Использование метода электроэнцефалографии для изучения поведения, процессов адаптации и неврологических расстройств у некоторых видов рыб: обзор
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Аннотация
Электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод исследования головного мозга с помощью регистрации разности электрических потенциалов, возникающих в процессе его жизнедеятельности. По характеристикам ЭЭГ можно судить о функциональном состоянии головного мозга организма, а следовательно, и о восприятии им изменений в окружающей среде. Многие представители нектона, в том числе и рыбы, являются уникальными животными, показатели электроэнцефалографии которых достаточно информативны для изучения функций мозга, неврологических расстройств и определения токсичности ряда веществ. В настоящее время имеется достаточно большое количество работ, посвящённых физиологии и экологии различных видов рыб. Выявлена функциональная активность головного мозга рыб в покое и во время различных стимулов, которая приводит к появлению на ЭЭГ колебаний различной частоты. Однако крайне важно провести выбор модельных объектов для оценки нейрофизиологических процессов рыб, а также ЭЭГ-методом выявить особенности их поведения и адаптации для определения экологических и эволюционных процессов. В данной работе приведены примеры использования метода ЭЭГ для исследования нейрофизиологических процессов рыб. Проведён обзор исследований циркадных ритмик, механизмов сна и бодрствования, неврологических расстройств у рыб.
Авторы
Библиографические ссылки
Будук-оол Л. К., Куулар Ш. В., Ховалыг А. М. Электроэнцефалография : учеб.-метод. пособие. – Кызыл : Изд-во Тувин. гос. ун-та, 2020. – 48 с.
Егорова И. С. Электроэнцефалография. – Москва : Медицина, 1973. – 296 с.
Зенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии) : рук. для врачей. – 8-е изд. – Москва : МЕДпресс-информ, 2017. – 359 с.
Зуев Г. В., Скуратовская Е. Н. Многолетняя динамика репродуктивного потенциала черноморского шпрота Sprattus sprattus phalericus (Risso) (Pisces: Clupeidae) в Крымском регионе // Изучение водных и наземных экосистем: история и современность : Междунар. науч. конф., посвящ. 150-летию Севастоп. … 45-летию НИС «Профессор Водяницкий», 13–18 сент. 2021 г., Севастополь, РФ / М-во науки и высш. образования РФ [и др.]. – Севастополь : ФИЦ ИнБЮМ, 2021. – С. 97–98. – EDN: UGYLEH
Коплик Е. В., Салиева Р. М., Горбунова А. В. Тест «открытого поля» как прогностический критерий устойчивости крыс линии Вистар к эмоциональному стрессу // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. – 1995. – Т. 45, № 4. – С. 775–781.
Крушинский А. Л., Реутов В. П., Кузенков В. С., Сорокина Е. Г., Кошелев В. Б., Фадюкова О. Е., Байдер Л. М., Куроптева З. В., Жумабаева Т. Т., Комисарова Л. Х., Рясина Т. В., Косицын Н. С., Пинелис В. Г. Влияние NO-генерирующего соединения и ингибитора NO-синтазы на реализацию механизмов кратковременной адаптации к гипоксии у крыс линии Крушинского – Молодкиной // Актуальные проблемы транспортной медицины. – 2007. – № 4. – С. 117–123. – EDN: RYCRLN
Попов П. А. Стратегия адаптации промысловых рыб к условиям обитания в водоемах арктического побережья Сибири // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. – 2016. – № 3. – С. 72–78. – EDN: YLMSQW
Путилов А. А. Хронобиология и сон // Сомнология и медицина сна : нац. рук. памяти А. М. Вейна и Я. И. Левина / под ред. М. Г. Полуэктова. – 2-е изд., доп. и перераб. – Москва : Медконгресс, 2020. – Гл. 9. – С. 235–265.
Современная нейробиология: достижения, закономерности, проблемы, инновации, технологии : материалы всерос. конф. (Уфа, 22–23 окт. 2015 г.) / Башкир. гос. ун-т ; редкол.: З. Р. Хисматуллина [и др.]. – Уфа : РИЦ БашГУ, 2015. – 176 с.
