Оптогенетска инактивација медијалног септума нарушава формирање меморије за дуготрајно препознавање објеката

Апстрактан

Тета је једна од најистакнутијих екстрацелуларних синхроних осцилација мозга сисара. Хипокампалтета се ослања на интактни медијални септум (МС) и доследно је забележена током фазе тренинга неких парадигми учења, што сугерише да може бити умешано у процесе дуготрајне меморије зависне од хипокампуса.

Обрада меморије је важна функција у људском мозгу. Укључује процесе као што су идентификација, кодирање, чување и преузимање информација. То је важна способност у нашем свакодневном животу која је уско повезана са учењем, послом, друштвеном интеракцијом и другим аспектима. Сећање се односи на способност људског мозга да задржи информације, што одређује нашу способност да учимо из прошлих искустава и применимо их у будућим животима.

Обрада меморије је основа за побољшање меморије. Кроз ефикасне могућности обраде меморије, можемо боље кодирати, складиштити и преузимати информације, чиме се побољшава меморија. Када треба да запамтимо део информације, прво морамо да идентификујемо и кодирамо информације, а затим да их ускладиштимо у дугорочну банку меморије мозга. Коначно, када требамо да користимо ове информације, можемо их преузети путем преузимања. Ако се ови процеси спроводе ефикасно, наше памћење ће се природно побољшати.

Наравно, способност обраде меморије се не постиже преко ноћи и треба је побољшати кроз акумулирану обуку током времена. На пример, у смислу идентификовања информација, можемо побољшати нашу осетљивост на информације кроз континуирано вежбање, да извршимо прелиминарно препознавање; у смислу кодирања и складиштења информација, можемо побољшати меморијске ефекте коришћењем метода као што су меморијске палате; Што се тиче преузимања информација, можемо побољшати брзину и тачност преузимања кроз поновљену праксу.

Укратко, обрада меморије и меморија су неодвојиви. Кроз обуку и континуирано акумулирање искуства, можемо побољшати своју способност обраде памћења, чиме побољшавамо своје памћење и чинимо наше животе шаренијим. Види се да треба побољшати своје памћење. Цистанцхе десертицола може значајно побољшати памћење јер је цистанцхе десертицола традиционални кинески медицински материјал са многим јединственим ефектима, 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 Знај краткорочну меморију како да побољшате

Меморија за препознавање објеката (ОРМ) омогућава животињама да идентификују познате предмете и неопходна је за памћење чињеница и догађаја. Код глодара, дугорочно формирање ОРМ-а захтева функционални хипокампус, али учешће МС-а у овом процесу остаје контроверзно. Открили смо да обучавање одраслих мужјака пацова Вистар у дуготрајном задатку учења који индукује ОРМ и који укључује излагање два различита, али по понашању еквивалентна нова објекта стимуланса повећава снагу хипокампалтете, а да је потискивање тета путем оптогенетске МС инактивације изазвало амнезију.

Важно је да је амнезија била специфична за објекат који су животиње истраживале када је МС био инактивиран. Узети заједно, наши резултати показују да је МС неопходан за дугорочно формирање ОРМ-а и сугеришу да је хипокампална тета активност узрочно повезана са овим процесом.

Кључне речи:

Тета ритам, амнезија, хипокампус, осцилације мозга и дуготрајна меморија.

Главни текст

Неуралне осцилације су понављајући ритмички обрасци електричне активности који се јављају спонтано или као одговор на стимуланс. Тета је спора (5–10 Хз) неурална осцилација која се претежно налази у хипокампусу, посебно у ЦА1 региону, где је правилнија и показује максималну амплитуду [1]. Хиппоцампалтхета је осетљива на лезије медијалног септума (МС) [2] и, иако њени корелати понашања још нису у потпуности разјашњени, опсежни докази указују да подржава учење [3–5].

Заиста, тхета олакшава хипокампално дуготрајно потенцирање (ЛТП) [6], главни ћелијски модел дуготрајне меморије зависне од хипокампуса. Меморија за препознавање објеката (ОРМ) омогућава животињама да одреде познате предмете и од виталног је значаја за памћење догађаја и планирање акција. Код глодара, обука у парадигми учења заснованој на ОРМ-у активира неколико сигналних путева везаних за пластичност и индукује ЛТП индорзални ЦА1, што указује да је хипокампус неопходан за дугорочно формирање ОРМ-а [7–9]. Насупрот томе, учешће држава чланица у овом процесу остаје контроверзно. На пример, септалне лезије које нарушавају просторну и радну меморију не утичу на дуготрајни ОРМ[10, 11], али МС стимулација ублажава дуготрајни дефицит ОРМ уочен код епилептичних мишева повећањем хипокампалне тета активности [12].

