Белова С.Д., Шпакова И.С. Динамика выработки условного оборонительного рефлекса у улитки виноградной Helix pomatia

Молодежь. Образование. Общество:  материалы Международной НПК (Иркутск, 02 мая 2017  г.)

Динамика выработки условного оборонительного рефлекса у улитки виноградной Helix pomatia

Dynamics of the development of a conditioned defensive reflex in a edible snail Helix pomatia

 

Белова Светлана Дмитриевна

Bialova Sviatlana Dzmitrievna

учитель  ГОУ «Бельский учебно-педагогический комплекс ясли-сад-средняя школа»,

Беларусь, Могилевская область Дрибинский район д. Белая

belskaya.dribin@tut.by

Шпакова Ия Сергеевна

Shpakova Iya Sergeevna обучащаяся ГОУ «Бельский учебно-педагогический комплекс ясли-сад-средняя школа»,

Беларусь, Могилевская область Дрибинский район д. Белая

belskaya.dribin@tut.by

 

Аннотация. В статье приведен анализ динамики выработки условного оборонительного рефлекса у улитки виноградной, а также определено влияние различных медицинских препаратов и различной температуры на выработку условного рефлекса.

На основе проведенного анализа определены направления применения результатов данного исследования, в том числе в образовательном процессе.

Annotation. The article gives an analysis of the dynamics of the elaboration of the conditioned defensive reflex in a edible snail, and the influence of various medical preparations and the influence of different temperatures on the elaboration of a conditioned reflex is determined.
On the basis of the analysis of the directions of application of the results of this research, including in the educational process.

Ключевые слова: УОР – условный оборонительный рефлекс; УС – условный стимул; БС – безусловный стимул; ГА – группа улиток, подвергающихся воздействию адреналина;  ГД – группа улиток, подвергающихся воздействию димедрола; ГХ – группа улиток, подвергающихся воздействию холодной воды; ГГ – группа улиток, подвергающихся воздействию горячей воды; ГК – группа улиток, не подвергающихся никакому воздействию (контрольная).

Keywords: CDR — conditioned defense reflex; CS is a conditional stimulus; US — unconditional stimulus; GA is a group of snails exposed to adrenaline; GD is a group of snails exposed to dimedrol( diphenhydramine ); GCW — a group of snails exposed to cold water; GHW is a group of snails exposed to hot water; GC is a group of snails that are not affected (control).

 

Организация нервной системы улиток рода Helix  много проще нервной системы человека, но сам принцип передачи сигнала и строения сходны. И именно относительная простота нервной системы улиток делает их привлекательными для исследований в области нейробиологии. Доступность и крупные размеры улиток позволили им стать объектом исследований немецких ученых еще в позапрошлом веке [2 ].

Нами была выдвинута гипотеза: различные медицинские препараты и внешние условия могут влиять на выработку и закрепление условного рефлекса у виноградной улитки.

В связи с этим целью данного исследования стало определение влияния различных медицинских препаратов и различной температуры на выработку условного рефлекса у улитки виноградной.

Исходя из поставленной цели были намечены следующие задачи:

— исследовать особенности жизнедеятельности и поведения улиток в неволе;

— выработать условный оборонительный рефлекс у улиток в пяти экспериментальных группах;

— определить время сохранения условного рефлекса у улиток в различных исследуемых группах.

Эксперимент проводили в августе 2016 года в школьной лаборатории.

В экспериментах использовали половозрелых особей виноградных улиток однородных по массе и размеру. Моллюсков содержали в общем террариуме при комнатной температуре, высокой влажности и избытке пищи. До начала эксперимента улитки были адаптированы и находились в активном состоянии два месяца.

Вырабатывали классический УОР на постукивание по раковине.

В качестве УС использовали постукивание по раковине, которое в норме практически не вызывало оборонительной реакции. БС служило раздражение улитки в области раковины, что приводило к безусловной оборонительной реакции втягивания омматофор (усиков) УОР вырабатывался по схеме, предложенной О.А. Максимовой и П.М. Балабаном (1983г) [1].

Интервал между сочетаниями стимулов был 3-5 минут, время предъявления БС и УС – 1 секунда. Данная форма обучения проводилась в пяти экспериментальных группах. Первая группа улиток подвергалась действию адреналина (ГА). Вторая группа – действию димедрола  (ГД). Для нервной системы виноградной улитки характерна очень высокая степень концентрации ганглиев, группирующихся в окологлоточное нервное кольцо, поэтому препараты наносили на поверхность тела в этой области. Тело не имеет плотных кожных покровов и всасывание препарата происходит наружно. Дозировка препарата рассчитывалась с учетом массы тела улиток. Препарат разводился до необходимой концентрации дистиллированной водой для инъекций. В течении дня в произвольном порядке брали улиток из экспериментриуемой группы  делали по 7 серий из сочетаний  УС и БС. УС – постукивание по раковине деревянным молоточком 5 раз, не должно быть сильным, но улитка должна его почувствовать. БС – укол пластиковой трубкой, не должен быть сильным, но ощутимым, чтобы улитка втянула омматофоры (усики). Эксперимент проводили в течении 5 дней до выработки устойчивого УОР. В общей сложности получилось 175 сочетаний УС и БС.