Судаков К. В., Умрюхин П. Е. Системные основы эмоционального стресса. – Москва : ГЭОТАР – Медиа, 2010. – 112 с.
Царин С. А., Горбунов Р. В., Скуратовская Е. Н. Уникальная коллекция гидробионтов Мирового океана ФИЦ ИнБЮМ // Всероссийская конференция «Зоологические коллекции как источник генетических ресурсов мировой фауны – классические и современные подходы к их изучению, хранению и использованию», 22–23 июня 2022 г., Зоол. ин-т РАН, С.-Петербург / Зоол. ин-т РАН. – Санкт-Петербург : ЗИН РАН, 2022. – С. 41.
Abhang P. A., Gawali B. W., Mehrotra S. C. Technical aspects of brain rhythms and speech parameters // Introduction to EEG- and Speech-Based Emotion Recognition / P. A. Abhang, B. W. Gawali, S. C. Mehrotra. – Amsterdam [et al.] : Acad. Press, 2016. – Сhap. 3. – Р. 51–79. – https://doi.org/10.1016/b978-0-12-804490-2.00003-8
Adrian E. D., Buytendijk F. J. J. Potential changes in the isolated brain stem of the goldfish // The Journal of Physiology. – 1931. – Vol. 71, iss. 2. – Р. 121–135. – https://doi.org/10.1113/jphysiol.1931.sp002720
Afrikanova T., Serruys A. S. K., Buenafe O. E. M., Clinckers R., Smolders I., de Witte P. A. M., Crawford A. D., Esguerra C. V. Validation of the zebrafish pentylenetetrazol seizure model: locomotor versus electrographic responses to antiepileptic drugs // PLoS One. – 2013. – Vol. 8, iss. 1. – Art. e54166. – https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054166
Baumeister J., Barthel T., Geiss K. R., Weiss M. Influence of phosphatidylserine on cognitive performance and cortical activity after induced stress // Nutritional Neuroscience. – 2008. – Vol. 11, iss. 3. – Р. 103–110. – https://doi.org/10.1179/147683008X301478
Binks P. G., Waters W. F., Hurry M. Short-term total sleep deprivations does not selectively impair higher cortical functioning // Sleep. – 1999. – Vol. 22, iss. 3. – P. 328–334. – https://doi.org/10.1093/sleep/22.3.328
Buser P., Dussardier M. Organisation des projections de la rеtine sur le lobe optique, etudiee chez quelques Teleosteens // The Journal of Physiology – Paris. – 1953. – Vol. 45. – Р. 57–60.
Buser P., Schеrrer J. Potentiels d’action du nerf optique chez le poisson-chat // Comptes rendus des séances de la Société de biologie et de ses filiales. – 1950. – Vol. 144. – Р. 892–894.
Campbell S. S., Tobler I. Animal sleep: a review of sleep duration across phylogeny // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. – 1984. – Vol. 8, iss. 3. – Р. 269–300. – https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6504414/
Cho S.-J., Byun D., Nam T.-S., Choi S.-Y., Lee B.-G., Kim M.-K., Kim S. Zebrafish as an animal model in epilepsy studies with multichannel EEG recordings // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – Art. 3099. – https://doi.org/10.1038/s41598-017-03482-6
de Calbiac H., Dabacan A., Muresan R., Kabash E., Ciura S. Behavioral and physiological analysis in a zebrafish model of epilepsy // Journal of Visualized Experiments. – 2021. – Vol. 176. – Art. e58837. – https://doi.org/10.3791/58837
Duboue E. R., Borowsky R. L., Keene A. C. β-adrenergic signaling regulates evolutionarily derived sleep loss in the Mexican cavefish // Brain, Behavior and Evolution. – 2012. – Vol. 80, iss. 4. – Р. 233–243. – https://doi.org/10.1159/000341403
Elbaz I., Foulkes N. S., Gothilf Y., Appelbaum L. Circadian clocks, rhythmic synaptic plasticity and the sleep-wake cycle in zebrafish // Frontiers in Neural Сircuits. – 2013. – Vol. 7. – P. 1–7. – https://doi.org/10.3389/fncir.2013.00009
Enger P. S. The electroencephalogram of the codfish (Gadus callarias) // Acta Physiologica Scandinavica. – 1957. – Vol. 39, iss. 1. – Р. 55–72. – https://doi.org/10.1111/j.1748-1716.1957.tb01409.x
