další informace:ali.ma@wecistanche.com

Pls klikněte zde pro část 1

Pls klikněte sem pro část 3

Učení závislé na hippocampu aPaměťbyly hodnoceny pomocí umístění objektuPaměť(OLM) úloha, neaverzivní prostorováPaměťúkol, který závisí na hlodavcově vrozené preferenci pro zkoumání nového umístění objektů44. Všechny myši byly testovány v OLM během dospívání (P41–42). Sedavé a stacionární myši na kolech neměly žádné významné rozdíly ve výkonu OLM, takže tyto skupiny byly kombinovány (bez ELE). Myši byly vystaveny dvěma identickým objektům buď 3-min nebo 10-min během fáze získávání OLM, po čemž následoval 5-min test retence OLM provedený o 24 hodin později (obr. 2a). Během testování OLM byl jeden z objektů umístěn na nové místo a doba strávená zkoumáním známých a nových míst objektů byla kvantifikována a vyjádřena jako diskriminační index (DI). Všechny myši si zvykaly na komůrky OLM po tři po sobě jdoucí dny, dvakrát denně, a prokázaly si zvykání tím, že významně zkrátily ujetou vzdálenost napříč pokusy bez ohledu na cvičební skupinu (obr. 2b,c; samci: hlavní účinek přivykacího pokusu: F(3,6 , 146.2)=75.76, p < 0.0001;="" žádný="" vliv="" cvičební="" skupiny:="" f(7,="" 83)="1.48," p="0.19;" skupina="" x="" pokus="" interakce:="" f(15,203)="2,63," p="0,001." ženy:="" hlavní="" účinek="" testu="" návyku:="" f(1,201,="" 45,38)="8,93," p="" {="" {36}}.003;="" žádný="" účinek="" cvičební="" skupiny:="" f(3,40)="0,55," p="0,65;" žádná="" interakce="" skupina="" x="" pokus:="" f(15,189)="" {{46}="" }.81,="" p="">

Klikněte naZdravotní přínosy prášku Cistanche pro zlepšení paměti

V podprahovém návrhu OLM použitém pro tuto studii je 3-min tréninková expozice (fáze akvizice) doba, která byla dříve stanovena jako podprahová pro podporu dlouhodobéPaměťu dospělých myší, zatímco 10-minimální tréninková expozice je obvykle dostatečná45. Naše první experimenty testovaly, zda je 10-min tréninku během akvizice OLM také dostačující pro dlouhodobéPaměťformování během dospívání. V žádné ze skupin nebyla pozorována žádná preference objektů, jak naznačují průměrné DI blízké {{0}} (obr. 2d; muži: F(3, 27)=0.47, p { {6}}.70; ženy: F(3,27)=1.93, p=0.15). Během testování OLM o 24 hodin později všechny 10-min trénované skupiny vykazovaly silnou preferenci pro nově umístěné objekty, jak bylo prokázáno významným zvýšením testovací DI ve srovnání s akvizičními DI (obr. 2e; muži: hlavní účinek OLM relace: F(1,27)=143,5, p < 0,0001;="" žádný="" vliv="" běžící="" skupiny:="" f(3,27)="2,06," p="0,12;" a="" žádná="" interakce:="" f(3,27)="0.73," p="0.54." ženy:="" hlavní="" efekt="" relace="" olm:="" f(1,26)="66.4," p="">< 0,0001;="" žádný="" vliv="" běžící="" skupiny:="" f(3,26)="0,78," p="0,52;" a="" žádná="" interakce:="" f(3,26)="0,80" ,="" p="0.50)." expozice="" v="" běhu="" se="" výrazně="">Paměťvýkonu během testování OLM, což naznačuje možné plató učení dosažené všemi skupinami poté, co byly trénovány 10-min předchozí den (muži: F(3,27)=1,71, p {{5} }.19; ženy: F(3,26)=0.23, p=0.87). Dále nebyly žádné rozdíly v celkových dobách průzkumu objektů během testování OLM (obr. 2f; muži: F(3,27)=0.56, p=0.65; ženy: F(3, 26)=1.65, str.=0.20). Tyto údaje naznačují, že výkon v úloze OLM lze použít jako robustní dlouhodobé měřítkoPaměťtvorba u dospívajících samců a samic myší.

