986

9365 ،686-207 ص ،6 شمارة ،سومو بيست دورة كرمان، پزشكي علوم دانشگاه مجلة

هیپوکامپ در موش CA1های ناحیه تکاملی مالتونین بر پالستیسیته سیناپسی نورون تأثیر

صحرایی محروم از بینائی 2، محمود سالمی1*سید علیرضا طالئی

خالصه

محرومیت تأثیرمطالعه در این شود. روزی می های شبانه تغییر در تجربه بینائی باعث ایجاد اختالل در ریتم :مقدمه CA1 ناحی ه ه ای سیناپس ی در ن ورو ته یدر دوره بحرانی تکامل مغز و دریافت مالتونین بر پالستیس بیناییاز

مورد بررسی قرار گرفته است. هیپوکامپ س اعته روش نائی 21-21های صحرائی نر پرورش یافت ه در س یکل مطالعه تجربی حاضر بر روی موش روش:

و 4 ،1زیر گروه 3( انجام شد. حیوانات هر گروه به Dark reared; DR( و تاریکی کامل )Light reared; LRتاریکی )ثب ت CA1های سیناپسی تحریکی میدانی از دندریت نورو های پس تائی( تقسیم شدند. ابتدا پتانسیل 26هفته ) 6

ه ای می دانی در نیمی از حیوانات هر گروه مالتونین به درو بطن مغز تزریق گردید و دوباره پاسخ ،سپسشد. القا شد. (Lorg-term potertiation: LTP) تقویت دراز مدتتحریک تتانیک ثبت شد. در نهایت با اعمال

(. محرومیت از بینائی >12/1Pکاسته شد ) LRهای پایه حیوانات زما با افزایش سن از اندازه دامنه پاسخ هم :ها یافتهدر LTP( و م ان از الق ای >12/1Pهای پایه حیوان ات گردی ده ) و دریافت مالتونین باعث افزایش دامنه پاسخ

مخرب تأثیرهای محروم از بینائی دریافت مالتونین در موش ،LRهای شد. در مقایسه با موش CA1مدارهای ناحیه (.>112/1Pداشت ) CA1در ناحیه LTPکمتری بر القای

محرومیت از بینائی طی دوره بحرانی تکامل مغز طی یک روند وابسته به زما باعث افزایش فعالیت گيري: نتيجهها را تضعیف در این نورو LTPهیپوکامپ موش صحرائی شده و القای CA1های ناحیه ه سیناپسی در نورو پایطی CA1های ناحیه در نورو LTPمخرب دریافت مالتونین بر القای تأثیرچنین، محرومیت از بینائی با کند. هم می

کند. یک روند وابسته به زما مقابله می ییموش صحراتجربه بینائی، مالتونین، ،پالستیسیته سیناپسی، هیپوکامپ، دوره بحرانی :ي کليديها واژه

، ، مركز تحقيقات فيزیولوژی، دانشگاه علوم پزشكي كاشانفيزیولوژی استاد -7 ، ایرانكاشان، دانشجوی دكتری علوم اعصاب، مركز تحقيقات فيزیولوژی، دانشگاه علوم پزشكي كاشان -9

، ایران كاشان

talaei@kaums.ac.ir :الكترونیك پست آدرس ،مسؤول نويسنده * 92/99/9361 مقاله: پذيرش 78/90/9361 شده: اصالح مقاله دريافت 76/2/9361 مقاله: دريافت

پژوهشی مقالة

سالمیو طاليی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

966

مقدمهه ای ه ا و س یانال متقابل فعالیت ذاتی ن ورو تأثیر

دریافتی از محیط در دوره بحرانی تکامل مغ ز پس تاندارا . هرگونه تغیی ر (2)شود باعث بلوغ دستااه عصبی آنها می

های محیطی )تجربه حس ی( ط ی در نحوه دریافت سیانالرات شدید در ساختار و عملکرد این دورا باعث ایجاد تغیی

ه ای ن وری در . نقش سیانال(1)شود دستااه عصبی میتکامل مغز پستاندارا در دوره بحرانی تکامل مغز از دیا ر

. در مطالع ات زی ادی (3)تر است ها پررنگ انواع سیانالهای نوری بر ساختار و تغییر در نحوه دریافت سیانال تأثیر

. برای مثال (4-5)عملکرد قشر بینائی نشا داده شده است ص ورت گردیده است که تغییر در تجربه بین ائی ب ه بیا

محرومی ت از دریاف ت ن ور باع ث ایج اد اخ تالل در ه ای ص حرائی پذیری سیناپسی در قشر بینائی موش شکل. و یا در یک مطالعه دیار نشا داده شده است (6)شود می

وسط یک چشم نی ز باع ث که محرومیت از دریافت نور ته ای وهای برانایخته بینائی در ن ور کاهش دامنه پتانسیل

. (7)گردد های صحرائی می قشر بینائی موشنقش تشکیالت هیپوکامپ در تشکیل برخ ی از ان واع

ارا کامال محرز شده و هر حافظه و یادگیری در مغز پستاندپذیری سیناپسی، تقوی ت دو مکانیسم پشنهادی برای شکل

( و تضعیف دراز مدت Long-term Potentiation; LTPدراز مدت )(Long-term Depression; LTDدر این ناحیه به ) خ وبی مطالع ه

پ ردازش در های حسی پ س از . بخشی از پیام(8)اند شدهقشر حسی مربوطه به هیپوکامپ منتق ل ش ده و در ایج اد

. در ای ن (9)کنن د یادگیری و تولید حافظه نقش ایفا م ی تر است و نش ا میا ، نقش قشر بینائی از سایر قشرها مهم

داده شده است که عمده ورودی حسی ناحیه هیپوکامپ از . همانند قشرهای حسی، برای (21)شود قشر بینائی تامین می

هیپوکامپ نیز یک دوره بحرانی تکامل در ابتدای زن دگی حال، تنها مطالعات اندکی . با این(22)شود نظر گرفته میدر

ه ای محیط ی در دوره به بررسی تغییر در دریافت سیاناله ای از پی ام صورت محرومی ت بحرانی تکامل مغز چه به

ه ای صورت تقوی ت دریاف ت پی ام ، و چه به(21)حسی اند. داختهبر ساختار و عملکرد این ناحیه پر (23)محیطی

