Множество экспериментальных данных показывает, что клеточные процессы, связанные с обучением, связаны с длительными модификациями эффективности синаптической передачи и изменениями эндогенных свойств нейрона и его мембраны [1,2,3]. Если длительное время основным механизмом обучения признавалось изменение эффективности синаптической передачи, то позднее появились свидетельства несинаптических механизмов. В рамках таких представлений имеется достаточное количество исследований клеточных механизмов обучения [4,5]. Поэтому во многих работах были проведены исследования связи поведенческих результатов обучения с возбудимостью нейронов и их электрическими характеристиками мембраны [1,2,4,5]. Ранее нами были показаны мембранные корреляты (изменение мембранного и порогового потенциалов премоторных интернейронов) для условных оборонительных рефлексов постукивания по раковине и аверзии к пище [2,4,6]. Поэтому возник вопрос – возможны ли подобные изменения при выработке других видов условных рефлексов. Для этого мы исследовали возможность корреляции выработки условного обстановочного рефлекса [7], а также реконсолидации памяти на этот рефлекс, с динамикой изменений электрических характеристик премоторных интернейронов оборонительного поведения виноградной улитки LPa3 и RPa3, а также серотонинсодержащих нейронов Pd2 & Pd4 педального ганглия, которые модулируют данный рефлекс. Поэтому мы провели изучение изменения мембранного и порогового потенциалов командных нейронов ЛПа3 и ППа3 виноградной улитки после выработки условного оборонительного рефлекса на обстановку и реконсолидации памяти на этот рефлекс.

Эксперименты были проведены на моллюске Helix lucorum. У всех животных вырабатывали обстановочный условный рефлекс по контекстуальной парадигме «на шаре» в ситуации, когда животные были жестко закреплены за раковину. До начала выработки условного рефлекса и после обучения проводили тестирование уровня оборонительной реакции как показателя сформированной долговременной памяти. Тестирование поведенческих реакций проводили в двух средах (контекстах): 1) на шаре (т.е., в стандартных условиях обучения), 2) на плоской поверхности. У части улиток после выработки условного рефлекса на обстановку производили реконсолидацию долговременной памяти на обстановку [7]. Для исследования реконсолидации производили «напоминание» обстановки обучения. Результаты показали, что в нейронах LPa3 и RPa3 мембранный потенциал достоверно (около 5 мВ) снижается после обучения. Не было обнаружено его достоверных дальнейших изменений после напоминания (инициации реконсолидации относительно его уровня после обучения). Пороговый потенциал этих нейронов снижается после обучения и сохраняется далее неизменным после напоминания. В то же время после напоминания мембранный и пороговый потенциалы достоверно уменьшаются относительно исходного уровня (до обучения). То есть, эти нейроны могут участвовать в процессе реконсолидации обстановочного рефлекса.

Работа поддержана Программой стратегического академического лидерства Казанского федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030).

1. Балабан П.М., Т.А. Коршунова Сетевые, клеточные и молекулярные механизмы пластичности в простых нервных системах. Успехи физиол. наук, 2011, т. 42, №4, с. 3-19.

2. Гайнутдинов Х.Л. и др. Изменение возбудимости нейрональной мембраны как клеточный механизм обучения и памяти Успехи физиол. наук. 2011, т. 42, №1, с. 33-50.

3. Lisman J. et al., Memory formation depends on both synapse-specific modifications of synaptic strength and cell-specific increases in excitability, Nat Neurosci. 21 (3) (2018) 309–314. doi:10.1038/s41593-018-0076-6.

4. Gainutdinov Kh.L. et al., Excitability increase in withdrawal interneurons after conditioning in snail, NeuroReport. 9 (1998) 517-520.

5. Mozzachiodi R. et al., Changes in neuronal excitability serve as a mechanism of long-term memory for operant conditioning, Nature Neurosci. 11 (2008) 1146-1148.

6. Andrianov V.V, et al., 2015. Modulation of defensive reflex conditioning in snails by serotonin. Front. Behav. Neurosci. 9 279. doi: 10.3389/fnbeh.2015.00279.

