Вісник СНТ ДонНУ 2014

УДК 612:615.214:616.89

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ БЕЛЫХ КРЫС

КИЗБИРАТЕЛЬНОМУ СНИЖЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ НОРАДРЕНАЛИНА

ВГОЛОВНОМ МОЗГЕ

А. В. Арчібасова, А. Э. Чугунова, Г. А. Фролова

Резюме. Необходимость исследования механизмов возникновения психической или поведенческой депрессии связана со значительным ростом числа людей, страдающих депрессивными расстройствами. Целью представленного фрагмента комплексной работы явилось установление влияния снижения содержания норадреналина в головном мозге на проявление индивидуально-типологических особенностей белых крыс. Снижение содержания норадреналина в головном мозге в целом снизило поведенческую активность у животных всех групп контроля. АМРТ индуцировал проявление депрессивно-подобного поведения у исходно средне- и низкоактивных животных. Степень снижения показателей поведения зависит от исходного уровня выраженности поведенческой активности.

Ключові слова: норадреналин, поведенческая активность, депрессия

Необходимость исследования механизмов возникновения психической или поведенческой депрессии связана со значительным ростом числа людей, страдающих депрессивными расстройствами. Высокая частота встречаемости пограничных нервно-психических расстройств обусловлена возрастанием эмоциональной и информационной нагрузки в условиях ускоряющегося научно - технического прогресса и темпа жизни в целом. Об актуальности проблемы депрессий свидетельствуют эпидемиологические данные: распространенность расстройств депрессивного характера среди населения стран Европы и США составляет сегодня не менее 5-10%. Актуальность этой проблемы в общей медицине, где частота депрессий достигает 22-33% и превосходит такое распространенное заболевание, как артериальная гипертензия, существенно возрастает. Установлены причины возникновения многих заболеваний, в том числе и депрессивных расстройств. Однако, имеющиеся сведения о них требуют дополнений и уточнений, поскольку очевидно, что существуют факторы, обуславливающие индукцию данного заболевания в определенных условиях у одних людей и устойчивость к тому же воздействию у других.

Известно, что альфа-метил-пара-тирозин (AMPT) относится к лекарственным препаратам, временно уменьшающим катехоламиновую активность мозга, влияет на уровень дофамина, тормозит синтез норадреналина, что в совокупности определяет эффект [1, 2,]. Но до сих пор, открытым остается вопрос о зависимостях реакции организма на воздействия препарата и индивидуально-типологическими особенностями [3]. В связи с этим, целью работы явилось установление влияния снижения содержания норадреналина в головном мозге на проявление индивидуально-типологических особенностей белых крыс.

Материалы и методы. Эксперимент был проведен на 40 белых беспородных лабораторных крысах-самцах массой 180-220 г, содержащихся на стандартном рационе вивария. Поведение животных исследовалось с помощью стандартного теста «продырявленное поле» (ПП) [2]. Продырявленное поле представляет собой открытый пластиковый ящик 60×60×40 см, пол которого выкрашен зелено -голубой краской и разделен линиями на 9 квадратов 20×20 см. По периметру квадратов в полу просверлены 12 отверстий диаметром 3 см. Длительность теста составляла 5 мин. Регистрировались следующие поведенческие показатели: число пересеченных квадратов (двигательная активность – ДА), стойки и число обследованных

251

отверстий (в сумме – исследовательская активность). Отдельно фиксировали число фекальных болюсов, частоту уринации и количество актов груминга.

Для снижения норадренергической функции мозга использовали избирательно действующий ингибитор фермента тирозингидрокислазы альфа-метил-пара-тирозин (АМРТ) в дозе 80 мг/кг в течение 3 дней. Первичные экспериментальные данные обрабатывались с помощью общепринятых методов математической статистики. Разделение исследуемой популяции животных на группы с различными индивидуально-типологическими особенностями проводилось согласно правилу0,67 . Для оценки достоверности различий между результатами контрольных

исследований и для оценки достоверности отличий между опытными и контрольными данными использовался U-критерий Манна-Уитни. С помощью корреляционного анализа устанавливали наличие связей между определяемыми психоэмоциональными показателями животных. Математическая обработка материала проводилась с помощью пакета программ STATISTIСA 6.0 и Excel.

Результаты и их обсуждение. Параметры поведения животных в ПП были разделены на исследовательскую (ИА, суммарное количество вертикальных стоек и заглядываний в отверстия) и двигательную (ДА, общее количество пересечен ных квадратов) активности [3]. Анализ контрольных результатов исследований позволил разделить исследуемых животных на три группы с различной выраженностью поведенческой активности.

