Mediaalisen väliseinän optogeneettinen inaktivaatio heikentää pitkän aikavälin objektintunnistusmuistin muodostumista

Abstrakti

Theta on yksi nisäkkään aivojen merkittävimmistä solunulkoisista synkronisista värähtelyistä. Hippocampaltheta perustuu ehjään mediaaliseen väliseinään (MS), ja se on jatkuvasti tallennettu joidenkin oppimisparadigmien harjoitteluvaiheessa, mikä viittaa siihen, että se voi olla osallisena hippokampuksesta riippuvaisessa pitkäaikaisessa muistin käsittelyssä.

Muistin käsittely on tärkeä toiminto ihmisen aivoissa. Se sisältää prosesseja, kuten tietojen tunnistamisen, koodauksen, tallentamisen ja hakemisen. Se on tärkeä kyky jokapäiväisessä elämässämme, joka liittyy läheisesti oppimiseen, työhön, sosiaaliseen vuorovaikutukseen ja muihin näkökohtiin. Muisti viittaa ihmisen aivojen kykyyn säilyttää tietoa, mikä määrittää kykymme oppia menneistä kokemuksista ja soveltaa niitä tulevaan elämään.

Muistin käsittely on perusta muistin parantamiselle. Tehokkaiden muistinkäsittelyominaisuuksien ansiosta voimme paremmin koodata, tallentaa ja hakea tietoa, mikä parantaa muistia. Kun meidän on opittava ulkoa tieto, meidän on ensin tunnistettava ja koodattava tieto ja sitten tallennettava koodattu tieto aivojen pitkäaikaiseen muistipankkiin. Lopuksi, kun meidän on käytettävä näitä tietoja, voimme hakea ne haun kautta. Jos nämä prosessit suoritetaan tehokkaasti, muistimme paranee luonnollisesti.

Muistin käsittelykykyä ei tietenkään saavuteta yhdessä yössä, ja sitä on parannettava ajan mittaan kertyneen harjoittelun avulla. Esimerkiksi tiedon tunnistamisen osalta voimme parantaa tietoherkkyyttämme jatkuvalla harjoittelulla, suorittaa esitunnistusta; Mitä tulee tiedon koodaukseen ja tallentamiseen, voimme parantaa muistitehosteita käyttämällä menetelmiä, kuten muistipalatseja; Tiedonhaussa voimme parantaa haun nopeutta ja tarkkuutta toistuvalla harjoittelulla.

Lyhyesti sanottuna muistinkäsittely ja muisti ovat erottamattomia. Harjoittelemalla ja jatkuvalla kokemusten kertymisellä voimme parantaa muistinkäsittelykykyämme, mikä parantaa muistiamme ja tekee elämästämme värikkäämpää. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistiamme. Cistanche deserticola voi parantaa muistia merkittävästi, koska Cistanche deserticola on perinteinen kiinalainen lääkeaine, jolla on monia ainutlaatuisia vaikutuksia, joista yksi on muistin parantaminen. Jauhetun lihan teho perustuu sen sisältämiin erilaisiin vaikuttaviin ainesosiin, mukaan lukien happo, polysakkaridit, flavonoidit jne. Nämä ainesosat voivat edistää aivojen terveyttä monin tavoin.

Napsauta Tiedä lyhytaikaista muistia, kuinka voit parantaa

Objektintunnistusmuistin (ORM) avulla eläimet voivat tunnistaa tuttuja esineitä, ja se on välttämätön tosiasioiden ja tapahtumien muistamisessa. Jyrsijöillä pitkäaikainen ORM-muodostus vaatii toimivan hippokampuksen, mutta MS:n osallistuminen tähän prosessiin on edelleen kiistanalainen. Havaitsimme, että aikuisten urospuolisten Wistar-rottien kouluttaminen pitkäaikaisessa ORM-indusoivassa oppimistehtävässä, johon sisältyi altistuminen kahdelle erilaiselle, mutta käyttäytymiseltään vastaavalle uudelle ärsykeobjektille, lisäsi hippokamputeen tehoa ja että thetan tukahduttaminen optogeneettisen MS-inaktivoinnin avulla aiheutti muistinmenetystä.

