Optogenetička inaktivacija medijalnog septuma oštećuje formiranje pamćenja dugoročnog prepoznavanja predmeta

Sažetak

Theta je jedna od najistaknutijih izvanstaničnih sinkronih oscilacija mozga sisavaca. Hippocampaltheta se oslanja na intaktni medijalni septum (MS) i dosljedno se bilježi tijekom faze obuke nekih paradigmi učenja, sugerirajući da bi mogla biti uključena u procesiranje dugoročnog pamćenja ovisno o hipokampusu.

Obrada pamćenja važna je funkcija u ljudskom mozgu. Uključuje procese kao što su identificiranje, kodiranje, pohranjivanje i dohvaćanje informacija. To je važna sposobnost u našem svakodnevnom životu koja je usko povezana s učenjem, radom, društvenom interakcijom i drugim aspektima. Pamćenje se odnosi na sposobnost ljudskog mozga da zadrži informacije, što određuje našu sposobnost učenja iz prošlih iskustava i njihove primjene u budućim životima.

Obrada pamćenja osnova je za poboljšanje pamćenja. Kroz mogućnosti učinkovite obrade memorije, možemo bolje kodirati, pohraniti i dohvaćati informacije, čime se poboljšava memorija. Kada trebamo zapamtiti dio informacije, najprije trebamo identificirati i kodirati informaciju, a zatim pohraniti kodiranu informaciju u banku dugoročnog pamćenja mozga. Konačno, kada trebamo koristiti ove informacije, možemo ih dohvatiti putem dohvaćanja. Ako se ti procesi provode učinkovito, naše će se pamćenje prirodno poboljšati.

Naravno, sposobnost obrade pamćenja ne postiže se preko noći i potrebno ju je poboljšati akumuliranim treningom tijekom vremena. Na primjer, u smislu identificiranja informacija, možemo poboljšati svoju osjetljivost na informacije kontinuiranim vježbanjem, kako bismo izvršili preliminarno prepoznavanje; u smislu kodiranja i pohranjivanja informacija, možemo poboljšati učinke pamćenja korištenjem metoda kao što su palače pamćenja; Što se tiče dohvaćanja informacija, možemo poboljšati brzinu i točnost dohvaćanja ponavljanjem prakse.

Ukratko, obrada memorije i memorija su neodvojivi. Treningom i stalnim stjecanjem iskustva možemo poboljšati sposobnost obrade pamćenja, čime poboljšavamo svoje pamćenje i činimo život šarenijim. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje. Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je Cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal s brojnim jedinstvenim učincima, a jedno od njih je poboljšanje pamćenja. Djelotvornost mljevenog mesa dolazi od raznih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući kiseline, polisaharide, flavonoide itd. Ovi sastojci mogu na različite načine promicati zdravlje mozga.

Pritisnite Know Shortterm Memory kako poboljšati

Memorija prepoznavanja predmeta (ORM) omogućuje životinjama prepoznavanje poznatih predmeta i neophodna je za pamćenje činjenica i događaja. Kod glodavaca, dugotrajno stvaranje ORM-a zahtijeva funkcionalan hipokampus, ali uključenost MS-a u ovaj proces ostaje kontroverzna. Otkrili smo da treniranje odraslih mužjaka Wistar štakora u dugotrajnom zadatku učenja koji potiče ORM koji uključuje izlaganje dvama različitim, ali bihevioralno ekvivalentnim novim objektima podražaja, povećava snagu hipokampusa, te da potiskivanje theta putem optogenetske MS inaktivacije uzrokuje amneziju.

Važno je da je amnezija bila specifična za objekt koji su životinje istraživale kada je MS bio inaktiviran. Uzeti zajedno, naši rezultati pokazuju da je MS neophodan za dugotrajno formiranje ORM-a i sugeriraju da je theta aktivnost hipokampusa uzročno povezana s ovim procesom.

Ključne riječi:

Theta ritam, amnezija, hipokampus, moždane oscilacije i dugoročno pamćenje.

Glavni tekst

Neuralne oscilacije su ponavljajući ritmički obrasci električne aktivnosti koji se javljaju spontano ili kao odgovor na podražaje. Teta je spora (5-10 Hz) neuraloscilacija koja se pretežno nalazi u hipokampusu, posebno u regiji CA1, gdje je pravilnija i pokazuje najveću amplitudu [1]. Hipokampalteta je osjetljiva na lezije medijalnog septuma (MS) [2] i, iako njezini bihevioralni korelati još nisu u potpunosti razjašnjeni, opsežni dokazi pokazuju da podržava učenje [3-5].

