Část 1: Stárnoucí myši ukazují narušenou aktualizaci paměti v novém paradigmatu aktualizace OUL

další informace:Ali.ma@wecistanche.com

Pls klikněte sem pro část 2

Janine L. Kwapis1,2, Yasaman Alaghband1, Ashley A. Keiser1, Tri N. Dong1, Christina M. Michael1, Diane Rhee1, Guanhua Shu1, Richard T. Dang1, Dina P. Matheos1 a Marcelo A. Wood1

Vzpomínky nezůstávají v trvalém, statickém stavu, ale musí být dynamicky upravovány v reakci na nové informace. I když novéPaměťformace se obvykle studuje v laboratorním prostředí, většina asociací v reálném světě jsou modifikace existujících vzpomínek, zejména ve stárnoucím zkušeném mozku. K dnešnímu dni toto pole postrádalo jednoduché behaviorální paradigma, které by dokázalo změřit, zda se původní a aktualizované informace pamatují v jediné testovací relaci. Abychom tuto mezeru vyřešili, vyvinuli jsme románPaměťaktualizační paradigma, nazývané úloha Objects in Updated Locations (OUL), která je schopna vyhodnotitPaměťaktualizace v nestresujícím úkolu, který je vhodný pro mladé i staré hlodavce. Nejprve ukážeme, že mladé myši si úspěšně pamatují jak původní paměť, tak aktualizované informace v OUL. Dále ukazujeme, že intrahipokampální infuze inhibitoru syntézy proteinů anisomycin narušuje jak aktualizované informace, tak původní paměť při testu, což naznačuje, že aktualizace paměti v OUL zapojuje původní paměť. Abychom to ověřili, použili jsme techniku ​​Arc CatFISH, abychom ukázali, že relace aktualizace OUL reaktivuje do značné míry překrývající se sadu neuronů jako původníPaměť. Nakonec to ukážeme pomocí OULPaměťaktualizace je narušena stárnutím, 18-mo myší. Tyto výsledky společně ukazují, že hipokampálníPaměťaktualizace se stárnutím zhoršuje a prokázali, že paradigma OUL je účinnou a citlivou metodou hodnocení aktualizace paměti u hlodavců.

Klikněte naCistanche v Urdu pro zlepšení paměti

ÚVOD

Vzpomínky je třeba dynamicky aktualizovat, aby do úložiště začlenily nejrelevantnější aktuální informace. Tato schopnost integrovat nové informace do stávajícíchPaměťje rozhodující pro to, aby organismy mohly předvídat budoucí výsledky a adaptovat se na nové situace. Většina vzpomínek nejsou nové asociace, ale jsou to změny nebo doplňky (aktualizace) existujících vzpomínek, zejména ve stárnoucím zkušeném mozku. Přes svůj zásadní význam jsou mechanismy, které podporují aktualizaci paměti, do značné míry necharakterizované a ještě méně se rozumí tomu, jak by dysregulace těchto mechanismů mohla přispět k poklesu kognitivních funkcí souvisejícím s věkem. Pochopení toho, jak jsou paměti modifikovány v reakci na nové informace, je proto důležitým krokem ke zlepšeníPaměťpo celou dobu životnosti.

Vzpomínky mohou být aktualizovány prostřednictvím procesu zvaného „rekonsolidace“, ve kterém vyhledávání spustí období lability, které by mohlo umožnit začlenění nových informací do existujících, stabilníchPaměť. Rekonsolidační proces sestává z počáteční destabilizační fáze vyznačující se degradací proteinu, po níž následuje restabilizační fáze charakterizovaná syntézou proteinů [1–9]. Nedávná práce prokázala, že rekonsolidace je zahájena pouze tehdy, když jsou při vyhledávání předloženy nové informace; když vyhledávání obsahuje pouze známé informace, originálPaměťzůstává stabilní a odolný vůči amnesickým činidlům, jako jsou inhibitory syntézy proteinů [2, 10–16]. To naznačuje, že nová informace spouští destabilizaci paměti, aby byla umožněna její modifikace. V souladu s tím nyní četné studie ukazují, že nové informace prezentované během vyhledávání mohou změnit obsah paměti [2, 3, 11, 17, 18], afektivní složka paměti [19–22], způsobit trvalé vymírání [23–27 ], nebo dokonce reorganizovat paměť na úrovni okruhu [11, 28].

umístěníPaměťúkol, nazývaný paradigma Objects in Updated Locations (OUL). Cíle této studie byly dvojí. Nejprve jsme se zaměřili na zavedení úlohy OUL jako nové metody pro studium závislé na hippocampuPaměťaktualizace. Za druhé, chtěli jsme použít toto paradigma k určení zdaPaměťaktualizace je s věkem narušena.