Tärkeää on, että muistinmenetys oli spesifinen kohteelle, jota eläimet tutkivat, kun MS inaktivoitiin. Yhdessä tuloksemme osoittavat, että MS on välttämätön pitkäaikaiselle ORM-muodostukselle ja viittaavat siihen, että hippokampuksen theta-aktiivisuus on syy-yhteydessä tähän prosessiin.

Avainsanat:

Theta-rytmi, amnesia, hippokampus, aivojen värähtelyt ja pitkäaikainen muisti.

Pääteksti

Hermostovärähtelyt ovat sähköisen toiminnan toistuvia rytmiä, jotka tapahtuvat spontaanisti tai vasteena ärsykkeisiin. Teta on hidas (5–10 Hz) hermovärähtely, jota esiintyy pääasiassa hippokampuksessa, erityisesti CA1-alueella, missä se on säännöllisempää ja osoittaa maksimiamplitudia [1]. Hippocampaltheta on herkkä mediaalisen väliseinän (MS) vaurioille [2], ja vaikka sen käyttäytymiskorrelaatioita ei ole vielä täysin selvitetty, laajat todisteet osoittavat, että se tukee oppimista [3–5].

Itse asiassa theta helpottaa hippokampuksesta riippuvan pitkäaikaisen muistin pääasiallista solumallia (LTP) [6]. Objectrecognition-muistin (ORM) avulla eläimet voivat määrittää esineiden tuntemukset, ja se on elintärkeä tapahtumien muistamisessa ja toimien suunnittelussa. Jyrsijöillä harjoittelu ORM-pohjaisessa oppimisparadigmassa aktivoi useita plastisuuteen liittyviä signalointireittejä ja indusoi LTP:tä indorsaalista CA1:tä, mikä osoittaa, että hippokampus on välttämätön ORM:n pitkäaikaiselle muodostumiselle [7–9]. Sitä vastoin jäsenvaltioiden osallistuminen tähän prosessiin on edelleen kiistanalainen. Esimerkiksi väliseinän leesiot, jotka heikentävät tila- ja työmuistia, eivät vaikuta pitkäaikaiseen ORM:ään [10, 11], mutta MS-stimulaatio heikentää epilepsiahiirillä havaittua pitkäaikaista ORM-vajetta lisäämällä aivoturso-theta-aktiivisuutta [12].

Siksi ryhdyimme analysoimaan, liittyykö MS:n säätelemä aivoturso-thetaa todellakin pitkäaikaiseen ORM-retentioon. Ensinnäkin määritimme, vaikuttaako pitkäaikainen ORM-muodostus aivoturso-thetaan. Tätä varten istutamme elektrodiryhmiä aikuisten urospuolisten Wistar-rottien (3 kuukautta vanhat, 300–350 g) selän CA1-alueelle. Koulutimme heille uuden objektintunnistusparadigman, pitkän aikavälin ORM:ää indusoivan tehtävän, joka perustuu jyrsijöiden luonnolliseen mieltymykseen uutuuksiin, joihin sisältyy altistuminen kahdelle erilaiselle, mutta käyttäytymisellään vastaavalle uudelle esineelle A ja Bin tutulla avoimella areenalla {{10} }min (kuvio 1a) [13]. Areenan yläpuolelle kiinnitettyä digitaalista videokameraa käytettiin eläinten sijainnin ja käyttäytymisen seurantaan, tallentamiseen ja analysointiin ObjectScan-järjestelmäohjelmistolla (katso lisätietoja lisätiedostosta 1).

