anterior al șobolanului arbust (Octodon degus), că nu am folosit-o deja ca disertație și am specificat pe deplin sursele și ajutoarele utilizate . Mai mult, declar că nu am trimis această sau orice altă lucrare la alte instituții pentru a obține diploma universitară doctor rerum naturalium. Magdeburg, 14 martie 2003 Carina Helmeke
Mulțumiri Aș dori să mulțumesc tuturor colegilor pentru disponibilitatea lor constantă de a ajuta și a discuta. Mulțumiri speciale se adresează prof. Braun și prof. Poeggel pentru supravegherea științifică a acestei lucrări și sfaturile lor valoroase. Mulțumiri speciale merg și familiei mele pentru sprijinul lor moral și financiar.
VIII. Anexă Realizarea colorării Golgi-Cox Imunohistochimie Măsurarea ACTH și a cortizolului în plasma sanguină Tabelele 121 123 125 128
Inițierea se caracterizează prin conexiuni reciproce extinse cu MD-ul talamusului (Groenewegen 1988) și sunt considerate a fi porțiuni din PFC (Uylings & Van Eden, 1990). PrCm ACd M1 PL IL AI Fig. 1. Reprezentarea schematică a unei emisfere (secțiunea frontală, rostrală din corpul calos în planul pregenual): subregiunile colorate reprezintă zonele examinate în această lucrare. ACd = cortex cingulat anterior, AI = cortex insular agranular, IL = cortex infralimbic, M1 = cortex premotor, PL = cortex prelimbic, PrCm = cortex medial precentral. (Modificat din Groenewegen 1988) 5.1. Sistemul limbic În 1939, Papez a reprezentat baza neuroanatomică a emoțiilor în așa-numitul cerc Papez (apropierea circulară a structurilor sistemului limbic) (Fig. 2). Probabil cea mai importantă structură pentru componentele emoționale este amigdala, în timp ce hipocampul, corpurile mamilare și nucleii talamici anteriori sunt aparent mai încredințați cu stocarea memoriei cognitive. Nucleul central al amigdalei se proiectează în cortexul orbitofrontal și în girusul cingulat. Această cale este pentru conștientul 12
Inițierea evenimentelor de învățare emoțională după naștere. Experimentele cu 2-fluor-deoxiglucoză au arătat activitate metabolică ridicată în cortexul auditiv, precum și în cortexul medial prefrontal și aici mai ales în cortexul cingulat anterior, în timpul prezentării apelului matern (Poeggel & Braun, 1996). În ACd, această activare a fost semnificativ mai mare la băieții de mame care vocalizează în mod normal, comparativ cu cea a mamelor care au tăcut (Poeggel și Braun, 1996). Aceste observații implică faptul că ACd este implicat nu numai în recunoașterea sunetului, ci și în procesul asociat de învățare emoțională (Poeggel și Braun, 1996; Braun și Scheich, 1997). Am subliniat deja că maturizarea funcțională a PFC are loc relativ târziu în ontogenia postnatală. Prin urmare, se poate presupune că această regiune este deosebit de vulnerabilă la influențele emoționale și că de ex. Retragerea părinților, separarea de familie etc. Procesele de învățare și experiență emoțională din copilăria timpurie ar trebui să aibă un efect special asupra maturizării funcționale a acestei regiuni cerebrale limbice. Fig. 4. Octodon degus, părinți cu puiet în volier. Înregistrare digitală (SONY Cyber-shot). 15
Introducere Pe lângă ACd, au fost evaluate și alte subregiuni ale PFC, și anume zona mediană precentrală (PrCm), regiunea prelimbică (PL) și regiunea infralimbică (IL). 2. Influența retragerii repetate pe termen scurt a părinților asupra dezvoltării neuronilor care exprimă CRH în cortexul prefrontal medial (PFC) Separația repetată de părinți și frați influențează dezvoltarea neuronilor care exprimă CRH în cortexul prefrontal? CRH se exprimă prin interneuroni inhibitori în Octodon degus PFC? Colocalizarea CRH cu una dintre proteinele de legare a calciului a fost investigată folosind dublă colorare fluorescentă. 19
Material și metode II.Material și metode 1. Creșterea și păstrarea animalelor experimentale Animalele experimentale au fost pui de sex masculin de șobolan sud-american Octodon degus, care au fost crescuți într-o colonie la Institutul de Neurobiologie Leibniz. Familiile, formate din animalele părinte și descendenții lor, trăiau în cuști standard (înălțime x lățime x adâncime: 24 x 53 x 32 cm) sau în voliere care urmau dorința naturală a animalelor de a urca (înălțime x lățime x adâncime: 70 x 53 x 43 cm). Apă de băut proaspătă, pelete de șobolani suficiente, legume și fructe erau disponibile ca alimente. Camerele cu aer condiționat aveau o temperatură medie de 22 ° C și un ciclu lumină-întuneric de 12/12 ore. Experimentul A - Dezvoltarea postnatală a sistemelor de excitare și modul în care acestea sunt influențate de procesele de experiență a copilăriei timpurii 1.1. Dezvoltarea postnatală a coloanei dendritice în cortexul cingulat anterior (ACd) Patru grupuri experimentale de animale crescute social, care au crescut neperturbate cu familiile lor în cuști standard, au fost comparate în acest studiu: P0 (ziua 0 postnatală), ziua nașterii (n = 4) P14 (pupa) = 4) P21, (n = 3) P45 (n = 4) 20
