Изменение передачи норадреналина после пространственного обучения ухудшает консолидацию памяти, опосредованную сном, у крыс

Терапевтическое применение норадренергических препаратов делает приоритетной оценку их влияния на когнитивные функции. Норадреналин (НЭ) является важным нейромодулятором различных когнитивных процессов и может существенно способствовать консолидации памяти во время сна. Передача NE колеблется в зависимости от поведения и/или состояния мозга и влияет на связанную нейронную активность. Здесь мы оценили влияние измененной передачи NE после изучения гиппокамп-зависимой задачи на нервную активность и пространственную память у взрослых самцов крыс.

Все больше и больше исследований показывают, что норадреналин тесно связан с памятью. Норадреналин — это нейромедиатор, который играет важную роль в организме, одна из которых способствует формированию и хранению памяти.

Основная функция адреналина – стимулировать нервную систему и повышать концентрацию и бдительность. Эти характеристики тесно связаны с памятью. Когда мы находимся в стрессовой ситуации, уровень адреналина повышается, приводя мозг в состояние повышенной готовности и облегчая запоминание важной информации.

Кроме того, адреналин может оказывать долгосрочное воздействие на формирование памяти. Недавние исследования показали, что когда воспоминания неоднократно активируются, уровень адреналина повышается, что помогает улучшить сохранение и устойчивость памяти.

Помимо вышеперечисленных эффектов, адреналин также может влиять на формирование и хранение воспоминаний, влияя на взаимодействие между нейронами головного мозга. Этот эффект может способствовать формированию и сохранению воспоминаний путем регулирования связности нейронных сетей.

Таким образом, адреналин имеет важную связь с памятью. Нам следует сохранять позитивный настрой и сосредоточиться на тренировке тела и мозга, чтобы повысить уровень адреналина и тем самым улучшить нашу память и когнитивные способности. Видно, что нам необходимо улучшить память, а цистанхе пустынный может значительно улучшить память, потому что цистанхе пустынный — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность мясного фарша обусловлена различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе кислотами, полисахаридами, флавоноидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

improve brain

Нажмите «Знать кратковременную память», как ее улучшить.

Мы вводили клонидин (0,05 мг/кг, внутрибрюшинно; n= 12 крысы) или пропранолол (10 мг/кг, внутрибрюшинно; n= 11) после каждой из семи ежедневных обучающих сессий на 8-Радиальный лабиринт. По сравнению с группой, получавшей физиологический раствор (n= 9), крысы, получавшие лекарство, показали более низкую скорость обучения. Чтобы оценить влияние лекарств на активность коры и гиппокампа, мы регистрировали префронтальную ЭЭГ и локальные потенциалы поля из подполя CA1 дорсального гиппокампа в течение 2 часов после каждого сеанса обучения или введения препарата. Оба препарата значительно уменьшили количество пульсаций в гиппокампе, по крайней мере, на 2 часа. Оценка сна на основе ЭЭГ показала, что клонидин ускоряет наступление сна, одновременно продлевая спокойное бодрствование.

Пропранолол увеличивал активное бодрствование за счет медленного сна (NREM). Клонидин уменьшал возникновение медленных колебаний (SO) и сонных веретен во время медленного сна и изменял временную связь между SO и сонных веретенами. Таким образом, фармакологическое изменение передачи NE привело к неоптимальному состоянию мозга для консолидации памяти. Наши результаты показывают, что НЭ после обучения способствует эффективности гиппокампально-кортикальной коммуникации, лежащей в основе консолидации памяти.

Клиническое использование норадренергических препаратов оценивает их влияние на когнитивные функции, что имеет большое значение1,2. Клонидин и пропранолол относятся к числу наиболее часто назначаемых препаратов. Клонидин используется как антигипертензивное и анальгетическое средство, но его также назначают при нарушениях сна, а с недавнего времени – для лечения синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и болезни Паркинсона1,3,4. Пропранолол используется для лечения некоторых сердечно-сосудистых заболеваний и тревоги5.

Несмотря на очевидную пользу для здоровья, фармакологическое изменение уровня норадреналина (НЭ) может в качестве побочного эффекта ухудшить когнитивные способности пациентов. Важная роль передачи НЭ для сознательной (или «онлайновой») обработки информации хорошо известна2,6. 7. Более ранние исследования подчеркивали важность НЭ также во время бессознательных (или «тонких») состояний, таких как сон8–10, когда происходят вызванные обучением молекулярные, синаптические и схемные модификации11. Во время сна после обучения первоначально лабильные следы памяти стабилизируются посредством реактивации нейронных представлений, кодирующих память, в гиппокампе (HPC), а затем интегрируются в неокортекс для долговременного хранения12.

Было показано, что фармакологическое изменение уровня НЭ после обучения влияет на консолидацию памяти у животных13–18 и людей9,10,19,20. Более того, исследования поведенческой фармакологии подтверждают вспомогательную роль NE в синаптической пластичности21–25. Несмотря на обширные данные психофармакологии о роли НЭ в кодировании и консолидации памяти, динамика передачи НЭ после обучения не была систематически охарактеризована. Недавние исследования по мониторингу высвобождения NE с высоким временным разрешением у мышей со спонтанным поведением еще больше усовершенствовали более ранние работы и предположили роль высвобождения NE в непрерывности сна с медленным движением глаз (NREM) и консолидации памяти, опосредованной NREM26,27.

