Optogenetická inaktivace mediálního septa zhoršuje dlouhodobé rozpoznávání objektů Tvorba paměti

Abstraktní

Theta je jednou z nejvýznamnějších extracelulárních synchronních oscilací v mozku savců. Hippokampaltheta se opírá o neporušenou mediální přepážku (MS) a byla konzistentně zaznamenávána během tréninkové fáze některých paradigmat učení, což naznačuje, že se může podílet na zpracování dlouhodobé paměti závislé na hippocampu.

Zpracování paměti je důležitou funkcí v lidském mozku. Zahrnuje procesy, jako je identifikace, kódování, ukládání a získávání informací. Je to důležitá schopnost v našem každodenním životě, která úzce souvisí s učením, prací, sociální interakcí a dalšími aspekty. Paměť označuje schopnost lidského mozku uchovávat informace, která určuje naši schopnost učit se z minulých zkušeností a aplikovat je na budoucí životy.

Zpracování paměti je základem pro zlepšení paměti. Díky schopnostem efektivního zpracování paměti můžeme lépe kódovat, ukládat a získávat informace, a tím zlepšit paměť. Když si potřebujeme zapamatovat nějakou informaci, musíme ji nejprve identifikovat a zakódovat a poté zakódovanou informaci uložit do banky dlouhodobé paměti mozku. A konečně, když potřebujeme tyto informace použít, můžeme je získat pomocí vyhledávání. Pokud jsou tyto procesy prováděny efektivně, naše paměť se přirozeně zlepší.

Schopnosti zpracování paměti samozřejmě není dosaženo přes noc a je třeba ji zlepšovat nahromaděným tréninkem v průběhu času. Například, pokud jde o identifikaci informací, můžeme zlepšit naši citlivost vůči informacím neustálým cvičením, abychom provedli předběžné rozpoznání; pokud jde o kódování a ukládání informací, můžeme zlepšit paměťové efekty pomocí metod, jako jsou paměťové paláce; Z hlediska získávání informací můžeme opakovaným procvičováním zlepšit rychlost a přesnost vyhledávání.

Stručně řečeno, paměťové zpracování a paměť jsou neoddělitelné. Tréninkem a neustálým shromažďováním zkušeností můžeme zlepšit naši schopnost zpracovávat paměť, a tím zlepšit naši paměť a učinit náš život barevnější. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť. Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinnost mletého masa vychází z různých účinných látek, které obsahuje, včetně kyselin, polysacharidů, flavonoidů atd. Tyto složky mohou různými způsoby podporovat zdraví mozku.

Klikněte na možnost Znát krátkodobou paměť, jak se zlepšit

Paměť rozpoznávání objektů (ORM) umožňuje zvířatům identifikovat známé předměty a je nezbytná pro zapamatování faktů a událostí. U hlodavců vyžaduje dlouhodobá tvorba ORM funkční hipokampus, ale zapojení MS do tohoto procesu zůstává kontroverzní. Zjistili jsme, že trénování dospělých samců potkanů ​​Wistar v dlouhodobém úkolu učení indukujícím ORM, který zahrnuje vystavení dvěma různým, ale behaviorálně ekvivalentním objektům nových stimulů, zvýšilo sílu hippocampaltheta a že potlačení theta prostřednictvím optogenetické inaktivace MS způsobilo amnézii.

Důležité je, že amnézie byla specifická pro objekt, který zvířata zkoumala, když byla MS inaktivována. Celkově naše výsledky naznačují, že MS je nezbytná pro dlouhodobou tvorbu ORM a naznačují, že hipokampální theta aktivita je kauzálně spojena s tímto procesem.

klíčová slova:

Theta rytmus, amnézie, hippocampus, oscilace mozku a dlouhodobá paměť.

Hlavní text

Nervové oscilace jsou opakující se rytmické vzorce elektrické aktivity, které se objevují spontánně nebo jako reakce na podněty. Teta je pomalá (5–10 Hz) neuraloscilace vyskytující se převážně v hipokampu, zejména v oblasti CA1, kde je pravidelnější a vykazuje maximální amplitudu [1]. Hippokampaltheta je citlivá na léze mediálního septa (MS) [2], a přestože její behaviorální koreláty nebyly dosud plně objasněny, rozsáhlé důkazy naznačují, že podporuje učení [3–5].

Theta skutečně usnadňuje hippocampallong-term potenciation (LTP) [6], hlavní buněčný model dlouhodobé paměti závislé na hippocampu. Objektová paměť (ORM) umožňuje zvířatům určit známost předmětů a je zásadní pro zapamatování si událostí a plánování akcí. U hlodavců trénink v paradigmatu učení založeném na ORM aktivuje několik signálních drah souvisejících s plasticitou a indukuje LTP indorzální CA1, což naznačuje, že hipokampus je nezbytný pro dlouhodobou tvorbu ORM [7–9]. Naopak účast členských států v tomto procesu zůstává kontroverzní. Například septální léze, které zhoršují prostorovou a pracovní paměť, neovlivňují dlouhodobou ORM[10, 11], ale stimulace RS zmírňuje dlouhodobý deficit ORM pozorovaný u epileptických myší zvýšením aktivity hippocampu theta [12].