Ukázalo se, že 3-min školení OLM z dlouhodobého hlediska nestačíPaměťformace u necvičených dospělých, ale může se stát dostatečným, pokud bezprostředně předchází cvičení42,43. Vzhledem ke cvičením vyvolaným zlepšením v dlouhodobém prostoruPaměťu dospělých myší jsme se snažili zjistit, zda tento jev platí i během dospívání. Všechny skupiny trénované po dobu 3-min nevykazovaly během akvizice OLM významnou preferenci objektů (obr. 2g, muži: F(3, 27)=1.17, p=0.34; ženy : F(3,24)=0.03, p=0.99). Sedaví samci a samice myší měli výrazně nižší DI než 10-min trénované sedavé myši, což naznačuje, že 3-min trénované, necvičené dospívající myši (P42) nevytvářejí dlouhodobě silnéPaměťpro umístění objektu (nepárové t-testy, muži: t(14)=4.73, p=0.{{20}}003; ženy: t(16) {{ 7}}.90, p=0.01). Srovnání odpovídajícího OLM testování DI s akvizičním DI odhalilo, že jakákoli expozice cvičení v raném věku u samců myší vede k významné preferenci umístění nového objektu během testování, zatímco u samic myší měly pouze juv ELE a juv-adol ELE skupiny signifikantní preference objektu během testování ve srovnání s tréninkem (obr. 2h; muži: ne ELE: p=0.18; juv-adol ELE: p=0.0002; juv ELE: p < 0,0001;="" adol="" ele="" :="" p="0.03;" ženy:="" ne="" ele:="" p="0.15;" juv-adol="" ele:="" p="0.002;" juv="" ele:="" p="">< 0,0001;="" adol="" ele:="" p="" {="" {31}}.47).="" při="" porovnávání="" každé="" cvičební="" skupiny="" se="" sedavými="" kontrolami="" vykazovali="" samci="" myší,="" kteří="" podstoupili="" cvičení="" během="" juvenilního="" období="" (juv="" ele="" a="" juv-adol="" ele),="" silnou="" preferenci="" pro="" umístění="" nového="" objektu,="" když="" byli="" trénováni="" 3-min="" (obr.="" 2h;="" f(3,="" 27)="7.78," p="0.0007;" žádné="" ele="" vs.="" juv-adol="" ele:="" p="0.009;" žádné="" ele="" vs="" juv="" ele:="" p="" {{46="" }}.001),="" zatímco="" adol="" ele="" myši="" nikoli="" (žádné="" ele="" vs="" adol="" ele:="" p="0.84)." u="" samic="" měla="" pouze="" skupina="" juv="" ele="" významně="" větší="" preferenci="" pro="" umístění="" nového="" objektu="" ve="" srovnání="" se="" sedavými="" kontrolami="" (obr.="" 2h;="" f(3,22)="5.23," p="0.007;" ne="" ele="" vs="" juv="" ele:="" p="0.01;" žádné="" ele="" vs="" juv-adol="" ele:="" p="0,38;" žádné="" ele="" vs="" adol="" ele:="" p="0,92)." všechny="" skupiny="" 3-min="" trénovaných="" myší="" strávily="" podobnou="" dobu="" zkoumáním="" objektů="" během="" testování="" olm="" (obr.="" 2i;="" samci:="" f(3,27)="0,16," p="0,92;" samice="" :="" f(3,22)="0.39," p="">

Nakonec byla provedena třícestná ANOVA, aby se určil dopad a interakce mezi všemi nominálními proměnnými na DI každé skupiny, včetně pohlaví jako biologické proměnné (celkem tři nominální proměnné: délka tréninku OLM, skupina ELE a pohlaví; měřitelná proměnná: DI). Každá jednotlivá proměnná byla významným zdrojem variací (délka tréninku OLM: F(1,102)=13.23, p=0.0004; pohlaví: F(1,102)=4,74, p=0,03; skupina ELE: F(3,102)=4,42, p=0,006). Existovala významná interakce mezi délkou tréninku a skupinou ELE, podpořená předchozími analýzami (p < 0,0001);="" nebyly="" však="" zaznamenány="" žádné="" další="" významné="" interakce="" (skupina="" ele="" x="" pohlaví,="" délka="" tréninku="" x="" pohlaví,="" skupina="" ele="" x="" délka="" tréninku="" x="" pohlaví:="" všechny="" s="" p=""> 0,05). Tyto výsledky naznačují, že u obou pohlaví je cvičení probíhající během specifického vývojového období mladistvých (P21–27) dostatečné pro zlepšení dlouhodobéhoPaměťpro pokus o získání OLM, který je obvykle nedostatečný pro dlouhodobou paměť u sedavých kontrol, a juv ELE-indukované umožnění dlouhodobéhoPaměťje přítomen nejméně 2 týdny po skončení období cvičení mladistvých.