Doista, theta olakšava hipokampalno dugotrajno potenciranje (LTP) [6], glavni stanični model dugotrajne memorije ovisne o hipokampusu. Memorija prepoznavanja objekata (ORM) omogućuje životinjama određivanje poznatosti predmeta i vitalna je za pamćenje događaja i planiranje radnji. U glodavaca, obuka u paradigmi učenja koja se temelji na ORM-u aktivira nekoliko signalnih putova povezanih s plastičnošću i inducira LTP indorzalni CA1, što ukazuje da je hipokampus neophodan za dugoročno formiranje ORM-a [7-9]. S druge strane, sudjelovanje država članica u ovom procesu ostaje kontroverzno. Na primjer, septalne lezije koje oštećuju prostornu i radnu memoriju ne utječu na dugotrajnu ORM [10, 11], ali stimulacija MS smanjuje dugotrajni ORM deficit opažen u epileptičnih miševa povećanjem theta aktivnosti hipokampusa [12].

Stoga smo krenuli analizirati je li hipokampalna theta regulirana MS-om doista povezana s dugotrajnim zadržavanjem ORM-a. Prvo smo utvrdili utječe li dugoročno formiranje ORM-a na hipokampalnu theta. Da bismo to učinili, implantirali smo nizove elektroda u dorzalnu CA1 regiju odraslih mužjaka Wistar štakora (starih 3 mjeseca, 300-350 g). Obučili smo ih u novoj paradigmi prepoznavanja objekata, dugotrajnom zadatku koji izaziva ORM koji se temelji na prirodnoj sklonosti glodavaca prema novostima koji uključuje izloženost dvama različitim, ali u ponašanju ekvivalentnim novim objektima A i Bin poznatoj otvorenoj areni za {{10} }min (slika 1a) [13]. Digitalna video kamera fiksirana iznad arene korištena je za praćenje, snimanje i analizu položaja i ponašanja životinja pomoću softvera sustava ObjectScan (za detalje pogledajte Dodatnu datoteku 1).

Istraživački događaji definirani su kao veće ili jednako {{0}}.5-s-duge epohe tijekom kojih su životinje njušile i/ili dodirivale objekte podražaja svojom njuškom i/ili prednjim šapama. Sve ostale epohe veće od ili jednake induraciji od 0,5 s smatrane su događajima među istraživanjima i od njih smo dalje razmatrali samo one tijekom kojih je srednja brzina kretanja bila manja ili jednaka srednjoj brzini kretanja svih događaja istraživanja. Događaji traju< 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). 

Istraživačka aktivnost promatrana je tijekom cijele sesije obuke (Slika 1b). Teta aktivnost također je bila vidljiva tijekom ove sesije (Slika 1c), ali theta snaga, koja predviđa učenje [14], bila je posebno visoka tijekom istraživanja objekta (Slika 1d,e ). Doista, analiza spektra snage pokazala je da je strujna snaga tijekom epoha istraživanja objekata bila 36±7% veća nego tijekom razdoblja između istraživanja (Slika 1f, g; F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A naspram IE, P=0.002, ObjB naspram IE, P=0.001 u Bonferronijevom testu višestrukih usporedbi nakon RM jednosmjerne ANOVA).

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 za thetapower; Obj A vs Obj B, P=0.13 za vršnu frekvenciju u Bonferronijevom testu višestrukih usporedbi nakon RM jednosmjerne ANOVA). Jedan dan nakon treninga, dugotrajno zadržavanje ORM-a procijenjeno je ponovnim izlaganjem životinja poznatom objektu A i novom objektu C. Kao što se očekivalo, životinje su preferirano istraživale novi objekt u testu (TT; slika 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 u jednom uzorku t-testa s teoretskom sredinom=50).

Normalno funkcioniranje MS-a bitno je za theta aktivnost hipokampusa [2]. Inaktivacija MS-a se prije koristila kao alat za ukidanje theta hipokampusa tijekom učenja [15]. Prethodno smo pokazali da stimulacija žutim svjetlom (565 nm) MS-a štakora koji eksprimiraju optički neuralni prigušivač archaerhodopsin T (ArchT; vidi dodatnu datoteku 1) [16] brzo i reverzibilno poništava theta u dorzalnom CA1 [17] . Stoga, kako bi se analizirala uključenost MS-a u dugoročno formiranje ORM-a i kako bi se dodatno procijenilo je li hipokampalna theta doista povezana s ovim procesom, štakori koji izražavaju ArchT u MS-u obučeni su u novoj paradigmi prepoznavanja objekata korištenjem A i B kao objekata podražaja i žutog svjetlo je isporučeno u MSjust tijekom istraživanja objekta A (slika 1i).