Proto jsme se rozhodli analyzovat, zda RS-regulovaná hipokampální theta je skutečně spojena s dlouhodobou retencí ORM. Nejprve jsme určili, zda dlouhodobá tvorba ORM ovlivňuje hipokampální theta. Za tímto účelem jsme implantovali pole elektrod do dorzální oblasti CA1 dospělých samců potkanů ​​Wistar (3 měsíce staré, 300–350 g). Vycvičili jsme je nové paradigma rozpoznávání objektů, dlouhodobý úkol navozující ORM založený na přirozené preferenci hlodavců pro novinku, která zahrnuje vystavení dvěma různým, ale behaviorálně ekvivalentním novým objektům A a Bin, známé otevřené aréně pro {{10} }min (obr. 1a) [13]. Digitální videokamera upevněná nad arénou byla použita pro sledování, záznam a analýzu polohy a chování zvířat pomocí systémového softwaru ObjectScan (podrobnosti viz Další soubor 1).

Průzkumné události byly definovány jako epochy Větší než nebo rovné {{0}}.5-s-dlouhé epochy, během kterých zvířata čichala a/nebo se dotýkala stimulačních předmětů tlamou a/nebo předními tlapami. Všechny ostatní epochy větší nebo rovné 0,5 s byly považovány za meziprůzkumné události a z nich jsme dále uvažovali pouze ty, během kterých byla střední rychlost pohybu menší nebo rovna střední rychlosti pohybu všech průzkumných událostí. Události trvající< 0.5 s were excluded from the analysis. Local field potentials (LFP) were recorded continuously during the training session. Signals were amplified, digitized, filtered at cutoff frequencies of 0.3 and 250 Hz, and sampled at 1 kHz. Data from time windows corresponding to exploration and inner exploration events were extracted and analyzed often using built-in or custom-written routines (see Additional file 1 for details). As expected, the exploration time and the number of exploration events during training did not differ between objects A and B (Fig. 1b; t (5)=0.79, P=0.46 for exploration time; t (5)=1.21, P=0.28 for exploration events in paired t-test). 

Průzkumná aktivita byla pozorována po celou dobu tréninku (obr. 1b). Teta aktivita byla také evidentní během tohoto sezení (obr. 1c), ale síla theta, která předpovídá učení [14], byla zvláště vysoká během průzkumu objektů (obr. 1d,e ). Analýza výkonových spekter skutečně ukázala, že thetavýkon během epoch průzkumu objektů byl o 36±7 % vyšší než během období mezi průzkumy (obr. 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 v Bonferroniho vícenásobném srovnávacím testu po RM jednosměrné ANOVA).

Teta peak frequency did not differ between exploration and inter-exploration events (Fig. 1f; F (2, 10)=3.29; P=0.079 in RM one-way ANOVA). Neither the power nor the peak frequency of theta differed between object A and object B exploration epochs (Fig.  1f; Obj A vs Obj B, P>0.99 pro thetapower; Obj A vs Obj B, P=0.13 pro špičkovou frekvenci v Bonferroniho vícenásobném srovnávacím testu po RM jednosměrné ANOVA). Jeden den po tréninku byla vyhodnocena dlouhodobá retence ORM opětovným vystavením zvířat známému objektu A a novému objektu C. Jak se očekávalo, zvířata v testu přednostně zkoumala nový objekt (TT;obr. 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 v jednom vzorku t-testu s teoretickým průměrem=50).

Normální fungování RS je nezbytné pro aktivitu hipokampální theta [2]. Inaktivace RS byla již dříve použita jako nástroj k odstranění hipokampální theta během učení [15]. Dříve jsme ukázali, že stimulace RS žlutým světlem (565 nm) u krys exprimujících optický neurální tlumič archaerhodopsin T (ArchT, viz další soubor 1) [16] rychle a reverzibilně ruší theta v dorzálním CA1 [17]. . Proto, aby bylo možné analyzovat zapojení MS do dlouhodobé tvorby ORM a dále posoudit, zda je hipokampální theta skutečně spojena s tímto procesem, byly krysy exprimující ArchT v MS trénovány v novém paradigmatu rozpoznávání objektů pomocí objektů asstimulů A a B a žluté světlo bylo dodáno do MSjust během průzkumu objektu A (obr. 1i).