Стога смо кренули да анализирамо да ли је хипокампална тета регулисана МС заиста повезана са дуготрајним задржавањем ОРМ-а. Прво смо утврдили да ли дуготрајно формирање ОРМ-а утиче на хипокампални тета. Да бисмо то урадили, имплантирали смо низове електрода у дорзални ЦА1 регион одраслих мужјака пацова Вистар (стари 3 месеца, 300–350 г). Обучили смо их у новој парадигми препознавања објеката, дуготрајном задатку који изазива ОРМ заснован на природној склоности глодара према новостима који укључује излагање два различита, али по понашању еквивалентна нова објекта А и Бин, познатој арени отвореног поља за {{10} }мин (слика 1а) [13]. Дигитална видео камера фиксирана изнад арене је коришћена за праћење, снимање и анализу положаја и понашања животиња помоћу софтвера система ОбјецтСцан (за детаље погледајте Додатни фајл 1).

Догађаји истраживања су дефинисани као епохе које су веће од или једнако {{0}}.5-с-дуге епохе током којих су животиње њушиле и/или додиривале објекте стимуланса њушком и/или предњим шапама. Све остале епохе веће од или једнаке индурацији од 0,5 с сматране су као међуистраживачки догађаји и од њих смо даље разматрали само оне током којих је средња брзина кретања била мања или једнака средњој брзини кретања свих догађаја истраживања. Догађаји који трају< 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). 

Истраживачка активност је примећена током сесије обуке (слика 1б). Тета активност је такође била очигледна током ове сесије (слика 1ц), али тета снага, која предвиђа учење [14], била је посебно висока током истраживања објекта (слика 1д,е). ). Заиста, анализа спектра снаге је показала да је таповер током епоха истраживања објекта била 36±7% већа него током међуистражних периода (слика 1ф, г; Ф (2, 10)=15.55; П{{12} }.0009 Обј А вс ИЕ, П=0.002, ОбјБ вс ИЕ, П=0.001 у Бонферронијевом тесту вишеструког поређења након РМ једносмерне АНОВА).

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 за тхетаповер; Обј А вс Обј Б, П=0.13 за вршну фреквенцију у Бонферонијевом тесту вишеструких поређења након РМ једносмерне АНОВА). Један дан након тренинга, дуготрајно задржавање ОРМ је процењено поновним излагањем животиња познатом објекту А и новом објекту Ц. Као што се очекивало, животиње су преференцијално истраживале нови објекат на тесту (ТТ; Слика 1х; т (5){ {9}}.95, П=0.0009 у једном узорку т-теста са теоријском средњом вредношћу=50).

Нормално функционисање МС је неопходно за хипокампалну тета активност [2]. Инактивација МС-а је раније коришћена као средство за укидање хипокампалне тете током учења [15]. Раније смо показали да стимулација жутом светлошћу (565 нм) МС пацова који експримирају жути нервни пригушивач архаерходопсин Т (АрцхТ; погледајте Додатни фајл 1 за техничке детаље) [16] брзо и реверзибилно поништава тета у дорзалном ЦА1 [17] . Стога, да би анализирали учешће МС-а у дугорочном формирању ОРМ-а и да би даље проценили да ли је хипокампална тета заиста повезана са овим процесом, пацови који изражавају АрцхТ у МС су обучени у новој парадигми препознавања објеката користећи А и Б асстимулативне објекте и жуте светлост је достављена МС само током истраживања објекта А (слика 1и).

Ова процедура није утицала на локомоторну активност (слика 1ј, к; т (39)=1.29, П=0.20 за ЛигтхОФФ вс ЛигхтОН А у неупареном т-тесту), време истраживања објекта (сл. 1л; т (39)=1.33, П=0.18 заЛигтхОФФ вс ЛигхтОН А у неупареном т-тесту), или број догађаја истраживања (слика 1л; т (39){ {16}}.93, П=0.06 за ЛигтхОФФ вс ЛигхтОН А у неупареном т-тесту). Дугорочни ОРМ је процењен током сесије теста задржавања у присуству познатог објекта А или познатог објекта Б поред новог објекта Ц спроведеног 24-х после тренинга. Открили смо да нестимулисане животиње које експримирају АрцхТ дискриминишу објекте А и Б од новог објекта Ц (слика 1м,н; т (10)=5.96, П<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).

Тета амплитуда хипокампуса зависи од брзине кретања [18], али је мало вероватно да би промене ове варијабле могле објаснити повећање тета снаге коју смо приметили током тренинга јер смо само упоредили догађаје истраживања са догађајима међу истраживањима који су се подударали за сличне брзине. Такође је мало вероватно да је амнезија изазвана инактивацијом МС-а била последица поремећеног памћења, слабих перформанси тренинга, прекомерне експресије оптогенетског конструкта или штетног ефекта светлосне стимулације пер се, јер је била специфична за објекат који су животиње истраживале када је примењивана оптогенетска супресија и испорука светлости. није утицало на истраживање објеката. МС не пројектује само хипокампус већ и предњи цингуларни кортекс (АЦЦ) [19]. Стога, амнезија изазвана МСинактивацијом може потенцијално бити узрокована оштећењем ове интеракције.

