Prethodno učenje relevantnih neaverzivnih informacija granični je uvjet za izbjegavanje rekonsolidacije pamćenja u hipokampusu štakora

Za više informacija:ali.ma@wecistanche.com

Reaktivirana sjećanja mogu se modificirati tijekom rekonsolidacije, čineći ovaj proces potencijalnom terapeutskom metom za posttraumatski stresni poremećaj (PTSP), mentalnu bolest koju karakterizira stalno izbjegavanje situacija koje izazivaju strahove povezane s traumom. Međutim, izbjegavanjememorijarekonsolidacija ovisi o skupu još uvijek labavo definiranih rubnih uvjeta, ograničavajući translacijsku vrijednost temeljnog istraživanja. Konkretno, uključenost hipokampusa u izbjegavanje motivirano strahommemorijarekonsolidacija ostaje kontroverzna. Kombinirajući bihevioralne i elektrofiziološke analize u mužjaka Wistar štakora, otkrili smo da je prethodno učenje relevantnih neaverzivnih informacija ključno za izazivanje sudjelovanja hipokampusa u izbjegavanjumemorijarekonsolidacija, koja je povezana s povećanjem theta- i gama-oscilacijske snage i unakrsnog frekventnog sprezanja u dorzalnom CA1 tijekom reaktivacije odgovora izbjegavanja. Naši rezultati pokazuju da je hipokampus uključen umemorijaponovna konsolidacija samo kada reaktivacija rezultira kontradiktornim prikazima u pogledu posljedica izbjegavanja i sugerira da je robusno ugniježđivanje hipokampalnih theta-gama ritmova u vrijeme vraćanja specifični marker rekonsolidacije.

Ključne riječi: izbjegavanje; strah; gama-oscilacije; hipokampus; rekonsolidacija; theta-oscilacije

XAndressa Radiske,* Maria Carolina Gonzalez,* Sergio A. Conde-Ocazionez, XAnatildes Feitosa, Cristiano A. Ko¨hler, Lia R. Bevilaqua i XMartín Cammarota

Laboratorij za istraživanje pamćenja, Institut za mozak, Federalno sveučilište Rio Grande do Norte, RN 59056-450 Natal, Brazil

Izjava o značaju

Posttraumatski stresni poremećaj (PTSP) karakteriziraju neprilagodljive reakcije izbjegavanja podražaja ili ponašanja koja su slična nekim aspektima atraumatskog iskustva. Prekid rekonsolidacije, proces kojim reaktivirana sjećanja postaju podložna modifikacijama, obećavajući je pristup liječenju pacijenata s PTSP-om. Međutim, mnogo toga što se zna o izbjegavanju motiviranom strahommemorijarekonsolidacija proizlazi iz studija koje se temelje na uvjetovanju straha umjesto na paradigmama izbjegavanja učenja. Koristeći zadatak izbjegavanja inhibicije postupno prema dolje kod štakora, otkrili smo da je hipokampus uključen umemorijaponovna konsolidacija tek kada su životinje stekle reakciju izbjegavanja u okruženju za koje su prethodno naučile da je sigurno i pokazalo da je povećana sprega theta i gama oscilacija tijekom reaktivacije elektrofiziološki potpis ovog procesa.

Uvod

Izbjegavanje je normalno obrambeno ponašanje s namjerom da se izbjegnu neugodne situacije ili situacije koje izazivaju strah. Međutim, u bolesnika s posttraumatskim stresnim poremećajem (PTSP) izbjegavanje emocija, misli i podražaja koji simboliziraju ili nalikuju traumatskim događajima pogoršano je i nerazmjerno. Reaktivacija može uspomene učiniti prolazno labilnima i, da bi opstala, ta sjećanja moraju proći kroz proces restabilizacije ovisan o ekspresiji gena i sintezi proteina koji se naziva rekonsolidacija, tijekom kojeg se također mogu ažurirati ili poboljšati (Misanin i sur., 1968.; Spear, 1973; Lewis, 1979; Przybyslawski i Sara, 1997; Nader i sur., 2000, Haubrich i Nader, 2016). Stoga se sugerira da bi terapijske intervencije koje se temelje na interferenciji strahom motiviranog izbjegavanja rekonsolidacije sjećanja mogle pomoći pacijentima s PTSP-om rekontekstualizirati intruzivna sjećanja i nositi se s anksioznošću (Schwabe et al., 2014; Dunbar i Taylor, 2017). Unatoč tome, možda zato što se uvjetovani strah dugo povezivao s jačanjem odgovora izbjegavanja motiviranih strahom (Mowrer i Lamoreaux, 1946.; Miller, 1948.), većina studija o važnosti rekonsolidacije za liječenje poremećaja povezanih sa stresorom provedena je korištenjem paradigme učenja koje uvjetuju strah (Johansen i sur., 2011.; Reichelt i Lee, 2013.). Međutim, postoje važne neuroanatomske i neurokemijske razlike između uvjetovanja straha i obrade pamćenja izbjegavanja motiviranog strahom (Wilensky et al., 2000; Tinsley et al., 2004; Alberini, 2005) i nekoliko je izvješća jasno razdvojilo izbjegavanje izazvano strahom od izraz uvjetovanog straha (Riccio i Silvestri, 1973; Overmier i Brackbill, 1977; Mineka, 1979). Zapravo, postoji malo informacija o uvjetima ponašanja koji ograničavaju ponovnu konsolidaciju izbjegavanja izazvanu strahom i fiziološkim svojstvima koja razlikuju ovaj proces od drugih fenomena koji ovise o reaktivaciji pamćenja.