Materiale și metode B Fig. 5. Carcasa degajării octodon (A), carcasa (B) în voliera. Înregistrare digitală (SONY Cyber-shot). 1.3. Influența retragerii repetate pe termen scurt a părinților asupra dezvoltării spinilor dendritici în cortexul cingulat anterior (ACd) Două grupuri experimentale crescute în voliere au fost comparate între ele la P21: animale crescute social, care au rămas neperturbate în familie până în a 21-a zi de viață (n = 4) și 22
Material și metode Analiza întregilor arbori de dendrită materialul de date conținut în cuantificări este mai mare (Bock 1998, disertație). Cu ajutorul acestui sistem de analiză a imaginii, au fost evaluate densitățile spinilor dendritici pe neuronii selectați pentru evaluare și lungimile lor dendritice. Pentru o celulă piramidală, programul Neurolucida calculează frecvența medie de centrifugare sau lungimea dendritei întregii dendrite apicale și bazale și cea a fiecărui ordin de ramură (Fig. 7), astfel încât pentru un neuron cu patru dendrite de ordinul 2, de exemplu, se poate obține valoarea medie a frecvențelor de centrifugare. aceasta primește patru secțiuni dendrite. Frecvența medie a coloanei vertebrale sau lungimea segmentului pentru fiecare dintre primele cinci ordine și întregii copaci dendrite ale unui neuron, subdivizate în dendrite apicale și bazale, a fost inclusă în analiza statistică a zece celule evaluate ale unui animal. Calculul frecvențelor de centrifugare și a lungimilor dendritei a avut loc numai după ce au fost evaluate toate animalele dintr-un grup de testare. Fig. 6. Urma unei celule piramidale cu sistemul Neurolucida. Spinele erau marcate de puncte pe dendrita bazală și dendrita apicală. 28
Material și metode 5 4 4 5 3 2 2 3 3 1 Fig. 7. Modelează dendrita cu ramuri până la ordinul 5. 2.4. Selecția celulelor piramidale Doar celulele piramidale bine și complet impregnate din stratul II/III al ACd cu următoarele trăsături calitative (Fig. 8): un pericarion conic, a cărui axă longitudinală este aproape perpendiculară pe suprafața creierului, apare din punctul apical al corpului celulei Dendrita principală (dendrită apicală), care are cel mai mare calibru dintre toate dendritele și se desfășoară perpendicular pe suprafața creierului, în celulele selectate pentru această lucrare, dendrita apicală se împarte în două ramuri la fel de puternice, din care apar apoi dendrite laterale apicale, lăsând dendritele bazale și axonul în formă de coadă de soma în direcția miezului, arborii dendritici ai dendritelor apicale și bazale sunt bine dezvoltate și, dacă este posibil, complet conservate în secțiune. 29
Material și metode A B 5µm Fig. 8. (A) emisfera de creier impregnată de Golgi-Cox a unui mascul din specia Octodon degus. Delimitate în negru sunt limitele zonei ACd din care au fost selectate celulele piramidale pentru analiză. Bara de măsurare = 400 µm, d = dorsală, m = medială. (B) Fotomontajul unei celule piramidale impregnate de stratul II/III Golgi-Cox din ACd cu dendritele sale apicale și bazale (săgeți), precum și mărirea unui segment de dendrit. Bara de măsurare = 18 µm. (De la Helmeke și colab., 2001b) 2.5. Cuantificare și evaluare statistică Pentru cuantificare, cinci celule piramidale din stratul II/III din fiecare dintre cele două emisfere au fost examinate pe animal. Analiza statistică nu a relevat diferențe semnificative între emisfere în niciunul dintre experimente. Prin urmare, valorile din emisfera dreaptă și stângă au fost combinate. Următoarele valori ale zece celule de la fiecare animal au fost astfel incluse în comparația statistică între grupurile de testare (n = numărul de celule per grup de testare): densitatea medie a spinului apical și bazal pentru fiecare dintre primele cinci grade de ramificare, 30
Materiale și metode Lungimea medie a segmentului apical și bazal pentru fiecare dintre primele cinci grade de ramificare, densitatea medie a spinului apical și bazal a tuturor arborilor dendriti, lungimea medie a dendritei apicale și bazale a tuturor arborilor dendriti. Dendrita apicală și cel puțin o dendrită bazală complet trasabilă pe celulă au fost evaluate în toate ramurile lor până la ultimul grad de ramificare. În analiza statistică, datorită apariției rare a ordinelor de ramificare mai mari decât ordinul 5, au fost prezentate doar primele cinci ordine (Fig. 7) și întregul arbore dendrit al unui neuron, împărțit în apical și bazal. Dacă numărul grupurilor de testare dintr-o serie de teste a fost mai mare de două, valorile acestor grupuri de testare au fost verificate mai întâi pentru diferențe semnificative folosind un ANOVA Kruskal-Wallis unidirecțional. Dacă acest test a arătat o diferență semnificativă față de p