Tutkimustapahtumat määriteltiin Suuremmaksi tai yhtä suureksi kuin {{0}.5-s-pituisiksi aikakausiksi, joiden aikana eläimet haistelivat ja/tai koskettivat ärsykekohteita kuonolla ja/tai etukäpälillä. Kaikki muut aikakaudet, joiden kesto oli suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5 s, pidettiin tutkimusten välisinä tapahtumina, ja niistä otettiin lisäksi huomioon vain ne, joiden aikana keskimääräinen liikkumisnopeus oli pienempi tai yhtä suuri kuin kaikkien tutkimustapahtumien keskimääräinen liikkumisnopeus. Kestäviä tapahtumia< 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). 

Tutkivaa aktiivisuutta havaittiin koko harjoittelun ajan (kuva 1b). Teta-aktiivisuus oli myös ilmeistä koko tämän istunnon ajan (kuva 1c), mutta theta-voima, joka ennustaa oppimista [14], oli erityisen korkea kohteen tutkimisen aikana (kuva 1d, e). ). Tehospektrianalyysi osoittikin, että tateho objektien tutkimusjaksojen aikana oli 36±7 % suurempi kuin tutkimusten välisten jaksojen aikana (kuva 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 Bonferronin moninkertaisessa vertailutestissä RM-yksisuuntaisen ANOVA:n jälkeen).

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 thetapowerille; Obj A vs Obj B, P=0.13 huipputaajuudelle Bonferronin useiden vertailujen testissä RM yksisuuntaisen ANOVA:n jälkeen). Päivä harjoituksen jälkeen arvioitiin pitkäaikainen ORM-retentio altistamalla eläimet uudelleen tutulle kohteelle A ja uudelle kohteelle C. Kuten odotettiin, eläimet tutkivat ensisijaisesti uutta kohdetta testissä (TT; kuva 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 yhdessä näytteen t-testissä teoreettisella keskiarvolla=50).

Normaali MS-toiminta on välttämätöntä hippokampuksen theta-toiminnalle [2]. MS-inaktivointia on käytetty aiemmin työkaluna hippokampuksen thetan poistamiseen oppimisen aikana [15]. Aiemmin osoitimme, että keltaista valoa tunnistavaa optista hermovaimenninta archaerhodopsin T (ArchT; katso lisätiedosto 1 tekniset tiedot) [16] ilmentävien rottien MS:n stimulaatio keltaisella valolla (565 nm) kumoaa nopeasti ja palautuvasti selän CA1:n thetan [17]. . Sen vuoksi, jotta voitaisiin analysoida MS:n osallistumista pitkäaikaiseen ORM-muodostukseen ja arvioida edelleen, liittyykö hippokampuksen theta todella tähän prosessiin, rotat, jotka ilmentävät ArchT:tä MS:ssä, koulutettiin uuteen esineiden tunnistusparadigmaan käyttämällä A- ja B-asstimuli-objekteja sekä keltaisia. valo toimitettiin MSjust:iin kohteen A tutkimuksen aikana (kuvio 1i).

Tämä menettely ei vaikuttanut liikuntaaktiivisuuteen (kuva 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 LigthOFF vs LightON A parittomassa t-testissä), kohteen tutkimusaikaan (kuvio . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 forLigthOFF vs LightON A parittomassa t-testissä) tai etsintätapahtumien lukumäärä (kuva 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 LigthOFF vs LightON A parittomassa t-testissä). Pitkäaikainen ORM arvioitiin säilytystestiistunnon aikana tutun kohteen A tai tutun kohteen B läsnä ollessa uuden kohteen C rinnalla suoritettuna 24-h koulutuksen jälkeen. Havaitsimme, että stimuloimattomat ArchT:tä ilmentävät eläimet erottivat objektit A ja B uudesta kohteesta C (kuva 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).

