Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ КОГНИТИВНЫХ НАРУШЕНИЙ У БЕЛЫХ КРЫС

Изобретение относится к области медицины, конкретно к экспериментальной медицине, и может быть использовано для изучения когнитивных показателей белых крыс в норме и при патологии различного генеза.

Известны способы оценки показателей когнитивных функций путем тестирования экспериментальных животных в тестах «радиальный лабиринт», «лабиринт Морриса», «Т-лабиринт» [2, 5]. Особенностью данных методов является длительный период обучения животных, составляющий в среднем от 8-ми до 15-ти дней и больше.

Наиболее близким способом изучения когнитивных показателей животных (прототип) является способ изучения особенностей высшей нервной деятельности, заключающийся в выработке условного питьевого рефлекса в Т-образном лабиринте [3]. Однако данный способ является достаточно трудоемким и для выработки условного рефлекса у животных требуется продолжительный период времени (10 дней). При планировании экспериментального исследования возникает необходимость предварительной оценки когнитивного потенциала животных, которая позволит расширить или, напротив, сузить набор экспериментальных методов исследования в дальнейшем.

Задачей, решаемой данным изобретением, является разработка способа выявления когнитивных нарушений у белых крыс, позволяющего снизить трудоемкость и временные затраты на проведение эксперимента.

Поставленная задача достигается тем, что проводят тестирование белых крыс в «открытом поле»: в течение 3 минут регистрируют следующие показатели: суммарная длительность актов «локомоции», «обнюхивания», «сидит»; число вертикальных стоек; число актов «фризинг». Рассчитывают прогностические коэффициенты по формулам:

F₁=-20,94+0,28×a₁+0,20×a₂+0,28×a₃+1,23×a₄+0,47×a₅,

F₂=-28,02+0,03×a₁+0,39×a₂+0,39×a₃+4,15×a₄+2,08×a₅,

где F₁ и F₂ - прогностические коэффициенты, a₁ - суммарная длительность акта «обнюхивания» (с), a₂ - суммарная длительность акта «сидит» (с), a₃ - суммарная длительность акта «локомоции» (с), a₄ - число вертикальных стоек, a₅ - число актов «фризинг».

Если F₁ больше F₂, делают заключение об отсутствии когнитивных нарушений у экспериментальных животных, а при F₂ больше F₁ - делают заключение о наличии когнитивных нарушений у экспериментальных животных и определяют степень их выраженности с помощью прогностического индекса (ПИ), который рассчитывают по формуле:

где e - основание натурального логарифма (2,72…).

Если ПИ больше 0,5 и меньше 0,64, степень выраженности когнитивных нарушений определяют как низкую, при ПИ больше 0,65 и меньше 0,84 - как среднюю, при ПИ больше 0,85 - как высокую.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что по результатам тестирования в «открытом поле» по показателям двигательной и ориентировочно-исследовательской активности и тревожности можно выявлять наличие у данных особей нарушений когнитивных функций, таких как способность к обучению и пространственной ориентации, а также нарушение процессов рабочей памяти. К тому же при вычислении прогностического индекса определяется степень выраженности когнитивных нарушений у животных.

Авторами не найдено в проанализированной литературе способа выявления когнитивных нарушений у белых крыс по показателям их поведения в «открытом поле».

Сравнение предлагаемого изобретения с существующими способами оценки когнитивных способностей белых крыс показало, что впервые предложено устанавливать наличие и оценивать степень нарушения когнитивных функций у крыс путем регистрации показателей их поведения в тесте «открытое поле».

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям изобретения «Новизна» и «Изобретательский уровень», так как оно явным образом не следует для специалиста из уровня техники. Предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость», так как оно может использоваться в экспериментальной медицине, физиологии, патологической физиологии, фармакологии для выявления когнитивных показателей животных и при планировании дизайна экспериментальных исследований.

В многочисленных исследованиях метод «открытое поле» используется для оценки состояния центральной нервной системы животных [1, 4]. Регистрируемые в данном тесте показатели поведения характеризуют ориентировочно-исследовательское поведение (обнюхивания), двигательную активность (локомоции, сидит) и тревожность (фризинг). Ориентировочно-исследовательская активность, как проявление высшей нервной деятельности, представляет собой один из важнейших типов поведения, благодаря которому животные получают знания об окружающей среде и демонстрируют элементарную рассудочную деятельность. В фармакологии повышение локомоторной и ориентировочно-исследовательской активности животных экспериментальных групп при сравнении с контролем указывает на наличие возможного ноотропного эффекта у исследуемых соединений [4, 5]. В то же время для оценки таких показателей когнитивных функций животных, как рабочая память, способность к обучению и пространственной ориентации, необходимо проведение дополнительных исследований с использованием стандартных методик, таких как условный рефлекс активного и пассивного избегания (УРПИ и УРАИ), Т-образный лабиринт, радиальный лабиринт, водный лабиринт Морриса и т.п.