Kliknite za doziranje Cistanche tubulosa za pamćenje

Konkretno, uloga hipokampusa, koja je dobro dokumentirana u rekonsolidaciji pamćenja uvjetovanog strahom (de Oliveira Alvares i sur., 2008; Besnard i sur., 2013; Ishikawa i sur., 2016), ostaje nedostižna za slučaj izbjegavanja a neka istraživanja, uključujući i naša, nisu uspjela pronaći dokaze da je de novo hipokampalna sinteza proteina neophodna za ponovnu stabilizaciju sjećanja na izbjegavanje izazvanog strahom nakon reaktivacije (Taubenfeld i sur., 2001.; Cammarota i sur., 2004.; Power i sur. , 2006.; Arguello i sur., 2013.). Jedno moguće objašnjenje za ove negativne rezultate je da se sjećanje na izbjegavanje nikada ne podvrgava rekonsolidaciji, što je vrlo malo vjerojatno jer je objavljeno da sustavna primjena blokatora sinteze proteina nakon vraćanja sjećanja na izbjegavanje izazvanog strahom uzrokuje amneziju (Taubenfeld i sur., 2001.). Druga je mogućnost da reaktivacija izaziva rekonsolidaciju sjećanja na izbjegavanje, ali hipokampus ne igra nikakvu ulogu u tom procesu, što se također čini nevjerojatnim jer je hipokampus neophodan, ne samo za konsolidaciju, vraćanje i gašenje reakcije izbjegavanja izazvane strahom (Bernabeu i sur., 1995; Cammarota i sur., 2005; Bonini i sur., 2006), ali i za rekonsolidaciju sjećanja na izbjegavanje izumiranja (Radiske i sur., 2015). Ovo posljednje opažanje sugerira treću hipotezu, koju smo istražili u ovoj studiji, da je hipokampus uključen u rekonsolidaciju pamćenja izbjegavanja motiviranog strahom samo kada reaktivacija rezultira kontradiktornim predviđanjima u vezi s mogućim ishodima odgovora izbjegavanja.

Promjene u oscilatornoj aktivnosti hipokampusa povezane su s obradom pamćenja (Lisman, 2005.). Konkretno, povećane theta-gama interakcije povezane su s vraćanjem memorije (Gruber et al., 2004; Montgomery i Buzsaki, 2007) i te oscilacije služe za izračunavanje signala nesigurnosti (Garrido et al., 2015) i za razlikovanje točnih od netočnih odgovora (Sederberg i sur., 2007), a svi su povezani s nekim aspektom rekonsolidacije pamćenja u različitim pripravcima (Ferna´ndez i sur., 2016).

Stoga smo također pretpostavili da natjecanje u tragovima na početku rekonsolidacije pojačava theta-gama sprezanje u hipokampusu. Kako bismo testirali ove pretpostavke, upotrijebili smo paradigmu opadajućeg inhibicijskog izbjegavanja (SD-IA), zadatak učenja ovisan o hipokampusu s jednim pokusom prikladan za proučavanje vremenski ovisnih promjena povezanih s vraćanjem naučenog izbjegavanja kod štakora.

Materijali i metode

Predmeti. Za pokuse smo koristili 3-mjesečne naivne mužjake Wistar štakora težine 300 – 350 g. Životinje su bile smještene u skupinama od po pet i držane u ciklusu svjetlo/mrak od 12:12 h (svjetlo se pali u 6:00 ujutro) na 23 stupnja s ad libitum pristupom hrani i vodi. Eksperimente smo izvodili tijekom svjetlosnog ciklusa. Životinje su trenirane i testirane samo jednom. Svi su postupci bili u skladu s Vodičem Nacionalnog instituta za zdravlje za njegu i korištenje laboratorijskih životinja i odobrilo ih je lokalno institucionalno etičko povjerenstvo (Comissa˜o de E´tica no Uso de Animais, CEUA). Eksperimenti su provedeni bez obzira na stanje liječenja životinja.

Implantati s kanilom i višeelektrodnim nizom. Životinjama smo implantirali {{0}}vodilice od nehrđajućeg čelika usmjerene na CA1 regiju dorzalnog hipokampusa (stereotaksične koordinate, u milimetrima: anteroposteriorno, 4,2; anterolateralno, 3.0; dorsoventralno, 3 .0). Šest životinja su kronično implantirane s 16-kanalnim nizom elektroda u lijevom dorzalnom hipokampusu (stereotaksične koordinate, u milimetrima: anteroposteriorno, 3,6; anterolateralno, 2,4; dorsoventralno, 3,6 mm) i dva epiduralna vijka lokalizirana u parijetalnoj kosti kao tlo elektrode. Nizovi elektroda izrađeni su od 50 m tupo rezanih, PFA presvučenih, volframovih mikrožica (AM Microsystems) postavljenih u konfiguraciji 2 8 s razmakom od 250 m između susjednih elektroda. Implantati su izvedeni pod anestezijom ketaminom (80 mg/kg)/ksilazinom (10 mg/kg), a odmah nakon operacije životinje su primile jednu supkutanu dozu meloksikama (0,2 mg/kg) kao analgetik. Nakon operacije, štakori s elektrodnim implantatima smješteni su pojedinačno. Postupci ponašanja započeli su 7-10 dana nakon operacije.

