Шуйкин Н.Н., Левшина И.П. «Соотношения некоторых асимметричных действий крыс в «открытом поле»» (С.29-37)

Шуйкин Н.Н., Левшина И.П.

СООТНОШЕНИЯ НЕКОТОРЫХ АСИММЕТРИЧНЫХ ДЕЙСТВИЙ КРЫС В «ОТКРЫТОМ ПОЛЕ»

Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной

деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия

В тесте «Открытое поле» выявлена корреляция между двумя характеристиками асимметричных действий крыс Вистар: коэффициентом асимметрии поворотов и коэффициентом асимметрии перемещения животных вдоль стенки поля. Проведены два тестирования с интервалом 2,5 мес. В промежутке между тестированиями крысы были подвергнуты иммобилизации в течение 3-х недель. Во втором тестировании корреляция сохранилась у значительной части животных, хотя индивидуальные коэффициенты асимметрий не имели значимой связи с данными первого тестирования. Приведены аргументы в отношении гипотезы «сцепления» характеристик, которое не имеет причинно-следственной основы. Ключевые слова: асимметрия движений, крысы Вистар, «открытое поле», «сцепление» и корреляция характеристик поведения, иммобилизация.

Введение. Асимметрию перемещений животного в поведенческих тестах принято характеризовать коэффициентом асимметрии поворотов [1]. Асимметрия поворотов была исследована в лабиринтах различной формы [1, 8], в «открытом поле» (ОП) [2, 9, 11, 12].

Нами была отмечена асимметрия по времени движения тем или иным боком вдоль стенки ОП. Эту асимметрию также можно выразить соответствующим коэффициентом асимметрии (см. раздел Методика). Рассматриваемые здесь асимметрии действий животного в ОП не являются стабильными: преимущественные направления поворотов и преобладающие направления движения вдоль стенки ОП могут изменяться.

В известных нам публикациях анализа соотношения различных асимметрий поведения в том или ином поведенческом тесте не было.

Сопоставление асимметрий можно получить из парных данных двух характеристик действий каждого животного и затем определить коэффициент корреляции по группе.

Задача исследования. Наша задача – показать, что корреляционная связь проявляется в поворотах животных в ОП и перемещениях вдоль стенки ОП.

Изначально мы допускаем возможность корреляций обоих знаков. Далее следует выяснить, сохраняется ли эта связь после стрессирующего воздействия – иммобилизации. Возникновение и воспроизведение корреляции тех или иных черт поведения в тестах можно было бы просто интерпретировать как ситуационное обучение. Это не противоречит допущению разных знаков корреляции.

Особенный интерес представляет исследование возможного сохранения полученной корреляции на «фоне» изменений каждой из асимметрий, а также сохранения корреляции после стрессирующего воздействия.

Методика исследования. Исследование проведено на 21-й крысе линии Вистар. Крыс содержали в стандартных условиях вивария. Поведение крыс в ОП в течение 5 мин наблюдали и регистрировали с помощью видеокамеры. Наблюдения поведения проводились 2 раза с интервалом 2,5 месяца. Видеозаписи позволили анализировать все действия животных в ОП и возможные их связи. За показатель асимметрии поворотов был взят общепринятый коэффициент асимметрии: КR-L = (n – m)/ (n+m), где n –число поворотов направо, m – число поворотов налево. Асимметрия перемещения животных вдоль стенок ОП определялась следующим образом.

Измерялись интервалы времени, в течение которых животное двигалось вдоль стенки тем или иным боком. Если животное прекращало движение, счёт времени останавливали. Далее суммировали все интервалы перемещений одним боком, обращённым к стенке, и так же при движении другим боком. Вычисляли коэффициент «асимметрии» по формуле Кt = (t1 – t2)/(t1 + t2), где t1 – суммарная длительность перемещений правым боком вдоль стенки, t2 – левым боком. Затем вычисляли корреляцию двух коэффициентов асимметрий, исходя из парных данных каждого животного, как общую характеристику группы.

В промежутке между двумя тестированиями в ОП проводили иммобилизацию животных в течение трёх недель по 7 ч в день. Крыс помещали в тубы, которые ограничивали движения крыс. Свободным оставались движения головы и хвоста. Процедуру иммобилизации закончили за двое суток до второго тестирования поведения в ОП.

Результаты исследования. Каждое животное совершало движения в различных направлениях, сочетания этих движений разнообразны: были серии побежек вдоль стенки ОП и только потом – различные повороты и наоборот. На несколько поворотов могла приходиться одна побежка, и несколько побежек не прерывались поворотами. Поэтому связать повороты одного животного с направлениями его перемещениями вдоль стенки не представляется возможным. Приходится определять коэффициенты асимметрии действий каждого животного, а корреляцию вычислять по данным группы животных.