Эксперимент проводили на беспородных крысах в количестве 140 особей массой 180-240 г, полученных из собственного питомника Ангарского филиала ФГБУ «ВСНЦ ЭЧ» СО РАМН. Тестирование белых крыс проводили с использованием установки «открытое поле», представляющую собой круглую арену диаметром 97 см, с высотой стенок - 42 см, диаметром отверстий в полу - 2 см. Наблюдение производили в течение 3 минут с регистрацией следующих показателей: суммарная длительность актов «локомоции», «обнюхивания», «сидит»; число вертикальных стоек; число актов «фризинг».

Полученные результаты исследований обработаны с использованием ППП Statistica 6.0. (критерии Манна-Уитни, дискриминантный анализ, лиц №AXXR004E642326FA).

Таблица 1 позволяет сделать выводы относительно статистической значимости каждой из зависимых переменных, входящих в построенную модель. В данном случае все исследуемые переменные оказывают весьма значимое влияние на зависимую переменную (p<0,05). Уровень значимости для модели составил 0,0001.

Для подтверждения когнитивного статуса белых крыс проводили оценку рабочей памяти, способности к обучению, пространственной ориентации и навигационному научению при тестировании в радиальном лабиринте и водном лабиринте Морриса.

В таблице 2 представлены результаты тестирования животных в «открытом поле», «радиальном лабиринте», водном лабиринте Морриса (данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха).

Пример 1.

Белая крыса, подвергавшаяся хронической пренатальной гипоксии. При обследовании в тесте «открытое поле» выявлены числовые значения показателей:

a₁ - суммарная длительность акта «обнюхивания» - 32,5 с,

a₂ - суммарная длительность акта «сидит» - 23 с,

a₃ - суммарная длительность акта «локомоции» - 109,7 с,

a₄ - число вертикальных стоек - 0,

a₅ - число актов «фризинг» - 1.

Вычисляем прогностические коэффициенты F₁ и F₂ по формулам:

F₁=-20,94+0,28×32,5+0,20×23+0,28×109,7+1,23×0+0,47×1=23,63,

F₂=-28,02+0,03×32,5+0,39×23+0,39×109,7+4,15×0+2,08×1=27,26.

F₂ больше F₁, ПИ=0,97.

Заключение: наличие у данной особи когнитивных нарушений высокой степени выраженности. Результаты тестирования в водном и радиальном лабиринтах показали, что у данного животного показатели когнитивных способностей значительно снижены по сравнению с группой контроля. Так, латентный период поиска скрытой платформы в водном лабиринте у данной особи составил 61,9 с, что значительно выше среднего показателя группы контроля (42,7 (31,8; 61,5) с. При обучении в радиальном лабиринте число ошибок рабочей памяти (2 ошибки) в последний сеанс обучения у данной особи превышало показатель контрольной группы 0 (0; 0). Число последовательно посещенных подкрепляемых рукавов лабиринта у данной особи (2) было значительно ниже показателей контрольной группы 4 (3; 4) (табл.2).

Пример 2.

Белая крыса, подвергавшаяся ингаляционному воздействию толуола. При обследовании в тесте «открытое поле» выявлены числовые значения показателей:

a₁ - суммарная длительность акта «обнюхивания» - 55 с,

a₂ - суммарная длительность акта «сидит» - 19,5 с,

a₃ - суммарная длительность акта «локомоции» - 79,7 с,

a₄ - число вертикальных стоек - 1,

a₅ - число актов «фризинг» - 3.

Вычисляем прогностические коэффициенты F1 и F2 по формулам:

F₁=-20,94+0,28×55+0,20×19,5+0,28×79,7+1,23×1+0,47×3=23,09;

F₂=-28,02+0,03×55+0,39×19,5+0,39×79,7+4,15×1+2,08×3=23,12.

F₂ больше F₁, ПИ=0,51.