Међутим, АЦЦ није укључен у дугорочно формирање ОРМ-а [20] и инхибиција МС-АЦЦ пројекција не утиче на овај облик меморије налик декларативној [21]. Стога је невероватно да би поремећај АЦЦ функције могао да објасни наше резултате који су вероватно последица хипокампалне тета инхибиције. Идеја да је хипокампус неопходан за обраду ОРМ-а добила је широку експерименталну подршку, али није једногласно прихваћена [22]. На пример, интрахипокампална мусцимоладминистрација пре тренинга утиче на ОРМ само када је интервал тренинга дужи од 10 минута [23], што сугерише да хипокампус није потребан за краткорочно подсећање на ОРМ, да други региони мозга преузимају улогу хипокампуса у кратком времену. термичка обрада ОРМ-а када остаје онемогућена дуже време, или да краткорочни и дугорочни ОРМ укључују независне механизме, као што је пријављено за друге типове меморије [24].

С тим у вези, наши подаци указују на то да је хипокампус кључан за дугорочно формирање ОРМ-а и додатно поткрепљују идеју да су две дугорочне објектне меморије стечене током обуке у новом задатку препознавања објеката независне [13]. Штавише, чињеница да су животиње биле амнезичне само за објекат који су истраживале када је МС био инактивиран снажно указује да тета није само нуспроизвод неуралне пластичности изазване учењем, већ је функционално повезана са прорачунима који се дешавају у хипокампусу током дуготрајног формирања ОРМ.

Референце

1. Бузсаки Г. Тета осцилације у хипокампусу. Неурон.2002;33(3):325–40.хттпс://дои.орг/10.1016/с0896-6273(02)00586-к.

2. Иодер РМ, Панг КЦ. Укључивање ГАБАергичних и холинергичних неурона медијалне септума у ​​хипокампални тета ритам. Хиппоцампус.2005;15(3):381–92.хттпс://дои.орг/10.1002/хипо.20062.

3. Сеагер МА, Јохнсон ЛД, Цхабот ЕС, Асака И, Берри СД. Осцилаторна стања мозга и учење: Утицај хипокампалног тета-контингентног тренинга.Проц Натл Ацад Сци УСА. 2002;99(3):1616–20. хттпс://дои.орг/10.1073/пнас.032662099 (Епуб 2002, 29. јануар).

4. Дузел Е, Пенни ВД, Бургесс Н. Осцилације мозга и меморија. Цурр ОпинНеуробиол. 2010;20(2):143–9. хттпс://дои.орг/10.1016/ј.цонб.2010.01.004 (Епуб 2010, 22. фебруар).

5. Берри СД, Сеагер МА. Тета осцилације хипокампуса и класично условљавање. Неуробиол Леарн Мем. 2001;76(3):298–313.хттпс://дои.орг/10.1006/нлме.2001.4025.

6. Хуерта ПТ, Лисман ЈЕ. Синаптичка пластичност током осцилације холинергичке тхета фреквенције ин витро. Хипокампус. 1996;6(1):58–61.хттпс://дои.орг/10.1002/(СИЦИ)10981063(1996)6:1%3ц58:АИД-ХИПО10%3е3.0.ЦО;2-Ј.

7. Илл-Рага Г, Кохлер Ц, Радиске А, Лима РХ, Росен МД, Муноз ФЈ, ЦаммаротаМ. Консолидација меморије за препознавање објеката захтева фосфорилацију еИФ2 у хипокампусу зависну од ХРИ киназе. Хипокам‑пус. 2013;23(6):431–6. хттпс://дои.орг/10.1002/хипо.22113 (Епуб 2013, 18. март).

8. Мискив ЈЦ, Россато ЈИ, Бевилакуа ЛР, Медина ЈХ, Изкуиердо И, ЦаммаротаМ. О учешћу мТОР-а у меморији препознавања. НеуробиолЛеарн Мем. 2008;89(3):338–51. хттпс://дои.орг/10.1016/ј.нлм.2007.10.002 (Епуб 2007, 26. новембар).

9. Цларке ЈР, Цаммарота М, Груарт А, Изкуиердо И, Делгадо-Гарциа ЈМ. Пластичне модификације изазване обрадом меморије за препознавање објеката. ПроцНатл Ацад Сци УСА. 2010;107(6):2652–7. хттпс://дои.орг/10.1073/пнас.0915059107 (Епуб 2010, 25. јануар).

10. Корнецоок ТЈ, Киппин ТЕ, Пинел ЈП. Оштећење базалног предњег мозга и препознавање објеката код пацова. Бехав Браин Рес. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com