Количественные данные по выработке УОР отражена в табл 1.

Таблица 1

Динамика выработки УОР в экспериментируемых группах (%)

группы Количество сочетаний УС и БС Среднее количество сочетаний
10 20 40 60 80 100 120 140 160 180  
ГА   20 40 40             40
ГД               20 60 20 160
ГГ           40 40 20     120
ГХ     40 40 20           60
ГК       20 60 20         80

 

Кроме всего в группах во время эксперимента наблюдалось довольно сильное колебание балла УОР, связанные с началом и концом серии. То есть за время между сериями улитки уменьшали уровень УОР, поэтому новая серия начиналась не с балла, который был у улиток в конце предыдущей серии, а с несколько меньшего. Для определения балла нами была введена 5-ти бальная система  ранжирования УОР.

Степень втягивания усиков на БС

5 баллов – омматофоры  втягиваются полностью

4 балла – один омматофор втягивается полностью, второй на половину

3 балла – оба омматофора втягиваются на половину

2 балла – втягивается только один омматофор

1 балл – омматофоры  не втягиваются

Колебания бала УОР отражены в таблице 2

Таблица 2

Балл УОР/ % улиток

  1 день 2 день 3 день 4 день 5 день
ГА 5/100 5/100 5/40  4/60 5/20  4/80 4/20  3/80
ГД 5/100 5/40  4/60 5/20  4/20  3/60 5/20  3/40  2/40 3/20  1/80
ГГ 5/100 5/80   3/20 5/20  4/60  2/20 4/20  3/60  1/20 2/60  1/40
ГХ 5/100 4/80  3/20 5/40  4/40   2/20 5/20  4/20  2/60 4/40  3/20  1/40
ГК 5/100 5/100 5/80   3/20 5/40  4/20  3/40 5/20  3/40  2/40

Из таблицы видно, что у улиток наблюдается усталость – момент, когда улитки очень неохотно высовывают усики после удачного сочетания. [3]

В последний день в двух группах наблюдалась нечувствительность – крайняя мера усталости, когда улитка перестает реагировать на какие-либо воздействия. Нечувствительность как правило появлялась в конце серий, возможно это связано с механизмом привыкания.

В ходе эксперимента, выяснено, что улитки демонстрируют увеличение оборонительной реакции только в той обстановке, в которой происходило обучение. Это подтверждает предположение, что улитки могут дифференцировать ту обстановку, в которой им были предъявлены условные и безусловные стимулы.

После выработки УОР проводили обработку и анализ всех полученных данных.

В пяти исследуемых группах наблюдается значительный разброс данных по времени и количеству сочетаний для выработки УОР. Наилучшие результаты показывают улитки из ГА. 20% улиток (1 улитка) показала положительный ответ на УС в первый день после 20 сочетаний. Остальные показали положительный ответ на следующий день, разброс был только в количестве сочетаний. 2 улитки в начале серии и 2 в конце серии.

В это же время наблюдаем устойчивый УОР у улиток в ГК, но время выработки устойчивого рефлекса для всей группы в целом увеличено, так 20 % улиток показывают УОР в начале серии на 3 день, а 60% улиток в конце серии 2-го дня.

Улитки, подвергшиеся воздействию холодной воды показывают немного лучшие результаты, чем улитки ГК. Основная масса улиток (80%) дают положительный ответ на постукивание в конце второго дня. Вероятно пребывание в воде приводит к сокращению клеток и укорочению пути передачи информации. И вторая версия, что побывав в воде, с тела улиток смывается слизь, которая уменьшает тактильное раздражение от БС.

Самый медленный временной интервал и самое большое количество сочетаний потребовалось улиткам из ГД и ГГ.  Подопытные улитки ГГ показали устойчивый УОР на 3-й день (40%), остальные на 4-й день дали положительный ответ. Возможное объяснение этого, то, что пребывание в горячей воде неестественно для улиток. В естественных условиях такого не случается. В биотопе, из которого изъяты улитки температура воздуха не превышает 300С в самые жаркие дни. Поэтому искусственно созданные условия заставляют улитку минимально уменьшить окружающее воздействие и она прячется в раковину. Нам приходилось ждать 3-4 минуты, пока они полностью появятся из раковины, чтобы начать эксперимент.