Dizajn eksperimenta i statistička analiza. Prije treninga u SD-IA (vidi dolje), štakori su podvrgnuti jednom od tri različita postupka kako slijedi. Kontrolne životinje su tretirane 5 min/dan tijekom 5 dana (kontrolna skupina). Životinjama skupine otvorenog polja (OF) dopušteno je istraživati ​​60 * 6{{30}} * 60 cm svijetlosivu OF arenu 5 min/dan tijekom 5 dana. Životinje u kutiji za treniranje (TB) stavljene su na SD-IRA TB platformu i dozvoljeno im je da slobodno istražuju aparat 5 minuta/dan tijekom 5 dana. Jedan dan ili 28 dana nakon završetka ovih postupaka, štakori su trenirani u zadatku SD-IA. Aparat SD-IA bio je kutija od pleksiglasa 50 25 25 cm s 5- cm visokom, 8- širokom, 25- cm dugom platformom na lijevom kraju niza brončanih šipki koji je činio pod kutije. Za obuku (jedna sesija izvedena između 8:00 ujutro i 11:00 ujutro), životinje su postavljene na platformu okrenute prema lijevom stražnjem kutu SD-IRA aparata. Kad su sišli i postavili svoje četiri šape na rešetku, primili su udar stopala od 0,8 mA (jak trening) ili 0,4 mA (slab trening) tijekom 2 sekunde i odmah su vraćeni u svoj kućni kavez. Kako bi se ponovno aktivirao trag pamćenja izbjegavanja, 24 sata nakon treninga SD-IA, životinje su ponovno postavljene na TB platformu na 40 s. Tijekom tih 40 s štakori su istraživali platformu izbjegavajući sići s nje. Zadržavanje je procijenjeno korištenjem neovisnih skupina životinja 3 h, 1 dan ili 14 dana nakon ponovne aktivacije pamćenja SD-IA. Da bi se to postiglo, životinje su postavljene na SD-IA TB platformu i izmjerena je latencija za silazak s nje. Ova je sesija završila kada je životinja sišla na rešetku ili nakon 500 s. Nije dat šok za stopalo. Zbog gornje granice od 500 s koja je nametnuta kašnjenju sesije testa zadržavanja i činjenice da ne postoji validirani multifaktorijalni ANOVA test za neparametarske varijable, podaci se izražavaju kao medijani (interkvartilni rasponi) i analiziraju dvostranim Mann–Whitneyevim U testom ili Kruskal– Wallisov test praćen Dunnovim post hoc usporedbama, kada je to prikladno. Podaci iz sesija prije izlaganja i treninga (bez nametnute gornje granice) izraženi su kao srednja vrijednost SEM i analizirani su pomoću ANOVA praćene Bonferronijevim testom višestrukih usporedbi. Značajnost je postavljena na p 0,05. Analize podataka provedene su pomoću softvera GraphPad Prism 6 (RRID: SCR_002798).