Заключение: наличие у данной особи когнитивных нарушений низкой степени выраженности. Обследование в водном и радиальном лабиринтах подтвердило наличие когнитивных нарушений у данного животного. У данной особи наблюдалось повышение латентного периода поиска скрытой платформы в водном лабиринте, составившего 57,2 с и значительно превышавшего средний показателя группы контроля (42,7 (31,8; 61,5) с. При обучении в радиальном лабиринте выраженных нарушений рабочей памяти выявлено не было (табл.2).

Пример 3.

Белая крыса, подвергавшаяся острой пренатальной гипоксии. При обследовании в тесте «открытое поле» выявлены числовые значения показателей:

a₁ - суммарная длительность акта «обнюхивания» - 57 с,

a₂ - суммарная длительность акта «сидит» - 23 с,

a₃ - суммарная длительность акта «локомоции» - 85 с,

a₄ - число вертикальных стоек - 1,

a₅ - число актов «фризинг» - 2.

Вычисляем прогностические коэффициенты F₁ и F₂ по формулам:

F₁=-20,94+0,28×57+0,20×23+0,28×85+1,23×1+0,47×2=25,34,

F₂=-28,02+0,03×57+0,39×23+0,39×85+4,15×1+2,08×2=24,56.

F₂ больше F₁, ПИ=0,68.

Заключение: наличие у данной особи когнитивных нарушений средней степени выраженности. При тестировании в водном и радиальном лабиринтах были подтверждены полученные результаты. У данного животного наблюдалось повышение латентного периода поиска скрытой платформы в водном лабиринте (69,1 с) и числа ошибок рабочей памяти при обучении в радиальном лабиринте (3) по сравнению со средними показателями группы контроля (табл.2).

Пример 4.

Белая крыса из контрольной группы. При обследовании в тесте «открытое поле» выявлены числовые значения показателей:

a₁ - суммарная длительность акта «обнюхивания» - 59,2 с,

a₂ - суммарная длительность акта «сидит» - 27,9 с,

a₃ - суммарная длительность акта «локомоции» - 73,2 с,

a₄ - число вертикальных стоек - 0,

a₅ - число актов «фризинг» - 1.

Вычисляем прогностические коэффициенты F1 и F2 по формулам:

F₁=-20,94+0,28×59,2+0,20×27,9+0,28×73,2+1,23×0+0,47×1=21,95,

F₂=-28,02+0,03×59,2+0,39×27,9+0,39×73,2+4,15×0+2,08×1=15,68.

F₁ больше F₂.

Заключение: отсутствуют когнитивные нарушения у данной особи. Тестирование в водном и радиальном лабиринтах подтвердило полученные результаты. Нарушений способности к навигационному научению и изменений процессов пространственной и рабочей памяти не наблюдалось. Показатели когнитивных способностей данной особи - латентный период поиска скрытой платформы (35 с), число ошибок рабочей памяти (0) и число последовательно посещенных подкрепляемых рукавов радиального лабиринта в последний сеанс тестирования (4) - находились в пределах средних показателей контрольной группы (табл.2).

Таким образом, предлагаемый способ менее трудоемок и требует меньше времени на проведение эксперимента.

Литература

1. Обучение в водном лабиринте Морриса самок и самцов крыс, подвергавшихся воздействию гипоксии в различные сроки пренатального периода развития / О.И. Ватаева [и др.] // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 2005. - Т.41, №6. - С.530-533.

2. Самотруева М.А. Экспериментальные модели поведения / М.А. Самотруева, Д.Л. Теплый, И.И. Тюренков // Естественные науки. - 2009. - №2. - С.140-152.

3. Першина О.В., Суслов Н.И., Литвиненко В.И., Попова Т.П. Влияние экстракта из надземной части Scutellaria baicalensis Georgi на выработку и воспроизведение условного питьевого рефлекса у интактных животных и животных с алкогольной интоксикацией // Растительные ресурсы. - 2000. - Вып.2. - С.120-124.

4. Иванов Д.Г. Взаимосвязь уровня метаболизма коллагена и поведения крыс в тесте «открытое поле» / Д.Г. Иванов, В.Г. Подковкин // Успехи современного естествознания. - 2010. - №5. - С.16-20.

5. Подковкин В.Г. Влияние краткосрочной изоляции на поведение крыс в тесте «открытое поле» / В.Г. Подковкин, Д.Г. Иванов / Успехи современного естествознания. - 2009. - №6. - С.12-16.