Далее представлены параметры корреляционной связи этих характеристик. С помощью стандартной процедуры был вычислен коэффициент корреляции, причём для вычислений брались пары данных для каждого животного. На основе полученных данных крысы были разделены на две группы. В одной из групп (n = 12) корреляция была положительной r = 0.839, с высокой достоверностью p = 0.0006, в другой (n = 7) – отрицательной r = -0.762, с достоверностью p = 0.047. Более низкий уровень достоверности в группе с отрицательной корреляцией обусловлен, в первую очередь, тем, что эта группа оказалась малочисленной.

Данные двух животных не вписывались ни в первую, ни во вторую группу. Допустимость исключения из дальнейшего анализа данных этих двух животных может быть обоснована тем, что связь характеристик, вероятно, вырабатывается в процессе тестирования, и формально – на основе дифференциального теста статистики, который показывает, что вероятность случайности обнаруженной корреляции характеристик составляет p = 0.01.

Графически рассеяние данных представлено на рис. 1. и рис. 2.

Прямая линия на рис.1 изображает уравнение регрессии Кt = 0,214 + 1,125*КR-L. Каждая точка-кружочек соответствует паре данных одного животного. На рисунке видны 11 точек, так как данные коэффициентов асимметрий у двух крыс совпали (координаты 0, 0.52). Прямая линия на рис.2 представляет уравнение регрессии Кt = — 0,273 – 1,67*КR-L

Рис.1. Регрессия Kt — коэффициента асимметрии времени движения вдоль стенки ОП на КR-L -коэффициенте асимметрии поворотов при положительной корреляционной связи асимметрий.
Рис.2. Регрессия Kt — коэффициента асимметрии времени движения вдоль стенки ОП на КR-L -коэффициенте асимметрии поворотов при отрицательной корреляционной связи асимметрий.

При повторном тестировании крыс через 2,5 месяца (в этот период проводилась иммобилизация) практически все крысы изменили предпочитаемые направления поворотов и направления движения вдоль стенки ОП. Коэффициенты асимметрии поворотов КR-L и коэффициенты асимметрии длительности движения вдоль стенки поля Кt по сравнению с первым тестированием в ОП изменились случайным образом, в т.ч., включая смену знака коэффициента. Вероятность «нуль-гипотезы» (отсутствие повторяемости коэффициентов асимметрии) составила p = 0.7 ÷ 0.5. Следовательно, внутри каждого из этих двух рассматриваемых асимметричных типов действий связи не было. Наша рабочая гипотеза предполагает, что могут быть любые изменения индивидуальных коэффициентов асимметрии КR-L и Кt , однако при этом корреляция между ними по группе может сохраняться. Действительно, среди крыс (n = 12), в данных которых в первом тестировании была обнаружена положительная корреляционная связь, эта связь сохранилась у 8-ми животных: коэффициент корреляции составил r = 0.877 с достаточно высокой достоверностью p = 0.0043 (рис.3); видно, что коэффициент корреляции в группе изменился совсем мало. В группе крыс с отрицательной корреляционной связью особенностей поведения результат r = -0.83 можно рассматривать только как тенденцию (p = 0.16, n = 4). Итак, по крайней мере, в отношении группы с исходной положительной корреляцией между правым направлением поворотов и предпочтением держаться правым боком вдоль стенки ОП (равно как с левыми поворотами и с движением левым боком вдоль стенки) можно уверенно, с высокой достоверностью статистической оценки, утверждать, что эта корреляционная связь сохраняется даже после тяжёлой, стрессирующей крысу, нагрузки.

Прямая на рис.1 – линия регрессии Кt = 0,172 + 1,176*КR-L. Каждая точка так же, как и на рис.1 и рис.2, соответствует паре данных одного животного.

Данные крыс, «выбывшие» из положительной корреляции, не перешли в группу данных, для которых сохранилась отрицательная корреляция. Возможно, также частично сохраняется и отрицательная корреляция, но при исходной небольшой численности этой группы осталось слишком мало крыс, у которых корреляция сохранилась. Данные крыс, не сохранившие отрицательную корреляцию разнотипных движений, по-прежнему не обнаруживали положительную корреляцию при повторном тестировании.

Рис.3. Регрессия Kt — коэффициента асимметрии времени движения вдоль стенки ОП на КR-L -коэффициенте асимметрии поворотов при втором тестировании крыс, которые в первом тестировании составили группу с положительной корреляцией коэффициентов.

Обсуждение результатов. Рассмотрим основные особенности выявленной корреляции.