Медленные неокортикальные (~1 Гц) колебания (SO), таламокортикальные сонные веретена (10–16 Гц) и пульсации гиппокампа (~150 Гц) являются отличительными чертами медленного сна и были идентифицированы как ключевые колебания, обеспечивающие работу систем на уровне зависимых от сна систем. консолидация памяти28. Влияние NE на координированную во времени активность в сети кортико-гиппокампа, поддерживающей память, остается недостаточно изученным11. Микродиализное измерение высвобождения префронтального норадреналина у крыс выявило временное увеличение примерно через 2 часа после распознавания запахов, в то время как блокирование префронтальных -адренорецепторов после обучения вызывало дефицит памяти29. В дорсальном HPC активация -адренорецепторов необходима для эффективной консолидации эмоциональной и пространственной памяти30,31. И 1-, и -адренергические рецепторы участвуют в генерации веретен сна и пульсации гиппокампа26,32,33. Ранее мы документировали повышенную активность норадренергических нейронов Locus Coeruleus (LC) во время медленного сна после обучения34 и их координацию. стрельба СО35. В нашем недавнем исследовании мы показали, что у анестезированных крыс фазовая активация LC модулирует динамику кортикальной популяции во временном масштабе одного SO-цикла. Наконец, изменение естественного паттерна активности LC во время медленного сна привело к дефициту памяти37,38.

В настоящем исследовании мы связали дефицит пространственного обучения с измененной нейронной активностью в сети, поддерживающей память. Чтобы изменить передачу НЭ, мы использовали клонидин и пропранолол, два клинически значимых препарата. Клонидин подавляет возбуждение нейронов LC-NE посредством активации 2-адренорецепторов и уменьшает высвобождение NE из терминалей LC39. Пропранолол блокирует передачу НЭ путем связывания с -адренорецепторами и после повторного лечения в умеренной дозе (< 40 mg/kg) inhibits the LC activity40,41. We report that the alteration of NE transmission during the post-acquisition period impaired spatial learning. The reduction of SO, sleep spindles, and hippocampal ripples together with the appearance of high voltage spike-and-wave patterns (HVS) was indicative of a pharmacologically induced switch to a brain state that was likely suboptimal for memory consolidation. Our results further support the view that NE transmission during NREM sleep importantly contributes to information processing within the thalamocortical and hippocampal-cortical networks, which are thought to mediate systems-level memory consolidation.

Полученные результаты

Результаты были получены на взрослых (300–400 г) самцах крыс Спраг-Доули (n=38), которым случайным образом были распределены три лекарственных препарата (клонидин, пропранолол и физиологический раствор). Условия для каждой крысы и включение/исключение данных перечислены в дополнительной таблице S1.

ways to improve memory

Клонидин и пропранолол после обучения вызывают дефицит пространственной памяти.

Мы обучили в общей сложности 32 крыс задаче пространственной памяти в течение семи ежедневных сеансов (рис. 1а; подробности см. в «Дополнительных методах»). Двадцати шести крысам были имплантированы хронические электроды для мониторинга фронтальной ЭЭГ и потенциалов локального поля (LFP) в гиппокамп (подробнее см. в разделе «Методы»). Еще 6 крыс были интактными (неимплантированными), но следовали тому же протоколу обучения/лечения. Важно отметить, что не было разницы в скорости обучения между имплантированными и неимплантированными крысами (дополнительный рисунок S1). Сразу после каждого сеанса обучения крысы получали клонидин (0.05 мг/кг, внутрибрюшинно; n=12), пропранолол (10 мг/кг, внутрибрюшинно; n=11) ) или физиологический раствор (1 мл/кг, внутрибрюшинно; n=9). На первом (без применения лекарств) учебном занятии не было различий между группами по каким-либо поведенческим переменным (дополнительная таблица S1). В ходе обучения все крысы активно заходили в разные рукава лабиринта (рис. 1б) и собирали все награды практически в каждой попытке (рис. 1в); этот образец поведения не указывал на отсутствие различий между группами в общей двигательной активности или пищевой мотивации. Большинство поведенческих переменных отражали динамику обучения. Точность выполнения заданий постепенно возрастала (повторные измерения ANOVA, F (3,7,106,6)=12,0, p<0.0001; Fig. 1d) with the between-group difference approaching a significance level (F (2,29)=3.33, p=0.05). The overall number of errors was significantly higher in the drug-treated rats (Fig. 1e). There was a significant effect of repetition (F (5,145)=11.0, p<0.001) and between-group difference by the number of errors (F(2,29)=7.34, p=0.003). The post-hoc comparisons confirmed a higher number of errors in the drug-treated groups (clonidine: p=0.031, propranolol: p=0.002; Bonferroni post-hoc comparisons vs. saline). Notably, propranolol-treated rats made the most errors during the first trial (Fig. 1f); the latter was indicative of a memory retrieval defect. To further explore the nature of spatial memory deficit, we split the errors into working memory (WM, re-entering the maze arm within a trial) and reference memory (RM, entering unbaited maze arm) errors. There was a significant between-group difference by both WM (F (2, 29)=8.0, p=0.002) and RM (F (2, 29)=5.0, p=0.014). The posthoc comparisons showed that drug-treated rats committed significantly more RM errors (Fig. 1g). Besides, the propranolol-treated rats also made more WM errors (Fig. 1g). Despite obvious spatial memory deficit at the early stages of learning, all rats reached a similar performance level by the end of the learning period (Fig. 1d,e). The trial time was decreasing (F (3.5, 102.4)=16.1, p<0.0001), yet equally in all groups (time: F (2,29)=0.43, p=656). Finally, we used the K-means cluster analysis to split rats according to their learning speed (see Methods for details). Indeed, individual rats learned the task at different rates (Fig. 1h). Remarkably, the proportion of 'slow' learners was much higher among the drug-treated rats (Fig. 1i).