Fontana B. D., Mezzomo N. J., Kalueff A. V., Rosemberg D. B. The developing utility of zebrafish models of neurological and neuropsychiatric disorders: a critical review // Experimental Neurology. – 2018. – Vol. 299, pt. А. – Р. 157–171. – https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.10.004
Grone B. P., Baraban S. C. Animal models in epilepsy research: legacies and new directions // Nature Neuroscience. – 2015. – Vol. 18, iss. 3. – Р. 339–343. – https://doi.org/10.1038/nn.3934
Guo S. Linking genes to brain, behavior and neurological diseases: what can we learn from zebrafish? // Genes, Brain and Behavior. – 2004. – Vol. 3, iss. 2. – Р. 63–74. – https://doi.org/10.1046/j.1601-183X.2003.00053.x
Howe K., Clark M. D., Torroja C. F. ... Stemple D. L. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome // Nature. – 2013. – Vol. 496, iss. 7446. – P. 498–503. – https://doi.org/10.1038/nature12111
Lee Y., Lee K. J., Jang J. W., Lee S. I., Kim S. An EEG system to detect brain signals from multiple adult zebrafish // Biosensors and Bioelectronics. – 2020. – Vol. 164. – Art. 112315. – https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112315
Lee Y., Seo H. W., Lee K. J., Jang J. W., Kim S. A. Microfluidic system for stable and continuous EEG monitoring from multiple larval zebrafish // Sensors. – 2020. – Vol. 20, iss. 20. – Art. 5903. – https://doi.org/10.3390/s20205903
Llinas R. R. Intrinsic electrical properties of mammalian neurons and CNS function: a historical perspective // Frontiers in Cellular Neuroscience. – 2014. – Vol. 8, iss. Oct. – Art. 320. – https://doi.org/10.3389/fncel.2014.00320
Lucas-Sánchez A., Almaida-Pagánedro P. F., Martinez-Nicolas A., Madrid J. A., Mendiol P., de Costa J. Rest-activity circadian rhythms in aged Nothobranchius korthausae. The effects of melatonin // Experimental Gerontology. – 2013. – Vol. 48, iss. 5. – P. 507–516. – https://doi.org/10.1016/j.exger.2013.02.026
Lyamin O. I., Manger P. R., Ridgway S. H., Mukhametov L. M., Siegel J. M. Cetacean sleep: an unusual form of mammalian sleep // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. – 2008. – Vol. 32, iss. 8. – P. 1451–1484. – https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2008.05.023
McCurley A. T., Callard G. V. Characterization of housekeeping genes in zebrafish: male-female differences and effects of tissue type, developmental stage and chemical treatment // BMC Molecular Biology. – 2008. – Vol. 9. – Art. 102. – https://doi.org/10.1186/1471-2199-9-102
Moshe S. L., Perucca E., Ryvlin P., Tomson T. Epilepsy: new advances // The Lancet. – 2015. – Vol. 385, iss. 9971. – P. 884–898. – https://doi.org/10.1016/S0140-6736(14)60456-6
Mukhametov L. M., Supin A. Y., Polyakova I. G. Interhemispheric asymmetry of the electroencephalographic sleep patterns in dolphins // Brain Research. – 1977. – Vol. 134, iss. 3. – P. 581–584. – https://doi.org/10.1016/0006-8993(77)90835-6
Nabinger D. D., Altenhofen S., Bonan C. D. Zebrafish models: gaining insight into purinergic signaling and neurological disorders // Progress in Neuropsychopharmacology and Biological Psychiatry. – 2020. – Vol. 98. – Art. 109770. – https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2019.109770
Pineda R., Beattie C. E., Hall C. W. Recording the adult zebrafish cerebral field potential during pentylenetetrazole seizures // Journal of Neuroscience Methods. – 2011. – Vol. 200, iss. 1. – P. 20–28. – https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2011.06.001
Prober D. A., Rihel J., Onah A. A., Sung R-J., Schier A. F. Hypocretin/orexin overexpression induces an insomnia-like phenotype in zebrafish // Journal of Neuroscience. – 2006. – Vol. 26, iss. 51. – P. 13400–13410. – https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4332-06.2006