1. При первом тестировании нет существенного различия между знаками корреляции: в эксперименте обнаруживаются и положительная, и отрицательная корреляции. В небольшом числе случаев корреляция может не появиться. Тех животных, у которых в первом тесте не наблюдалась корреляция поворотов и движений вдоль стенки ОП, нельзя было присоединить к той или иной подгруппе и после повторного тестирования. Разделение крыс по группам с положительной и отрицательной корреляцией на этапе первого тестирования выглядит искусственно. Однако, во-первых, разделение на группы по особенностям поведения обычно применяется при тестировании. Сопоставление двух асимметрий позволило разделить подопытных животных на две группы по знаку корреляции между асимметриями. Во-вторых, правомерность этой процедуры подтверждается тем, что во втором тестировании данные большой части крыс различных групп сохранили принадлежность к исходным группам по знаку корреляции.

2. Корреляция между коэффициентами асимметрии движений, выбранных для исследования, сохраняется у части животных в течение значительного предпочтения интервала времени (2,5 мес.), хотя в этот период проводилась иммобилизация и изменились индивидуальные предпочтения направлений поворотов и перемещения вдоль стенки ОП.

3. Можно было бы предположить, что крысы запоминают особенности тех действий, которые при первом тестировании не привели их к опасным ситуациям. Однако мы видим, что направления поворотов и преимущественное направление движения вдоль стенок ОП не сохраняются при втором тестировании. Сохраняется корреляция между коэффициентами асимметрии выбранных в исследовании действий. Это можно было бы назвать следом «второго порядка», если бы мы знали, как устроена память.

4. Данные поведения шести животных во втором тестировании не соответствуют ни данным группы с положительной корреляцией, ни с отрицательной корреляцией. Потеря корреляции указывает на то, что мы имеем дело с явлением неустойчивости корреляции, которая может быть заторможена внутренними процессами. Мы полагаем, что в наших экспериментах наиболее существенным фактором, способствующим распаду корреляции характеристик, является состояние стресса. Факты разрушения сформированного поведения как последствия стресса хорошо известны [4-8, 18-22].

5. В положительные значения корреляции входят как совпадения преобладания числа поворотов вправо с преобладанием перемещений правым боком вдоль стенки ОП, так и те же действия, в которых преобладала левосторонность. Также и в наборе данных, показавших наличие отрицательной корреляции. То есть, нет причинно-следственной связи «лево-право» в наблюдаемых действиях животных со знаком корреляции двух различных типов поведенческой асимметрии. Однако обнаруженная корреляция указывает на то, что существует совместная метастабильная симметрия двух типов действий.

6. По данным, полученным на отдельных животных, нет никакой последовательности рассматриваемых действий, которая позволила бы связать повороты со следующим за ним перемещением вдоль стенки. (Поэтому, как было сказано в методике, корреляцию определяли по группам.).

Всегда ли связи, выявляемые корреляционным анализом, являются причинно-следственными?

Корреляция событий, не имеющих причинно-следственной связи, не является бессмысленной. Она описывает связь, сложившуюся в некоторой экспериментальной обстановке, — связь, которая представляет собой объединение двух состояний в одно метастабильное состояние. Метастабильное в том смысле, что взаимодействие объекта с окружающей средой может разрушить эту связь [10]. Это явление хорошо известно в микрофизике, оно получило название «enteglement», которому в русском языке в данном контексте наиболее соответствует название «сцепление» [13]. Как известно из многочисленных экспериментов с «поведением» микрообъектов, «сцепление» может сохраняться длительное время и разрушаться взаимодействием объекта с внешней средой [10, 13].

Какое отношение физическое явление может иметь к поведению ивого существа? Вообще говоря, физиология в её основе представлена физическими закономерностями.

Основой нейронных сетей является синапс с комплексом молекулярных взаимодействий, то есть, в принципе – объект, который по своим микроскопическим размерам и молекулярным процессам соответствует квантовым устройствам.

Мы полагаем, что найденная корреляция является своего рода симметрией совместно двух характеристик поведения и может нарушаться внешним воздействием. Действительно, существует немало примеров в области биологии, когда строение организма не обладает строгой симметрией [3]. Особенность обнаруженной нами симметрии представлена высоким коэффициентом корреляции. Именно, если одна черта поведения изменяется (это одна координата), то изменяется другая черта (вторая координата), так что соответствие сохраняется (в виде корреляции).

Заключение. Наши исследования показали, что при тестировании поведения животного в ОП возможно сцепление характеристик поведения, которое имеет вид достоверной корреляции, причём коэффициент корреляции может оказаться как положительным, так и отрицательным.

Корреляция была выявлена между асимметрией правых-левых поворотов крыс и асимметрией их движения вдоль стенки ОП. Асимметрия движения вдоль стенки определялась как различие времени перемещения правым и левым боком к стенке, нормированное на суммарное время пристеночного перемещения. Сцепление характеристик сохранялось длительное время у значительной части животных. По истечении 2,5-й месяцев знак и величина коэффициента асимметрии поворотов и времени движения вдоль стенки в ОП у животных изменялись различным образом. Однако корреляция, определяемая по совокупности характеристик каждой из групп (с отрицательным и положительным коэффициентом корреляции), между этими двумя различными асимметриями сохранялась у большого числа животных: большого, принимая во внимание стрессирующее воздействие – 3-х недельную иммобилизацию.