Клонидин и пропранолол подавляют пульсацию гиппокампа.

Мы оценили влияние клонидина и пропранолола на пульсации гиппокампа как ключевые элементы консолидации памяти12. Ретроспективный анализ показал, что у 14 из 26 крыс, первоначально имплантированных и обученных в лабиринте, обнаружение пульсаций было ненадежным из-за различных технических сбоев. Таким образом, чтобы увеличить размер выборки, ЭЭГ и LFP гиппокампа были записаны у еще 6 крыс, которых лечили лекарствами, но не тестировали на мази (дополнительный рисунок S1). Таким образом, влияние препаратов на пульсацию гиппокампа было проверено на 24 крысах (клонидин, n=8; пропранолол, n=9 и физиологический раствор, n=7; дополнительная таблица S1). Оба препарата значительно снижали частоту пульсации, по крайней мере, в течение 2 часов после инъекции (F(2, 23)=13.27, p=0.0002; рис. 2a–d). Классификация поведения крыс на активное бодрствование (AW), спокойное бодрствование (QW) и NREM-сон (подробнее см. в разделе «Методы») показало, что наиболее выраженный эффект обоих препаратов наблюдался во время NREM-сна по сравнению с эпизодами AW и QW (таблица 1). А именно, по сравнению с группой, принимавшей физиологический раствор (n=7), степень подавления пульсаций во время медленного сна варьировала от 40,1% до 91,3% после клонидина (n=8) и от 2,3% до 86 0,6% после инъекции пропранолола (n=9). Помимо резкого снижения частоты пульсации, не было выявлено влияния препарата на внутренние свойства пульсации (амплитуда: F(2, 23)=1). 12, p=0.34; мощность: F(2, 23)=3.3, p=0.056; частота внутрипульсации: (F(2, 23){{ 45}}.40,p=0.11), за исключением более длительной пульсации после клонидина (F(2, 23)=11.47, p=0.0004; рис. 2г–е).

improve cognitive function

Влияние клонидина и пропранолола на поведенческое состояние и колебания ЭЭГ, связанные со сном. После исключения неверных данных ЭЭГ (n{{0}} крыс анализ ЭЭГ проводился с использованием в общей сложности 21 набора данных (клонидин, n=6; пропранолол, n{{4}). } и физиологический раствор, n=6; Дополнительная таблица S1). Помимо воздействия на популяционную активность гиппокампа, оба препарата влияли на характер спонтанного поведения. Между группами наблюдалась разница в общем времени, проведенном в каждом поведенческом состоянии (AW: F(2, 20)=4.09, p=0.034; QW:F(2, 20){{ 16}}.84, p=0.021; NREM: F(2, 20)=4.66, p=0.023). В частности, в течение 2 часов периода наблюдения после инъекции клонидин продлевал QW, в то время как пропранолол продлевал AW и сокращал медленный сон (дополнительный рисунок S2). Ни один из препаратов не повлиял на среднюю продолжительность эпохи в любом поведенческом состоянии (F(2, 20) ⩽ 2,57, p ⩾ 0,10 для всех). Мягкий седативный эффект клонидина отражался в более быстром наступлении сна (дополнительный рисунок S2).