Rattenborg N. C. Do birds sleep in flight? // Naturwissenschaften. – 2006. – Vol. 93, iss. 9. – P. 413–425. – https://doi.org/10.1007/s00114-006-0120-3
Robb D., Roth B. Brain activity of Atlantic salmon (Salmo salar) following electrical stunning using various field strengths and pulse durations // Aquaculture. – 2003. – Vol. 216, iss. 1/4. – P. 363–369. – https://doi.org/10.1016/S0044-8486(02)00494-5
Romanelli P., Striano P., Barbarisi M., Coppola G., Anschel D. J. Non-resective surgery and radiosurgery for treatment of drug-resistant epilepsy // Epilepsy Research. – 2012. – Vol. 99, iss. 3. – P. 193–201. – https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2011.12.016
Rucinque D. S., van de Vis H., Reimert H., Roth B., Foss A., Taconeli C. A., Gerritzen M. Pre-slaughter stunning of farmed atlantic halibut in CO2-saturated seawater: assessment of unconsciousness by electroencephalography (EEG) // Animals. – 2023. – Vol. 13, iss. 12. – Art. 1993. – https://doi.org/10.3390/ani13121993
Sarasso S., Proserpio P., Pigorini A., Moroni F., Ferrara M., De Gennaro L., De Carli F., Lo Russo G., Massimini M., Nobili L. Hippocampal sleep spindles preceding neocortical sleep onset in humans // NeuroImage. – 2014. – Vol. 86. – P. 425–432. – https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.10.031
Schade J. P., Weiler I. J. Electroencephalographic patterns of the goldfish (Carassius auratus L.) // Journal of Experimental Biology. – 1959. – Vol. 36, iss. 3. – P. 435–452. – https://doi.org/10.1242/jeb.36.3.435
Stewart A. M., Desmond D., Kyzar E., Gaikwad S., Roth A., Riehl R., Collins C., Monnig L., Green J., Kalueff A. V. Perspectives of zebrafish models of epilepsy: what, how and where next? // Brain Research Bulletin. – 2012. – Vol. 87, iss. 2/3. – P. 135–143. – https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2011.11.020
Striano P., Orefice G., Brescia Morra V., Boccella P., Sarappa C., Lanzillo R., Vacca G., Striano S. Epileptic seizures in multiple sclerosis: clinical and EEG correlations // Neurological Sciences. – 2003. – Vol. 24, iss. 5. – P. 322–328. – https://doi.org/10.1007/s10072-003-0183-2
Sungpyo H., Takeuchi Y., Itoh H., Uchimura M. Fish sleeping under sandy bottom: interplay of melatonin and clock genes // General and Comparative Endocrinology. – 2012. – Vol. 177, iss. 1. – P. 37–45. – https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2012.01.007
Tobler I., Borbely A. A. Effects of rest deprivation on motor activity of fish // Journal of Comparative Physiology. [Pt.] A, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. – 1985. – Vol. 157, iss. 6. – P. 817–822. – https://doi.org/10.1007/BF01350078
Vanwalleghem G., Schuster K., Taylor M. A., Favre-Bulle I. A., Scott E. K. Brain-wide mapping of water flow perception in zebrafish // Journal of Neuroscience. – 2020. – Vol. 40, iss. 21. – P. 4130–4144. – https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0049-20.2020
Yokogawa T., Marin W., Faraco J., Pezeron G., Appelbaum L., Zhang J., Rosa F., Mourrain P., Mignot E. Characterization of sleep in zebrafish and insomnia in hypocretin receptor mutants // PLoS Biology. – 2007. – Vol. 5, iss. 10. – P. 2379–2397. – https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0050277
Zhao S.-S., Wang Y.-L., Sun M.-Z., Lu L., Wang Y.-N., Pfister D., Lee J., Zhao X., Feng X.-Z., Li L. Drug screening: zebrafish as a tool for studying epileptic-related chemical compounds // Protein & Cell. – 2015. – Vol. 6, iss. 11. – P. 853–857. – https://doi.org/10.1007/s13238-015-0206-9