Вгруппу крыс с низким уровнем активности (НА), вошли 7 особей, ИА и ДА которых составили 6,1±0,69 и 4,6±0,51 поведенческих актов соответственно. У животных со средним уровнем активности (СА) (n=26), эти показатели исследовательской и двигательной активностей составили 4,3±0,98 и 5,2±0,89 поведенческих актов соответственно. Самые высокие значения исследуемых показателей были зарегистрированы у животных с высоким уровнем активности

(ВА): 13,4±0,50 (ИА) и 14,7±0,47 (ДА) поведенческих актов (n=7).

Поведенческий профиль исследуемой популяции животных в контроле представлен в таблице 1.

Под действием AMPT поведенческие показатели изменились следующим образом

(рис.1).

Из рисунка видно, что показатели исследовательской и двигательной активности достоверно снизились во всех группах.

Вгруппе с исходно низким уровнем активности, ИА сократилась на 82,0±11,05%

(pu<0,05), а двигательная активность – на 49,6±6,43% (pu<0,05). В группе со средним уровнем активности в контроле оба показателя поведенческой активности достоверно сократились в

среднем на 70-72% (pu<0,01). У исходно высокоактивных животных степень снижения данных показателей оказалась минимальной: исследовательская активность сократилась на

53,3±4,96% (pu<0,05), а двигательная – на 26,5±4,55% (pu<0,05).

Значительное (на 70 и более процентов) снижение уровня исследовательской активности позволило сделать нам вывод о том, что снижение норадренергической трансмиссии в результате введения альфа-метил-пара-тирозина, индуцировало наличие выраженного поведенческого дефицита у животных с исходно низким и средним уровнями активности, что является признаком депрессивно-подобного состояния у данных групп контроля.

252

высокоактивных акты уринации отсутствовали как в контроле, так и на фоне введения альфа-метил-пара-тирозина.

По количеству фекальных болюсов достоверных отличий не обнаружено: данный показатель неспецифической активности отсутствовал в контрольных и опытных исследованиях.

Выводы. Проведенное исследование поведенческих реакций в популяции самцов позволило разделить животных по выраженности поведенческой активности на три группы. Снижение содержания норадреналина в головном мозге в целом снизило поведенческую активность у животных всех групп контроля. АМРТ индуцировал проявление депрессивно-подобного поведения у исходно средне- и низкоактивных животных. Степень снижения показателей поведения зависит от исходного уровня выраженности поведенческой активности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Арушанян Э.Б. Дофаминергические механизмы мозга и депрессия / Э.Б.Арушанян // Журн. невропатол. и психиатр. – 1987. – Т.87. – В.6. – С. 925–931.

2.Горелова Э.В. Особенности динамики некоторых компонентов зоосоциального поведения крыс в зависимости от характера пространственно-моторной асимметрии / Э.В. Горелова // Ученые записки ТНУ. – 2002. – Т.14 (53). – № 2В. – С.87–91.

3.Benes В., Benesova O., Frankova S., Tikal K. Behavioural and biochemical characteristics of rats genetically selected for high and low activity and defecation rates.// 2nd Intern. Congress of C. I. A. N. S. Prague, Abstracts. – 1975. – V. 1. – P.249–253.

УДК 546.786:544.342

ДОСЛІДЖЕННЯ ВОДНО-ДИМЕТИЛФОРМАМІДНИХ РОЗЧИНІВ З ІЗОПОЛІВОЛЬФРАМАТ-АНІОНАМИ МЕТОДОМ УФ-СПЕКТРОСКОПІЇ

Н. Н. Зайцева, О. Ю. Пойманова

Резюме. Ідентифіковано декавольфрамат-аніон у водно-диметилформамідних підкислених розчинах натрію вольфрамату методом УФ-спектроскопії. Виявлено зростання вмісту декавольфраматаніону у розчинах із підвищенням кислотності.

Ключові слова: водно-диметилформамидне середовище, декавольфрамат-аніон.

ВСТУП

При дослідженні утворення іизополівольфраматів у кислому розчині вольфрамат-аніону Глемзер та співр. виявили формування полівольфрамату-Y, максимум поглинання якого знаходиться в області 320-325 нм [1]. Корсіні із співр. спостерігали утворення таких же частинок безпосередньо при підкисленні розчину вольфрамату натрію до рН від 0 до 3 [2]. Аніон із характерним жовтуватим забарвленням було виділено потім у вигляді калієвої солі та представлено як додекамер К5НW12O39∙4H2O на основі даних полярографії та ультрацентрифугування [3].