های شدت ریتم های بینائی به تغییر در نحوه دریافت پیامهم زده و در نتیجه باعث شبانه روزی ذاتی پستاندارا را بر

ایجاد برخی تغییرات فیزیولوژیک مثل تغییر در ریتم ترشح . بیشترین مقدار ترشح (24)گردد نوروهورمو مالتونین می

های شبانه روزی اتفاق افتاده و مالتونین در فاز تاریکی ریتمانال ت رین س ی نشا داده شده است که دریافت کوچ ک

ش ود نورانی باعث افت شدید ترشح این نوروهورمو م ی . بیشترین اعمال مالتونین از طریق دو گیرنده غشایی (25)شود که حضور آنها گری می واسطه MT2و MT1های نام به

خ وبی در مغز پستاندارا ، باالخص در ناحیه هیپوکامپ به مالت ونین ب ر ت أثیر . اگرچ ه (26)اس ت نشا داده شده

پذیری سیناپسی مدارهای نورونی نواحی مختلف مغزی شکلدر برخی مطالعات نشا داده شده است، اما این نتایج اغلب

کنند. برخی مطالع ات متناقض بوده و یکدیار را تائید نمیپذیری سیناپسی بوده حاکی از اثر تسهیلی مالتونین بر شکل

و برخی دیار از اثر مه اری ای ن نورهورم و ب ر (27). هدف از (28)پذیری مدارهای نورونی حکایت دارند شکل

ف ت مالت ونین ب ر تک املی دریا ت أثیر این مطالعه بررسی ه ای هیپوکام پ م وش CA1پذیری مدارهای ناحیه شکل

صحرائی رشد یافته در سیکل طبیعی روشنائی تاریکی و نیز های صحرائی محروم از نور طی دوره بحرانی تکام ل موش . بودمغز

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

961

روش ی ن ر یموش صحرا سر 96 پژوهش تجربی بر رویاین

در یک محیط استاندارد . حیوانات ویستار انجام گرفت نژادگ راد( و رطوب ت مح یط درجه سانتی 11±1دما )از نظر

به آب آزادانه دسترسی شدند و درصد( ناهداری می 5±55)اصول کار با حیوانات آزمایش ااهی . داشتندی یو مواد غذا

های کمیته اخالق معاون ت پژوهش ی مطابق با دستورالعملدن د. حیوان ات دانشااه علوم پزشکی کاشا رعایت گردی

شرایط نوری به دو ناهداری در از نظر وارد شده در مطالعه Dark) ت اریکی و (Light Reared-LR) ییگروه اصلی روش نا

Reared- DR) حیوانات تقسیم شدند .LR از بدو تولد تا لحظ هس اعت 21خان ه یعن ی حی وا طبیعیدر شرایط آزمایش و بودن د س اعت ت اریکی پ رورش یافت ه 21 ی ویروشنااز لحظه تولد تا پایا آزمایش DRهای صحرائی گروه موش

هر گروه اصلی .داشتندقرار (ساعت 14) در تاریکی کاملتائی تقسیم شد. با توجه ب ه اینک ه دوره 26زیرگروه 3به

هفتا ی 6های صحرائی در حدود بحرانی تکامل مغز موشها در ، حیوانات یکی از این زیرگروه(29)رسد به پایا می

هفتای 4(، گروه دوم در سن 2WLR, 2WDRهفتای ) 1سن (4WLR, 4WDR و گروه سوم در سن )هفتای وارد مطالعه 6

( n=8(. نیمی از حیوانات هر زیرگروه )6WLR, 6WDRشدند )رل در نظر گرفته ش ده و نیم ی دیا ر ط ی عنوا کنت به

کردن د. آزمایشات الکتروفیزیولوژی مالتونین دریافت میه ا ب ه آزمایش ااه قبل از انجام آزمایش، موش نیم ساعت

داروی اورتا صفاقیتزریق داخل ی واسطه همنتقل شده و بشدند. بیهوش می (گرم به ازای هر کیلوگرم وز بد 5/2)

ریکی ابتدا با داروی مذکور در تاریکخانه حیوانات گروه تابیهوش شده، سپس چشم آنها با چسب بسته شده و بعد ب ه

شدند. پس از ثابت نمود سر حیوا در آزمایشااه وارد می-میلی 5/1با تزریق (، Stoelting, USAدستااه استریوتاکس )

عالوه ب ر زیر پوست سر حیوا %2 ینیلیتر محلول لیدوکا

شد پوست سر نیز از جمجمه جدا میسی موضعی ح بیایجاد پوست سر از ،سپس تا برید آ به آسانی صورت پذیرد.

ناحیه پشت گرد تا نزدیک بینی برداشته ش ده و تم امی شدند تا جمجم ه نمای ا طور کامل کنار زده می هها ب بافتپس از تعیین نواحی برگما، المبدا و خط وس ط روی شود.

س یله اطل س و هقرارگی ری الکتروده ا ب جمجمه مح ل مش خص (11)یک پاکس ینوو و واتس و استریوتاکس

1منظور تزریق داخ ل بط ن مغ زی مالت ونین ) به شد. می( یک س ورا رم فیزیولوژیسمیکرولیتر 5میکروگرم در

در جمجم ه ایج اد (AP= 0 mm, LR= 1.5 mmا مختص ات ) بساز متصل به شد و داروی مذکور از طریق کانول دست می

دقیقه با دس ت ب ه 5سرنگ هامیلتو به آرامی و در مدت های دریافت کننده مالتونین تزریق درو بطن مغزی گروه

میکرولیت ر 5ه ای کنت رل های گروه . موش(12)شد میدر الکت رود تحریک ی کردن د. نرمال سالین دریافت م ی

( در مح ل AP= -4.2 mm, LR= 3.8 mm, D= 2.4 mmمختص ات ) و های ناحی ه انتورین ال ک ورتکس می انی اکسو نورو

,AP= -3.4 mm, LR= 2.5 mmالکترود ثبات نیز در مختص ات )

D= 2.5 mm ه ای ناحی ه دندریت ن ورو ( روی CA1 ق رار گرفت. الکترودها هر دو دوقطب ی و از ج نس اس تیل می

A-M Systems) اینچ 115/1با پوشش تفلو و قطر نز زنگ

USA ) بودن د. مح ل ص حیح الکتروده ا ب ا روششد. پ س از ق رار گ رفتن فیزیولوژیکی ردیابی می الکترو

الکترودها در محل اختصاصی و برای اطمین ا بیش تر ب ا صحت مح ل (Paired Pulse)های تحریکی زوج اعمال پالس

11حداقل گرفت. بلندتر بود یالکترود مورد بررسی قرار مپاس خ اول ی دومین پاسخ نسبت به دامن ه ی دامنهدرصدی

و پای داری نشا از درستی محل قرارگی ری الکتروده ای های انتورین ال نورو در پاسخ به تحریک تحریکی داشت.