In vivo elektrofiziologija. Neurofiziološki signali kontinuirano su prikupljani korištenjem sustava Cerebus Neural Signal Processor (Black rock Microsystems). Podaci su pojačani, filtrirani na graničnim frekvencijama od 0.3 i 150 Hz, uzorkovani na 1000 Hz i analizirani izvanmrežno u MATLAB-u (RRID: SCR_001622) pomoću ugrađenih i prilagođeno napisanih rutina ( Alatna kutija za obradu signala). Piramidalni stanični sloj CA1 identificiran je stereotaksijskim koordinatama i standardnim elektrofiziološkim parametrima kao što je maksimalna theta snaga na pukotini hipokampusa i obrat faze theta aktivnosti u stratum radiatumu (Brankack i sur., 1993; Bragin i sur., 1995). Koristili smo metodu Welchovog periodograma (5 s Hammingovi prozori, 75 posto preklapanja) za izračunavanje spektra snage. Omjer snage označava snagu po jedinici frekvencije normaliziranu snagom tijekom osnovne epohe (prvih 40 s stabilnog snimanja u kavezu za snimanje). Osnovni potencijali polja dobiveni su u kavezu za snimanje 1 sat prije ponovne aktivacije pamćenja. Snaga pojasa theta, spore gama i brze gama definirana je kao prosječna snaga u frekvencijskom rasponu od 5-10, 35-55, odnosno 55-100 Hz. Za analizu unakrsne frekvencijske sprege, spore i brze gama amplitude i theta faze duž snimanja izračunate su iz Hilbertove transformacije filtriranih verzija svakog frekvencijskog pojasa. Theta faze su podijeljene u 18 intervala od 20 stupnjeva. Srednja amplituda gama vrpci izračunata je za svaki bin teta faze i normalizirana zbrojem vrijednosti amplitude u svim binovima. Snaga modulacije između frekvencijskih pojaseva izražena je modulacijskim indeksom (MI), koji označava Kullback–Leiberovu udaljenost između jednolike distribucije i funkcije vjerojatnosti izvedene iz srednje amplitude po faznoj distribuciji (Tort et al., 2010.). Ko modulacijske karte dobivene su izražavanjem MI nekoliko parova frekvencijskih pojaseva (4 Hz propusnosti, 1 Hz koraci za fazne frekvencije; 10 Hz propusnosti, 5 Hz koraci za amplitudne frekvencije) u dvodimenzionalnom dijagramu pseudoboja (Tort et al., 2010.) . Srednji MI dobiven je usrednjavanjem odgovarajućih MI vrijednosti u (5–10 Hz) (35–55 Hz) ili (5–10 Hz) (55–100 Hz) regijama komodulacijskih mapa. MI su izračunati iz pojedinačnih elektroda koristeći 40-s-duge kontinuirane LFP snimke iz sesije reaktivacije. Identificirani su događaji spore i brze gama amplitude i određena je povezana theta faza. Ti su događaji definirani kao vremenski intervali kada je gama snaga premašila za 2 SD-a njihovu odgovarajuću vremenski prosječnu snagu kao u Colgin et al. (2009). Kako bismo izbjegli analizu umjetnih gama događaja, u izračunima nismo uzeli u obzir vremenske intervale snage 6 SD. Događaji odvojeni 100 ms su spojeni i smatrani jednim događajem. Izdvojena je theta faza u vremenskim točkama koje odgovaraju maksimumu svakog gama događaja i izračunata je kružna sredina, dobivajući jednofaznu vrijednost povezanu s pojavom visoke gama amplitude. Za praćenje položaja životinje korištene su digitalne video kamere pričvršćene iznad SD-IA aparata i kaveza za snimanje. Video podaci su prikupljeni brzinom od 30 sličica/s i analizirani pomoću sustava TopScan (CleverSys). Podaci su izraženi kao srednja vrijednost SEM i analizirani su korištenjem nesparenog Studentovog t-testa ili t-testa jednog uzorka s teoretskom sredinom 1. Postavljanje elektroda je potvrđeno postmortalno. Štakori su bili pod dubokom anestezijom i intrakardijalno perfundirani prvo fiziološkom otopinom, pH 7,2, a zatim s 4 posto paraformaldehida, pH 7,2. Mozgovi su uklonjeni, ostavljeni u 30 postotnoj saharozi 48 sati i izrezani koronalno (presjeci od 50 m). Odabrane su relevantne sekcije i obojene krezil ljubičastom da se potvrdi položaj elektrode. eksperimentima, 1 l 4 posto metilenskog modrila je infuzirano kao što je gore opisano, a produženje boje 30 minuta nakon toga uzeto je kao indikacija prethodno ubrizgane difuzije nosač/lijek. Samo podaci o životinjama s ispravnim implantatima kanile (96 posto) uključeni su u statističke analize.

Rezultati

Ponavljano nepojačano izlaganje uređaju za vježbanje prije treninga izaziva sudjelovanje hipokampusa u konsolidaciji pamćenja izbjegavanja

Kako bi se odredio učinak prethodnog učenja na ponovnu konsolidaciju pamćenja izbjegavanja motiviranog strahom, muški Wistar štakori (3 mjeseca stari; 300 –350 g) su tretirani (kontrolna skupina) ili dopušteno je slobodno istraživati ​​ili OF arenu (OF skupina) ili SD-IA TB (TB skupina) 5 minuta jednom dnevno tijekom 5 dana. Dvadeset i četiri sata kasnije, životinje su trenirane u SD-IA (0.8 mA/2 s nožni šok) i 1 dan nakon toga podvrgnute 40-s dugoj sesiji nepojačane reaktivacije pamćenja. Odmah nakon toga štakori su primili bilateralne injekcije nosača (VEH; 0.9 posto fiziološke otopine), blokatora transkripcije gena AMA (45 ng/strani) ili inhibitora sinteze proteina ANI (160 g /strana) u CA1 regiju dorzalnog hipokampusa. Kontrolne i OF životinje pokazale su normalno SD-IA zadržavanje memorije tijekom testne sesije obavljene 24 sata nakon reaktivacije bez obzira na tretman. TB životinje koje su primile VEH također su pokazale normalnu retenciju, ali one koje su primile AMA ili ANI bile su amnezijske (Slika 1B; kontrolna skupina: H 0.8501, p 0.6537; OF grupa: H 0,1925, p 0,9082; TB grupa: H 12,23, p 0,0022, VEH vs AMA p 0,05, VEH vs ANI p 0,01 u Dunnovim višestrukim usporedbama nakon Kruskal-Wallisovog testa).

Postreaktivacijska intra-CA1 primjena AMA i ANI također je uzrokovala amneziju kod TB životinja obučenih u SD-IA uz pomoć slabog nožnog šoka (0.4 mA/2 s; slika 1C; kontrolna skupina: H {{7} }.2679, p 0.8747; TB grupa: H 14,96, p 0.0006, VEH naspram AMA p 0,05, VEH naspram ANI p 0,001 u Dunnove višestruke usporedbe nakon Kruskal–Wallisovog testa).

