Консолидација репрезентација ћелијске меморије у површинском неокортексу

РЕЗИМЕ

Консолидација меморије на нивоу система, кључни концепт у истраживању меморије, укључује претварање сећања које зависе од хипокампуса за њихово формирање у ефикасне форме независне од хипокампуса, вероватно кодиране кортикокортикалним везама. Ипак, мало се разуме о природи консолидованих неуронских кодова на нивоу ћелијског ансамбла.

Сећања на нивоу система односе се на преференције или обрасце понашања које особа развија рано у животу и продубљује се током времена. Меморија на нивоу система утиче на човеково размишљање, поступке и одлуке. То је подсвесно понашање.

Насупрот томе, памћење се односи на способност особе да се сети и задржи информације. Добро памћење нам помаже да научимо вештине, решимо проблеме и постигнемо успех. Међутим, да бисмо имали одличну меморију, потребна нам је подршка меморије на нивоу система.

Меморија на нивоу система побољшава наше памћење јер нам пружа оквир за стицање нових знања. Кад год научимо нове ствари, обично их повезујемо са оним што смо раније научили. Ова веза формира чврсту структуру знања која нам помаже да боље разумемо и запамтимо нове информације.

Поред тога, меморија на нивоу система може утицати на начин на који размишљамо. Ако развијемо позитиван став према решавању проблема, размишљаћемо јасније и брже, што олакшава задржавање информација и решавање проблема. Насупрот томе, ако развијемо негативан, пасиван став, наше размишљање ће постати споро и нејасно, ометајући наше памћење и способности учења.

Стога би требало да тежимо да негујемо добру меморију на системском нивоу, што ће помоћи да побољшамо наше памћење и стопу успеха. Добре навике можемо развити тако што ћемо се кретати у позитивном смеру и учинити их укорењеним у наш свакодневни живот, формирајући тако позитиван и проактиван став за решавање проблема. На овај начин можемо боље да искористимо меморију на нивоу система да побољшамо своје памћење и способности учења. Види се да морамо побољшати памћење, а цистанцхе десертицола може значајно побољшати памћење јер је цистанцхе десертицола традиционални кинески медицински материјал који има много јединствених ефеката, од којих је једно побољшање памћења. Ефикасност млевеног меса потиче од различитих активних састојака које садржи, укључујући киселину, полисахариде, флавоноиде, итд. Ови састојци могу да унапреде здравље мозга на различите начине.

Кликните на сазнајте 10 начина за побољшање меморије

Мишевима је потребан нетакнут хипокампус за „виртуелно“ просторно учење и за развој неокортикалних репрезентација одговарајућих искустава. Откривамо да, док ново виртуелно окружење није ни научено ни представљено у површинском кортексу након озбиљног оштећења хипокампуса, преоперативно научена сећања и њихове одговарајуће ретке и широко распрострањене репрезентације неуронског ансамбла у кортикалним слојевима ИИ–ИИИ су очуване, сине куа нон консолидације меморије. Ови налази пружају нови прозор за будуће проучавање ћелијских механизама консолидације меморије.

УВОД

Оштећење хипокампалне формације озбиљно нарушава стицање новог, „епизодичног“ памћења.1,2 Овај феномен може бити повезан са позицијом хипокампуса на врху хијерархије неокортикалних асоцијацијских области, као и са чињеницом да број кортикални неурони далеко премашују број веза које може да подржи дати неурон (Сцхвиндел & МцНаугхтон, 2011, за преглед).3Ова оскудност везе значи да би формирање произвољних асоцијација у реалном времену (посебно далекометних) било тешко јер неопходне синапсе између било које две произвољне активне неокортикалне ћелије највероватније раније нису постојале.

Неокортекс би могао да превазиђе овај проблем брзим формирањем индиректних асоцијација међу својим тренутно активним неуронима, посредованих заједничким шаблоном одозго на доле из хипокампуса. Према овом гледишту, свако јединствено искуство генерише одговарајући јединствени, ретки образац у хипокампусу, који служи као контекст или ''индекс''4–6 за скуп тренутно активних кортикалних неурона. Ови обрасци су јединствени за локацију и природу сваког искуства (нпр. Леутгеб ет ал.7). Асоцијативна пластичност у пројекцијама повратних информација од хипокампуса („индекс“) до одговарајућих активних кортикалних ћелија („атрибути“ ') омогућило би накнадно преузимање атрибута меморије.