سیناپس ی تحریک ی ه ای پ س ، پتانس یلک ورتکس (Excitatory Post Synaptic Potential: EPSP) ابتدا توس ط آمپل ی

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

962

براب ر تقوی ت ش ده و 2111( تا WSI, A3308, I.R.Iranفایر ) ,Data Acquisition Board (AD Instrumentsس پس ب ا ورود ب ه

Australiaثب ت های رقمی ش ده و در پای ا ( تبدیل به دادهه ا و پاس خ ی دقیقه ثبت اولی ه 31شدند. پس از حدود می

خ با شدت تحریک ثابت بدو تغیی ر پاس ی زمانی که دامنهشد. شدتی از تحری ک رسم می Input/Outputمنحنی ،ماند می

دست ه دامنه پاسخ ب حداکثردرصد 61آ الکتریکی که درعنوا شدت تحریک برای ادامه روند آزمایش و آمد به می

شد. تحریکات با نیز برای اعمال تحریک تتانیک انتخاب می 5میلیونیم ثانیه و با ت اخیر 211مدت هرتز، 2/1فرکانس

EPSP دقیقه 31مدت به ،گردید. سپس هزارم ثانیه اعمال میسپس، مالتونین و یا حامل آ ، نرمال س الین، شد. ثبت می

یافت. دقیقه دیار ادامه می 31مدت شد و ثبت به تزریق میدر مدار نورونی مورد آزم ایش تحری ک LTPبرای القای

(High Frequency Stimulation: HFS) تتانیک با فرک انس ب اال 21شامل قطار 21شد. الاوی این تحریک شامل اعمال می .هزارم ثانیه بود 1 ی هرتز و فاصله 111با فرکانس تحریک

هزارم ثانیه بود. پس 2/1مدت زما هر پالس تحریکی نیز ساعت 1مدت روند تحریک و ثبت به ،تانیکاز تحریک ت

س اخت Scope for Windows افزار از نرم .(21) یافت ادامه میه ای تحری ک و برای پدیده PowerLab( Australia) شرکت

منظ ور ب ه ها استفاده ش د. پاسخ تجزیه و تحلیلثبت و نیز ه ا ب ر حس ب پاسخ ی یر دامنهدرصد تغیها، مقایسه گروه

اعم ال دریافت دارو و نی ز بع د از ولت قبل و بعد از میلیداقل افزایش حتحریک تتانیک مورد ارزیابی قرار گرفت.

ه ا پ س از تحری ک تتانی ک پاسخ ی ر دامنهددرصد 11ی ه ا . داده(12)درنظر گرفته شد LTPمعیار وقوع عنوا به

دو سویه به همراه پس ANOVA با استفاده از آزمو حاصل د.گردیدار تلقی معنی >15/1P و هآنالیز شد Tukey آزمو

نتایجبرهمکنش محرومی ت از بین ائی تأثیردر این پژوهش

طی دوره بحرانی تکامل مغز و دریافت داخل بط ن مغ زی های نوروهورمو مالتونین بر شکل پذیری سیناپسی نورو

هیپوکامپ موش صحرائی نر مورد بررسی قرار CA1ی ناحیهگرفت. نتایج آزمو آنالیز واریانس دو سویه نشا داد که

ه ا در حال ت پای ه، بع د از اختالف بین دامنه همه گروه دار اس ت معن ی LTPالق ای از دریاف ت مالت ونین و بع د

(1112/1P< ،429/12 =5748، 27Fآنالیز داده .) های مربوط بهه ای هیپوکامپ موش CA1ی ثبت شده در ناحیه های پاسخ

صحرایی که در سیکل روشنائی تاریکی طبیع ی پ رورش های پایه ی پاسخ دهد که میاناین دامنه یافته بودند، نشا می

ولت بوده و با داشتن یک میلی 2WLR، 16/121/2در گروه رسید. 6WLRولت در گروه میلی 14/111/2سیر نزولی به

گر آ است که اختالف دامن ه بیا Tukeyآزمو نتایج پسدار ب وده معن ی 6WLRو 2WLRه ای پاسخ پایه بین گروه

(12/1P<، و اختالف ب ین گ روه 2ی نمودار شماره ) ه ای2WLR 4وWLR 4ه ای و نی ز ب ین گ روهWLR 6وWLR های مربوط به اندازه دامنه دار نبود. بالعکس، آنالیز داده معنی 14پایه در حیوانات پرورش یافت ه در ت اریکی های پاسخ

ه ا دامنه پاسخ ،زما با پیشرفت سن ساعته نشا داد که همها در گ روه ی پاسخ یک روند افزایشی دارد. میاناین دامنه

2WDR، 11/139/2 16/1 ب ه ول ت ب ود و میل ی63/2 Tukeyآزم و رسید. نتایج پ س 6WDRولت در گروه میلی

و 2WDRه ای ف دامنه پاسخ پایه بین گروهنشا داد اختال6WDR ( 112/1معنی دار استP< اگرچه تزریق داخل بطن .)