При выполнении работы травмы животным не наносили. Животные были использованы в последующих поведенческих экспериментах.

Список литературы

1. Бианки В.Л. Асимметрия мозга животных. Л.: Наука, 1985. -295с.

2. Буслович С.Ю., Котеленец А.И., Фридлянд Р.М. Интегральные методы оценки поведения белых крыс в открытом поле // Журн. высш. нерв. деят. -1989. – Т.39. -№1. –С.168-171.

3. Вейль Г. Симметрия. М.: Наука, 1968. -С. 35-167.

4. Гуляева Н.В., Левшина И.П. Соотношение индивидуально- типологических особенностей поведения и состояния липидной компоненты церебральных мембран при стрессе. Индивидуальный мозг. Структурные основы индивидуальных особенностей поведения. М.: Наука, 1993. -С.82-91.

5. Гуляева Н.В., Степаничев М.Ю. Биохимические корреляты индивидуально-типологических особенностей поведения крыс // Журн. высш. нерв. деят. -1997. –Т.47. -№2. — С.329-338.

6. Забродин И.Ю., Петров Е.С., Вартанян Г.А. Анализ свободного поведения животных на основе его вероятностных характеристик // Журн. высш. нерв. деят. — 1983. –Т.33. -№1. –С.71-78.

7. Лабадзе И.Дж., Гогоберидзе М.М., Хананашвили М.М. Влияние частичной внутривидовой депривации крыс на краткосрочную образную память // Журн. высш. нерв. деят. -2005. –Т.55. -№3.- С.368-370.

8. Левшина И.П., Шуйкин Н.Н. Особенности поведения крыс в Y- лабиринте, связанные с альтернативным выбором, и их интерпретация в терминах комплексных амплитуд вероятностей // Журн. высш. нерв. деят. -2003. –Т.53. — №1. –С.94-99.

9. Мельников А.В., Новикова М.Р., Куликов М.А. и др. Корреляционная зависимость выбора направления движения крыс от других показателей в тесте открытого поля, вынужденного плавания и теста Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии. Материалы конференции 13- 14 декабря 2001 г., М. -С.108-110.

10. Менский М.Б. Диссипация и декогеренция квантовых систем // Успехи физических наук. -2003. -Т.173. -№11. — С.1199-1219.

11. Моренков Э.Д. Половой диморфизм функциональной асимметрии мозга грызунов. Функциональная межполушарная асимметрия. Хрестоматия. (Редактор академик РАМН Боголепов Н.Н., д.б.н. Фокин В.Ф.) М.: Научный мир, 2004. -С.369-385.

12. Павлова И.В. Моторная и сенсорная асимметрия кроликов// Журн. высш. нерв. деят. -1998. –Т.48. -№5. -С.902-904.

13. Пенроуз Р. Тени разума: в поисках науки о сознании. М., Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005. -687с.

14. Хоничева Н.М., Лосева Е.В., Чабак- Горбач Р. и др. Частный случай нарушения обучения у крыс-изолянтов как модель дезинтеграции // Журн. высш. нерв. деят. -2005. –Т.55. -№3. –С.393-399.

15. Чуян Е.Н. Изменение моторной асимметрии у крыс под влиянием низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты в норме и в условиях стресса // Нейрофизиология. -2005. –Т.37. -№2. – С.164-168.

16. Alonso S.J., Navarro E., Santana C., Rodriguez M. Motor lateralization of behavioral despair and dopaminergic brain asymmetry after prenatal stress // Pharmacol. Biochem. Behav. -1997. –V.58. -No2. – Pp.443-448.

17. Moreira T., Cebers G., Salehi M., WägnerA., Liljequist S. Impaired long-term habituation is dissociated from increased locomotor activity after sensorimotor cortex compression // Behavioural Brain Research. -2006. –V. 167. -No1. –Pp.9-22.

18. Sáenz J.C.B., Villagra O.R., Trías J.F. Factor analysis of Forced Swimming test, Sucrose Preference test and Open Field test on enriched, social and isolated reared rats // Behavioural Brain Research. -2006. –V.169.-No1. –Pp.57-65.

Информация об авторах:

Левшина Ирина Павловна, кандидат биологических наук, 37 лет исследу поведение лабораторных крыс с применением стрессовых воздействий.

Шуйкин Николай Николаевич, кандидат физ.-мат. наук, 15 лет участвует в исследовании физиологии поведения лабораторных крыс.

Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin