Линии Трайона

Выше (см.: раздел 8.6.2) уже упоминалось о селекции крыс на успешность (количество ошибочных заходов в тупики) обучения поиску пищи в лабиринте, которая была одной из первых работ по генетике поведения. Оказалось, что эффект межлинейных различий достаточно специфичен для того вида лабиринта, обучение в котором служило критерием отбора. Было показано, что крысы "умной" линии — TMB обучались существенно лучше в исходном 17-тупиковом лабиринте, а также в более простом, 14-тупиковом. В то же время при обучении в 16- и 6-тупиковых лабиринтах межлинейных различий не было.

Обучение реакции избегания воды было более успешным у "глупой" линии — TMD. В дальнейшем было показано, что TMB лучше обучались реакции активного избегания в челночной камере, но в тесте на обучение избеганию тока, когда надо было выпрыгивать из камеры (а не переходить из одной ее половины в другую) показатели TMD были выше. Это может означать, что в эксперименте Трайона отбор животных производился (неосознанно, разумеется) не на способность к обучению, а на какие-то особенности поведения, связанные с лабиринтом данной конфигурации. У TMB выше пищевая мотивация, но слабее оборонительная, они меньше отвлекаются при выполнении навыка, тогда как TMD пугаются при манипуляциях дверцами лабиринта. Исследователи приходят к выводу, что TMB лучше решают тесты, связанные с пространственными стимулами, тогда как TMD успешнее обучаются при зрительных раздражителях.

Рис. 8.22

Исследование других форм поведения у трайоновских линий выявило значительное число различий между ними, физиологическая интерпретация которых иногда достаточно проста, иногда затруднительна или просто невозможна. У линии TMB был ниже порог провокации ЭЭГ-знаков судорожной активности при электростимуляции миндалины, слабее реакция на новые предметы, ниже уровень локомоторной активности в колесах. Можно полагать, что отбор на разную степень успеха обучения в лабиринте способствовал формированию генотипов, при которых особенности процесса восприятия, параметры пространственной памяти, мотивация и др. фенотипические признаки оказались в одном случай оптимальны, а в другом — субоптимальны для выполнения данной реакции.

Результаты сравнения поведения трайоновских линий достаточно поучительны в том отношении, что иллюстрируют сложную картину, которая может получиться в результате отбора на способность к обучению, если реально отбору подвергается признак, непрямо связанный с изучаемым. Несомненно, что при создании путем отбора трайоновских линий произошло видоизменение их поведенческих фенотипов. В то же время достоверного прямого влияния отбора на собственно способность к обучению не обнаруживается. Примером сложности полученной «картины» является изменение способности к обучению крыс этих линий при выращивании их в условиях с разной степенью «обогащенности» среды (рис. 8.23; см. также: раздел 7.3).

Рис.8.23

8.6.3.2. Генетические исследования условной реакции активного избегания.

Реакция активного избегания удара электрического тока в челночной камере — это четкий, легко поддающийся количественному учету тест на обучаемость у лабораторных грызунов. Поскольку в качестве условного раздражителя можно выбрать звук, то, используя этот тест, можно включать в сравнение и животных-альбиносов, не опасаясь, что низкая острота их зрения повлияет на успешность выполнения навыка. Челночные камеры, в которых животные обучаются попеременно переходить из одного отсека в другой при предъявлении условного сигнала, легко автоматизировать, что способствует получению данных на большом числе животных в унифицированных условиях. Все это сделало данную методику очень популярной среди исследователей, а число работ, выполненных с ее помощью, составляет многие сотни. Особенно велико число фармакологических и фармако-генетических исследований.

В начале 60-х годов на основе популяции крыс Вистар итальянский исследователь Дж.Биньями начал селекцию на высокую и низкую способность крыс к обучению реакции активного избегания в челночной камере. Уже через несколько лет эти линии были сформированы. С начала 70-х годов селекция и разведение этих крыс проводились независимо в Швейцарии, Великобритании и Канаде.

Межлинейные различия по селектируемому признаку высоко достоверны. Эти линии получили название Римских (Roman High Avoidance, RHA, Roman Low Avoidance, RLA) и интенсивно исследуются во многих лабораториях мира.

Сравнение результата огромного число работ, полученных на этих линиях с использованием практически всех существующих методик оценки поведения, привело исследователей к заключению, что межлинейные различия у RHA и RLA связаны с эмоциональностью и разным типом реакции на стрессоры (Жуков, 1997; см. также: раздел 8.6.5.3). В то же время существуют достаточно убедительные данные, что эти линии обнаруживают различия и в ассоциативных способностях, т.е. в способности к обучению как таковой. Большое внимание нейроэндокринологическим механизмам различных стратегий поведения крыс в условиях избегаемого и неизбегаемого удара электрического тока было уделено в работах на крысах двух селектированных линий KHA и KLA -Koltoushi High Avoidance, Koltoushi Low Avoidance (иначе называемых линиями ВЛ и НЛ). Выведение этих линий было начато в конце 50-х годов в Институте физиологии им. Павлова АН СССР советским физиологом В.К.Федоровым, а после его смерти продолжена Н.Г.Лопатиной и ее сотрудниками (см.: Пономаренко, Лопатина, 1987). Как и другие линии крыс, селектированные на высокую и низкую способность к избеганию в челночной камере, данные линии отличаются друг от друга и по другим признакам, связанным как с поведением, так и с более «простыми» физиологическими реакциями. Подробный анализ экспериментальных данных, полученных на крысах этих линий, проведен в монографии Д.А.Жукова (1997).

Способность крыс селектированных линий к обучению реакции избегания была сопоставлена с таким морфологическим показателем как размер интра- и инфрапирамидных проекций мшистых волокон — аксонных окончаний нейронов зубчатой фасции в поле СА3 гиппокампа. Эта проблема будет рассмотрена более подробно ниже (см.: раздел 8.6.7.2).

Позднее, уже в 70-е годы были созданы путем селекции еще две линии (Syracuse High Avoidance, SHA, Syracuse Low Avoidance, SLA), различающиеся по обучению реакции активного избегания, но не обнаруживающие, в отличие от Римских линий, различий в уровне двигательной активности. Исходной популяцией для этой селекционной работы служили крысы Лонг-Иванс. В настоящее время крысы хорошо обучающейся линии SHA дают примерно 40 реакций избегания в 60 предъявлениях теста, тогда как SLA — ни одного. У SLA сильно подавлены межсигнальные реакции, однако скорость выполнения реакций избавления (т.е. реагирования на включение электрического тока-наказания) у них не отличалась от линии SHA. В тесте "открытого поля" SLA, как и RLA, более эмоциональны, однако различий в уровнях локомоции у них, как сказано выше, не обнаруживалось.

Генетические модели способности к обучению, какими являются линии крыс RHA и RLA, а также SHA и SLA, используются также в исследованиях роли наиболее изученных медиаторных систем в формировании межлинейных различий реакции на стресс, в обучении, в организации болевой чувствительности. Эти вопросы представляют большой интерес, но в настоящем пособии не могут быть затронуты сколько-нибудь подробно (см.: Gray, 1987).

Другим аспектом проблемы, который делается очевидным при анализе межлинейных различий в обучении реакции избегания в челночной камере, является биологическая адекватность самого теста.

В самом деле, анализ "логики" этого теста показывает, что данная реакция далека от того, чтобы имитировать какую-либо из естественных поведенческих реакций крысы или мыши. Животное, находящееся в камере, получает болевое раздражение (удар тока), которому предшествует некий сигнал (свет и/или звук). Бурная двигательная реакция в ответ на боль "переносит" крысу или мышь в другую половину камеры, где ток (и наказание) отсутствует, и где она получает отдых. Однако через короткое время в этом бывшем безопасном отсеке животное получает новый удар током, а метания по клетке переносят его в отсек, где ранее также предъявлялось наказание. В этих условиях у животных (тем не менее) формируется условная реакция выполнения перехода из одного отсека в другой в ответ на предъявление условного сигнала (света или звука).

Реакция перехода выполняется в двух разных контекстах (двух половинах камеры), пребывание в каждом из которых регулярно наказывается (если реакция не выполняется). Это означает, что в данном тесте животное должно искать убежища там, где оно только что получило наказание.

Возможно, что эта логическая противоречивость теста есть причина того, что множество генетических линий и групп лабораторных грызунов обнаруживают весьма невысокие показатели обучаемости. Однако некоторые животные, напротив, демонстрируют весьма высокие уровни усвоения навыка. В чем же заключаются различия между такими животными? Ответ на этот вопрос исследователи нашли с помощью генетико-этологического анализа проблемы (Вилкок, 1975). Генетический эксперимент, который позволил найти путь его разрешения, будет изложен ниже, в разделе, посвященном описанию методов диаллельного скрещивания (см.: раздел 8.6.6.2).

Этологический аспект проблемы заключается в следующем. Боль, как фактор, провоцирующий у животного реакцию страха, вызывает у млекопитающих, а точнее у грызунов, одну из двух ответных реакций либо замирание (затаивание), либо бегство.

Существует так называемая двухкомпонентная теория физиологических механизмов реакции избегания, в соответствии с которой животные в начальный период обучения обнаруживают тенденцию либо "затаиваться" от опасности, которую представляет собой боль, предваряемая условным сигналом, либо убегать, но осуществляют они эти реакции вне связи с условным сигналом. Преобладание у животных реакции "затаивания" ухудшает их шанс усвоить данный навык. В целом, по мере увеличения числа сочетаний условного и безусловного сигналов, в поведении начинает превалировать тенденция к бегству. Это объяснение, как таковое, не объясняет, почему смена этих реакций обнаруживает подобную динамику, однако для анализа поведения в челночной камере с позиций генетической изменчивости, оно представляется продуктивным.

При отборе животных в процессе выведения линий, быстро и медленно обучающихся условно-рефлекторной реакции избегания, исследователь руководствуется условными критериями обученности, точнее быстротой их достижения животными, которые будут использованы как производители. Можно предполагать, что крысы, которые быстрее достигли данного критерия, действительно обладают более высокими ассоциативными способностями. Однако естественно предположить, что исследователи отбирают не только "умных" и "глупых" животных, но и таких, у кого оказываются более низкими пороги реакции бегства в ответ на боль (более высокий уровень реакций избегания), а также тех, у кого ниже пороги реакции замирания как ответа на боль (уровень реакций избегания ниже). Данные опыта по диаллельному скрещиванию (см.: раздел 8.6.6.2) в целом подтверждают правомочность такого предположения.

8.6.4. Действие одиночных генов на поведение.

В разделе 8.4.3.6 приводились примеры влияния мутаций отдельных генов на разные формы поведения дрозофилы. Эффекты отдельных генов на поведение млекопитающих ( преимущественно мыши), бывают не менее иллюстративными. Оценка влияния одиночных генов на поведение требует глубоких знаний по физиологии поведения , поскольку в противном случае интерпретация результатов может быть ошибочной. Данные по роли гена "albino" в поведении лабораторных грызунов в этом отношении весьма поучительны.