Vylepšená paměť pro rozpoznávání objektů pomocí opakované transkraniální magnetické stimulace po kódování, část 2

3. Výsledky

K posouzení účinnosti rTMS na paměť jsme použili ORT s {{0}}h zpožděním mezi fází vzorkování a testování. Nebyl žádný rozdíl v aktivitě OFT a dobách zkoumání objektů ve vzorkování a testovacím pokusu mezi SHAM vs. TMS (p > 0,05, obr. 1BD).

Paměť je nezbytnou součástí života, pomáhá nám zaznamenávat, vybavovat si a vyvozovat minulé zkušenosti a také ovlivňuje naše rozhodování o budoucnosti.

Paměť je často vnímána jako jeden z projevů lidské inteligence a může se měnit podle různého učení a zkušeností, se kterými se jedinec setkává. U většiny lidí má paměť tendenci s věkem mírně klesat, ale to lze zlepšit neustálým cvičením a tréninkem.

Velmi důležitým aspektem je také účinnost paměti. Efektivní paměť nám může pomoci lépe porozumět našim zkušenostem a znalostem a lépe komunikovat s ostatními. Může nám také pomoci lépe se vyrovnat s výzvami a tlaky a být úspěšnější v učení a práci.

Proto se musíme naučit, jak zlepšit efektivitu a sílu naší paměti. To zahrnuje rozvoj dobrých paměťových návyků, jako je vytvoření efektivních metod psaní poznámek a vytvoření efektivního paměťového prostředí. Paměť můžeme zlepšit také tím, že se zapojíme do zdravého životního stylu, jako je dostatek spánku a správné cvičení.

Stručně řečeno, účinnost a síla paměti jsou pro náš život velmi důležité. Používáním pozitivních metod a přístupů ke zlepšení naší paměti a efektivity se můžeme lépe vyrovnat s naším každodenním životem a úspěšněji dosahovat svých osobních a pracovních cílů. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinek Cistanche pochází z různých aktivních složek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku mnoha způsoby.

Klikněte na možnost Poznat způsoby, jak zlepšit paměť

Navíc nedošlo k žádnému zkreslení ohledně umístění objektu v akviziční zkoušce (p > {{0}}.05, data nejsou zobrazena). Myši, které obdržely TMS během 72-h, měly významný diskriminační index nového objektu (jednosměrný t-test t(9) ¼ 3.{15}}67, p ¼ 0,0134), zatímco myši SHAM ano ne (jednosměrný t-test t(10) ¼ 0,705, p ¼ 0,496).

Při porovnání dvou rozlišovacích indexů byl TMS významně vyšší než SHAM (Studentský t-test t(19) ¼ 2,77, p ¼ 0.0122, obr. 1E). Kromě toho pouze skupina, která obdržela TMS, měla významnou t- Analyzovali jsme také rozdíl v rámci každé léčené skupiny v průzkumu nového a známého objektu a zjistili jsme významný rozdíl mezi zkoumaným objektem a poskytnutou léčbou (Dvoucestná opakovaná měření ANOVA F(1 ,19) ¼ 8,305, p ¼ 0,0096, hp 2¼,304 obr. 1F).

Post-hoc analýza ukázala, že skupina TMS měla významný nárůst v průzkumu nových objektů (p ¼ 0.0092), ale žádný rozdíl ve skupině SHAM (p > 0,05), což naznačuje, že rTMS mezi učení a vyhledávání lépe upevnilo paměť.

Po tomto výsledku jsme se zajímali o pochopení neurobiologických změn spojených se zlepšeným výkonem paměti u myší, které dostaly rTMS. Použili jsme Western Blot k analýze množství CREB, CAMKII a ERK a jejich fosforylace pomocí úplného homogenátu z hippocampu a FC (obr. 2).

V hippocampu celkově došlo ke změně v množství CREB (jednosměrná ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.{13}}13,hp2¼,488 Obr. 2a). Post-hoc analýza odhalila, že to bylo odvozeno ze zvýšení CREB v obou skupinách, které prováděly behaviorální test, SHAM (p ¼ 0,048) a TMS (p ¼ 0,016) ve srovnání s CONTROL skupinou.