Кроме того, префронтальная ЭЭГ подвергалась специфическому воздействию препарата (рис. 3а-в). В частности, клонидин увеличивал мощность сигмы (10–16 Гц) во время AW и QW, одновременно снижая ее во время медленного сна (рис. 3d–f). Кроме того, во время медленного сна у крыс, получавших препарат, дельта (< 2 Hz) power was decreased and the power within the 5–7 Hz frequency range was increased due to the appearance of HVS (Fig. 3f). Te observed changes in the EEG power spectrum reflected drug-induced modulation of the oscillatory events like SO and sleep spindles (Figs. 3a–c and 4). In clonidine-treated rats, the SO was less frequent (Table 1) and of smaller amplitude (Supplementary Figure S3). There was no effect on the SO (half-wave) duration (F(2, 20)=2.55, p=0.11). The effect of clonidine on SO was almost immediate and lasted at least for 2 h (Fig. 4d). In clonidine-treated rats, the spindles were more frequent during AW and QW, while their occurrence was decreased during NREM sleep (Table 1). Notably, the effect of clonidine was delayed (Fig. 4h). Te spindle power was significantly decreased by clonidine (Supplementary Figure S3). No change was detected in the spindle length (F(2, 20)=0.08, p=0.92) or the intra-spindle frequency (F(2, 20)=1.09, p=0.36). Te clonidine-induced effects persisted across repeated drug treatments (Supplementary Figure S3). The SO and sleep spindles were unaffected by propranolol (Fig. 4d,h, and Supplementary Figure S3).

improve working memory

Затем мы оценили влияние препарата на временную связь между SO и веретенами сна, хорошо известный феномен, который был предложен как механизм координации сети, лежащей в основе тонкой консолидации42–44. С этой целью мы выбрали эпизоды медленного сна и выделили веретена, возникающие в пределах ± 1,5 примерно от отрицательного пика SO. В целом около 1/3 шпинделей были SO-связаны (F(2, 20)=1.03, p=0.38); однако группировка веретена вокруг отрицательного пика SO разделилась между группами (рис. 4i–l). У крыс, получавших физиологический раствор и пропранолол, веретена преимущественно располагались вдоль восходящей фазы SO, достигая максимального значения мс после отрицательного пика SO, тогда как у крыс, получавших клонидин, веретена группировались вокруг отрицательного пика SO (рис. 4l).

Наконец, введение клонидина способствовало HVS, высокоамплитудным временным колебаниям, которые редко возникают в условиях отсутствия лекарств (таблица 1 и дополнительный рисунок S4). Первый HVS появился через 8,4 ± 1,0 мин (диапазон: 5,4–11,3 мин) после инъекции клонидина, что было намного раньше, чем после инъекции физиологического раствора (24,6 ± 2,3 мин) (диапазон: 16,6–30,7 мин). или пропранолол (27,6 ± 6,2 мин) (диапазон: 7,7–62,2 мин).

memory enhancement

Примечательно, что у 5 из 6 (83,3%) крыс, получавших клонидин, и у 5 из 9 (55,5%) крыс, получавших пропранолол, HVS был обнаружен во время состояния AW, тогда как HVS отсутствовал во время AW у 5 из 6 физиологических растворов. -обработанные крысы. У крыс, получавших клонидин, уровень HVS был выше в течение первого часа после инъекции, и этот эффект сохранялся в течение нескольких дней (дополнительный рисунок S4). Кроме того, клонидин увеличивал продолжительность HVS (дополнительный рисунок S4) и уменьшал частоту между HVS (F(2, 20)=7.94, p=0.003). На мощность HVS клонидин не влиял (F(2, 20)=2.28, p=0.13). Не было обнаружено заметного влияния пропранолола на HVS (дополнительный рисунок S4).

help with memory

Обсуждение

В настоящем исследовании мы показали, что повторное введение клонидина (0,05 мг/кг, внутрибрюшинно) и пропранолола (10 мг/кг, внутрибрюшинно) после ежедневного прохождения 8-рукавого радиального лабиринта нарушение консолидации пространственной памяти у взрослых крыс-самцов. Дефицит пространственной памяти у крыс, получавших препарат, проявлялся в большем количестве ошибок WM и RM. Предыдущие исследования указывали на благотворное влияние медленного сна на WM, возможно, из-за повышения активности SO и потенциирования префронтально-вегетативных сетей45,46. Действительно, парасимпатическая активность увеличивается во время медленного сна и, вероятно, способствует высвобождению норадреналина из LC через вагусные входы45. Таким образом, соединение couleur-SO во время медленного сна35 может способствовать префронтально-зависимой производительности WM на следующий день45. Наши результаты косвенно подтверждают эту гипотезу, поскольку фармакологическое подавление активности LC-NE в период после обучения могло действительно повлиять на префронтальную функцию, которая важна для способности WM. Более низкая точность пространственной памяти, которая отражалась в ошибках RM, указывала на влияние лекарств на опосредованную пульсацию кортикальную коммуникацию гиппокампа, ключевой компонент консолидации на системном уровне28. Наконец, самый сильный дефицит памяти на ранних этапах обучения указывал на важность передачи NE для точной обработки вновь полученной информации8–10.

Более низкая скорость обучения у большинства крыс, получавших препарат, вероятно, была связана с изменением активности мозга, связанной со сном. Действительно, фармакологическое изменение передачи NE повлияло на связанную со сном нейронную динамику в таламокортикальных и гиппокампальных сетях, которые участвуют в консолидации памяти на системном уровне28. В частности, оба препарата значительно уменьшили возникновение пульсаций в гиппокампе, которые, как полагают, опосредуют стабилизацию клеточных сборок, кодирующих память12,47. Наши результаты показали, что механизм генерации пульсаций требует оптимального уровня НЭ, в то время как как повышенная, так и пониженная активность LC-NE неблагоприятна для пульсаций. Таким образом, подавление пульсаций, вызванное лекарствами, в период после обучения может объяснить дефицит пространственной памяти. Этот результат согласуется с дефектом обучения, вызванным подавлением электрических пульсаций48,49. Насколько нам известно, норадренергическое воздействие на пульсацию гиппокампа еще не было охарактеризовано у поведенческих животных. Помимо влияния на пульсацию гиппокампа, клонидин, но не пропранолол, подавлял SO и веретена сна, что согласуется с существующей литературой50,51; также изменено соединение СО-шпинделя.