Цікаво відзначити, що декавольфрамат-аніон – це єдиний ізополівольфраматаніон, який дає характерний сигнал в УФ-видимій області. Це обумовлено його будовою: аніон W10O324- утворений двома блоками W5O18, з’єднаними майже лінійними містками W – O – W (448 К, 175°). Єдиними іншими полівольфраматами із групами переносу заряду (зазвичай область 240-270 нм), є α- і β-P2W18O626-, які також мають димерну структуру, поєднану майже лінійними (435 К) W – O – W містками [4].

Відомо, що при опроміненні світлом декавольфрамат-аніон переходить у збуджений стан. За допомогою комбінації методів лазерного імпульсного фотолізу та дослідженням імпульсного радіолізу перебіг подій після поглинання світла

254

декавольфраматом в ацетонітрилі може бути виражений схемою (рис. 1), де ХН – субстрат [5].

Рис. 1. Перехід між формами декавольфрамат-аніону при поглинанні світла.

Дослідження піко- і наносекундного лазерного імпульсного фотолізу підтверджує утворення короткоживучих LMCT збудженого стану і перехідних wO, і визначає швидкість розпаду останнього з різними проти-іонами в нітрильних розчинниках. Це також дозволяє припустити, що wO реагує з будь-яким субстратом ХН, в результаті чого отримуємо одноелектронно відновлену сполуку HW10O324- і радикал Х [6].

Унікальна структура W10O324– дає можливість йому проявляти фотокаталитичні властивості. По-перше, декавольфрамат-аніони W10O324- мають аналогічні електронні властивості, що й напівпровідниковий TiO2, адже вони обидва мають велику ширину забороненої зони (для мікропористих декавольфраматів складає приблизно 3,6-3,8 еВ, а а у випадку TiO2 – 3,2 еВ. По-друге, M4W10O32, як і TiO2 містить d0 перехідного металу та атома кисню. УФ-опромінення W10O324- призводить до утворення збудженого стану [W10O324-]* зі значними окисними властивостями (приблизно 2,5-2,6 еВ).

Механізм збудження W10O324– можна представити наступною схемою:

W10O324– + hν → [W10O324–]* ↔ W10O324– (e- + h+)

Таким чином, наприклад, ініціювання реакції окислення органофосфорного пестициду трихорофону (TCF) іонами W10O324- може бути представлене схемою:

[W10O324–]* + TCF → W10O325–+ TCFox

В процесі окиснення TCF до TCFox, W10O324– перетворюєтья на синій комплекс (гетерополі синь) зі змішаною валентністю (WVW9VIO325-), отримавши один електрон від TCF. Формування W10O325 – виникає внаслідок міжвалентного (d0→d1) переносу заряду. Поглинання при 774 нм є характеристикою W10O325–, а двохелектронна форма W10O326– дає пік при 622 нм. Відновлення W10O325– до вихідного ступеню окислення (W10O324–) відбувається з легкістю і може бути проведене таким акцептором електронів,

як молекулярний кисень, розчинений у суспензії, за схемою:

2 W10O325– + 2H+ + 1/2O2 → 2 W10O324– + H2O

После прохождения этих двух этапов, фотокаталитический цикл был завершен. Відновлена форма (W10O324–) повертається у фотокаталітичний цикл і може здійснювати наступну серію переходів, поки весь TCF не мінералізується [7].

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Для дослідження поведінки ізополівольфрамат-аніонів у воднодиметилформамідних розчинах було обрано систему Na2WO4 – HCl – NaCl – DMF – H2O із об’ємним вмістом диметилформаміду 40 об.%. Готували серію розчинів, задаючи іонну силу введенням NaCl 0,40 моль/л, та різну кислотність в інтервалі 0,8- 2,3. Даний інтервал кислотностей обрано на основі результатів рН-потенціометричного титрування [8], які показали що основні перетворення відбуваються в області Z=1,00- 1,70. В роботі досліджено такі розчини, витримані протягом одного місяця.

Аналіз стану ізополівольфрамат-аніонів у розчинах проводили за допомогою двопроменевого спектрофотометра СФ-2000 у діапазоні λ = 200-1000 нм. Розчини поміщали до кварцової кювети з товщиною поглинаючого шару 10 мм й записували спектри відносно водно-диметилформамідного розчину (φ(ДМФА)=40 об.%).

255

256

На УФ-спектрах досліджених підкислених розчинів вольфрамату натрію з 40% вмістом ДМФА, витриманих протягом місяця, (рис. 2) з’являється пік при 325 нм, інтенсивність якого збільшується з ростом кислотності вихідних розчинів, що свідчить про збільшення концентрації декавольфрамат-аніону в них.