Zdá se však, že právě fosforylace CREB byla ovlivněna výhradně rTMS v hippocampu (Jednocestná ANOVA F(2,15) ¼ 11,813 p ¼ 0.00 1, hp2¼,645 Obr. 2a), analýza aspost-hoc ukázala, že myši, které dostaly rTMS, měly významně vyšší hladiny pCREB než CONTROL (p ¼ 0,001) a skupina SHAM (p ¼ 0,041).

Navíc jsme zjistili vliv na hladiny pCAMKII (Jednosměrná ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, obr. 2d), kde podobně jako Post-hoc testování pCREB ukázalo, že rTMS zvýšilo množství pCAMKII ve srovnání s CONTROL skupinou (p ¼ 0,027). Zdálo se, že fosforylace CREB ve frontálním kortexu je ovlivněna rTMS (Jednocestná ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, obr. 2b).

Post-hoc analýza ukázala, že myši, které dostaly rTMS, měly významně vyšší hladiny pCREB než KONTROLNÍ skupina (p ¼ 0.002)/Byl zde také účinek na pCAMKII v FC ( Jednosměrná ANOVA F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0,011,hp2¼,498, obr. 2e), avšak posthoc analýza ukázala, že bez ohledu na léčbu byla jak SHAM (p ¼ 0,016), tak TMS(0,035) skupiny měly zvýšený pCAMKII ve srovnání s CONTROL skupinou.

V FC byl zvýšený pCAMKII způsoben zvýšenou fosforylací existující CAMKII, protože poměr pCAMKII k CAMKII byl také zvýšen pomocí behaviorálního testu (One-WayANOVA F(2,15) ¼ 7,387 p ¼ 0.{11 }}07, hp2¼.532, obr. 2e). Post-hoc testování ukázalo, že jak SHAM (p ¼ 0,026), tak TMS (0,010) měly významně větší podíl než CONTROL. Jak v hippocampu, tak v FC jsme nezaznamenali žádné významné změny v ERK nebo jeho fosforylaci po rTMS.

Použili jsme Western Blot na synaptické homogenáty z hippocampu a FC ke stanovení účinku rTMS na různé synaptické receptory zapojené do učení a paměti.

Zkoumali jsme změnu v podjednotkách GluR1 a GluR2 AMPA receptoru a také BDNF receptoru TrkB. V hippocampu byl rozdíl v hladinách GluR2 (Welchův test F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, obr. 3g) a pGluR2 (jednosměrná ANOVA F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp 2¼,461, obr. 3g).

Post-hoc analýza odhalila, že myši SHAM měly méně GLUR2 než CONTROLS (Games-Howell p ¼ 0.022) a myši, které dostávaly léčbu rTMS, měly významně vyšší hladiny obou GluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) a pGluR2 (p < 0,05) než myši SHAM. V hippocampu jsme také nalezli změny v pTrKB (jednosměrná ANOVA F(2,15) ¼ 8,449 p ¼ 0,005, hp2¼,585, obr. 3J).

Aspost-hoc testování ukázalo, že myši SHAM (p ¼ 0.008) i TMSmice (p ¼ 0,013) měly nižší pTRKb než CONTROL, což naznačuje, že tento účinek souvisel s testem chování a byl nezávislý na léčbě .

Tento efekt byl také způsoben změnou podílu celkového TrkB, který byl fosforylován (Jednosměrná ANOVA F(2,15) ¼ 8,882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ 0,597, obr. 3J), jak SHAM (p ¼ 0,042), tak TMS (p ¼ 0,004) byly významně nižší než CONTROL.

Jediný účinek na GluR1 byl nalezen v FC, kde došlo ke změně podílu GluR1 fosforylovaného v místě S845, pGluR1(845) (Jednocestná ANOVA F(2,15) ¼ 4,170 p ¼ 0,040 , hp2¼.391,obr. 3e), ale ne místo S831.

Post-hoc analýza ukázala, že došlo k poklesu po rTMS ve srovnání s CONTROLS (p ¼ 0.038). V FC nedošlo k žádné změně v receptorech GluR2, zjistili jsme však účinek na hladiny TrkB (Jednosměrný ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼,712, obr. 3K) a pTrkB (Welch TestF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, obr. 0,035 ).