Хотя относительно короткий (~2 часа) период наблюдения не позволил охарактеризовать цикл сон/бодрствование, влияние препарата на префронтальную ЭЭГ в целом соответствовало данным существующей литературы50,51. Мы наблюдали специфическое влияние препарата на структуру сна/бодрствования и спектр мощности ЭЭГ. А именно, клонидин вызывал легкую седацию за счет ускорения наступления сна и продления QW, тогда как пропранолол увеличивал AW за счет медленного сна. Оба препарата снижали мощность ЭЭГ в пределах низкой (<2 Hz) frequency range and increased 5–7 Hz power during NREM sleep due to the appearance of the HVSs; clonidine also reduced the sigma (10–16 Hz) power. The effects of clonidine were overall more pronounced, lasted for at least 2 h, and were consistent across daily injections. Of note, the aforementioned effects were observed during the dark (active) phase of the rat circadian cycle, while the drug-induced effects may differ during the light (inactive) phase as well as during the extended post-administration period.

Более ранние фармакологические исследования неоднократно демонстрировали, что модуляция передачи NE после обучения влияет на силу памяти13–15,18,29,52,53. Более высокая активность LC-NE во время состояний бдительности побудила исследовать его роль в онлайн-обработке информации6,7, в то время как роль норадренергической модуляции сетей мозга во время состояний низкой бдительности, таких как сон, долгое время оставалась вне внимания. Несколько исследований подчеркнули важность действия НЭ через -адренорецепторы30,31 для зависимой от гиппокампа консолидации памяти10,37,38,54,55. Хорошо известно, что НЭ способствует долгосрочной синаптической пластичности21-25, что происходит часто. В нашем более раннем исследовании мы сообщили, что относительное спокойствие нейронов LC-NE во время медленного сна прерывалось временными приступами активности, которые чаще возникали после обучения. Оптогенетическое изменение активности LC во время медленного сна ухудшало производительность крыс при выполнении задач на память, зависящих от гиппокампа. Два недавних исследования по измерению высвобождения кортикального NE продемонстрировали связь LC-веретена в инфра-медленном временном масштабе.

supplements to improve memory

ways to improve your memory

Помимо всплесков норадренергической активности после обучения29,34, временно скоординированное вовлечение нейронов LC-NE может влиять на внутренние сети. Хотя точный механизм, регулирующий динамику активности ЛК во время сна, неизвестен, временные связи между уровнем НЭ и колебаниями, связанными со сном, существуют. Скорость питания нейронов LC-NE увеличивается во время сна веретена и снижается перед началом веретена 57. Ранее мы продемонстрировали временную связь между возбуждением нейронов LC-NE и фазой SO35.

В нашем недавнем исследовании на крысах под уретановой анестезией мы показали, что фазовая активация LC продлевает корковое состояние повышенной возбудимости и увеличивает частоту импульсов префронтальных нейронов36. Ранее мы сообщали, что электрическая стимуляция LC, запускаемая пульсациями, вызывает дефект пространственной памяти, вероятно, из-за вмешательства в структуру эндогенной активности LC. В нашем настоящем исследовании клонидин-индуцированное подавление высвобождения NE повлияло на сеть генерации веретена, вероятно, нарушая соединение LC-веретена. Несмотря на корковое происхождение СО, подкорковые сигналы от таламуса58 и нейромодулирующих ядер59, включая LC36,60, влияют на пространственно-временную динамику СО. NE-опосредованная модуляция динамики СО дополнительно подтверждается настоящими данными. В частности, мы показали, что клонидин подавляет генерацию SO, снижает амплитуду SO и влияет на соединение SO-веретена. Считается, что эпизоды соединения SO-веретена указывают на повторную активацию содержания обучения, при этом точность связи предсказывает силу реактивации, которая полезна для памяти61–63. Таким образом, межрегиональная временная связь, которая является ключевым элементом консолидации на уровне системы, может потребовать оптимального уровня NE. Сила связи SO-веретено и веретено-пульсация может зависеть от характера срабатывания нейронов LC-NE и времени высвобождения NE. Временные и пространственные изменения передачи NE могут привести к менее эффективной обработке данных и дефициту памяти. Существует острая необходимость дальнейшего изучения функциональных последствий этой точно настроенной временной взаимосвязи между возбуждением нейронов LC-NE и колебаниями, связанными со сном. Самое главное, что еще предстоит определить триггеры скоординированного всплеска нейромодулирующей активности во время сна.