Розчини, що були підкислені до кислотностей 1,50-2,30, під дією прямого сонячного світла стають яскраво синіми, в той час як розчини із Z=0,80-1,40 залишаються безбарвними. Це обумовлено фоточутливістю декавольфрамат-аніону у присутності диметилформаміду. УФ-спектри, записані з розчинів із Z=1,30-2,30, представлено на рис. 3. У порівнянні із УФ-спектрами безбарвних розчинів в даному випадку з’являється пік при 770 нм, який відповідає формі W10O325–. У той же час пік при 325 нм зникає, а натомість з’являється пік при 365 нм, що очевидно відповідає збудженій формі декавольфрамат-аніону [W10O324–]*. Інтенсивність так само як і у випадку безбарвних розчинів збільшується із ростом кислотності розчинів.

ВИСНОВКИ

Методом УФ-спектроскопії ідентифіковано наявність декавольфрамат-аніону у водно-диметилформамідних розчинах із вмістом ДМФА 40 об.%, витриманих протягом місяця. Зростання інтенсивності піків при 325 нм (у випадку не збудженого стану) та при 365 та 770 нм (у випадку збудженого стану аніону) зі збільшенням кислотності розчинів свідчить про збільшення вмісту декавольфрамат-аніону у цих умовах. Отримані результати допомагають визначити умови утворення найбільшої кількості декавольфрамат-аніону в розчинах, які можна буде використовувати при оптимізації методик синтезу солей із даним аніоном.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРИ

1.Glemser O. Untersuchungen über parawolframate / O. Glemser, W. Höltje // Z. Naturforsch. –1965. – V. 20b, № 3. –P. 398–406.

2. Corsini A. Studies of tungstate solutions in acid medium / A. Corsini, K.S. Subramanian //

J.Inorg. Nucl. Chem. –1978. –Vol. 40. –P. 1777–1779.

3.Поуп М.С. Гетерополи- и изополиоксометаллаты: Пер. с англ. /Под ред. Э.Н. Юрченко. – Новосибирск. –Наука. – 1990.– C. 168.

4.Lorente L. Synthesis and properties of the decatungstate ion / L. Lorente, M.A. Martinez, J.M. Arrieta, C. Santiago, A. Arnaiz // Termochimica Acta. – V. 98. – 1986. – Р. 89–97.

5.Duncan D.C. Early-time dynamics and reactivity of polyoxometalate excited states. Identification of a

short-lived LMCT excited state and a reactive long-lived charge-transfer intermediate following picosecond flash excitation of [W10O32]4– in acetonitrile / D.C. Duncan, T.L. Netzel, C.L. Hill // Inorg. Chem. –1995. – Vol. 34, № 18. –P. 4640–4646.

6.Tanielian C. Decatungstate photocatalysis / C. Tanielian // Coordination Chemistry Reviews. – 1998. – P. 1165–1181.

7.Microporous Decatungstates: Synthesis and Photochemical Behavior / Guo Y., Hu C., Wang X. [et al.] // Chem. Mater. – 2001.– V. 13.– № 11.– C. 4058–4064.

8. Пойманова Е.Ю., Розанцев Г.М., Белоусова Е.Е. Определение условий образования декавольфрамат-анионов в водно-диметилформамидной среде. // Вісник Донецького національного університету, Сер. А: Природничі науки, 2012. – № 1. С. 152–156.

257

УДК 004.932.72+629.7.058.43+629.7.066.1

НАВИГАЦИЯ АВТОНОМНОГО РОБОТА НА ОСНОВЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ УПРАВЛЯЮЩИХ МАРКЕРОВ

З. Ю. Золотарев, А. И. Парамонов

Резюме. В данной работе рассматривается подход к навигации автономного робота. В работе предлагается подход для решения задачи навигации мобильного робота и поиска местонахождения заданного объекта (маркера) роботом без управления человеком. Суть подхода заключается в автоматизации процессов поиска объекта в пределах видимости с помощью видеокамеры и измерения расстояния до него с помощью радиолокационного устройства. Предложен аппаратный комплекс робота на базе платформы Arduino и мощного вычислительного сервера, соединенных по беспроводной сети. Программная система, обслуживающая робота реализует методы обработки разнородных данных и принятия решения на их основе с целью генерации поведения робота. Разработанный прототип может быть использован для построения систем автономных грузоперевозок без участия человека в труднодоступные места.

Ключевые слова: робот, видеопоток, ультразвук, идентификация, навигация.