Ovaj postupak nije utjecao na lokomotornu aktivnost (Sl. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 za LigthOFF u odnosu na LightON A u neuparenom t-testu), vrijeme istraživanja objekta (Sl. . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 za LigthOFF naspram LightON A u neuparenom t-testu), ili broj događaja istraživanja (Sl. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 za LigthOFF protiv LightON A u neparnom t-testu). Dugoročni ORM procijenjen je tijekom sesije testa zadržavanja u prisutnosti poznatog objekta A ili poznatog objekta B uz novi objekt C provedenog 24-h nakon obuke. Otkrili smo da su nestimulirane životinje koje eksprimiraju ArchT razlikovale objekte A i B od novog objekta C (Slika 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).

Hipokampalna theta amplituda ovisi o brzini lokomocije [18], ali malo je vjerojatno da bi promjene u ovoj varijabli mogle objasniti povećanje theta snage koju smo primijetili tijekom treninga jer smo samo uspoređivali događaje istraživanja s događajima među istraživanjima koji su odgovarali sličnim brzinama. Također je malo vjerojatno da je amnezija izazvana inaktivacijom MS-a bila posljedica oslabljenog prisjećanja, slabijeg učinka treninga, prekomjerne ekspresije optogenetskog konstrukta ili štetnog učinka svjetlosne stimulacije per se, jer je bila specifična za objekt koji su životinje istraživale kada je primijenjena optogenetička supresija i isporuka svjetla nije utjecalo na istraživanje objekta. MS se ne projicira samo na hipokampus već i na prednji cingularni korteks (ACC) [19]. Stoga bi amnezija izazvana MSinaktivacijom potencijalno mogla biti uzrokovana oštećenjem ove interakcije.

Međutim, ACC nije uključen u dugoročno stvaranje ORM-a [20] i inhibicija MS-ACC projekcija ne utječe na ovaj oblik memorije nalik deklarativnom [21]. Stoga je nevjerojatno da bi poremećaj funkcije ACC mogao biti razlog za naše rezultate koji su vjerojatno posljedica hipokampalne theta inhibicije. Ideja da je hipokampus potreban za ORM obradu dobila je široku eksperimentalnu podršku, ali nije jednoglasno prihvaćena [22]. Na primjer, intrahipokampalna mišićna primjena prije treninga utječe na ORM samo kada je interval treninga dulji od 10 minuta [23], što sugerira da hipokampus nije potreban za kratkoročni ORM-recall, da druge regije mozga preuzimaju ulogu hipokampusa u kratkom terminska ORM obrada kada ostaje onemogućena dulje vrijeme, ili da kratkoročni i dugoročni ORM uključuju neovisne mehanizme, kao što je prijavljeno za druge vrste memorije [24].

S tim u vezi, naši podaci pokazuju da je hipokampus ključan za dugotrajno formiranje ORM-a i dodatno potkrepljuju ideju da su dva dugoročna sjećanja na objekte stečena tijekom obuke u zadatku prepoznavanja novih objekata neovisna [13]. Nadalje, činjenica da su životinje bile amnezijske samo za objekt koji su istraživale kada je MS bio inaktiviran snažno ukazuje na to da theta nije samo nusprodukt neuralne plastičnosti inducirane učenjem, već je funkcionalno povezana s izračunima koji se odvijaju u hipokampusu tijekom dugotrajnog formiranja ORM-a.

Reference

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

2. Yoder RM, Pang KC. Uključenost GABAergičkih i kolinergičkih medijalnih septalnih neurona u hipokampalni theta ritam. Hipokampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Oscilatorna moždana stanja i učenje: Utjecaj hipokampalnog theta-kontingentnog treninga. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002, 29. siječnja).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Moždane oscilacije i pamćenje. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004(Epub 2010, 22. veljače).

5. Berry SD, Seager MA. Hipokampalne theta oscilacije i klasično uvjetovanje. Neurobiol Naučite Mem. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Sinaptička plastičnost tijekom oscilacije kolinergičke theta frekvencije in vitro. Hipokampus. 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. Konsolidacija memorije za prepoznavanje objekata zahtijeva fosforilaciju eIF2 ovisnu o HRI kinazi u hipokampusu. Hipokam-pus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013, 18. ožujka).

8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. O sudjelovanju mTOR-a u memoriji prepoznavanja. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002(Epub 2007., 26. studenog).

9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Modifikacije plastike izazvane obradom memorije za prepoznavanje predmeta. ProcNatl Acad Sci USA. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010, 25. siječnja).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Bazalno oštećenje prednjeg mozga i prepoznavanje predmeta u štakora. Behav Brain Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com