В целом, наши результаты показывают, что оптимальный уровень NE необходим для эффективной обработки информации. Накопленные экспериментальные данные и наши текущие результаты подтверждают точку зрения, что высвобождение NE во время тонких состояний способствует консолидации как синаптического, так и системного уровня8,11. Изменение передачи NE повлияло, по существу, на все таламокортикальные и гиппокампальные колебания, участвующие в консолидации памяти на системном уровне. префронтальная и лимбическая зоны, где возникают СО, сонные веретена и пульсации12,65,66. Будущие исследования должны более подробно изучить норадренергические механизмы, лежащие в основе возникновения, поддержания и реактивации крупномасштабной сети, поддерживающей память.

Показано, что, несмотря на разные механизмы действия, оба препарата снижают активность ЛК. Примечательно, что ингибирующий эффект клонидина in vitro был сильнее на гиппокампальных, чем на префронтальных, проецирующих LC-NE нейронах68. Клонидин преимущественно подавляет пресинаптическое высвобождение NE через 2-адренорецепторы, а пропранолол блокирует передачу NE через -адренергические рецепторы. Кроме того, пропранолол может ингибировать обратный захват NE, усиливать передачу NE на 1-адренорецепторы и снижать дофаминергическую передачу из-за ингибирования катехоламинессинтеза69; он также может влиять на серотонинергическую передачу из-за его сродства к центральным 5-НТ-рецепторам70. Конвергентные эффекты двух клинически значимых норадренергических препаратов, несмотря на их действие на разные адренорецепторы, позволяют предположить, что фармакологически измененная передача НЭ в период после обучения может влиять на сеть поддержки памяти и вызывать когнитивные побочные эффекты терапевтического использования этих препаратов.

Методы

Использовали 38 крыс-самцов линии Sprague-Dawley (300 – 400 г, Charles Rivers Laboratories, Зульцфельд, Германия). В помещении для животных были условия с контролируемым климатом: 12-часовой цикл света/темноты (выключение света в 8:00 утра), температура 20–23 градуса и влажность 40–60%. Крыс содержали парами или индивидуально и имели свободный доступ к пище и воде, за исключением ограничения в еде (~15 г пищевых гранул на крысу в день) во время обучающего эксперимента. Вес крысы контролировали ежедневно, чтобы гарантировать, что он не ниже 85% веса крысы в свободном состоянии. Все эксперименты проводились в полном соответствии с Директивой 2010/63/EU Европейского парламента, Законом Германии о защите животных (TierSchG) и Постановлением о защите лабораторных животных (TierSchVersV). Исследование было рассмотрено региональным комитетом по защите животных в соответствии с §15 Закона Германии о защите животных (Kommission nach §15 des Tierschutzgesetzes), комиссией по этике (§15 TierSchG) и одобрено государственным органом (Regierungspräsidium, Тюбинген, Баден-Вюртемберг). , Германия, Реферат 35, Veterinärwesen). Настоящее исследование проведено в соответствии с рекомендациями ARRIVE (https://arriveguidelines.org).

Хирургические и электрофизиологические записи. Хирургические процедуры и процедуры регистрации подробно описаны в других источниках 38,71. Вкратце, анестезированную изофлураном (5% для индукции, ~2% для поддержания) крысу фиксировали в стереотаксической рамке (David Kopf Instruments, Туджунга, Калифорния) с углом наклона головы, установленным на ноль градусов. Перед краниотомией для установки электродов подкожно вводили местный анестетик (Лидокард 2%, Б. Браун, Мельсунген, Германия). Для электроэнцефалограммы (ЭЭГ) два винта из нержавеющей стали (диаметром 0.86 мм) фиксировали над префронтальной корой и мозжечком. Два одиночных платино-иридиевых электрода (FHC Inc., Боудоин, Мэн), склеенные вместе с расстоянием между кончиками от 100 до 200 мкм, были установлены на самодельный подвижный привод и имплантированы в дорсальный HPC ( АП=-3,5 мм, L=2,0 мм, ДВ=2,0 мм). Онлайн-мониторинг нейронной активности обеспечивал точное нацеливание на область CA1 дорсального HPC во время электродимплантации. Подвижный привод позволял дополнительно регулировать глубину электрода для оптимальной регистрации пульсаций во время обучения в лабиринте. Для электромиографии (ЭМГ) в мышцу шеи вводили серебряный проволочный электрод. К черепу приклеивали напечатанную на 3D-принтере пластиковую рамку, соединенную с медной сеткой для защиты проводов электрода и изоляции от электрических помех. Контролировались температура тела (~37 градусов), частота сердечных сокращений и оксигенация крови (выше 90%). В течение 5–7 дней послеоперационного восстановления крысам вводили антибиотик (10 мг/кг внутрибрюшинно, Байтрил, Байер) и обезболивающее (5 мг/кг внутрибрюшинно, Римадил, Зоетис).