U skladu s idejom da je prethodno učenje proturječnih neaverzivnih informacija nužan uvjet za uključivanje hipokampusa u rekonsolidaciju sjećanja na izbjegavanje, amnezija uzrokovana AMA i ANI trajala je najmanje 14 dana (Slika 1D; H 15.43, p { {4}}.0004, VEH vs AMA p 0.001, VEH vs ANI p 0,05 in Dunnove višestruke usporedbe nakon Kruskal–Wallisovog testa) i nije primijećeno kada su AMA i ANI ubrizgani 6 sati nakon (Slika 1E; H 2,376, p 0,3049) ili u odsutnosti reaktivacije pamćenja (Slika 1F; H 2,282, p 0,3196 ), kada smo testirali životinje na zadržavanje 3 h umjesto 24 h nakon reaktivacije (Slika 1G; H 1,959, p 0,3754), ili kada smo životinje podvrgli jednoj sesiji prije izlaganja TBC-u (Slika 1H; H 1,478, p 0,4776).

Ponovljena prethodna izloženost TBC-u smanjila je latenciju pada tijekom treninga, ali nije utjecala na snagu ili postojanost memorije SD-IA (Slika 2A, lijevo: F(2,47) 26,46, p 0.0 01 učinak prije izlaganja; t(47) 2,144, p 0.05 za kontrolnu skupinu u odnosu na OF skupinu; t(47) 7,1{{30}} 6, p 0.001 za kontrolnu skupinu nasuprot TB skupini; t(47) 4,994, p 0.001 za OF skupinu nasuprot TB skupini u Bonferronijevom test višestrukih usporedbi nakon jednosmjerne ANOVA; slika 2A, desno, dan 1: H 0,4478, p 0,7994; dan 14: H 0,2072, p 0,9016). Štoviše, neojačana reaktivacija nije utjecala na snagu naučenog odgovora izbjegavanja bez obzira na intenzitet šoka stopala tijekom treninga (Slika 2B, C; U 24,50, p 0,9999, skupina bez RA u odnosu na RA skupinu za jak trening i U 20,00, p 0,5594, skupina bez RA u odnosu na skupinu RA, za slab trening).

Ekspresija transkripcijskog faktora Zif268 selektivni je marker rekonsolidacije hipokampusa (Lee et al., 2004), a farmakološka aktivacija signalizacije -adrenergičkog receptora pojačava rekonsolidaciju sjećanja na strah (ali vidi i Muravieva i Alberini, 2010; De˛biec et al., 2011). Kod TB životinja, ali ne i kod kontrolnih životinja, intra-CA1 infuzija Zif268 antisense oligodeoksinukleotida (2 nmol/strana) 90 minuta prije reaktivacije pamćenja izazvala je amneziju 24 sata kasnije (Slika 3A; kontrolna skupina: U 49,5{ {55}}, p 0.9999, MSO vs ASO; TB grupa: U 7.50, p 0.0007, MSO vs ASO u Mann–Whitneyjevom testu), dok je intraperitonealna primjena agonista -adrenergičkih receptora ISO (5 mg/kg) neposredno nakon reaktivacije usporila propadanje pamćenja (Slika 3B; U 15.{{80}}{{ 89}}, str 0.0{{100}}73, VEH naspram ISO u Mann-Whitneyevom testu). Štoviše, primjena AMA i ANI nakon ponovne aktivacije pamćenja SD-IA nije utjecala na zadržavanje kod životinja koje su primile NMDAr antagonist AP5 (5 g/strana) u dorzalnom CA1 nakon svake sesije prije izlaganja (Slika 4A, lijevo: F(4,196) 5,472, p 0,0003 za učinak liječenja; F(1,49) 15,81, p 0,0002 za učinak sesije; F(4,196) 5,248, p 0,0005 za interakciju; sesija 4-AP5: t(245) 4,038, p 0,001 vs sesija 4-VEH; sesija 5-AP5:t(245) 4,179, p 0,001 naspram sesije 5-VEH u Bonferronijevom testu višestrukih usporedbi nakon dvosmjerne ANOVA; Slika 4A, desno: VEH nakon ponovljene predekspozicije: H 12,96, p 0,0015, VEH naspram AMAp 0,01, VEH naspram ANI p 0,05; AP5 nakon ponovljene predekspozicije: H 2,046, p 0,3595 u Dunnovim višestrukim usporedbama nakon Kruskal-Wallisovog testa) ili kada je vrijeme proteklo između posljednjeg sesija prije izlaganja i sesija treninga je povećana s 1 na 28 d. Međutim, ponovno izlaganje SD-IA TB, ali ne i OF areni, 27 dana nakon posljednje sesije prije izlaganja obnovilo je amnezijski učinak AMA i ANI (Slika 4C lijevo: tretirana skupina: H 0,07045, p 0,9654; OF skupina: H 3,214, p 0,2005; ponovno izložena grupa: H 19,20, p 0,0001, VEH naspram AMAp 0,001, VEH naspram ANI p 0,001 u Dunnovim višestrukim usporedbama nakon Kruskal-Wallisovog testa)

Izbjegavanje rekonsolidacije pamćenja povećava hipokampalno theta-gama sprezanje

Rekonsolidacija pamćenja opsežno je karakterizirana na farmakološkoj i molekularnoj razini (Alberini, 2005; Tronson i Taylor, 2007; Haubrich i Nader, 2016). Međutim, nedostaju elektrofiziološke analize ovog procesa, što je dosad ometalo opis definitivnih elektrofizioloških potpisa rekonsolidacije.