ه ای پای ه ی بر اندازه دامن ه پاس خ تأثیرمغزی حالل هیچ ه ای پای ه در نداشت، اما تزریق مالتونین اندازه دامنه پاسخ

درص د و ان دازه دامن ه 21را در ح دود LRه ای گ روهدرصد افزایش داد؛ اخ تالف 11را در حدود DRهای گروه

های تاریکی و روشنائی قب ل و بع د از دامنه در همه گروه

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

966

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2WLR 4WLR 6WLR 2WDR 4WDR 6WDR

خ س

پاه

مندا

(ت

ولی

یلم

)

گروه ها

##

###

**

***

(. مقایس ه >15/1Pدار ب ود ) تزری ق مالت ونین معن ی ه ای پ س از های مربوط به دامنه پاسخ گروهی داده درو

ده د ک ه ان دازه دامن ه در تزریق مالتونین نیز نشا م ی 22/142/2ش داش ت و از رون د ک اه LRه ای گ روهول ت در میل ی 14/125/2، ب ه 2WLRولت در گروه میلی

(. یک روند افزایش ی نی ز در >12/1Pرسید ) 6WLRگروه همزما با افزایش DRهای حیوانات گروه اندازه دامنه پاسخ

16/155/2نحوی که بزرگی دامن ه از سن مشاهده شد؛ بهول ت در میل ی 11/183/2، ب ه 2WDRولت در گروه میلی

(.>112/1Pرسید ) 6WDRگروه

هاي ستون، LRساعته ) 21طبیعی هاي مختلف حیوانات پرورش يافته در سیکل روشنائی ها در گروه مقايسه میانگین دامنه پاسخ .1نمودار هاي هاشور خورده(. ستوندريافت مالتونین داخل بطن مغزي بر آنها ) تأثیرهاي سیاه( در سنین مختلف و نیز ستون، DRسفید( و تاريکی کامل )

(.>09/0Pدار است ) معني 6WLRو 2WLRهای اختالف دامنه بين گروه **

(.>009/0Pدار است ) معني 6WDRو 2WDRهای اختالف دامنه بين گروه ***

(.>05/0Pدار بود ) های تاریكي و روشنائي قبل و بعد از تزریق مالتونين معني اختالف دامنه در همه گروه

(.>09/0Pدار است ) بعد از تزریق مالتونين معني 6WLRو 2WLRهای اختالف دامنه بين گروه ##

(.>009/0Pدار است ) بعد از تزریق مالتونين معني 6WDRو 2WDRهای اختالف دامنه بين گروه ###

دقیق ه، تزری ق 31های پایه به مدت بعد از ثبت پاسخدقیقه 31های پایه برای مدت حالل و ادامه داد ثبت پاسخ

LTPهرتز، 211دیار، با اعمال تحریک تتانیک با فرکانس القا شده و سپس ثبت CA1در مدار مسیر پرفورنت به ناحیه

دهد که ساعت ادامه یافت. بررسی نتایج نشا می 1مدت به

ها fEPSPی منجر به افزایش قابل توجهی در دامنه LTPالقای در هم ه LTPگردیده و اختالف بین قبل و بع د از الق ای

در نمودار گونه که (. هما >112/1Pدار بود ) ها معنی گروهزما ب ا اف زایش نیز مشخص گردیده است، هم 1ی شماره

سن و نزدیک شد به بلوغ نهایی مدارهای مغزی از می زا

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

966

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 30 60 90 120 150 180

هاسخ

پامنه

دادر

ر غیی

د ترص

د

(دقیقه)زمان

2WLR

4WLR

6WLR

2WDR

4WDR

6WDRHFS تزریق حالل

ه ا افزایش دامنه بعد از اعمال تحریک تتانی ک در گ روه ک ه بیش ترین می زا اف زایش در طوری شود؛ به کاسته می

درص د( و کمت رین 26/632/57) 2WLRحیوانات گروه درص د( دی ده 98/499/36) 6WLRفزایش در حیوان ات ا

دهد که اخ تالف ب ین شود. نتایج پس آزمو نشا می می 6WLRو 2WLRهای در گروه LTPها بعد از القای دامنه پاسخ

(. اگرچ ه اعم ال تحری ک >112/1Pمعن ی دار اس ت )هیپوکامپ حیوانات CA1پرفرکانس در مسیر پرفورنت به

ساعته نیز افزایش قابل توجهی 14اریکی پرورش یافته در ت

ها شد، اما الزم به ذکر است ک ه می زا fEPSPی در دامنهس ن ها در مقایسه با حیوانات هم افزایش در دامنه همه پاسخ

(. >112/1Pکه در روشنائی پروش یافته بودند، کمتر ب ود ) های بعد از اعمال تحریک تتانیک روند کاهش دامنه پاسخ

شود. نت ایج دیده می DRا افزایش سن در حیوانات زما ب همها بعد آنالیز آماری نیز نشا داد که اختالف بین دامنه پاسخ

درص د 2WDR (39/541/35ه ای در گروه LTPاز القای دار درصد افزایش( معن ی 18/695/29) 6WDRافزایش( و

(. >112/1Pاست )

شد. اختالف بین دامنه LTPهاي صحرائی باعث القاي هیپوکامپ موش CA1هاي ثبت شده از ناحیه fEPSP اعمال تحريک تتانیک در .1نمودار هاي در گروه LTPها بعد از القاي چنین، اختالف بین دامنه پاسخ (. هم>0002/0Pدار است ) ها معنی در همه گروه LTPها قبل و بعد از القاي پاسخ

2WLR 6وWLR معنی ( 002/0دار استP<.) هاي حیوانات میزان افزايش در دامنه پاسخDR سن که در روشنائی پروش در مقايسه با حیوانات همدار است نیمع 6WDRو 2WDRهاي در گروه LTPها بعد از القاي عالوه، اختالف بین دامنه پاسخ (. به>002/0P(، کمتر بود )LRيافته بودند )

(002/0P<.)