Hippokampuksen theta-amplitudi riippuu liikkumisnopeudesta [18], mutta on epätodennäköistä, että tämän muuttujan muutokset voisivat selittää harjoituksen aikana havaitsemamme theta-voiman kasvua, koska vertailimme tutkimustapahtumia vain samanlaisilla nopeuksilla vastaaviin tutkimusten välisiin tapahtumiin. On myös epätodennäköistä, että MS-taudin inaktivaation laukaisema muistinmenetys johtui heikentyneestä muistamisesta, huonommasta harjoittelusta, optogeneettisen rakenteen yli-ilmentymisestä tai valostimulaation haitallisesta vaikutuksesta sinänsä, koska se oli spesifinen kohteelle, jota eläimet tutkivat, kun optogeneettistä suppressiota sovellettiin, ja valon antamisesta. ei vaikuttanut esineiden tutkimiseen. MS-tauti ei heijastu ainoastaan ​​hippokampukseen, vaan myös anterior cingulate cortexiin (ACC) [19]. Siksi MS-inaktivaation aiheuttama muistinmenetys voi mahdollisesti johtua tämän vuorovaikutuksen heikkenemisestä.

ACC ei kuitenkaan ole osallisena pitkäaikaisessa ORM-muodostuksessa [20], eikä MS-ACC-projektioiden estäminen vaikuta tähän deklaratiivisen muistin muotoon [21]. Tästä syystä on epätodennäköistä, että ACC-toiminnan häiriintyminen voisi selittää tuloksiamme, jotka todennäköisesti johtuvat hippokampuksen theta-estämisestä. Ajatus siitä, että hippokampus tarvitaan ORM-käsittelyyn, on saanut laajaa kokeellista tukea, mutta sitä ei hyväksytä yksimielisesti [22]. Esimerkiksi harjoitusta edeltävä intra-hippokampuksen muskimolääke vaikuttaa ORM:iin vain, kun harjoitusväli on pidempi kuin 10 minuuttia [23], mikä viittaa siihen, että hippokampusta ei tarvita lyhytaikaiseen ORM-kutsuun, vaan että muut aivoalueet ottavat haltuunsa hippokampuksen roolin lyhyessä ajassa. termi ORM-prosessointi, kun se pysyy poissa käytöstä pitkään, tai lyhyt- ja pitkäkestoiseen ORM-käsittelyyn liittyy itsenäisiä mekanismeja, kuten on raportoitu muiden muistityyppien kohdalla [24].

Tältä osin tietomme osoittavat, että aivoturso on avainasemassa pitkän aikavälin ORM-muodostuksessa, ja vahvistavat edelleen ajatusta, että kaksi uuden esineentunnistustehtävän harjoittelun aikana hankittua pitkäaikaista esinemuistia ovat riippumattomia [13]. Lisäksi se seikka, että eläimet olivat muistivammaisia ​​vain tutkimaansa kohteeseen, kun MS-tauti inaktivoitiin, osoittaa vahvasti, että theta ei ole vain oppimisen aiheuttaman hermoston plastisuuden sivutuote, vaan se liittyy toiminnallisesti laskelmiin, joita tapahtuu aivotursossa pitkäaikaisen ORM-muodostuksen aikana.

Viitteet

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

2. Yoder RM, Pang KC. GABAergisten ja kolinergisten mediaalisten väliseinän neuronien osallistuminen hippokampuksen theta-rytmiin. Hippocampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Värähtelevät aivotilat ja oppiminen: Hippokampuksen theta-kohtaisen harjoittelun vaikutus. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002, 29. tammikuuta).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Aivojen värähtelyt ja muisti. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004 (Epub 2010 22. helmikuuta).

5. Berry SD, Seager MA. Hippokampuksen theta-värähtelyt ja klassinen ehdollistaminen. Neurobiol Learn Mem. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Synaptinen plastisuus kolinergisen thetataajuuden värähtelyn aikana in vitro. Hippokampus. 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. Kohteentunnistusmuistin konsolidointi vaatii HRI-kinaasiriippuvaista eIF2:n fosforylaatiota hippokampuksessa. Hippocampus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013, 18. maaliskuuta).

8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. mTOR:n osallistumisesta tunnistusmuistiin. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002 (Epub 2007 26. marraskuuta).

9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Objektintunnistusmuistin käsittelyn aiheuttamat plastiset modifikaatiot. ProcNatl Acad Sci USA. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010, 25. tammikuuta).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Etuaivojen tyvivaurio ja esineiden tunnistus rotilla. Behav Brain Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com