Тако, барем у почетку, памћење постаје кодирано као везе између хипокампуса и кортекса, а не директно међу кортикалним ћелијама. Нека сећања и научена понашања никада не губе зависност од нетакнутог хипокампуса; међутим, неки временом постају отпорни на оштећења хипокампуса,8 што сугерише да се одговарајуће кортико-кортикалне везе, довољне да замене хипокампо-кортикалне, развијају током времена и постају доминантне.

Овај процес такође може да прати екстракцију структуре из сећања у „семантичко“ знање кортекса, 9–15 које генерално преживљава хипокампалозу. Иако је било много проучавања динамике понашања и експресије гена овог процеса консолидације меморије, било је мало истраживања на нивоу ћелијског кодирања природе и локације таквих меморијских репрезентација независних од хипокампуса у кортексу.

Недавне студије су показале да, током преласка низа локација (било стварних или виртуелних), кортикални неурони, посебно у површинском кортексу, развијају ретке секвенце неуронске активности повезане са положајем, 16–19 слично као у хипокампусу.

Код нетакнутих мишева, ћелије корелиране са положајем се појављују у кортексу у року од неколико сесија у новом виртуелном „окружењу“, које се састоји од траке за трчање са причвршћеним „просторним“ знацима,20 али се слабо развијају код мишева са лезијама дорзалног хипокампуса. 16,17 Овде показујемо да се површински кортикални прикази преоперативно наученог виртуелног окружења задржавају након хипокампалних лезија, као и одговарајућа просторна меморија, док исти мишеви не уче постоперативно ново окружење нити га представљају као ћелије корелиране са положајем. у површинском кортексу.

РЕЗУЛТАТИ

Двофотонско снимање Ца2+ је коришћено за снимање неуронске активности код мишева током трчања фиксираног на главу на тракама за трчање које садрже неколико визуелно-тактилних знакова (Слика 1; СТАР методе), пре и после билатералних лезија дорзалног хипокампуса. Животиње су тестиране на истом ''познатом'' појасу пре и после хипокампалезије (или лажних операција). „Нови“ појасеви са различитим сетовима знакова коришћени су за пре- и постоперативне (лезије/лажне) периоде након (поновног) упознавања са „познатим“ појасом. Пратили смо неуронску активност у три неокортикалне области: ретроспленијални кортекс (РСЦ), секундарни моторни кортекс и примарни соматосензорни кортекс.

Хипокампална лезија изазива антероградну, али не и ретроградну амнезију за локације награђивања у виртуелном просторном окружењу

Сваки појас је имао одређену виртуелну локацију на којој је испоручена награда за воду (слика 1Ц). Пре операције, обе групе су испољиле слично понашање у познатим и новим окружењима Слика С2. Постоперативне брзине трчања у познатим и новим појасевима су такође биле сличне између лажних и група лезија. Постоперативно, лажне групе и групе лезија су направиле упоредив број покушаја да лижу награду током експеримента (Слика 2- лево); међутим, расподела лизања у новом окружењу била је значајно различита између група.

За лажну групу, огроман део лизања био је концентрисан на месту награђивања у познатим и новим окружењима. Исто понашање показала је група лезија у познатом окружењу; међутим, у новом окружењу, оштећени мишеви су лизали углавном изван зоне награђивања. (Слика 2-у средини, десно). Тако је преоперативно памћење задржано, али је учење у новом окружењу било озбиљно нарушено. Ово је главна карактеристика концепта консолидације меморије.

Кортикални неурони чувају кодирање познатог просторног окружења након хипокампалезије, али кодирање новог окружења не успева да се формира

Користили смо релативно либералне критеријуме (погледајте СТАР методе) да категоришемо ћелије као „просторно селективне“ и да дефинишемо „поља места“ ћелија. Све у свему, није било разлика између група (лезија наспрам лажног) или између окружења (Ф, Н) ни у једном од три кортикална региона у пропорцији ћелија које су прешле праг селективности, што је укупно било око 40% са овим либералним критеријумима (Слика С3А). Међутим, за ново окружење, ћелије које испуњавају критеријуме селективности биле су свеукупно много мање просторно селективне и колективно су формирале мање униформну популацију која кодира појас у групи лезија (Слике 3А и 3Б). Ова разлика је била повезана са повећањем пропорција ћелија групе лезија са вишеструким пољима места, уместо са једним (слика С3Б).