Synaptická plasticita a hipokampální excitabilita u CA1 jsou modulovány u samců myší po cvičení v raném věku. Předchozí studie to potvrdilyPaměťpro umístění objektu vyžaduje intaktní, funkční dorzální hipokampus46. Proto byla zkoumána synaptická plasticita v CA3-CA1 Schaferově kolaterální dráze hippocampu u sedavých myší a myší ELE, aby se ověřila hypotéza, že ELE také vede ke zvýšení synaptické síly ve stejné oblasti, která se účastní aktivníPaměťvýkon po juv a juv-Adol ELE. Studie dlouhodobé potenciace (LTP) byly provedeny na akutních hipokampálních řezech od juvenilních, adolescentních a juvenilních-adolescentních ELE myší. V elektrofyziologických studiích byli použiti pouze samci myší. Myši byly utraceny mezi P42-P51. LTP byl indukován jediným sledem 5 theta vzplanutí do Schaferových kolaterálních vstupů a extracelulární pole excitační postsynaptické potenciály (fEPSP) byly zaznamenány z apikálních dendritů CA1b. LTP byl výrazně zvýšen u juv-Adol ELE myší, ale ne ve skupinách juv ELE nebo adol ELE (obr. 3a; F(3,42)=7.20, p=0.0005). Zvýšený LTP ve skupině juv-Adol ELE přetrvával 50–60 minut po TBS (obr. 3b; ve srovnání se sedavým stavem: p=0.0006). Toto zjištění je v souladu s předchozími studiemi, které prokázaly, že jeden týden dobrovolné fyzické aktivity je typicky nedostatečná délka cvičení pro zvýšení LTP u dospělých hlodavců (konkrétně u gyrus dentatus10).

Vstupní/výstupní křivky byly vytvořeny záznamem sklonů fEPSP v reakci na zvyšující se intenzitu stimulu, aby se ověřila hypotéza, že ELE může zvýšit hipokampální synaptický přenos. Vztah mezi vstupem a výstupem pro fEPSP versus intenzita stimulu (proud) odhalil hlavní efekt skupiny ELE (obr. 3c; F(3,38)=5.93, p=0.{{{{101} 12}}02), účinek intenzity stimulu (F(9,342) {{10}}.3, p < 0.0001)="" a="" významná="" interakce="" (f(27,342)="5.08," p="">< 0,0001).="" post-hoc="" analýza="" odhalila="" zvýšené="" sklony="" fepsp="" ve="" skupinách="" juv="" ele="" a="" juv-adol="" ele="" ve="" srovnání="" s="" kontrolami,="" pozorované="" pouze="" při="" vyšších="" intenzitách="" stimulu="" (mezi="" 7–10="" (x10)="" ua;="" p="">< 0,05).="" kromě="" toho="" byly="" aferentní="" amplitudy="" fber="" volley="" (které="" jsou="" považovány="" za="" reprezentující="" presynaptické="" fyziologické="" reakce="" v="" řezu)="" také="" vyneseny="" proti="" intenzitě="" stimulu="" a="" znovu="" demonstrovaly="" hlavní="" účinky="" skupiny="" ele="" (obr.="" 3d;="" f(3,420)="34.07" ,="" p="">< 0,0001),="" hlavní="" vliv="" intenzity="" stimulu="" (f(9,420)="148,2," p="">< 0,0001)="" a="" významné="" interakce="" (f(27,420)="2,02," p="" {{44}="" }.002).="" abychom="" vyhodnotili="" vztah="" mezi="" sklonem="" fepsp="" a="" odpovídající="" presynaptickou="" amplitudou="" fber="" volley,="" vynesli="" jsme="" tyto="" hodnoty="" proti="" sobě="" a="" provedli="" jsme="" lineární="">