Post-hoc analýza ukázala, že tento účinek byl způsoben pouze zvýšením hladin po léčbě rTMS ve srovnání s kontrolami pro TrkB (p ¼ 0.001) i pTrKB (Games-Howell p ¼ 0,037) .

Protože nebyl žádný rozdíl v poměru pTrKb k TrkB (obr. 3K), naznačuje to, že na rozdíl od hippocampu byla změna v pTrkB výsledkem celkového zvýšení TrKB.

Nakonec jsme zkoumali účinek stimulace rTMS na zvýšení a udržení synaptických spojení v oblastech mozku, které se účastní ORT. Použili jsme imunohistochemii ke stanovení kolokalizovaných presynaptických (SV2A) a postsynaptických (PSD95) punkt k indikaci podílu aktivních, spojených synapsí v těchto oblastech.

Celkově došlo ke změně v počtu kolokalizovaných synapsí v oblasti CA1 hipokampu (OneWay ANOVA F(2,16) ¼ 4,231 p ¼ 0.038, hp2¼.377, obr. 4a ), EC (jednosměrná ANOVA F(2,16) ¼ 4,658 p ¼ 0,030, hp2¼,392, obr. 4c) a PC (jednosměrná ANOVA F(2,16) ¼ 7,895 , p ¼ 0,006, hp 2 ¼,548, obr. 4d).

V oblasti CA1 i v PC došlo ke zvýšené kolokalizaci ve skupině TMS na CONTROL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), nicméně v EC došlo ke zvýšení oproti CONTROL ve skupinách SHAM (p ¼ 0,047) i TMS (p ¼ 0,022), což naznačuje celkový účinek testu chování v této oblasti s malým účinkem léčby. V FC jsme nezaznamenali žádné výrazné změny.

4. Diskuse

Naše výsledky ukazují, že pokud je rTMS podáván mezi kódováním a vyhledáváním, zlepšuje paměť v ORT u myší. Tyto výsledky odrážejí lidské studie, které prokázaly podobný účinek post-encodingrTMS nebo jiných forem neinvazivní mozkové stimulace na zlepšení paměti [2,3].

Převážně studie na hlodavcích se v minulosti zaměřovaly na předkódování rTMS pro zlepšení paměti[29e32], proto nebyly prozkoumány neurobiologické mechanismy konsolidace zaměřené na rTMS, i když pro specifické zlepšení paměti je účinnější než jiné časové body stimulace [1].

Indikátorem trvalého LTM je vytváření silných, stabilních synaptických spojení. V PC i CA1 pouze myši, které měly rTMS, měly ve srovnání s CONTROL myší zvýšená synaptická spojení, zatímco SHAM myši nikoli.

PC a dorzální CA1 jsou důležité v paměti rozpoznávání objektů prostřednictvím odlišných mechanismů [33]. Zatímco PC se podílí na rozpoznávání objektů na základě jejich novosti nebo známosti, hippocampus se podílí na kódování informací o specifických objektech ze smyslových podnětů do paměti [33e35]. Protože obě oblasti měly u rTMS myší zvýšená synaptická spojení, která zlepšila paměť, naznačuje to, že stimulace udržovala v těchto oblastech obě důležitá spojení, která kódují jak informace o objektu, tak známost.

Jednou z nejvýraznějších biologických změn, kterou jsme pozorovali, bylo zvýšení exprese GluR2 na synapsi hipokampu po léčbě rTMS, která zlepšila paměť ve srovnání se snížením u myší SHAM.

To bylo v kontrastu s velmi malou změnou exprese GluR1. Předchozí studie ukázaly, že receptory GluR2 jsou důležité pro ukládání LTM a odstranění receptorů GluR2 ze synapse se podílí na zapomínání [36]. Naopak blokování endocytózy GluR2 zabraňuje zapomínání neexperimentálních nastavení [37].

Existuje pouze několik studií, které prokázaly protichůdné důkazy o účinku rTMS na receptory GluR2 [26,38,39]. Věříme, že naše výsledky ukazují jedinečný účinek, protože rTMS byl spárován s úkolem učení, což mělo za následek zapomenutí a ztrátu receptorů GluR2 u myší SHAM.

Proto jsme poprvé prokázali, že rTMS může podporovat stabilitu receptorů GluR2 na synapsi o úkolu rozpoznávání objektů, což je, jak bylo prokázáno v předchozí literatuře, důležité pro udržení paměti [36,37].