Појава кодирања положаја слоја ИИ–ИИИ у кортикалном слоју је квантификована коришћењем мера садржаја просторних информација на бази по неурону21 за све ћелије које прелазе праг просторне селективности. Очекивало се извесно заборављање у 30-дневној паузи између последње сесије пре лезије/лажне и прве сесије након операције. Заиста, дошло је до временски зависне деградације (заборава) садржаја просторних информација у познатом окружењу ; међутим, познато памћење се опоравило током сесија и код лезија и код лажних мишева, без разлике између група (Слика 3Ц-врх). Лажни мишеви су показали нормално стицање кортикалне репрезентације новог окружења (појас 3); међутим, група лезија је показала врло мало просторних информација у новом окружењу у РСЦ (Слика 3Ц-доле). У свим кортикалним регионима, садржај просторних информација неурона био је сличан између лажне и лезије за познато окружење, док је ова количина значајно смањена у групи лезија за ново окружење (слике 3Д и 3Е).

Квантификовали смо поузданост просторног кодирања на нивоу популације тако што смо израчунали грешку декодирања лап-би-лаппоситион, користећи Бајесов декодер (СТАР методе). Током постоперативне фазе, дистрибуција декодиране позиције као функција локације животиње указује да декодер из групе лезија у новом окружењу даје мање тачну процену положаја (слика 4А). Дошло је до значајног повећања (2к) грешке у декодирању у новом окружењу у сва три кортикална региона, у групи лезија, али не у лажној групи, и ниједна у познатом окружењу у било којој групи (Слика 4Б).

ДИСКУСИЈА

Све у свему, док су хипокампалне лезије озбиљно нарушиле појаву ћелија повезаних са положајем које представљају ново виртуелно окружење, и на сличан начин нарушено просторно учење у том новом контексту, представљање преоперативно изложеног познатог окружења и меморија за локацију награде у том окружењу су били поштеђени. . Просторно селективна активност пуцања оштећених мишева у новом окружењу била је пристрасна ка пуцању у близини истакнутих знакова. Неселективни или слабо селективни одговори на истакнуте знакове били су уобичајени код мишева са лезијама у новим срединама, што је довело до вишеструких „месних“ поља, што је можда допринело већој грешци просторног декодирања.

Саме лезије су оштетиле 50% или више дорзалног хипокампуса, али су оставиле вентрални хипокампус углавном нетакнутим (Слика 1Е). Стога, не можемо закључити да је очувано памћење било потпуно независно од хипокампалног одлива22, иако многе студије показују да је дорзални хипокампус тај који је претежно неопходан за просторно учење23,24 и чији је излаз фокусиран на ретроспленијални кортекс.25–28 Обе групе су показале пад. у просторном подешавању за познато окружење током 30-дневног интервала између последњег испитивања пре лезије/лажног и првог покушаја после лезије/лажног. Не зна се да ли је то било због пуког протока времена или хируршке процедуре (нпр. анестезија); међутим, ова динамика указује да је неки траг претходног кодирања сачуван, док је ново кодирање нарушено. Једно могуће објашњење за опадање просторног подешавања током 30 дана је да нетакнути хипокампус омогућава формирање нових синаптичких веза у кортексу које могу изгубити ефикасност током времена, али физички опстају тако да се могу поново потенцирати након поновног излагања познато окружење.

Друго објашњење је да је кодирање сачувано у дубљим слојевима кортекса, који у овим студијама нису били доступни за снимање. Добро је познато да поновно излагање познатом окружењу није од суштинског значаја за процесе консолидације меморије; могу се десити и током периода „ван мреже“ као што је спороталасно спавање.4 Међутим, враћање консолидованих процеса може захтевати поновно излагање у одсуству хипокампуса.

Све у свему, садашњи резултати показују да нетакнути хипокампус омогућава површном кортексу да развије ретке, селективне репрезентације искуства боравка на одређеним локацијама под одређеним бихевиоралним и сензорним контекстом и да ови настали неуронски кодови опстају након оштећења хипокампуса који је довољан да спречи ново учење у неуронске и бихевиоралне нивое под сличним условима. Ови налази пружају нови оквир за проучавање ћелијских и молекуларних основа дугорочне меморије независно од хипокампуса.

Ограничења студије

С обзиром на ограничену величину узорка, само једна кортикална област од три региона од интереса могла би се проценити са разумном статистичком снагом током фаза експозиције/поновног излагања експеримената, током узастопних дана снимања. Изабрали смо ретроспленијални кортекс узимајући у обзир чињеницу да он прима директне пројекције од дорзалног хипокампуса.25–28 Приметили смо да се након хипокампалне лезије, неуронска репрезентација познатог окружења у ретроспленијалном кортексу постепено поново добија са поновљеним поновним излагањима. Међутим, ово не искључује чињеницу да се друге кортикалне области могу брже опорављати. Штавише, размене између дистрибуираних региона могу допринети овом опоравку, што се не може утврдити осим ако се два или више региона не процене истовремено. Према томе, остаје да се утврди како се трагови просторне меморије чувају и „поновно потенцирају“ у различитим кортикалним областима, након губитка хипокампуса.