После послеоперационного восстановления крыс приучали к спальному боксу (черное оргстекло, 20×20×80 см) и процедуре подключения кабеля. Имплантат был подключен к системе сбора данных Neuralynx Digital Lynx (Neuralynx, Bozeman, MT) через 32-канальный головной столик (Neuralynx, Bozeman, MT) и специальный адаптер (SSD10-SS- GS, Omnetic, Миннеаполис, Миннесота). Широкополосные (0,1 Гц–8 кГц) внеклеточные сигналы от ЭЭГ и HPC-электродов оцифровывались на частоте 32 кГц. Расположение электродов в HPC было оптимизировано для обнаружения пульсаций как минимум за 24 часа до начала записи. Каждый сеанс регистрации начинался для каждого животного в одно и то же время и длился 2 часа. Этот период наблюдения был выбран на основе предыдущих данных о том, что ранняя фаза тонкой консолидации зависит от NE8. Запись производилась при слабом освещении и во время активной (темновой) фазы циркадного ритма, наиболее оптимальной для обучения крыс.

Задача на пространственную память.

Использовали ту же самую задачу в лабиринте и протокол обучения, как подробно описано в другом месте38. Крыс обучали в приподнятом радиальном лабиринте с восемью рукавами (рис. 1a). Рукава лабиринта (длиной 66 см и шириной 10 см) с небольшой ямкой (диаметром 1 см) на конце для пищевого вознаграждения (шоколадного молока), вытянутого из центральной платформы (диаметром 30 см). На черных занавесках, окружающих лабиринт, были зафиксированы два больших визуальных сигнала. В течение периода между испытаниями крысу помещали на приподнятую подставку. Поведение крыс контролировали на видео. После привыкания и предварительной подготовки (дополнительные методы) в 3 из 8 рукавов лабиринта были наживлены; Места вознаграждения случайным образом назначались для каждой крысы и оставались одинаковыми для всех сеансов обучения (3 испытания в день в течение 7 дней). Испытание начиналось с помещения крысы на центральную платформу и продолжалось до тех пор, пока не были собраны все 3 награды или не прошло 5 минут. Поверхность лабиринта протирали после каждого испытания, чтобы свести к минимуму обонятельные сигналы. Регистрировались и анализировались следующие поведенческие переменные: количество посещенных рукавов лабиринта, время испытания, точность выбора (рассчитывается как соотношение между количеством посещенных рукавов с наживкой), ошибки рабочей памяти (WM) (количество повторных входов в посещенные рукава). , ошибки эталонной памяти (RM) (заходы в ненаживленные руки).

Инъекции наркотиков

Порошок клонидина и пропранолола (Sigma Aldrich, Берлингтон, Массачусетс) растворяли в физиологическом растворе и вводили внутрибрюшинно (в/б) в объеме 1 мл/кг сразу после каждого сеанса лабиринта (клонидин:0.05 мг/кг, внутрибрюшинно; пропранолол: 10 мг/кг, внутрибрюшинно). Контрольные крысы получали физиологический раствор (1 мл/кг, внутрибрюшинно). Клонидин подавляет передачу NE72, и было показано, что в дозе 0,05 мг/кг (внутрибрюшинно) на крысах активность LC снижается до 60% исходного уровня67. Пропранолол, антагонист β-адренорецепторов, после повторного лечения в умеренной дозе (<40 mg/ kg) inhibits the LC activity40,41. Besides, propranolol in a dose of 10 mg/kg (i.p.) was shown to modulate NEmediated excitability of the hippocampal neurons73 while it did not affect rat spontaneous behavior74–76. The half-life of clonidine may greatly vary between 6 and 23 h depending on the dosage, chronic use, and metabolism level75,77. Typically, the plasma peak levels are reached 60–90 min after clonidine administration. The plasma half-life of propranolol is 3 to 6 h with a peak of 1–3 h after ingestion76. The elimination half-life of propranolol is approximately 8 h (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Propranolol). This, according to the pharmacokinetics of both drugs, the drug concentration was close to the highest during the observation period of up to 2 h post-injection. Importantly, both drugs are effectively washed out within less than 24 hours.

Перфузия и гистология.

Крыс подвергали эвтаназии (100 мг/кг внутрибрюшинно, Наркорен, Мериал) и транскардиально перфузировали 0,9% физиологическим раствором с последующей 4% параформальдегидом. Мозг нарезали на срезы (50 мкм) с использованием горизонтального замораживающего микротома (Microm HM 440E, Thermo Fischer Scientific, Уолтем, Массачусетс). Для проверки размещения электродов окрашенные по Нисслю срезы мозга исследовали под микроскопом (Axiovision, Zeiss, Oberkochen, Germany).

Обнаружение событий.