Obrázek 3. Cvičení v raném věku zvyšuje hipokampální synaptickou plasticitu u CA1. (a) Hippokampální řezy od myší, které podstupovaly 3 týdny cvičení (just-adol ELE) měly signifikantní zvýšení LTP v reakci na stimulaci theta-burst (TBS) ve srovnání se sedavými kontrolami, 1-týdenní cvičení u juvenilních myší během P21–27 (juv ELE) a 1-týdenní cvičení u dospívajících myší během P35–41 (Adol ELE). (b) Tato zvýšená potenciace v juv-Adol ELE řezech byla trvalá 50–60 minut po TBS. (c) I/O křivka vykreslující sklon EPSP proti proudu generovanému v Schaferových kolaterálech ukázala významný nárůst sklonů fEPSP u juv ELE i juv-Adol ELE ve srovnání s adol ELE a sedavými kontrolami. (d) I/O křivka vykreslující sklon EPSP proti salvám presynaptických vláken také ukazuje významný vliv cvičení v raném věku na amplitudu salvy vláken ve srovnání se sedavými kontrolami. (e) I/O křivka vykreslující vztah mezi amplitudou vlákna a sklonem EPSP. (f) Nebyly nalezeny žádné významné rozdíly mezi skupinami po facilitaci párového pulsu. ***p Menší nebo rovno 0,005.

analýza (obr. 3e). Tato analýza neodhalila žádnou změnu ve vztahu mezi amplitudou volley vláken a sklonem fEPSP ve skupině juv ELE ve srovnání s kontrolou (p > 0.05), ale významný rozdíl byl přítomen u juv-Adol ELE (p=0,002) a adol ELE (p < 0,0001).="" byly="" také="" provedeny="" experimenty="" s="" facilitací="" párového="" pulsu="" k="" dotazování="" presynaptické="" funkce.="" tese="" neprokázal="" žádný="" rozdíl="" mezi="" skupinami="" (obr.="" 3f;="" f(3,41)="1,75," p="0,171)." celkově="" tato="" data="" naznačují="" významný="" vliv="" ele="" na="" posílení="" hipokampální="" dlouhodobé="" potenciace.="" ačkoli="" je="" toto="" zjištění="" v="" rozporu="" s="" údaji="" u="" dospělých="" myší,="" které="" prokazují="" nedostatečné="" zlepšení="" ca1-ltp="" po="" chronickém="" dobrovolném="" běhání="" na="" kole9,="" může="" to="" znamenat="" specifické,="" 1-týdenní="" období="" cvičení="" mladistvých,="" které="" může="" vést="" k="" trvalému="" změny="" ve="" funkci="" a="" plasticitě="" hipokampálního="" okruhu="">

Diskuse

Úspěšně jsme navrhli myší model dobrovolného cvičení v raném věku pro hodnocení závislosti na hippocampuPaměťa synaptická plasticita během postnatálního vývoje. Naším cílem bylo prozkoumat možnost, že fyzické cvičení v raném věku může vést k trvalým přínosům v hipokampální funkci. Za tímto účelem byl náš model navržen tak, aby se zaměřoval na raná životní období zrání hipokampu, aby se odhalily časově specifické buněčné a molekulární mechanismy jedinečně zapojené do cvičení v raném věku. Tento experimentální design nám umožnil otestovat hypotézu, že cvičení mladistvých po dobu jednoho týdne (P21–27) stačí k trvalému ovlivnění funkce hipokampu. Zjistili jsme, že cvičení pro 4. -6 postnatální týdny (juv-Adol ELE), stejně jako kratší zkušenost s cvičením pouze během 4. postnatálního týdne (juv ELE) umožňují prostorově závislý na hipokampuPaměťtvorba u samců myší. To neplatí pro myši, které cvičily pouze během 6. postnatálního týdne (adol ELE), což naznačuje, že 4. postnatální týden vývoje byl zvláště citlivý na zkušenost se cvičením týkající se umožnění funkce dlouhodobé paměti trvalým způsobem. CA1-LTP byla významně zvýšena u myší, které cvičily 3-týdny, ale nebyly dále zvýšeny u 1-týdenních mladistvých ani 1-týdenních dospívajících cvičících ve srovnání s kontrolní skupinou se sedavým zaměstnáním. Zajímavým zjištěním bylo, že vlastnosti ovlivňující hipokampální excitabilitu (I/O křivky) byly významně modulovány u obou skupin myší, které cvičily během 4. postnatálního týdne; dále tyto změny přetrvávaly po dobu alespoň 2 týdnů ve skupině juv ELE. Tento výsledek korespondoval s trvalým účinkem juv ELE na posílení paměťové funkce u OLM, což bylo prokázáno také dva týdny po ukončení cvičení. Pokud je nám známo, toto zjištění nebylo dříve testováno ani popsáno v jiných existujících modelech raného života hlodavců nebo cvičení dospělých.