ЗАХВАЛНИЦЕ

Захваљујемо др. М. Мохајерани за надзор/администрирање микроскопа и објеката за узгој животиња, Џенифер Тарновски за логистичку подршку, Валери Лапоинте и Кариму Али за техничку подршку, и ВестГрид и Цомпуте Цанада за ИТ подршку. БЛМ признаје финансирање из НИХ Ресеарцх ПројецтГрант Програма (Р01) [бр. НС121764], Агенција за напредна истраживања у области одбране (ДАРПА) [бр. ХР0011-18-2-0021], Савет за истраживање природних наука и инжењерства Канаде (НСЕРЦ) [бр. 1631465], и Канадски институт за здравствена истраживања (ЦИХР) [бр. ПЈТ 156040]. ХЦ је подржан од стране Канадске дипломске стипендије за докторски програм (НСЕРЦ ЦГС-Д).

ПРИЛОЗИ АУТОРА

ИМЕ и БЛМ су концептуализовали експеримент. ИМЕ и АРН су спровели експерименте и прикупили податке. ИМЕ, ХЦ и БЛМ су анализирали и интерпретирали податке. ИМЕ, ХЦ и БЛМ су написали рукопис, чији су сви аутори помогли да се ревидира.

ИЗЈАВА ИНТЕРЕСА

Аутори изјављују да немају супротстављене интересе.

РЕФЕРЕНЦЕ

1. Сцовилле, ВБ, и Милнер, Б. (1957). Губитак недавне меморије након билатералних хипокампалних лезија. Ј. Неурол. Неуросург.Псицхиатри 20, 11–21.хттпс://дои.орг/10.1136/јннп.20.1.11.

2. Ионелинас, АП, Кролл, НЕА, Куамме, ЈР, Лаззара, ММ, Сауве´, МЈ, Видаман, КФ, и Книгхт, РТ (2002). Ефекти екстензивног оштећења темпоралног режња или благе хипоксије на памћење и познавање. Нат.Неуросци. 5, 1236–1241.хттпс://дои.орг/10.1038/нн961.

3. Сцхвиндел, ЦД, и МцНаугхтон, БЛ (2011). Хипокампално-кортикалне интеракције и динамика реактивације трагова меморије. Прог. Браин Рес. 193, 163–177.хттпс://дои.орг/10.1016/Б978-0-444-53839-0.00011-9.

4. МцНаугхтон, БЛ (2010). Кортикалне хијерархије, спавање и извлачење знања из меморије. Артиф. Интелл. 174,205–214.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.артинт.2009.11.013.

5. Теилер, ТЈ, и ДиСценна, П. (1986). Теорија индексирања меморије хипокампуса.Бехав. Неуросци. 100, 147–154. хттпс://дои.орг/10.1037/0735-7044.100.2.147.6. Теилер, ТЈ, и Руди, ЈВ (2007). Теорија индексирања хипокампуса и епизодна меморија: ажурирање индекса. Хипокамп17, 1158–1169.хттпс://дои.орг/10.1002/хипо.20350.

7. Леутгеб, С., Леутгеб, ЈК, Барнес, ЦА, Мосер, ЕИ, МцНаугхтон, БЛ, и Мосер, М.-Б. (2005). Независни кодови за просторно и епизодно памћење у хипокампалне неуронским ансамблима. Наука 309, 619–623.хттпс://дои.орг/10.1126/сциенце.1114037.

8. Сутхерланд, РЈ, и Лехманн, Х. (2011). Алтернативне концепције консолидације меморије и улога хипокампуса на нивоу система код глодара. Цурр. Опин. Неуробиол. 21, 446–451.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.цонб.2011.04.007.

9. Франкланд, ПВ, и Бонтемпи, Б. (2005). Организација недавних и удаљених сећања.Нат. Рев. Неуросци. 6, 119–130. хттпс://дои.орг/10.1038/нрн1607.10. Марр, Д. (1970). Теорија за церебралнеокортекс. Проц. Р. Соц. Лондон. Б Биол. Сци. 176,161–234.

For more information:1950477648nn@gmail.com