Je zajímavé, že v FC byla rTMS spojena se zvýšením inTrkB a fosforylací TrKB, zatímco v hippocampu paměťová úloha snižovala expresi pTrkB. Kinetika TrkB na synapsi je závislá na mnoha faktorech, protože TrkB může být internalizován na synapsi, jakmile se naváže BDNF [40].

Delší aktivační periody BDNF však vedou ke stabilní upregulaci TrkB, zatímco přechodný BDNF zvyšuje TrkB pouze dočasně [41]. Rozdílná exprese FC a hippocampu TrkB proto může být známkou regionálně specifických účinků BDNF.

V hippocampu k internalizaci TrkB mohlo dojít u myší SHAM i TMS v reakci na behaviorální test, protože provedení testovací fáze mohlo u obou těchto skupin způsobit určitou úroveň rekonsolidačního učení, což by aktivovalo krátkou reakci BDNF [42e44 ]. Zatímco v FC předchozí studie ukázaly přímé zvýšení BDNF z rTMS[18e20], trvalé zvýšení BDNF ze stimulace po dobu tří dnů mohlo podpořit upregulaci a translokaci TrkB do synapse [41].

Kromě toho by se účinek testu chování způsobujícího internalizaci TrkB neprojevil v FC jako v hipokampu, protože FC není zapojen do rozpoznávací paměti [45e47]. To bylo také prokázáno v naší studii, protože v této oblasti nedošlo k žádné změně v synaptických spojeních. Budoucí studie by měly prozkoumat účinky rTMS versus behaviorální testy podrobněji, aby bylo možné určit tento přesný mechanismus.

Z našich výsledků se zdá, že existuje silná vazba mezi CREB a zlepšeným výkonem paměti u myší, které obdrželyTMS. Celkově jsme viděli zvýšené hladiny CREB a jeho fosforylaci v hippocampu i FC. Tento výsledek lze dát do souvislosti s předchozím výzkumem, který rovněž prokázal schopnost rTMS zvyšovat expresi CREB a jeho fosforylaci [20,21].

Zvýšený pCREB je důležitý pro transkripční aktivitu potřebnou k přeměně krátkodobé paměti na stabilní LTM [48e50] a blokování CREB zabraňuje konsolidaci paměti v hodinách následujících po události učení [51]. Proto by ve fázi konsolidace bylo důležité, aby rTMS mohla zvýšit pCREB. Role prodloužené aktivace CREB je však méně jasná.

Tato studie ukazuje, že fosforylace CREB byla spojena se zlepšenou pamětí, a proto může být důležitá ve zlepšeném výkonu paměti, který jsme viděli u myší léčených rTMS.

Aktivace CREB může pocházet z mnoha synaptických drah. Bohužel tato studie neurčila přesnou cestu, která by vedla ke zvýšení pCREB. Fosforylace CAMKII byla zvýšena jak v hippocampu, tak v FC, což mohlo způsobit zvýšenou fosforylaci CREB [9e11].

Jelikož rTMS mění hladiny Ca2+ v neuronech [18], tato aktivace CAMKII mohla poskytnout přímou cestu k aktivaci CREB, navíc aktivace CAMKII byla přímo spojena s aktivitou GluR2 [52].

Nicméně v FC měly SHAM myši také zvýšenou CAMKII, ale ne CREB nebo GluR2. Synaptické barvení odhalilo, že hippocampus hraje větší roli v paměti rozpoznávání objektů než FC, takže možná existují další regulační dráhy, které podporovaly aktivaci CREB z CAMKII po rTMS v hippocampu a ne FC. Z této studie je obtížné rozlišit, zda zlepšení z rTMS byla způsobena výhradně stimulací poskytnutou 3 hpost-kódování nebo stimulací poskytnutou během 72-h.

Singulární konsolidační stimuly jsou účinné při zlepšování paměti v humánních zkouškách [3], avšak ve studiích na hlodavcích je důsledná reaktivace paměťových drah zásadní pro udržení LTM [17].

Navíc z výsledků této studie nemůžeme identifikovat, zda zlepšená paměť nebo neurobiochemické změny vyplynuly ze stimulace rTMS během konsolidační fáze, která zlepšuje konsolidaci paměti, nebo zda existoval sekundární mechanismus měnící získávání paměti nezávisle na konsolidaci.

