Восстановление во время критического периода

В какой степени возможно восстановление после депривации во время критического периода? Даже если депривированный глаз после критического периода остается открытым на протяжении месяцев и лет, повреждение является перманентным, происходит лишь небольшое восстановление в редких случаях. Животное на всю жизнь остается слепым на один глаз, что сопровождается уменьшением колонок и асимметрией в гистограмме глазного доминирования. На животных с монокулярной депривацией проводились эксперименты, когда открывался ранее депривированный глаз и закрывался глаз, который раньше был нормальным. Эта процедура, называемая «обратное зашивание», приводила к значительному восстановлению зрения, но только в том случае, если она проводилась на протяжении критического периода. Детеныши обезьян и котята не только начинали снова видеть на изначально депривированный глаз, но они также становились слепыми на другой глаз. Соответственно этим изменениям происходил сдвиг гистограммы глазного доминирования таким образом, что глаз, открытый после депривации, управлял большим количеством клеток, чем глаз, который был открыт на протяжении первых недель и затем закрыт. Более того, анатомическое строение слоя 4, выявленное при помоши авторадиографии, также претерпевало соответствующие изменения: уменьшенные регионы, управляемые первоначально закрытым глазом, расширялись за счет регионов противоположного глаза. На рис. 5 показана гистограмма глазного доминирования и авторадиограмма коры обезьяны, у которой правый глаз был закрыт в возрасте 2 дней на протяжении трех недель. По прошествии этого времени депривированный глаз уже не мог управлять корковыми клетками и колонки, которые им управлялись, уменьшились. После этого правый глаз был открыт, а левый закрыт на протяжении следующих 9 месяцев. В конце этого периода все нейроны управлялись только первоначально депривированным правым глазом и зоны коры, контролируемые им, расширились.

Рис. 4. Критический период у котят. На гистограммах показано глазное предпочтение в зрительной коре котят одного помета, у которых правый глаз был закрыт в разное время жизни. Период, в течение которого глаз оставался закрытым, показан внизу гистограммы. (А) Веки были зашиты на 6 дней в возрасте 23 дней. (В) Веки были зашиты на 9 дней в 30-дневном возрасте. (С) Правый глаз был открыт на протяжении первых 4 месяцев, затем закрыт на протяжении трех, а затем оставался открытым до достижения возраста 2 лет, когда и производилось исследование.

Из этого эксперимента можно сделать несколько выводов: (1) на протяжении критического периода у нормального животного волокна из ЛКТ, направляющиеся в слой 4 коры, подвергаются ретракции, таким образом в коре формируются зоны, контролируемые только одним глазом; (2) закрытие одного глаза во время критического периода приводит к несимметричной ретракции; (3) смена депривированного глаза во время критического периода приводит к повышенному ветвлению (спраутингу (sprouting)) аксонов ЛКТ, в результате они вновь образуют связи с теми клетками, с которыми эта связь была потеряна (см. рис. 5.). Если обратное зашивание выполнить во взрослом состоянии, то оно не дает результатов. Например, у обезьяны, у которой обратное зашивание было выполнено в возрасте 1 года, колонки депривированного глаза, выявленные при окрашивании, так и остались суженными.

Рис. 5. Влияние обратного зашивания на распределение глазного доминирования и колончатую организацию коры у обезьян. (А) Были выполнены следующие процедуры: правый глаз был закрыт со 2-го до 21-го дня после рождения, после чего был открыт, а левый закрыт с 21 дня до возраста 9 месяцев. (В) Гистограмма глазного доминирования показывает, что почти все клетки получают управление исключительно от правого глаза, который был первично депривирован. Фактически ни одна клетка не получает управления от левого глаза. Таким образом, волокна, получающие управление от правого глаза, вернули себе те корковые клетки, которые потеряли в результате депривации (С) Тангенциальный срез коры, проходящий через слои 4С и 4С. Окрашенные полоски, принадлежащие путям от правого глаза, распространились в слой 4C несмотря на то, что этот глаз подвергся световой депривации на протяжении 19 дней. В течение первых дней колонки, получающие сигналы от правого глаза, уменьшились в размерах, однако после расширились. Восстановление после депривации в других слоях, таких как 4С, не происходит так же хорошо.

Рис. 6. Результат закрытия одного глаза. У нормальной обезьяны колонки глазного доминирования хорошо определяются в слое 4 коры к возрасту 6 недель. Закрытие век приводит к значительной ретракции волокон, идущих из ЛКТ, связанного с депривированным глазом, в то время как волокна, связанные с нормальным глазом, подвергаются меньшей ретракции, чем обычно, поэтому колонки этого глаза в слое 4 коры более широкие, чем у нормальных взрослых животных. После проведения обратного зашивания, если это сделано в критический период, изначально депривированный глаз может вернуть себе территорию в слое 4, которую он потерял.

Однако концепция строго определенного, жесткого (hard-and-fast) критического периода является сильным упрощением. Эксперименты с обратным зашиванием, выполненные на обезьянах, дают основания полагать, что различные слои в стриарной коре могут развиваться с разной скоростью; критический период может уже закончиться для одного слоя, в то время как соседний еще способен к изменениям в структуре и функции (см. рис.5.С и 6).

Литература

1 Son, Y-J., and Thompson, W.J. 1995. Nerve sprouting in muscle is induced and guided by processes extended by Schwann cells. Neuron 14:33-14.

2 Wilson Hoh, H. L and Sargent, P. B. 1996. Effects of deneation on acetylcholine receptor clusters on frog cardiac ganglion neurons as revealed by quantative laser scanning confoal microscopy. . Neurosci. 16: 1720-1729.