SO, веретена сна и пульсации гиппокампа были обнаружены, как описано ранее71,78. Сигнал ЭЭГ был дискретизирован до 1 кГц и подвергнут полосовой фильтрации (0,3–4 Гц). Для обнаружения SO были извлечены пересечения нуля фильтрованной ЭЭГ, происходящие во временном окне от 0.4 до 1- с. Были назначены два последовательных перехода через нуль от отрицательного к положительному с отрицательной пиковой амплитудой ниже 100 мкВ и размахом от отрицательного до положительного, превышающим 120 мкВ. как ТАК. Для обнаружения веретена ЭЭГ с полосовым фильтром (10–16 Гц) выпрямлялась и сглаживалась. Веретена обнаруживались по амплитуде сигнала, превышающей порог в 1,5 стандартных отклонения (SD) среднего сигнала в эпохи медленного сна в течение 0,4—2,0 с. Шпиндели, происходящие в течение менее 50 мс, переплавлялись. Те HVS были обнаружены с использованием того же алгоритма с настроенными параметрами (полоса пропускания: 5–7 Гц, порог: 2,5 SD, мин/макс: 0,7 с/3 с). Два HVS, возникшие менее чем за 200 мс, были объединены. Чтобы предотвратить двойное обнаружение, спящие веретена были идентифицированы в эпохи, свободные от HVS. Для обнаружения пульсаций HPC LFP подвергался полосовой фильтрации (120–250 Гц), выпрямлялся и сглаживался. Пульсации детектировались по амплитуде сигнала, превышающей порог в 3–5 СД в течение 0,025–0,5 с. Для всех событий включения и смещения определялись как восходящие и нисходящие пересечения нуля соответственно с использованием порога 1 SD. Колебательная мощность рассчитывалась как интеграл огибающей сигнала, преобразованного Гильбертом, между событием включения и смещением. Временную связь Te SO-веретена оценивали, как описано в другом месте43. Отрицательный пик Te SO использовался в качестве эталонного события (t=0), пики и минимумы веретен, возникающие в пределах ± 1,5 с, были извлечены и построена гистограмма корреляции событий. Количество интервалов было преобразовано в частоту событий, подвергнуто z-преобразованию и усреднено по группе.

Оценка сна и спектральный анализ мощности ЭЭГ. Оценка сна была основана на визуальной классификации последовательных 10- эпох сигналов ЭЭГ и ЭМГ79. ЭЭГ без артефактов была классифицирована на активное бодрствование (AW, быстрая ЭЭГ с низкой амплитудой и высокая ЭМГ), спокойное бодрствование (QW, быстрая ЭЭГ с низкой амплитудой и низкая ЭМГ) и NREM (медленная ЭЭГ с высокой амплитудой и низкая ЭМГ). ). Эпохи быстрого сна во время 2-часовой записи были редкими и не анализировались. Спектры мощности ЭЭГ рассчитывались для каждого поведенческого состояния с использованием Matlab (Mathworks, США) и набора инструментов FieldTrip 80. Сигнал ЭЭГ был сегментирован на эпохи {{10}} с с перекрытием 0.5- с. Быстрое преобразование Фурье было применено к суженным сегментам данных Хэннинга для расчета одностороннего амплитудного спектра. Для разделения фрактальной и колебательной составляющих в спектре мощности ЭЭГ мы использовали процедуру автоспектрального анализа с нерегулярной повторной выборкой. Графики «время-частота» были построены с использованием скользящего сужающегося окна Хэннинга и частотно-зависимой длины в 3 цикла. Частотный диапазон от 0.05 до 20 Гц (шаг 0,1 Гц) использовался для SO, спящих веретен и HVS, и от 50 до 300 Гц (шаг 0,05 Гц и 9 циклов) для пульсаций гиппокампа.

Экспериментальная постановка и статистический анализ.

Тридцать две крысы были обучены работе в лабиринте, из них 19 крысам были имплантированы электроды и обработаны клонидином (n=16), пропранололом (n=11) или физиологическим раствором (n{{4}). }) после каждого сеанса обучения. Еще 9 крысам имплантировали электроды и использовали только для электрофизиологии. Поведенческие переменные были усреднены по сеансу и подвергнуты дисперсионному анализу с повторными измерениями (ANOVA), при этом сеанс обучения был повторяющимся фактором, а лечение препаратом - групповым фактором. Поправка Гринхауса–Гейссера применялась при нарушении предположения о сферичности. Кластерный анализ K-средних использовался для выявления различий в скорости обучения между субъектами. В частности, мы представили точность выбора (как определено в разделе «Метод задачи пространственной памяти») для всех сеансов обучения и разделили временные ряды на два кластера, различающихся динамикой обучения. Затем мы рассчитали долю крыс в каждом кластере для каждой экспериментальной группы. Переменные, полученные на основе электрофизиологических сигналов, таких как начало сна, продолжительность эпохи, частота событий и т. д., подвергались однофакторному дисперсионному анализу с применением лекарственного средства в качестве группового фактора с последующим, при необходимости, апостериорным тестом Бонферрони. Частоту событий после инъекции сравнивали с использованием дисперсионного анализа повторных измерений с временным интервалом 1 час и между повторными обработками лекарственными средствами. Тест парных выборок использовался для выявления различий между группами в гистограммах пери-событий. Статистическая значимость (-значение) была установлена на уровне p=0,05. Для статистического анализа использовалась IBM SPSS Статистика (v.22). Для визуализации результатов использовались пакеты программного обеспечения Matlab (R2014a) и Adobe Illustrator®.

increase brain power

Доступность данных

Наборы данных, использованные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.