Všechny myši, které cvičily během juvenilního období, se tvořily dlouhodoběPaměťvzdělávací události, která je obvykle dlouhodobě podprahováPaměťformace45. Nejpozoruhodnější je, že účinek juv ELE na tvorbu dlouhodobé paměti přetrvával u samců i samic myší. Naše údaje ze skupiny juv-adol ELE jsou v souladu s předchozí prací, která prokazuje, že u dospělých samců myší bylo povoleno dobrovolné běhání na kole po 3-týdnyPaměťve stejném paradigmatu OLM závislém na hipokampu42. V této studii vyvolalo podávání inhibitoru histondeacetylázy (HDAC) butyrátu sodného (NaB) účinky podobné cvičení naPaměťa udržování zlepšení paměti po delší dobu než cvičení. Dále, jak cvičení, tak léčba NaB byly spojeny se zvýšenou expresí BDNF a také obohacenou acetylací BDNF promotoru H4K8 (marker aktivace transkripce42,47). Výsledky naznačují, že cvičení umožňujePaměťtvorba modifikací struktury chromatinu, potenciálně umožňující transkripční aktivaci genů potřebných pro plasticitu vyvolanou cvičením a tvorbu dlouhodobé paměti. Předchozí práce se zmiňovaly o tomto konceptu jako o „molekulární paměti“ cvičení17,43,48. U Abela a Rissmana18 1-týden cvičení adolescentů (P46–52) indukoval několik hipokampálních genů souvisejících se synaptickou plasticitou a buněčnou signalizací (včetně Bdnf, Cbln1, Syn1 a Syp), zvýšenou globální acetylaci H3 a down- reguloval několik genů HDAC9. Vzhledem k zásadní roli mechanismů modifikujících histony vPaměťa synaptická plasticita49,50 a naše nové zjištění, že cvičení mladistvých může vést k trvalým účinkům naPaměťbudoucím směrem bude posouzení, zda existuje základní přetrvávání chromatinových modifikací, které mohou zvýšit účinnost dlouhodobéhoPaměťformace po ELE.

Nedávné údaje naznačují, že cvičení dospělých může trvale umožnitPaměťfunkce po krátké zátěžové reexpozici43. Při použití stejného paradigmatu získávání OLM použitého v této studii byly vyžadovány minimálně dva týdny dobrovolného cvičeníPaměťvylepšení přetrvat. Také tato zlepšení paměti přetrvávala asi tři dny po návratu k sedavé činnosti. 2 týdny cvičené myši, kterým bylo poskytnuto další 2 dny „reaktivační cvičení“ (typicky nedostatečné pro zvýšení výkonu OLM) ve specifickém časovém okně (sedm dní, ale ne 14 dní, po návratu k sedavé aktivitě), což by mohlo znovu zlepšit výkon paměti u OLM43. Tato studie spolu s našimi současnými zjištěními zdůrazňuje, že načasování a trvání cvičení může mít různé dopady na výkonnost paměti, a může odhalit nové neurobiologické mechanismy, které jsou základem přetrvávání účinků cvičení na paměť42.