Výsledky této studie ukazují jak krátkodobé změny fosforylace proteinů potřebné od synaptické konsolidace, tak dlouhodobé změny ve stabilní synaptická spojení potřebná pro udržení paměti. Proto bude pro budoucí studie důležité porovnat účinek různých časových bodů stimulace a kontrolních skupin bez sondy, aby se určily přesné mechanismy.

5. Závěr

Výsledky společně naznačují, že podporou většího synaptického GluR2 a prevencí jeho endocytózy, stejně jako udržováním synaptických spojení v PC a hipokampálním CA1, může rTMS zlepšit paměť v testu rozpoznávání objektů.

Našli jsme důkaz, že tyto změny byly pravděpodobně spojeny s CAMKII a CREB drahami v hipokampálních neuronech. Tyto výsledky dále upevňují poskytování rTMS ve fázi konsolidace pro LTM a měnící se synaptickou plasticitu, což by mohlo mít větší implikace v oblasti klinické neuromodulace, nejen pro zlepšení paměti, ale také v případech, kdy je prospěšné větší zadržování informací, například psychoterapie [53].

Budoucí studie by mohly využívat podobné metody k porovnání konsolidace a udržovací stimulace k přímému určení molekulárního mechanismu přispívajícího k účinku a také ke stanovení, zda by tento účinek mohl být prodloužen prodlouženou udržovací rTMS.

prohlášení o autorském příspěvku CRediT

AM Heath: Konceptualizace, Formální analýza, Vyšetřování, Psaní původního návrhu. M. Brewer: Vyšetřování. J. Yesavage:Supervize, psaní e recenze a editace. MW McNerney: Supervize, zdroje, získávání finančních prostředků, psaní e recenzí a editace.

Poděkování

Autoři by rádi poděkovali Dr. Eugenii Poh za poskytnutí své postavy pro použití v rukopisu. Autoři by také chtěli zadek. Prof. Jennifer Roger za poskytnutí vlastních cívek TMS použitých v této studii.

Tuto práci podpořilo Ministerstvo pro záležitosti veteránů [číslo grantu 5IK2BX004105-2]. Informace v tomto dokumentu nereprezentují názory vlády Spojených států amerických, ministerstva pro záležitosti veteránů nebo lékařské fakulty Stanfordské univerzity.

Reference

[1] Jo N, Rose NS. Jak lze transkraniální magnetickou stimulaci použít k modulaci epizodické paměti?: systematický přehled a metaanalýza. FrontPsychol 2019;10:993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Zlepšení výkonu paměti pomocí rTMS u zdravých jedinců a jedinců s mírnou kognitivní poruchou: role pravé dorzolaterální prefrontální kůry. Front Hum Neurosci 2012;6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Censor N, Mishoe J, Cohen LG. Kauzální role prefrontálního kortexu posilování epizodických vzpomínek prostřednictvím opětovné konsolidace. Curr Biol 2013;23:2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Stimulace zadní kortikálně-hipokampální sítě zvyšuje přesnost vzpomínání. Curr Biol 2017;27:465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Přetrvávání dlouhodobého ukládání paměti vyžaduje pozdní syntézu proteinů a fázi závislou na BDNF v hippocampu. Neuron 2007;53:261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturní složky synaptické plasticity a konsolidace paměti. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015;7:a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. O roli syntézy hipokampálních proteinů při konsolidaci a opětovné konsolidaci paměti rozpoznávání objektů. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. Jednoduchá role BDNF v učení a paměti? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W, et al. CREB fosforylace zprostředkovaná CaMKII se účastní transkripce mRNA BDNF indukované Ca(2+) a růstu neuritů podporovaného elektrickou stimulací. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalizace ze synapse do jádra: postsynaptická CREB fosforylace během více forem hipokampální synaptické plasticity. Neuron 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Plasticky specifická fosforylace CaMKII, MAP-kináz a CREB během pozdního LTP v řezech potkaního hipokampu in vitro. Neuropharmacology 2005;49:477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC a kol. Mechanismus Ca2þ/kalmodulin-dependentní kinázy II regulace hradlování AMPAreceptorů. Nat Neurosci 2011;14:727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com