Paradigma OUL je nové v tom, že je schopno posoudit jak původní paměť, tak aktualizované informace v jediné testovací relaci. Dále OUL využívá náhodné učení, které využívá vrozené preference hlodavců pro novost, čímž se vyhýbá zbytečnému stresu a je vhodné pro testování věkem podmíněných deficitů v aktualizaci paměti. Zde nejprve ověříme úkol OUL a ukážeme, že mladé myši ukazujíPaměťjak pro původní trénink, tak pro aktualizaci paměti v testovací relaci OUL. Dále jsme použili dvě doplňkové metody (intrahippokampální injekce anisomycinu a Arc CatFISH), abychom ověřili, že aktualizace OUL vyžaduje načtení původní paměti, spíše než vytvoření nové, nezávislé paměti. Nakonec pomocí OUL prokazujeme, že stárnoucí myši vykazují poškozeníPaměťaktualizace, což naznačuje, že neschopnost aktualizovat vzpomínky může přispět k poklesu kognitivních funkcí souvisejícím s věkem. Tyto výsledky společně ukazují, že paradigma OUL lze použít k pochopení mechanismů, které jsou základem aktualizace hipokampální paměti v průběhu života.

MATERIÁLY A METODY

Myši

Subjekty byli mladí dospělí (2–4-měsíční) nebo staří (18–20 měsíců) samci myší C57BL/6 J (Jackson Laboratory). Myši byly umístěny, krmeny a bylo s nimi zacházeno tak, jak je popsáno v Doplňkových metodách. Všechny postupy byly schváleny University of California, Irvine's Institutional Care and Use Committee a byly v souladu s pokyny National Institutes of Health.

NÁŠ úkol

Po manipulaci a návyku (viz doplňkové metody) byly myši trénovány se dvěma identickými objekty na konkrétních místech (A1 a A2) po dobu 1 nebo 3 dnů v habituovaném kontextu. O 24 hodin později myši dostaly aktualizační relaci, ve které jim byla přiřazena buď podmínka Bez aktualizace, nebo podmínka Aktualizace. Myši No Update nebyly znovu vystaveny tréninkovým místům A1 a A2. U myší Update byl jeden objekt přesunut do nového umístění (A3). Nakonec byly myši podrobeny retenčnímu testu, ve kterém byly vystaveny třem objektům na dříve zkušených místech (A1, A2, A3) a čtvrtému objektu na novém místě A4.Paměťprotože původní cvičná formace byla odvozena z porovnání průzkumu nové lokality A4 s lokalitami A1 a A2.Paměťpro aktualizaci byla odvozena porovnáním průzkumu nové lokality A4 s polohou A3.

Kanylační operace

Myším na obr. 2 byly implantovány chronické kanyly, jak bylo popsáno dříve [37], aby se po aktualizaci umožnila přímo hipokampální infuze anisomycinu (viz doplňkové metody). Myši se zotavovaly alespoň 7 dní před zahájením behaviorálního testování. Bezprostředně po aktualizaci byla myším bilaterálně podána infuze anisomycinu (ANI, 125/ug/μL) nebo vehikula (VEH) do dorzálního hipokampu (1.0 μL/strana). Umístění kanyly bylo potvrzeno barvením koronálních řezů kresylovou violetí.

Sumec

Fluorescenční in situ hybridizace pro CatFISH byla provedena tak, jak bylo popsáno dříve [38, 39] (podrobnosti viz příloha). Arc antisense ribosonda značená DIG byla přes noc hybridizována s tkání a vizualizována pomocí konjugátu anti-DIG-HRP, vizualizována pomocí Cy3 substrátové soupravy a kontrastně barvena pomocí DAPI.

Konfokální snímky byly shromážděny v oblasti CA1b dorzálního hipokampu a snímky byly skórovány, aby se identifikovala lokalizace Arc v podkompartmentech pro výpočet skóre podobnosti, jak bylo popsáno dříve [39].