تنها م ان از الق ای تزریق داخل بطن مغزی مالتونین نهLTP های در همه گروهLR وض و شد که باعث گردید به

ها پس از اعمال تحریک تتانیک نسبت به قبل از دامنه پاسخه ا داده(. آن الیز آم اری >112/1Pاعمال آ کاهش یابد )

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

966

20

40

60

80

100

120

140

0 30 60 90 120 150 180

هاخ

سپاه

مندار

دیر

غی ت

صددر

(دقیقه)زمان

2WLR

4WLR

6WLR

2WDR

4WDR

6WDR

B

HFS تزریق مالتونین

دهد که اختالف دامن ه بع د از اعم ال تحری ک نشا میدار نیس ت )نم ودار معن ی LRهای سنی تتانیک بین گروه

(. تزریق مالتونین در بطن ج انبی مغ ز حیوان ات 3شماره ها شد، اما در در دامنه پاسخ LTPنیز مان از القای DRگروه

طبیع ی سن پرورش یافته در س یکل مقایسه با حیوانات همه ا در هم ه حیوانخانه تغییرات ایجاد شده در دامن ه پاس خ

(. الزم به ذکر است که ممانعت >12/1Pها کمتر بود ) گروهه ای در گ روه LTPایجاد شده توسط مالتونین برای القای

تاریکی از یک روند کاهشی وابسته به سن برخوردار ب ود؛ براب ر 2WDRک ه می زا اف زایش در گ روه ط وری ب ه18/658/29 72/7درصد بود و ب ه19/26 93/4و98/1

رسید. آن الیز آم اری 6WDRو 4WDRهای درصد در گروهدهد ک ه اخ تالف دامن ه پ س از اعم ال ها نشا می داده

و نیز ب ین 6WDRو 2WDRهای تحریک تتانیک بین گروهبرای هر >12/1Pدار است ) معنی 6WDRو 4WDRهای گروه

دو مقایسه(.

هاي صحرائی هیپوکامپ موش CA1متعاقب اعمال تحريک تتانیک در ناحیه LTPتزريق داخل بطن مغزي مالتونین مانع از القاي .3نمودار (. اختالف دامنه پس از اعمال تحريک >02/0Pتر بود ) واضحهاي پرورش يافته در سیکل طبیعی حیوانخانه ها شد و اين ممانعت در گروه همه گروه

براي هر دو مقايسه(. >02/0Pدار است ) معنی 6WDRو 4WDRهاي و نیز بین گروه 6WDRو 2WDRهاي تتانیک بین گروه

گيري بحث و نتيجهدریافت مالتونین و تغییر در تجربه تأثیردر این مطالعه

پذیری سیناپسی بینائی در دوره بحرانی تکامل مغز بر شکل

هیپوکامپ م وش ص حرائی م ورد CA1های ناحیه نورو بررسی قرار گرفت. نتایج پژوهش حاض ر نش ا داد ک ه

ه ای پ س زما با افزایش سن از میزا دامنه پتانس یل هم

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

969

هیپوکامپ کاسته ش ده و CA1سیناپسی ثبت شده از ناحیه محرومیت از بینائی طی یک روند وابسته به زما بر ان دازه

عالوه، اگرچه اعمال تحریک پرفرکانس افزاید. به دامنه میگردی د، ام ا LTPبر مدارهای ای ن ناحی ه باع ث الق ای

شدت از اندازه و پایداری های بینائی به محرومیت از سیانال LRدر مقایس ه ب ا حیوان ات های سیناپس ی تقویت پاسخوهش حاض ر نش ا داد ک ه ژچنین، نت ایج پ کاست. هم

دریافت داخل بطن مغزی مالتونین اگرچه باع ث اف زایش شود ام ا می DRو LRهای پایه در هر دو گروه دامنه پاسخ

LRرا مهار کرده و این مهار در حیوانات LTPشدت القای بههر سه گروه حیوان ات که در نحوی کامال بارزتر است؛ به

LR دریافت مالتونین منجر به الق ایLTD پ س از اعم الگونه که قبال نی ز توض یح داده تحریک تتانیک شد. هما

تغیی ر در تجرب ه تأثیرشد، تنها مطالعات اندکی به بررسی حسی باالخص تغییر در تجربه حس بین ائی ب ر س اختار و

ائی منب اصلی تامین اند. قشر بین عملکرد هیپوکامپ پرداختههای حسی به ناحیه هیپوکام پ پس تاندارا کننده ورودی

است و نشا داده شده است که تحری ک تتانی ک هس ته های تجمع ی زانوئی خارجی منجر به افزایش دامنه پتانسیل

. م ا در (21)ش ود ای م ی ثبت شده از ناحیه شکنج دندانهمطالعه قبلی خود نشا دادیم که محرومیت از بینائی مان از

هیپوکامپ CA1ای و در هردو ناحیه شکنج دندانه LTPالقای . می زا و ن وع فعالی ت (21)شود های صحرائی می موش

سیناپسی در مدارهای نورونی مغز پستاندارا حاصل ایج اد تحریک ی و مه اری نوروترانسمیترهایتعادل بین فعالیت

منتهی شده به سیناپس است. فعالی ت تحریک ی در ناحی ه گلوتامات نوروترانسمیترطور عمده از طریق هیپوکامپ به

ش ود. گری م ی واسطه NMDAو AMPAهای آ و گیرندهافزایش AMPAهای زما با بلوغ مغز بیا گیرنده اگرچه هم

، اما تغییر در نحوه چینش زیرواح دهای ای ن (11)یابد میهای تحریکی وابسته ب ه شود که پتانسیل گیرنده باعث می

AMPA چنین، در طول دوره بحران ی . هم(13)کاهش یابندنی ز NMDAتکامل مغ ز، چی نش زیرواح دهای گیرن ده

دستخوش تغییر شده و در نتیجه میزا فعالیت این گیرن ده . برای مثال در ابتدای تولد بیا زیرواحد (14)کند تغییر می

NR2B هیپوکام پ بس یار ویژه بهدر بسیاری از نواحی مغزبوده و همزما با بلوغ مغ ز بی ا NR2Aبیشتر از زیرواحد

NR2A ازNR2B اف زایش نس بت (15)گی رد یش ی م یپ .NR2A/NR2B های شود که کینتیک گیرنده باعث میNMDA عالوه، نشا داده شده است که ساختار . به(14)کاهش یابد

مغز نیز طی تکامل مغز تغییر GABAergicو عملکرد مدارهای ارها در ابتدای تولد دارای که این مد نحوی ؛ به(16)کند می

فعالیت تحریکی در ناحیه هیپوکامپ بوده و وقتی مغز بالغ . در مجم وع (17)کنن د شود فعالیت مهاری پی دا م ی می NMDAهای تحریکی وابسته به توا گفت کاهش جریا میالیت مه اری همزما با بلوغ مغز و نیز افزایش فع AMPAو