OLM vyžaduje intaktní dorzální hipokampus46. Povolená výkonnost OLM u myší juv-Adol ELE doplňuje naše zjištění o zvýšené CA1-LTP u těchto myší. Studie zaměřené na účinky cvičení na LTP u hipokampálních CA1 jsou v literatuře relativně nedostatečně zastoupeny, protože se předpokládá, že LTP zůstala nezměněna po chronickém běhu na kole u dospělých potkanů9,10, ale cvičení může zachránit CA1- poškození LTP v nastavení stresu13 nebo nedostatku spánku14. V této studii byl LTP zvýšen po stimulaci theta-burst ve skupině zvířat, která podstoupila tři týdny cvičení (just-adol ELE), ale ne u těch myší, které podstoupily jeden týden cvičení (pouze skupiny ELE a Adol ELE, obr. 3a). To naznačuje, že během juvenilního a adolescentního období může zvýšení LTP po ELE vyžadovat dlouhodobou (déle než 1-týden) zátěžovou expozici, jak bylo navrženo dříve9. LTP je považován za buněčný korelát učení a paměti51. Stimulace teta-burst byla naším zvoleným protokolem pro indukci LTP, protože tato forma LTP je závislá na BDNF52,53 a potenciálně napodobuje vzory spouštění okruhů, ke kterým dochází během učení u hlodavců54 a lidí55. Tato studie také představuje nové zjištění, že hipokampální excitabilita byla trvale zvyšována po pouhé ELE, jak se projevilo ve zvýšených sklonech fEPSP a amplitudách volley vláken se zvyšující se intenzitou stimulu jak ve skupinách juv ELE, tak juv-Adol ELE. Další experimenty charakterizující elektrofyziologické vlastnosti hipokampální sítě po cvičení mladistvých, zvláště když byly testovány až po ukončení cvičení, by vrhly světlo na to, jak může být hipokampální synaptická funkce trvale změněna.

ELE má podobné účinky na výkon OLM u žen ve skupině juv ELE (ale ne juv-Adol ELE) ve srovnání se sedavými kontrolami. Obecně platí, že dobrovolná aerobní fyzická aktivita u samců i samic hlodavců v dospělosti přináší podobné výhody u závislých na hippocampu.Paměťúkoly56. Ačkoli bylo dobře prokázáno, že BDNF je jedním z klíčových mediátorů usnadňujících účinky cvičení na hipokampální funkci u myších samců57, mohou existovat variace sestřihu BDNF závislé na pohlaví po ovlivnění cvičením.Paměťvýkon 58. Bylo prokázáno, že estrogeny modulují strukturální plasticitu v hipokampu59 a mohou zvýšit závislost na hippocampuPaměťpřes BDNF60. V současné studii nebyly dospívající ženy formálně kontrolovány na fázi estrálního cyklování, ale mohly se nacházet v různých fázích cyklu v době ELE nebo testování paměti, což ovlivnilo jejichPaměťvýkon61,62.

V této studii uběhli samci i samice myší podobné kumulativní vzdálenosti bez ohledu na načasování cvičení. Dospělé samice myší obvykle uběhnou větší vzdálenosti než samci v paradigmatech dobrovolného běhání63 a estrální cyklistika má vliv na běh64. Nedostatek rozdílů mezi pohlavími v uběhnuté vzdálenosti může být způsoben kohortovými účinky fáze estrálního cyklu. Dalším zajímavým zjištěním bylo, že samice papírových (sta) myší přibraly na váze více než myši, které byly sedavé nebo cvičily v období dospívání (obr. 1b), což by mohlo odrážet adaptace kosterního svalstva při lezení na kole. Je zapotřebí více studií k charakterizaci fyziologických adaptací na ELE u samců a samic myší a zda ovlivňují dlouhodobé výsledky chování při cvičení (motivace ke cvičení nebo odměňující účinky cvičení) aPaměťfunkcí.

Stručně řečeno, je dobře známo, že cvičení je vysoce účinný, pozitivní modulátor kognitivních funkcí u dospělých. Cvičební parametry pro optimální kognitivní vývoj u typicky se vyvíjejících dětí, stejně jako u dětí s kognitivní poruchou, v současnosti neexistují. Kromě toho, jak může cvičení v raném věku přispívat k pozdějším kognitivním funkcím, a molekulární mechanismy odpovědné za přetrvávající účinky ELE, je oblast výzkumu zralá k dalšímu zkoumání19. Vzhledem k nedostatku předklinických a klinických údajů o tomto tématu jsou pokyny pro cvičení pro děti v současné době vágní65. Pokud jsou zjištění v této studii relevantní pro lidi, implikují trvalý účinek ELE na učení aPaměťfunkcí. Mechanické chápání ELE lze využít k informování o intervencích založených na cvičení pro zlepšení a zachování kognitivních funkcí po celý život dětí.