Statistická analýza

Úloha OUL byla ručně hodnocena pro měření doby průzkumu objektů, jak bylo dříve popsáno pro umístění objektuPaměťexperimenty [40, 41]. Statistické analýzy (viz Dodatek) byly provedeny pomocí dvoustranných Studentových t-testů, jednocestných ANOVA nebo dvoucestných ANOVA s t-testy korigovanými Sidakem. Smíšené modely ANOVA byly použity, když jedna proměnná byla opakovaným měřením. Pro významnost byla požadována hodnota 0,05.

VÝSLEDEK

Mladá zvířata se úspěšně ukazujíPaměťpro školení a aktualizaci informací v OUL

Nejprve jsme se zaměřili na ověření úkolu OUL jako schopného hodnotitPaměťaktualizace u mladých myší (obr. 1a). Po habituaci byly myši nejprve vycvičeny, aby se naučily umístění dvou identických objektů ve známém kontextu (tréninkové sezení, den 1). Následující den, během aktualizace (den 2), byly myši rozděleny do dvou skupin. Skupina No Update byla znovu vystavena dvěma známým umístěním objektů (A1 a A2). Skupina Aktualizace byla vystavena jednomu známému umístění objektu (A1) a jeden objekt byl přesunut do nového umístění (A3). Všechny skupiny dostaly testovací sezení (v den 3), aby se vyhodnotila paměť zvířat jak pro původní umístění objektů, tak pro aktualizované umístění. Potvrzuji, že myši byly vystaveny čtyřem identickým objektům: třem na dříve exponovaných místech (A1, A2 a A3) a jednomu na novém místě (A4).Paměťpro původní trénování byla hodnocena porovnáním průzkumu umístění nového objektu (A4) s průzkumem umístění cvičného objektu (A1 a A2).Paměťpro aktualizované informace byla hodnocena porovnáním průzkumu umístění nového objektu (A4) s průzkumem "aktualizovaného" umístění objektu (A3). Protože myši dávají přednost novosti, paměť buď na původní trénink, nebo na aktualizované informace je demonstrována zvýšeným průzkumem objektu na novém místě (A4) ve srovnání s každým z ostatních tří objektů (indikováno vyšším skóre na indexu diskriminace ( DI), viz metody).

Během tréninku vykazovaly myši v obou skupinách podobnou úroveň zkoumání objektů A1 a A2, což vedlo k diskriminačnímu indexu (DI) blízko nule pro obě skupiny (obr. 1bi; dvoustranný Studentův t-test: t(17) {{ 6}}.086, p=0.40). Celkové úrovně průzkumu byly také podobné mezi skupinami Bez aktualizace a Aktualizace během školení (obr. 1bii; dvoustranný Studentův t-test: t(17)=0.035, p=0.97, n=10,9).

Chcete-li potvrdit, že původní umístění objektuPaměťbyla úspěšně získána, dále jsme hodnotili výkon během aktualizace (obr. 1c). Myši ve skupině No Update vykazovaly stejnou preferenci pro znovu exponovaná místa A1 a A2, což vedlo k DI téměř nule (obr. 1ci). Myši ve skupině Aktualizace naproti tomu přednostně zkoumaly přesunutý objekt A3 ve srovnání s neposunutým objektem A1 a vykazovaly výrazně vyšší DI ve srovnání se skupinou Bez aktualizace (obr. 1ci, dvoustranný Studentův t-test: t( 17)=3.57, p=0.002). Celkový průzkum byl také výrazně vyšší ve skupině Aktualizace ve srovnání se skupinou Bez aktualizace během relace aktualizace (obr. 1cii; dvoustranný Studentův t-test: t(17)=3,39, p {{22} }.004), což naznačuje, že myši strávily více času zkoumáním objektů, když bylo představeno nové umístění. Tyto výsledky společně potvrzují, že původní umístění objektů bylo zjištěno u mladých myší vystavených 10-minutovému tréninku, což je v souladu s předchozími zprávami [41, 42].