Введение. Область применения робототехнических комплексов сегодня затрагивает задачи исследования космоса, спасательных и научно-исследовательских работ, автоматизации производственных процессов, бытовой сферы и другие. Одним из важных вопросов при создании автономного робота является его ориентация в пространстве. Навигационная система – это совокупность приборов, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих произвести ориентирование объекта в пространстве. Системы навигации бывают нескольких видов: спутниковая навигация, радионавигация, инерциальная навигация, GPS/инерциальная навигация и другие. Навигация робота в ходе нахождения местонахождения объектов в пространстве требуется при решении целого ряда задач, которые в общем виде можно сформулировать как задачу принятия решения агентом в динамической среде. Для представления (позиционирования) объекта в пространстве задаются система координат и маркировка этого пространства. Целью работы было создание прототипа поискового робота, который на основе идентификации управляющих маркеров прокладывает маршрут к заданной цели. Данная задача включает в себя решения ряда отдельных проблем в области информационных технологий и искусственного интеллекта: организация архитектуры распределенной системы, обработка данных (в том числе видеоизображений), идентификация образов и др. Каждая из указанных проблем не новая и уже имеет ряд решений. В работе предлагается подход на основе комплексного применения существующих технологий и методов для реализации системы принятия решений при навигации автономного робота.

Аппаратный комплекс автономного робота.

В качестве экспериментальной платформы для аппаратного решения мобильного робота предлагается использовать колесную базу под управлением платы Arduino. Структура разработанной системы представлена на рисунке 1.

258

Рис. 1 Аппаратная схема технического комплекса

Как видно из рисунка, маршрутизатор, камера и сервер организованы в одну локальную сеть. IP-камера соединена с роутером по UTP-кабелю, сервер к маршрутизатору подключен по беспроводному соединению. Связь между IP-камерой и сервером является двусторонней, и основана на наборе команд, передаваемых по HTTP-протоколу. Экспериментальный образец аппаратной платформы реализован с применением следующих компонент:

Плата Arduino UNO;

Плата Sensor Shield;

Плата Motor Shield Keyles L298;

IP-камера EasyN;

Ультразвуковой дальномер модели HC-SR04;

Маршрутизатор TP-LINK TL-MR3020;

Вычислительный сервер (ПК).

Arduino[1] — это платформа быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется через USB без использования программаторов. Устройства на базе Arduino могут получать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков, а также могут управлять различными исполнительными устройствами, некоторые из них используются в данной работе. Микроконтроллер на плате программируется при помощи языка Arduino, во многом похожего на C/C++, и среды разработки Arduino.

В данной работе для сборки системы использовалась плата Arduino UNO (см. рис 2). Ее микроконтроллер построен на чипе ATmega328. Для настройки работы платы необходимо подключить ее к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера или батареи [2].

Плата Motor Shield Keyles L298. Представляет собой микросхему для управления электромоторами (см. рис 3). Микросхема обладает возможностью управления, как направлением движения моторов, так и их скоростью. В комплекте с данной платой используются моторы.

259

Компактный по размеру маршрутизатор TP-LINK TL-MR3020 позволяет организовать совместный доступ к беспроводной сети. В ходе выполнения работы была выполнена перепрошивка данного устройства с целью добавления возможности подключения Arduino UNO и беспроводного обращения к нему по сети, был эмулирован COM-порт, добавлена возможность удаленного обращения к командам терминала маршрутизатора по протоколу SSH.

Ультразвуковой дальномер модели HC-SR04 (см. рис. 5.А) используются в качестве датчика измерения расстояния по звуку. Принцип работы состоит в том, что при подаче на вход Trigger положительного импульса длительностью 10 мкс модуль формирует на передатчике восемь импульсов частотой 40 кГц. И ожидает эхо. При получении импульса эха, происходит формирование на выходе импульса ШИМ длительностью от 150 мкс до 38 мс. Если эхо не обнаружено (нет препятствия), то формируется импульс длительность 38 мс [2].

IP-камера EasyN (см. рис 5.Б) имеет встроенный привод, позволяющий удаленно изменять поворот и угол наклона камеры (угол вращения по горизонтали 270°, по вертикали 120 °), и тем самым улучшать обзор объекта видеонаблюдения. Камера позволяет осуществлять удаленный просмотр и запись видеопотока из любой точки мира в любое время благодаря возможности подключения по Wi-Fi.

Рис. 5 Датчики устройства (для получения данных об окружении)

Вычислительный сервер представляет собой ПК под управлением ОС Windows XP, с установленными специальными программными компонентами. Сервер должен

260