Улитки, подвергшиеся воздействию раствора димедрола дольше всех  не поддавались обучению. Как уже было сказано выше димедрол оказывает расслабляющее воздействие на мускулатуру, также умеренно блокирует окончания некоторых нервных узлов, что значительно увеличивает время выработки УОР. 1 улитка (20%) дает положительный ответ на БС на 4-й день, остальные же в конце 5-го дня при 160-170 сочетаниях.

Так же улитки из этой группы чаще показывали проявление усталости и нечувствительности. То есть во время серии происходило чередование положительного и отрицательного ответа на БС. Улитки из ГА практически не показывали усталости, а из группы ГК небольшое проявление усталости на 5-й день.

Полученные результаты подтверждают выдвинутую нами гипотезу о влиянии лекарственных препаратов и температуры тела на скорость выработки УОР. Проверить правильность гипотезы решено с помощью критерия  χ2 (критерий согласия Пирсона), что дает нам право считать выдвинутую нами гипотезу верной.

Таким образом, наши эксперименты показали:

  1. Лекарственные препараты адреналин и димедрол влияют на скорость выработки устойчивого УОР. Разница во времени выработки в этих группах значительная. Скорость выработки УОР в ГА в 4 раза больше скорости в ГД.
  2. Температура тела улитки влияет на скорость выработки УОР. Так скорость выработки УОР в группе ГГ в 2 раза меньше скорости выработки аналогичного рефлекса в ГХ.
  3. Влияние раствора адреналина и димедрола и температуры на скорость выработки УОР статистически достоверно;
  4. У улиток существует долговременная память, но она зависит от внешних условий, т.е. улитка дает положительный ответ на УС в условиях аналогичных условиям обучения. Время сохранения УОР зависит от времени обучения.

Практическое значение и направление дальнейших исследований.

Применение результатов нашей работы может быть в нескольких направлениях:

  1. В учебном процессе. Данные исследования наглядно демонстрируют выработку условного рефлекса, что можно использовать на уроках биологии (8 кл). Нет необходимости проводить опыты повторно, достаточно просмотров видеофрагментов. На уроках медицины (10-11 кл) возможно использование данного материала при изучении темы «Лекарственные препараты».
  2. В медицине (фармакология). Действие лекарственных препаратов на улиток схоже с действием на людей, поэтому возможно можно будет использовать улиток для проверки действия новых нейростимулирующих препаратов или их компонентов, так как у улиток достаточно крупные нейроны при относительно простой нервной системе и достаточно сложный поведенческий репертуар.
  3. В животноводстве. Широкое использование условных рефлексов в практике животноводства позволяет повысить продуктивность животных. В своей работе показав возможность выработки условного рефлекса у улитки, мы предлагаем вырабатывать положительный пищевой рефлекс для быстрейшего наращивания массы тела улитки. А для скорейшей выработки и его закрепления можно применять дополнительные стимулирующие факторы. Для этого создавать так называемые «улиточные фермы», на которых в больших количествах разводить улиток для последующего приготовления или экспорта, создавая им при этом благоприятные условия. [4]
  4. Использование улитки в качестве фитофага. Улитка поедает крупнолистные сорняки – крапиву, борщевик, сныть, на их месте вырастает луговая трава, так как почва обогащается экскрементами виноградной улитки, которые на порядок эффективнее экскрементов калифорнийского червя. Для этого у улиток необходимо выработать устойчивый пищевой рефлекс, в частности на борщевик, что очень актуально для нашего региона. [5]

В дальнейшем планируется продолжить изучение виноградной улитки. Проверить зависимость  устойчивости рефлекса от лекарственных препаратов, выработать положительный пищевой рефлекс на борщевик и проверить на практике как метод борьбы с борщевиком, для этого найти положительный стимул.

Список источников:

  1. Балабан П.М., Захаров И.С Обучение и развитие – основа двух явлений // М.: Наука, 1992.. с.152-153
  2. Гринкевич Л..И., Нагибнева И.И., Лисаев П.Д. Условный оборонительный рефлекс у виноградной улитки // Физиологический журнал 1995. Т.81. № 81 с.24-28
  3. Журнал высшей нервной деятельности, 2003, том 53, № 3, с. 379-382 Длительность сохранения изменений электрических характеристик командных нейронов при выработке условного оборонительного рефлекса у улитки. Т.Х.Гайнутдинова, В.В. Андрианов, Х.А.Гайнутдинов, Д.Н. Мухамедшина, Р.Р. Тагирова. Казань, КНЦ РАН, 2003
  4. Солодовников И.А. Виноградная улитка и ее хозяйственное значение в республике Беларусь //Проблема сохранения биологического разнообразия Беларуси:тез.докл.междун. науч.-прак. конф., Минск, октябрь, 1993. Минск, 1993. — С. 259-261.
  5. http://agroforum.su/viewtopic.php?f=199&t=28041 дата доступа 10.11.2016

Добавить комментарий