Chcete-li zjistit, zda původníPaměťbyla upravena tak, aby zahrnovala aktualizované umístění objektu (A3), myši prošly testovacím sezením, ve kterém bylo testováno každé známé umístění (A1, A2 a A3).proti novému umístění objektu (A4) (obr. 1d). Surový procentuální čas průzkumu pro každý ze čtyř objektů během testovací relace je znázorněn na doplňkovém obr. 5A. Obě skupiny se ukázaly intaktníPaměťpro původní informace, protože zvířata Aktualizace i Neaktualizace podobně preferovala nové umístění A4 před oběma původními umístěními A1 (obr. 1di; dvoustranný Studentův t-test: t(17)=0.31, p { {8}}.76) a A2 (obr. 1dii; dvoustranný Studentův t-test: t(17)=1.66, p=0.12). To potvrzuje, že po aktualizaci jsou zachovány původní informace. Abychom otestovali, zda byly aktualizované informace úspěšně naučeny, porovnali jsme také průzkum nového místa A4 s aktualizovaným místem A3 během testovací relace. Myši ve skupině No Update vykazovaly stejnou preferenci pro objekty A3 a A4, což vedlo k DI, které se významně nelišilo od nuly (obr. 1diii; jednovzorkový t-test ve srovnání s 0: t(9)=1.55, p {{30}}.156). Na druhou stranu myši, kterým byla udělena aktualizace, přednostně prozkoumávaly nové umístění A4 před aktualizovaným umístěním A3 (obr. 1diii, jednovzorkový t-test ve srovnání s 0: t(8)=3.42, p { {41}}.009; dvoustranný Studentův t-test porovnávající Update to No Update: t(17)=2.92, p=0.0096), což naznačuje, že si pamatují aktualizované umístění. Mezi skupinami nebyly pozorovány žádné rozdíly v celkovém průzkumu během testovacího sezení (obr. 1div; dvoustranný Studentův t-test: t(17)=1.27, p=0.22). Tyto výsledky společně potvrzují, že mladá zvířata vykazují preferenční chování v souladu s úspěšným vyvoláním původních informací i aktualizovaných informací při testu.

Obr. 1 Mladé myši úspěšně provádějíPaměťaktualizace v úloze OUL. experimentální design. b Chování při tréninku. Myši vykazují nízké DI, což ukazuje, že neupřednostňují objekt A1 nebo A2 (vlevo) a mají podobné úrovně celkového prozkoumávání objektů (vpravo). c Aktualizujte chování relace. (i) Myši ve stavu aktualizace preferují nové umístění A3 před známým umístěním A1, zatímco myši bez aktualizace vykazují podobný průzkum známých umístění A1 a A2, s DI blízkou nule. (ii) Myši s aktualizací vykazují podstatně více celkového prozkoumávání objektů než myši bez aktualizace. d Chování během testovací relace. (i) Myši ve skupině Aktualizace i Bez aktualizace vykazují neporušenou paměť pro původní umístění cvičného objektu A1. (ii) Obě skupiny také ukazujíPaměťpro původní tréninkové místo A2. (iii) Pouze skupina Aktualizace zobrazuje preferenci pro nové umístění A4 před aktualizovaným umístěním A3; Myši No Update preferují objekty A3 a A4 stejně. (iv) Myši vykazují podobné úrovně celkového prozkoumávání objektů během testovacího sezení. Data jsou uvedena jako průměr ± SEM. **p <>

Postaktualizační inhibice syntézy hipokampálních proteinů narušuje jak aktualizované informace, tak původníPaměťDále jsme testovali, zda aktualizované informace získané v úloze OUL modifikují originálPaměťnebo vytvoří nové, nezávislé sdružení. Aby byla úloha OUL užitečným modelem aktualizace paměti, musí být původní paměť získána a změněna tak, aby zahrnovala nové informace o umístění objektu prezentované během aktualizace. Abychom to otestovali, použili jsme dvě doplňkové metody, abychom ověřili, zda je původníPaměťse zabývá aktualizační relací OUL: infuzemi anisomycinu a analýzou catFISH.

Nejprve jsme testovali, zda bude mít vliv anisomycin aplikovaný po aktualizaciPaměťpro původní informace o školení. Četné studie prokázaly, že infuze inhibitoru syntézy proteinů anisomycin (ANI) po odběru může za určitých podmínek alespoň dočasně blokovat rekonsolidaci [43, 44] [viz 45]. Pravděpodobně originálPaměťje labilní díky novým informacím prezentovaným během vyhledávání, ale nedokáže se řádně restabilizovat při absenci de novo syntézy proteinů, což vede k narušení původní paměti [6–9]. Na druhou stranu, pokud během vyhledávacího pokusu nejsou předloženy žádné nové informace, infuze ANI nemají žádný účinek, protože k zahájení rekonsolidace jsou zapotřebí nové informace [6].