7. Deryabina I.B. et al., 2020. Effects of thryptophan hydroxylase blockade by p-chlorophenylalanine on contextual memory reconsolidation after training of different intensity, Intern. J. Mol. Sci. 21 2087. doi:10.3390/ijms21062087

A plethora of experimental data indicate that cellular processes associated with learning are caused by long-term modifications in the efficiency of synaptic transmission and changes in the endogenous properties of the neuron and its membrane [1,2,3]. For a long time, the change in the efficiency of synaptic transmission was recognized as the main learning mechanism until later evidence of non-synaptic mechanisms appeared. Within the framework of such ideas, there is a sufficient number of studies of cellular learning mechanisms [4,5]. Therefore, in many works, studies have been carried out to establish a link between the outcomes of behavioral learning and the excitability of neurons and the electrical characteristics of the membrane [1,2,4,5]. Previously, we have shown membrane correlates (changes in the membrane and threshold potentials of premotor interneurons) for conditioned defensive reflexes of tapping on the shell and aversion to food [2,4,6]. Therefore, the question arose whether such changes are possible during the development of other types of conditioned reflexes. To do this, we studied the possible correlation of the development of a conditioned situational reflex [7], and the reconsolidation of its memory to the dynamics of changes in the electrical characteristics of the premotor interneurons of the defensive behavior LPa3 and RPa3 as well as the serotonin-containing neurons Pd2 & Pd4 of the pedal ganglion, which modulate this reflex in the terrestrial snail,. Therefore, we studied the changes in the membrane and threshold potentials of the premotor interneurons LPa3 and RPa3 of the terrestrial snail after the development of a conditioned defensive reflex to the situation and memory reconsolidation of this reflex.

The experiments were carried out using the mollusc Helix lucorum. In all animals, a situational conditioned reflex was developed according to the contextual paradigm "on the ball" where the animals were rigidly fixed to the shell. Before elaborating the conditioned reflex and after training, the amplitude of the defensive reaction was tested as an indicator of the formed long-term memory. Behavioral responses were tested in two environments (contexts): 1) on a ball (i.e., under standard learning conditions), 2) on a flat surface. In some snails, after the development of a conditioned reflex to the environment, long-term memory of the learning environment was reconsolidated [7]. For the study of reconsolidation, a "reminder" of the learning environment was introduced. The results showed that the membrane potential in neurons LPa3 and RPa3 decreases significantly (about 5 mV) after training. No significant further changes were found in the membrane potential after the reminder (initiation of reconsolidation relative to its post-training level). The threshold potential of these neurons decreased after training and remained unchanged after the reminder. At the same time, after the reminder, the membrane and threshold potentials significantly decrease relative to the initial level (before training). All in all, these neurons can participate in the process of reconsolidation of the situational reflex.

This work was funded by Kazan Federal University Strategic Academic Leadership Program (PRIORITY-2030).



1. Balaban P.M., Korshunova T.A. Networks, cellular and molecular mechanisms of plasticity in simple nerve systems, Uspechi Physiologicheskih nauk (Russian), 2011, 42(4), 3–19.

2. Gainutdinov Kh.L. et al. Changes of the neuronal membrane excitability as cellular mechanisms of learning and memory, Uspekhi Physiologicheskikh Nauk (Russian), 2011, 42(1), 33–52.

3. Lisman J. et al., Memory formation depends on both synapse-specific modifications of synaptic strength and cell-specific increases in excitability, Nat Neurosci. 21 (3) (2018) 309–314. doi:10.1038/s41593-018-0076-6.

4. Gainutdinov Kh.L. et al., Excitability increase in withdrawal interneurons after conditioning in snail, NeuroReport. 9 (1998) 517-520.

5. Mozzachiodi R. et al., Changes in neuronal excitability serve as a mechanism of long-term memory for operant conditioning, Nature Neurosci. 11 (2008) 1146-1148.

6. Andrianov V.V, et al., 2015. Modulation of defensive reflex conditioning in snails by serotonin. Front. Behav. Neurosci. 9 279. doi: 10.3389/fnbeh.2015.00279.

7. Deryabina I.B. et al., 2020. Effects of thryptophan hydroxylase blockade by p-chlorophenylalanine on contextual memory reconsolidation after training of different intensity, Intern. J. Mol. Sci. 21 2087. doi:10.3390/ijms21062087