U hipokampusu, oscilacije potencijala lokalnog polja (LFP) u theta pojasu (5–10 Hz) povezane su s detekcijom kontingencije (Nokia i Wikgren, 2010), dok su spore (35–55 Hz) i brze gama (55–100 Hz) oscilacije uključene u prijenos informacija od i do drugih područja mozga (Fries, 20 09). Spora gama potječe iz CA3 i širi se do CA1 stratum radiatum preko Schafferovih kolaterala, dok se brza gama aktivnost čini uglavnom generirana u medijalnom entorhinalnom korteksu i širi se do lakunozno-molekularnog stratuma, iako pravo podrijetlo i priroda ove oscilatorne aktivnosti ostaju treba u potpunosti razjasniti (Csicsvari et al., 2003; Colgin et al., 2009; Zemankovics et al., 2{{1 06}}13; Laszto´ czi i Klausberger, 2014., 2016.). Spore i brze gama oscilacije također se mogu zabilježiti iz CA1 piramidalnog sloja (Butler et al., 2016.), gdje njihovo spajanje s theta zrcali integraciju novih informacija s onima dohvaćenim iz dugotrajnih memorija tijekom učenja (Fell i Axmacher, 2011.; Yaffe i sur., 2014.). Kako bismo utvrdili razlikuje li se hipokampalna LFP aktivnost izazvana reaktivacijom između životinja koje su upravo povratile odgovor izbjegavanja (kontrolna skupina) i životinja koje su također rekonsolidirale taj odgovor (TB skupina), zabilježili smo LFP-ove u dorzalnom sloju piramidalnih stanica CA1 i analizirali promjene u oscilatornom uzorak tijekom ponovne aktivacije SD-IA memorije mjerenjem relativne snage theta i gama vrpci. Otkrili smo da se amplituda sporih gama oscilacija povećala iu kontrolnoj i u TB skupini tijekom reaktivacije (Slika 5C; kontrolna skupina: t(5) 2,605, p 0,0480; TB skupina: t(5) 5,182, p 0,0035 in{{35 }}t-test uzorka s teoretskom sredinom 1; kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu: t(10) 1,858, p 0,0928 u neuparenom t-testu), u skladu s izvješćima koja sugeriraju da je spora gama uključena u vraćanje sjećanja (Colgin, 2015.) . TB životinje, ali ne i kontrolne životinje, također su pokazale povećanje theta i brze gama snage (Slika 5C; TB skupina: t(5) 8,754, p 0,0003 za theta pojas; t(5) 3,601, p 0,0155 za brzi gama pojas u 1-t-testu uzorka s teoretskom sredinom 1; kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu: t(10) 2,524, p 0,0302 za theta pojas; t(10) 2,527, p 0,0300 za brzi gama pojas u neuparenom t-testu ). Koristeći MI (Canolty et al., 2006; Tort et al., 2010), otkrili smo da su spore i brze gama amplitude povezane s theta tijekom reaktivacije memorije SD-IA i da je ta modulacija bila jača u životinja s tuberkulozom nego u kontrolnih životinja (Slika 5F; kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu: t(10) 3,639, p 0,0045 za theta-sporu gama; t(10) 3,963, p 0,0027 za theta-brzu gama u neparnom t-testu). Kako bismo istražili odražava li ta razlika u snazi ​​spajanja doista aktivni memorijski procesor jednostavno rezultat poboljšane identifikacije faze zbog povećane theta snage u TB životinja (Canolty et al., 2006; Tort et al., 2008), spojili smo LFP odgovore snimljeno tijekom 40-s-duge SD-IA sesije reaktivacije u 1-s-duge intervale i izjednačena theta snaga između kontrolnih i TB životinja (Sl. 5G, lijevo: kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu: t( 10) 0,1640, p 0,8730 u neuparenom t-testu) za ponovni izračun MI uzimajući u obzir samo epohe s vrijednostima theta snage iznad ili ispod 50. percentila. Utvrdili smo da je, čak i pod ovim strogim uvjetima, MI bio veći u TB nego u kontrolnih životinja (Slika 5G, desno: kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu: t(10) 3,006, p 0,0132 za theta-sporo gama; t(10) 5,409, p 0,0003 za theta-brzu gamu u nesparenom t-testu).

Analiza gama normalizirane distribucije amplitude kroz theta faze pokazala je da se kod TB životinja, ali ne i kod kontrolnih životinja, maksimalna snaga spore i brze gama komponente dogodila blizu vrhunca theta ciklusa tijekom reaktivacije pamćenja (Slika 5H, lijevo). Također smo odredili distribuciju theta faze sporih i brzih gama događaja, definiranih kao razdoblja kada je snaga odabranog gama frekvencijskog podpojasa premašila 2 SD srednje snage, i otkrili da su se kod TB životinja spori i brzi gama događaji dogodili u različitim fazama theta ciklus, sa sporim gama epizodama koncentriranim na kasni uzlazni dio i brzim gama događajima u ranoj silaznoj fazi theta vala (Slika 5H, desno: 347,18 stupnjeva 5,33 za spore gama događaje i 36,34 stupnjeva 13.{{15} }3 za brze gama događaje, srednje kutno odstupanje faze; F(2,10) 7,11, p 0.048 u Hotellingovom testu uparenog uzorka za jednake kutne sredine; nejednolika distribucija faze p 0,001 u Rayleighu test; 0 stupnjeva definiran kao vrhunac theta ciklusa).