Chcete-li zjistit, zda aktualizované informace v úloze OUL zabírají původníPaměťIhned po aktualizaci jsme podali infuzi anisomycinu a posoudili, zda to oslabilo původní asociaci (obr. 2a). Po aktualizační relaci jsme podali ANI přímo do dorzálního hipokampu (DH) (obr. 2b, jednotlivá umístění kanyly zobrazená na doplňkovém obr. 1A), protože paměti umístění prostorových objektů jsou zvláště citlivé na manipulace v této oblasti [40, 46, 47 ] a to by nám umožnilo lokalizovatPaměťaktualizovat a vyhnout se mimocílovým účinkům globální inhibice syntézy proteinů. Myši vykazovaly podobné zkoumání objektů A1 a A2 při tréninku (dvoucestná ANOVA, žádné významné hlavní účinky nebo aktualizace x interakce léků) a měly podobné úrovně celkového zkoumání (dvoucestná ANOVA, žádné významné hlavní účinky nebo aktualizace x interakce léků) (Doplňkový obr. 1B, C). Během relace aktualizace myši ve stavu Aktualizace vykazovaly významnou preferenci pro pohybující se objekt a myši ve stavu Bez aktualizace nadále vykazovaly podobné zkoumání objektů na obou známých místech (obr. 2ci; obousměrná ANOVA, významná hlavní účinek aktualizace (F(1,29) {{10}},31, p < 0,0001),="" ale="" žádný="" významný="" účinek="" léku="" nebo="" signifikantní="" interakce,="" n="6,6,12,9" )).="" nebyly="" pozorovány="" žádné="" skupinové="" rozdíly="" mezi="" zvířaty="" určenými="" k="" získání="" anisomycinu="" nebo="" vehikula="" a="" během="" aktualizace="" nebyl="" pozorován="" žádný="" rozdíl="" v="" celkovém="" průzkumu="" objektu="" (obr.="" 2cii;="" dvoucestná="" anova,="" žádné="" významné="" hlavní="" účinky="" nebo="" interakce).="" to="" naznačuje,="" že="" před="" infuzí="" anisomycinu="">

Obr. 2 Narušení syntézy proteinů poPaměťaktualizace poškodí jak originálPaměťa aktualizované informace u mladých myší. experimentální design. b Reprezentativní cílová oblast umístění kanyly CA1 dorzálního hipokampu. c Aktualizujte chování relace. (i) Obě skupiny myší ve stavu aktualizace preferovaly nové umístění A3 před známým umístěním A1, zatímco myši bez aktualizace vykazovaly DI blízko nule, což naznačuje žádnou preferenci. (ii) Myši vykazují podobný celkový průzkum napříč skupinami. d Chování během testovací relace. (i) Pro původní tréninkový objekt A1 myši ve stavu bez aktualizace vykazují neporušenou paměť bez ohledu na léčbu drogami. Pokud jde o podmínku aktualizace, myši léčené anisomycinem vykazují významně snížený DI pro A1 ve srovnání s kontrolami s vehikulem, což naznačuje, že anisomycin zhoršilPaměťpro původní informace o výcviku v aktualizaci zvířat. (ii) U původního cvičného objektu A2 nebyl pozorován žádný významný účinek anisomycinu u zvířat bez aktualizace ani s aktualizací. (iii) Pro aktualizované umístění A3 zvířata bez aktualizace vykazovala nízkou DI ve srovnání s objektem A4, bez ohledu na infuzi léčiva. Aktualizovaná zvířata, kterým byl podáván anisomycin, vykazovala významně nižší DI než kontroly s vehikulem, což ukazuje, že anisomycin zhoršil paměť pro aktualizované informace. iv) Při testu nebyly pozorovány žádné významné rozdíly v celkovém průzkumu. Data jsou uvedena jako průměr ± SEM. **p < 0.01,="" ***p="">< 0.001,="" ****p="">< 0,0001.="" veh,="" vozidlo;="" ani,="">