Tento postup neovlivnil lokomotorickou aktivitu (obr. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 pro LigthOFF vs. LightON A v nepárovém t-testu), dobu zkoumání objektu (obr. . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 proLigthOFF vs. LightON A v nepárovém t-testu), nebo počet událostí průzkumu (obr. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06pro LigthOFF vs LightON A v nepárovém t-testu). Dlouhodobá ORM byla vyhodnocena během retenčního testu v přítomnosti známého objektu A nebo známého objektu B vedle nového objektu C provedeného 24-h po tréninku. Zjistili jsme, že nestimulovaná zvířata exprimující ArchT rozlišovala objekty A a B od nového objektu C (obr. 1m,n; t (10)=5.96, P<0.0001 for test AC, t (10)=7.48, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50); however, rats that had been delivered yellow light on the MS during object A exploration at training discriminated object B but not object A from novel object C at test (Fig. 1m, n; t (9)=1.38, P=0.19 for test AC, t (8)=7.30, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50).

Hippokampální amplituda theta závisí na rychlosti lokomoce [18], ale je nepravděpodobné, že by změny v této proměnné mohly vysvětlovat zvýšení síly theta, které jsme pozorovali během tréninku, protože jsme porovnávali pouze průzkumné události s meziexploračními událostmi odpovídajícími podobným rychlostem. Je také nepravděpodobné, že by amnézie vyvolaná inaktivací RS byla způsobena zhoršenou paměťovou schopností, podprůměrným tréninkovým výkonem, nadměrnou expresí optogenetického konstruktu nebo škodlivým účinkem světelné stimulace jako takové, protože byla specifická pro objekt, který zvířata zkoumala, když byla aplikována optogenetická suprese a dodání světla. neovlivnilo průzkum objektů. MS promítá nejen do hipokampu, ale také do přední cingulární kůry (ACC) [19]. Proto může být amnézie vyvolaná MSinaktivací potenciálně způsobena narušením této interakce.

ACC se však nepodílí na dlouhodobé tvorbě ORM [20] a inhibice projekcí MS-ACC neovlivňuje tuto formu deklarativní paměti [21]. Je tedy nepravděpodobné, že by narušení funkce ACC mohlo odpovídat za naše výsledky, které jsou pravděpodobně způsobeny hipokampální inhibicí theta. Názor, že hippocampus je nutný pro zpracování ORM, získal širokou experimentální podporu, ale není jednomyslně přijat [22]. Například intrahippokampální muscimolad před tréninkem ovlivňuje ORM pouze tehdy, když je tréninkový interval delší než 10 minut [23], což naznačuje, že hipokampus není nutný pro krátkodobé vyvolání ORM, že roli hippocampu v krátkém čase přebírají jiné oblasti mozku. termínové zpracování ORM, pokud je dlouhodobě deaktivováno, nebo že krátkodobé a dlouhodobé ORM zahrnuje nezávislé mechanismy, jak bylo popsáno u jiných typů paměti [24].

V tomto ohledu naše data naznačují, že hipokampus je klíčový pro dlouhodobou tvorbu ORM a dále potvrzují myšlenku, že dvě dlouhodobé paměti objektů získané během tréninku v nové úloze rozpoznávání objektů jsou nezávislé [13]. Kromě toho skutečnost, že zvířata byla amnesická pouze pro objekt, který zkoumala, když byla MS inaktivována, silně naznačuje, že theta není jen vedlejším produktem neurální plasticity vyvolané učením, ale je funkčně spojena s výpočty, které se vyskytují v hipokampu během dlouhodobé tvorby ORM.

Reference

1. Buzsáki G. Theta oscilace v hipokampu. Neuron.2002;33(3):325–40.https://doi.org/10.1016/s0896-6273(02)00586-x.

2. Yoder RM, Pang KC. Zapojení GABAergních a cholinergních neuronů mediálního septa do hipokampálního theta rytmu. Hippocampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Oscilační mozkové stavy a učení: Vliv hipokampálního theta-kontingentního tréninku. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002, 29. ledna).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Mozkové oscilace a paměť. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004 (Epub 2010, 22. února).

5. Berry SD, Seager MA. Hippokampální theta oscilace a klasické podmiňování. Neurobiol Learn Mem. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Synaptická plasticita během cholinergní theta frekvenční oscilace in vitro. Hippocampus. 1996;6(1):58–61.https://doi.org/10.1002/(SICI)10981063(1996)6:1%3c58:AID-HIPO10%3e3.0.CO;2-J.

7. Ill-Raga G, Köhler C, Radiske A, Lima RH, Rosen MD, Muñoz FJ, CammarotaM. Konsolidace paměti pro rozpoznávání objektů vyžaduje fosforylaci eIF2 v hipokampu závislou na HRI kináze. Hippocampus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013, 18. března).

8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. O účasti mTOR v rozpoznávací paměti. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002 (Epub 2007, 26. listopadu).

9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Plastické modifikace vyvolané zpracováním paměti rozpoznávání objektů. ProcNatl Acad Sci USA. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010, 25. ledna).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Bazální poškození předního mozku a rozpoznávání objektů u potkanů. Behav Brain Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com