Diferencijalna modulacija sporih i brzih gama vrpci uočena u TBC životinja tijekom reaktivacije pamćenja bila je neovisna o broju gama događaja (Slika 5I; spori gama događaji: t(10) 2,194, p 0 .0529, kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu; brzi gama događaji: t(10) 1,470, p 0,1724, kontrolna skupina u odnosu na TB skupinu; nespareni t-test).

Rasprava

Prethodno neaverzivno učenje je granični uvjet za konsolidaciju pamćenja izbjegavanja

Rekonsolidacija nije nužna posljedica reaktivacije pamćenja, ali postoje eksperimentalni uvjeti koji ograničavaju ovaj proces. Nekoliko ovih graničnih uvjeta već je opisano, iako postoje proturječna izvješća o svakom od njih, što nije iznenađujuće s obzirom na broj varijabli ponašanja i fizioloških interakcija koje mogu utjecati na reaktivaciju i vraćanje pamćenja (Nader i Hardt, 2009.). Međutim, nalaz da inhibicija sinteze proteina hipokampusa nakon ponovne aktivacije izbjegavanja straha ne rezultira dugotrajnom amnezijom bio je iznimno dosljedan tijekom vremena (Taubenfeld i sur., 2001.; Cammarota i sur., 2004.; Power i sur., 2006.; Arguello et al., 2013), podupirući ideju da hipokampus nije uključen u rekonsolidaciju pamćenja izbjegavanja motiviranog strahom. U suprotnosti s ovim gledištem, naši eksperimenti pokazuju da hipokampus doista sudjeluje u rekonsolidaciji sjećanja na izbjegavanje, ali samo kada su životinje više puta bile prethodno izložene okruženju za treniranje prije stjecanja traga sjećanja na izbjegavanje. Ova se tvrdnja temelji na rezultatima koji pokazuju da je intra-CA1 primjena AMA ili ANI odmah nakon reaktivacije uzrokovala vremenski ovisnu amneziju za pamćenje SD-IA u prethodno izloženih životinja (skupina TB), ali ne i u kontrolnih štakora koji nisu prethodno bili izloženi (kontrolna skupina) ili štakora prije -izložen OF areni koja nije povezana s SD-IA TB (skupina OF). Štoviše, amnezijski učinak AMA i ANI nije se pojavio kada je retencija procijenjena 3 sata nakon reaktivacije i oponašan je blokiranjem ekspresije rekonsolidacijskog markera Zif268 u hipokampusu. Malo je vjerojatno da bi latentna inhibicija mogla biti razlog za naše rezultate jer je više puta prijavljeno da prethodna izloženost kontekstu treninga povećava, a ne smanjuje snagu pamćenja strahova (Pisano et al., 2012), što bi zauzvrat trebalo učiniti pamćenje otpornim na rekonsolidaciju (Suzuki i sur., 2004.; Wang i sur., 2009.). U svakom slučaju, prethodno izlaganje aparatu SD-IA nije promijenilo snagu ili postojanost SD-IA memorije, a učinak AMA i ANI na rekonsolidaciju bio je neovisan o snazi ​​odgovora izbjegavanja, što zajedno s činjenicom da ponovljena predekspozicija pretvorila trag u osjetljiv umjesto otporan na hipokampalne manipulacije, omogućuju nam da odbacimo i svaki mogući utjecaj facilitacije nalik učinku prije ekspozicije sličnom onom opisanom za formiranje kontekstualnog sjećanja uvjetovanog strahom (Fanselow, 1990; Barrientos et al., 2002).

Hipokampus podržava asocijativnu shemu koja organizira prethodno stečeno znanje i izračunava signale neusklađenosti (Vinogradova, 2001; Lisman i Grace, 2005; Schiller i sur., 2015). Stoga je predloženo da je hipokampus posebno uključen u rekonsolidaciju pamćenja kada se reaktivacija dogodi istodobno s otkrivanjem novosti ili pogreške u predviđanju (Morris i sur., 2006; Rossato i sur., 2007; Ferna´ndez i sur., 2016). Međutim, u našim eksperimentima, niti kontrolne niti TB životinje nisu napravile nikakvu pogrešku niti su naučile bilo kakve nove informacije tijekom sesije reaktivacije, ali su bez sumnje imale drugačija očekivanja o mogućim ishodima ove sesije. Za kontrolne životinje, jedina predvidljiva posljedica silaska sa sigurne platforme tijekom reaktivacije bio je šok stopala, dok za TB štakore posljedice ovog postupka nisu bile nedvosmisleno predvidljive. Stoga je primamljivo nagađati da ono što pokreće uključivanje hipokampusa u ponovnu konsolidaciju sjećanja na izbjegavanje motivirano strahom nije razlika između činjenica i predviđanja ili percepcija novosti, već nesigurnost u pogledu posljedica izbjegavanja do kojih dolazi usporedbom između natjecanja za proturječne reprezentacije.