قبل CA1مدارهای علت کاهش دامنه پاسخ GABAوابسته به زما با افزایش طی دوره و بعد از اعمال تحریک تتانیک هم

بحرانی تکامل مغز است. نشا داده شده است که تغیی ر در ه ای تحریک ی و مه اری را در تجربه بینائی تع ادل پی ام

د. محرومی ت از ری ز مدارهای نورونی قشر بینائی به هم میو GluR1 (13)یعن ی AMPAبینائی هر دو زیرواحد گیرنده

GluR2 (5) نتیج ه باع ث اف زایش را اف زایش داده و درهای پس سیناپسی تحریکی در قشر بین ائی م وش پتانسیل

چنین، چینش زیرواحدهای گیرنده . هم(13)شود سوری میNMDA های صحرائی مح روم از ر قشر بینائی نیز در موشد

ک اهش NR2A/NR2Bنور دستخوش تغییر ش ده و نس بت ان د ک ه و همک ارا نش ا داده Morales. (18)یاب د م ی

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

966

در قشر GABAergicی محرومیت از بینائی مان از بلوغ مدارهاشود بینائی شده و در نتیجه از مهار در قشر بینائی کاسته می

. در تائید نتایج مطالعه حاضر، نتایج برخ ی مطالع ات (19)مه اری ت أثیر انجام گرفته در قشر بینائی نی ز ح اکی از

پذیری سیناپسی در م دارهای محرومیت از بینائی بر شکلهمانن د LTP. برخی از ان واع (31)نورونی این ناحیه است

LTP القا شده در ناحیهCA1 هیپوکامپ وابس ته ب هNMDA پس از تجم کلسیم در پایانه LTP. در این نوع (32)هستند

پس سیناپسی و افزایش پتانسیل پایانه بلوک منیزیمی دهانه NMDA برداشته شده وLTP نشا داده شده (31)شود القا می .

برای القای NR2Bو NR2Aضور هر دو زیرواحد است که حLTP در مسیر شافر کولترال بهCA1 (33)ض روری اس ت .

IVدر الیه LTPبیا گردیده است که کاهش تکاملی القای قشر بینائی موش در ارتباط مستقیم با کاهش بیا زیرواحد

NR2B همزما با بلوغ مغز در این ناحیه از قشر بینائی استز یک ری تم آل، مالتونین، ا . ترشح هورمو غده پینه(34)

روزی پیروی کرده و بیشترین میزا ترشح آ در فاز شبانهفتد. کمترین مواجهه با سیانال نور در فاز تاریکی اتفاق می

کند. عمده فعالیت شدت ترشح آ را سرکوب می تاریکی به Gمالتونین از طریق دو گیرنده غشائی وابسته ب ه خ انواده

و حضور (24)فته صورت گر MT2و MT1ها یعنی پروتئینناحیه هیپوکامپ ویژه بهآنها در اکثر نواحی مغز پستاندارا

ای مطالع ه . اگرچ ه ت اکنو (35)اثبات رسیده اس ت بههای مالتونین در ناحیه منظور بررسی تغییرات بیا گیرنده به

زما با تغییرات سن انجام نشده است، اما در هیپوکامپ همهای م ذکور در برخی مطالعات دیار تغییرات بیا گیرنده

و Zitouniسایر نواحی مغز نشا داده شده است. برای مث ال، ز تولد تا یک ماهای بی ا اند که پس ا همکارا نشا داده

هر دو گیرنده مالتونین در هسته سوپراکیاسماتیک کاهش

یافته و بعد از آ تا هناام بلوغ مغز روبه افزایش گذاشته و . مالتونین از طریق (36)کند پس از بلوغ تغییر چندانی نمی

روزی فعالی ت پیامبره ای عص بی و های شبانه تنظیم ریتمرونی مغز پستاندارا را های آنها فعالیت مدارهای نو گیرنده

. نش ا داده ش ده اس ت ک ه (37)کند تنظیم و تعدیل میو گلوتام ات GABAروزی ترش ح های شبانه مالتونین ریتم

را در جسم مخطط موش س وری (39)و نیز دوپامین (38)چنین، مالتونین از طریق تنظ یم فعالی ت کند. هم تنظیم می

، نیتری ک BDNF (41)برخی پیامبرهای درو سلولی مث ل نی ز (43)، و ک الرتینین (41)، کالمودولین (42)اکساید

کند. اخیرا در یک مطالعه نشا ها را تنظیم می فعالیت نورو داده شده است که مالت ونین از طری ق اف زایش فعالی ت

های مدل سندروم گلوتاماترژیگ در ناحیه هیپوکامپ موش CA1ه ای ناحی ه پای ه ن ورو داو باعث افزایش فعالیت

چنین، بیا شده است که مالتونین سرعت . هم(44)شود میرا اف زایش CA1ه ای ناحی ه تولید پتانسیل عمل در نورو

های . نشا داده شده است که مالتونین پتانسیل(35)دهد میرا در جسم مخطط م وش مه ار NMDAتحریکی وابسته به

القا شده در ناحیه هیپوکامپ وابسته LTP. چو (45)کند میکرد ک ه توا چنین نتیجه گیری ، می(32)است NMDAبه

شاید مالتونین از طریق مهار فعالیت تحریک ی وابس ته ب ه NMDA در ناحیه هیپوکامپ نیز مان از الق ایLTP در ای ن

توا گفت محرومیت از بینائی شود. در مجموع می ناحیه میطی دوره بحرانی تکامل مغز طی یک روند وابسته به زما

ه ای ناحی ه باعث افزایش فعالیت پایه سیناپسی در نورو CA1 هیپوکامپ موش صحرائی شده و الق ایLTP در ای ن

چنین، محرومیت از بین ائی کند. هم ها را تضعیف می نورو در LTPمخ رب دریاف ت مالت ونین ب ر الق ای ت أثیر با

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

968

طی یک روند وابسته به زما مقابل ه CA1های ناحیه نورو کند. می

سپاسگزاري

نامهه دوره دکتهري علهوم پايانپژوهش حاضر در قالب بخشی از

اعصاب در مرکز تحقیقات فیزيولوژي دانشگاه علوم پزشکی کاشان به

4219انجام رسیده و هزينه انجام آن از طريق طرح تحقیقاتی شهماره

وسههیله معاونههت پژوهشههی ايههن دانشههگاه تههامین گرديههده اسههت. بههه

تشکر و دريغ اين معاونت کمال هاي بی نويسندگان مقاله، از همکاري

آورند. عمل می قدردانی را به

References

1. Voss P. Sensitive and critical periods in

visual sensory deprivation. Front Psychol

2013; 4: 664.