Oscilatorna aktivnost u hipokampusu i ponovna konsolidacija pamćenja izbjegavanja Hipokampalne theta oscilacije povezane su s pronalaženjem relevantnih informacija o izboru tijekom donošenja odluka (Womelsdorf et al., 2010.) i koordiniranom reaktivacijom različitih ulaza povećavajući točnost usporedbi (Vinogradova, 2001.). Naše elektrofiziološke snimke pokazale su da se CA1 theta snaga povećala kod TBC životinja, ali ne i kod kontrolnih životinja, tijekom reaktivacije pamćenja, što sugerira da hipokampalna theta aktivnost može odražavati računanje proturječnih informacija na početku rekonsolidacije. Predloženo je da spore gama frekvencije potiču vraćanje pamćenja, dok brzi gama ritmovi olakšavaju kodiranje i ponovno kodiranje trenutnih kontekstualnih informacija (Colgin, 2016.). U skladu s ovim izvješćima, otkrili smo da su i kontrolne i TB životinje pokazale povećanu sporu gama aktivnost, dok su samo TB životinje imale promjene u brzom gama pojasu tijekom reaktivacije pamćenja. U amigdali je brza gama snaga povezana sa sigurnosnim signalima, a poznato je da ekspresija averzivnih i sigurnosnih stanja uključuje sinkroniziranu interakciju ove strukture s hipokampusom (Stujenske i sur., 2014.). Zatim, alternativno objašnjenje za naše nalaze je da povećana hipokampalna brza gama aktivnost uočena kod TB životinja odražava reaktivaciju neaverzivnog prikaza naučenog tijekom ponovljenog prethodnog izlaganja uređaju za vježbanje.

Theta-gama interakcije povezane su sa sinaptičkom plastičnošću, vraćanjem pamćenja i komunikacijom između regija mozga (Lisman, 2005; Canolty i Knight, 2010; Jutras i Buffalo, 2010; Lesting i sur., 2011). Otkrili smo da theta faza snažno modulira amplitudu sporih i brzih gama vrpci tijekom reaktivacije pamćenja kod TBC-a, ali ne i kod kontrolnih životinja, što sugerira da je snaga ove unakrsne frekvencijske sprege u hipokampusu elektrofiziološki korelat rekonsolidacije pamćenja. Iako su prijavljene varijacije ovisne o brzini u aktivnosti LFP hipokampusa (Whishaw i Vanderwolf, 1973; Montgomery i sur., 2009; Newman i sur., 2013), malo je vjerojatno da bi razlike u motoričkoj aktivnosti mogle objasniti naše rezultate jer obje kontrole i TB životinje su ostale u TB platformi u stanju minimalnog kretanja (srednja brzina 1 cm/s) tijekom sesije reaktivacije.

Zaključci i moguće implikacije

Kliničke intervencije usmjerene na ublažavanje trajnog prisjećanja traumatskih iskustava mogu se temeljiti ne samo na prekidu rekonsolidacije sjećanja na izbjegavanje, već i na poboljšanju gašenja sjećanja na izbjegavanje (Vervliet i sur., 2013.; Schwabe i sur., 2014.). Izumiranje je proces kojim vjerojatnost emitiranja naučenog odgovora opada nakon ponovljene neojačane reaktivacije i povlači za sobom formiranje inhibicijskog pamćenja koje se na kraju natječe s izvornim tragom. Ponovna konsolidacija i ekstinkcija međusobno su isključivi procesi (Merlo et al., 2014.) i predloženo je da hoće li pronalaženje rezultirati učenjem ekstinkcije ili ponovnom konsolidacijom pamćenja ovisi o graničnim uvjetima koji prevladavaju tijekom sesije reaktivacije. Međutim, iako se izumiranje i ponovna konsolidacija međusobno isključuju, inhibicijski trag pamćenja induciran učenjem nakon izumiranja podložan je ponovnoj konsolidaciji (Rossato et al., 2010.). Na primjer, sjećanje na izumiranje SD-IA podvrgava se rekonsolidaciji ovisnoj o sintezi proteina u hipokampusu nakon reaktivacije i njegova manipulacija može ili oporaviti odgovor izbjegavanja ili pojačati trag sjećanja na izumiranje (Radiske i sur., 2015; Rosas-Vidal i sur., 2015). Ovi nalazi, zajedno s rezultatima predstavljenim u ovoj studiji, snažno upućuju na to da je hipokampus uključen u rekonsolidaciju pamćenja kada se detektiraju proturječni signali tijekom sesije reaktivacije i da je mnemonička reprezentacija koja zapravo kontrolira ponašanje životinje u toj sesiji ona koja postaje osjetljivi na farmakološku interferenciju, kao što sugerira teorija dominacije tragova (Eisenberg et al., 2003). Unutar ovog okvira, predlažemo da se terapije koje se temelje na interferenciji rekonsolidacije pamćenja preferiraju za liječenje trauma i fobija povezanih s poznatim kontekstima, dok bi intervencije koje se temelje na olakšavanju izumiranja trebale biti recept izbora kada traumatični događaji proizlaze iz nepoznatog okruženja. . Naposljetku, naši rezultati također sugeriraju da bi analize spajanja faze i amplitude iz EEG signala snimljenih tijekom psihoterapija temeljenih na rekonsolidaciji mogle biti korisne za provjeru stvarne pojave ovog procesa i predviđanje učinkovitosti liječenja.