2. Hensch TK. Critical period plasticity in

local cortical circuits. Nat Rev Neurosci

2005; 6(11): 877-88.

3. Morishita H, Hensch TK. Critical period

revisited: impact on vision. Curr Opin

Neurobiol 2008; 18(1): 101-7.

4. Tropea D, Van Wart A, Sur M. Molecular

mechanisms of experience-dependent

plasticity in visual cortex. Philos Trans R

Soc B Biol Sci 2009; 364(1515): 341-55.

5. Beston BR, Jones DG, Murphy KM.

Experience-Dependent Changes in

Excitatory & Inhibitory Receptor Subunit

Expression in Visual Cortex. Front

Synaptic Neurosci 2010; 2: 138

6. Salami M, Fathollahi Y, Semnanian S,

Atapour N. Differential effect of dark

rearing on long-term potentiation induced

by layer IV and white matter stimulation

in rat visual cortex. Neurosci Res 2000;

38(4): 349-56.

7. Montey KL, Quinlan EM. Recovery from

chronic monocular deprivation following

reactivation of thalamocortical plasticity

by dark exposure. Nat Commun 2011; 2:

317.

8. Sloviter RS, Lomo T. Updating the

lamellar hypothesis of hippocampal

organization. Front Neural Circuits 2012;

6: 102.

9. Wang SH, Morris RG. Hippocampal-

neocortical interactions in memory

formation, consolidation, and

reconsolidation. Annu Rev Psychol 2010;

61: 49-79.

10. Tsanov M, Manahan-Vaughan D.

Synaptic plasticity from visual cortex to

hippocampus: systems integration in

spatial information processing.

Neuroscientist 2008; 14(6): 584-97.

11. Ge S, Yang CH, Hsu KS, Ming GL, Song

H. A critical period for enhanced synaptic

plasticity in newly generated neurons of

the adult brain. Neuron 2007; 54(4): 559-

66.

12. Talaei SA, Salami M. Sensory experience

differentially underlies developmental

alterations of LTP in CA1 area and

dentate gyrus. Brain Res 2013; 1537: 1-8.

13. Novkovic T, Mittmann T, Manahan-

Vaughan D. BDNF contributes to the

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

966

facilitation of hippocampal synaptic

plasticity and learning enabled by

environmental enrichment. Hippocampus

2015; 25(1): 1-15.

14. Hardeland Rd, Cardinali DP, Srinivasan

V, Spence DW, Brown GM, Pandi-

Perumal SR. Melatonin-a pleiotropic,

orchestrating regulator molecule. Prog

Neurobiol 2011; 93(3): 350-84.

15. Pandi-Perumal SR, Srinivasan V,

Maestroni GJ, Cardinali DP, Poeggeler B,

Hardeland R. Melatonin: Nature's most

versatile biological signal? FEBS J 2006;

273(13): 2813-38.

16. Stewart LS, Leung LS. Hippocampal

melatonin receptors modulate seizure

threshold. Epilepsia 2005; 46(4): 473-80.

17. Wan Q, Man HY, Liu F, Braunton J,

Niznik HB, Pang SF, et al. Differential

modulation of GABAA receptor function

by Mel1a and Mel1b receptors. Nat

Neurosci 1999; 2(5): 401-3.

18. Ozcan M, Yilmaz B, Carpenter DO.

Effects of melatonin on synaptic

transmission and long-term potentiation in

two areas of mouse hippocampus. Brain

Res 2006; 1111(1): 90-4.

19. Yang L, Pan Z, Zhou L, Lin S, Wu K.

Continuously changed genes during

postnatal periods in rat visual cortex.

Neurosci Lett 2009; 462(2): 162-5.

20. Paxinos G, Watson C. The Rat Brain in

Stereotaxic Coordinates. Academic Press,

21. Talaei SA, Sheibani V, Salami M. Light

deprivation improves melatonin related

suppression of hippocampal plasticity.

Hippocampus 2010; 20(3): 447-55.

22. Kerchner GA, Nicoll RA. Silent synapses

and the emergence of a postsynaptic

mechanism for LTP. Nat Rev Neurosci

2008; 9(11): 813-25.

23. Goel A, Jiang B, Xu LW, Song L,

Kirkwood A, Lee HK. Cross-modal

regulation of synaptic AMPA receptors in

primary sensory cortices by visual

experience. Nat Neurosci 2006; 9(8):

1001-3.

24. Yashiro K, Philpot BD. Regulation of

NMDA receptor subunit expression and

its implications for LTD, LTP, and

metaplasticity. Neuropharmacology 2008;

55(7): 1081-94.

25. Liu X-B, Murray KD, Jones EG.

Switching of NMDA Receptor 2A and 2B

Subunits at Thalamic and Cortical

Synapses during Early Postnatal

Development. J Neurosci 2004; 24(40):

8885-95.

26. Koyanagi Y, Yamamoto K, Oi Y,

Koshikawa N, Kobayashi M. Presynaptic

Interneuron Subtype- and Age-Dependent

Modulation of GABAergic Synaptic

Transmission by α-Adrenoceptors in Rat

Insular Cortex. J Neurophysiol 2010;

103(5): 2876-88.

27. Tyzio R, Minlebaev M, Rheims S, Ivanov

A, Jorquera I, Holmes GL, et al. Postnatal

changes in somatic γ-aminobutyric acid

signalling in the rat hippocampus. Eur J

Neurosci 2008; 27(10): 2515-28.

28. Quinlan EM, Philpot BD, Huganir RL,

Bear MF. Rapid, experience-dependent

expression of synaptic NMDA receptors

in visual cortex in vivo. Nat Neurosci

1999; 2(4): 352-7.

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

666

29. Morales B, Choi SY, Kirkwood A. Dark

rearing alters the development of

GABAergic transmission in visual cortex.

J Neurosci 2002; 22(18): 8084-90.

30. Berry RL, Perkins AT, Teyler TJ. Visual

deprivation decreases long-term

potentiation in rat visual cortical slices.

Brain Res 1993; 628(1-2): 99-104.

31. Ireland DR, Abraham WC. Mechanisms

of group I mGluR-Dependent long-term

depression of NMDA receptor-mediated

transmission at schaffer collateral-CA1

synapses. J Neurophysiol 2009; 101:

1375-85.

32. Molnár E. Long-term potentiation in

cultured hippocampal neurons. Semin Cell

Deve Biol 2011; 22(5): 506-13.

33. Jin SX, Feig LA. Long-term potentiation

in the CA1 hippocampus induced by

NR2A Subunit-Containing NMDA

glutamate receptors Is mediated by Ras-

GRF2/Erk map kinase signaling. PLoS

ONE 2010; 5(7): e11732.

34. Erisir A, Harris JL. Decline of the critical

period of visual plasticity is concurrent

with the reduction of NR2B subunit of the

synaptic NMDA receptor in layer 4. J

Neurosci 2003; 23(12): 5208-18.

35. Musshoff U, Riewenherm D, Berger E,

Fauteck JD, Speckmann EJ. Melatonin

receptors in rat hippocampus: molecular

and functional investigations.

Hippocampus 2002; 12(2): 165-73.

36. Zitouni M, Pevet P, Masson-Pevet M.

Brain and pituitary melatonin receptors in

male rat during post-natal and pubertal

development and the effect of

pinealectomy and testosterone

manipulation. J Neuroendocrinol 1996;

8(8): 571-7.

37. Chaudhury D, Wang LM, Colwell CS.

Circadian regulation of hippocampal

long-term potentiation. J Biol Rhythms

2005; 20(3): 225-36.

38. Marquez de Prado B, Castaneda TR,

Galindo A, del Arco A, Segovia G, Reiter

RJ, et al. Melatonin disrupts circadian

rhythms of glutamate and GABA in the

neostriatum of the aware rat: a

microdialysis study. J Pineal Res 2000;

29(4): 209-16.

39. Khaldy H, Leon J, Escames G,

Bikjdaouene L, Garcia JJ, Acuna-

Castroviejo D. Circadian rhythms of

dopamine and dihydroxyphenyl acetic

acid in the mouse striatum: effects of

pinealectomy and of melatonin treatment.

Neuroendocrinology 2002; 75(3): 201-8.

40. Iuvone PM, Boatright JH, Tosini G, Ye

K. N-acetylserotonin: circadian activation

of the BDNF receptor and

neuroprotection in the retina and brain.

Adv Exp Med Biol 2014; 801: 765-71.

41. Miller E, Morel A, Saso L, Saluk J.

Melatonin Redox Activity. Its Potential

Clinical Application in

Neurodegenerative Disorders. Curr Top

Med Chem 2015; 15(2): 163-9.

42. Dominguez-Alonso A, Valdes-Tovar M,

Solis-Chagoyan H, Benitez-King G.

Melatonin stimulates dendrite formation

and complexity in the hilar zone of the rat

hippocampus: participation of the

ca++/calmodulin complex. Int J Mol Sci

2015; 16(1): 1907-27.

43. Ramirez-Rodriguez G, Gomez-Sanchez

6سوم، شمارة و دورة بیست مجلة دانشگاه علوم پزشکی کرمان

661

A, Ortiz-Lopez L. Melatonin maintains

calcium-binding calretinin-positive

neurons in the dentate gyrus during aging

of Balb/C mice. Exp Gerontol 2014; 60:

147-52.

44. Corrales A, Vidal R, Garcia S, Vidal V,

Martinez P, Garcia E, et al. Chronic

melatonin treatment rescues

electrophysiological and

neuromorphological deficits in a mouse

model of Down syndrome. J Pineal Res

2014; 56(1): 51-61.

45. Escames G, Leon J, Lopez LC, Acuna-

Castroviejo D. Mechanisms of N-methyl-

D-aspartate receptor inhibition by

melatonin in the rat striatum. J

Neuroendocrinol 2004; 16(11): 929-35.

طاليی و سالمی ... مالتونین و پالستیسیته سیناپسی هیپوکامپ

662

Developmental Effects of Melatonin on Synaptic Plasticity of Hippocampal CA1 Neurons in Visual

Deprived Rats

Sayyed Alireza Talaei, M.Sc. 1*, Mahmoud Salami, Ph.D. 2

1. Ph.D. Candidate of Neuroscience, Physiology Research Center, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran

2. Professor of Physiology, Physiology Research Center, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran

* Corresponding author; e-mail: talaei@kaums.ac.ir

(Received: 17 Oct. 2015 Accepted: 26 Jan 2016)

Abstract

Background & Aims: Change in visual experience impairs circadian rhythms. In this study, The effects of

visual deprivation during critical period of brain development and melatonin intake on synaptic plasticity of

hippocampal CA1 neurons were evaluated.

Methods: This experimental study was done on male rats kept in standard 12 hour light/dark condition

(Light Reared-LR) or in complete darkness (Dark Reared-DR). Each group, was divided into 3 sub groups

of 2, 4 and 6 week old rats (n=16). Excitatory post synaptic field potentials were recorded from dendrite of

CA1 area neurons. Then, half of animals in each group received melatonin via ICV and field potentials

recording was repeated. Finally, using tetanic stimulation, Long-term potentiation (LTP) was induced.

Results: The amplitude of basic responses of the LR animals decreased with age incaease (P<0.01). Visual

deprivation and also melatonin increased the amplitude of basic responses of the DR group (P<0.01), and

inhibited LTP induction in CA1 circuits. In comparison to the LR group, melatonin injection had less

destructive effect on the LTP induction in the DR group (P<0.001).

Conclusion: Visual deprivation during critical period of brain development increases basic responses of rat’s

CA1 neurons and inhibits LTP induction in these neurons, time dependently. Also, the visual deprivation

opposes the destructive effects of melatonin on LTP induction in CA1 neurons in a time-dependent manner.

Keywords: Neuronal Plasticity, Hippocampus, Critical Period, Visual perception, Melatonin, Rat

Journal of Kerman University of Medical Sciences, 2016; 23(6): 689-702