Холодовой шок нарушает массированную память, вызванную тренировкой, у дрозофилы

Абстрактный:

Консолидация памяти — это зависящий от времени процесс, происходящий у разных видов в течение часов, дней или дольше и требующий синтеза белка. Очевидным исключением является тип памяти у дрозофилы, вызываемый одним эпизодом обонятельного кондиционирования, который якобы быстро закрепляется, что делает его устойчивым к разрушению холодной анестезией через несколько часов после тренировки. Эта устойчивая к анестезии память (ARM) не зависит от синтеза белка. Независимая от синтеза белка память также может быть вызвана у дрозофилы с помощью множественных массированных циклов обонятельного кондиционирования, и это привело к преобладающему представлению о том, что оба этих функционально различных режима обучения приводят к ARM. Примечательно, что мы показываем, что, в отличие от настоящего ARM, память, вызванная массированным обусловливанием, остается чувствительной к обработке амнезиаком через два часа после тренировки и, следовательно, это не ARM. Таким образом, у дрозофилы существует два типа памяти, не зависящих от синтеза белка.

Память относится к способности человеческого мозга получать, обрабатывать, хранить, воспроизводить и использовать внешнюю информацию в физическом и психологическом аспектах. Консолидация памяти относится к процессу закрепления и стабилизации новой информации с помощью различных методов и техник, чтобы облегчить ее запоминание и извлечение. Существует неразрывная связь между консолидацией памяти и памятью.

Во-первых, консолидация памяти может улучшить память. Процесс памяти человеческого мозга представляет собой сложный процесс нейронной деятельности, требующий укрепления и стабилизации связей между нейронами для достижения надежной записи информации. Следовательно, с помощью различных методов и приемов консолидации памяти можно помочь укрепить эту связь между нейронами, тем самым улучшая память.

Во-вторых, консолидация памяти может спасти от «забывания». В повседневной жизни люди часто забывают по тем или иным причинам, например, из-за того, что долго не повторяют, перегрузка памяти и так далее. Благодаря консолидации памяти такого рода забывания можно эффективно избежать, помогая людям лучше запоминать информацию и поддерживать долговременную память.

Кроме того, консолидация памяти также может способствовать обучению. В процессе обучения часто необходимо запоминать много информации, и консолидация памяти может сделать информацию более глубоко укоренившейся в сердцах людей, реализовать четкую связь между точками знаний и, таким образом, повысить общую эффективность обучения.

Подводя итог, можно сказать, что существует тесная связь между консолидацией памяти и памятью, что является для людей одним из важных способов улучшить память, повысить эффект обучения и избежать забывания. Поэтому нам следует уделять внимание использованию различных методов и навыков консолидации памяти, постоянно укреплять память и улучшать память. Итак, вам необходимо улучшить свою память, а цистанхе может значительно улучшить вашу память, поскольку мясная паста является традиционным китайским лекарством и обладает множеством уникальных свойств, одним из которых является улучшение памяти. Польза мясного фарша обусловлена ​​множеством содержащихся в нем активных ингредиентов, в том числе кислот, полисахаридов, флавоноидов и т. д., которые различными способами могут способствовать здоровью мозга.

Нажмите «Знать», чтобы улучшить кратковременную память.

Ключевые слова:

Объем памяти; резистентная к анестезии память; обонятельное кондиционирование; массированное кондиционирование; Дрозофила.

1. Введение

Неконсолидированные воспоминания лабильны и разрушаются амнезиаками у всех исследованных животных [1,2]. У дрозофилы кратковременный холодовой шок сразу после отрицательно усиленного обонятельного кондиционирования приводит к полной потере памяти об ассоциации. Однако, если его провести через пару часов после тренировки, оно не будет полностью разрушительным, а остаточная память будет называться резистентной к анестезии памятью (ARM), поскольку она сохраняется при явно анестезирующем, иммобилизирующем холодовом шоке [3] и не зависит от синтеза белка [2]. ,4]. ARM, по-видимому, консолидируется относительно быстро, поскольку он частично лабилен через несколько минут после тренировки [5] и стабилен через 2 часа после тренировки [3,6]. Независимая от синтеза белка память также возникает после нескольких последовательных раундов (массированное кондиционирование-MC) отрицательно усиленного обонятельного кондиционирования [3]. Хотя лечение холодовым шоком после одного раунда кондиционирования обычно используется для проверки 3-h-памяти, а протокол MC используется для оценки 24-h-памяти, предполагаемая независимость синтеза белка привела к появлению этих двух типов памяти. называется ARM.

Несмотря на данные, свидетельствующие о том, что оба этих функционально и временных типа памяти задействуют общие или схожие механизмы [4,7,8], неясно, отражают ли они один и тот же когнитивный результат, анализируемый в разные моменты времени, или являются разными типами памяти.

Хотя холодовой шок и протоколы MC из пяти или десяти раундов широко используются для решения вопросов, касающихся ARM [3,4,7], данные, полученные с помощью одного метода обучения, обычно не сверяются с другим. Чтобы выяснить, формируется ли память с одинаковыми свойствами обоими методами, мы предположили, что если ARM эквивалентен или такой же, как MC, дает 24-h памяти, холодный шок, нанесенный через 2 часа после тренировки, должен иметь аналогичный эффект. на обоих. Однако это мнение не будет поддержано, если эта обработка амнезиаком ухудшит память 24-h MC. С этой целью мы научили дрозофилу дикого типа ассоциировать неприятный запах с поражением стопы электрическим током, тренируя пять MC-зарядов. Мы подвергли их однократному холодовому шоку перед тестированием или через 2 часа после тренировки. Мы использовали пятираундовый MC [4], потому что в наших руках он обеспечивает более высокое разрешение, чем более интенсивные протоколы, которые могут дать «потолочные» эффекты. Мы сообщаем, что через 2 часа после тренировки пятираундовый MC приводит к развитию чувствительной к холодному шоку памяти и ARM.

2. Результаты
Кондиционирование осуществлялось с использованием классической парадигмы аверсивного кондиционирования, в которой аверсивный запах (условный стимул-CS+) сочетается с электрошоком стопы (безусловный стимул-УЗ), в то время как второй столь же аверсивный запах, явно не сопряженный с электрошоком стопы (CS-), служит в качестве контроль [9]. Память сразу после одного раунда кондиционирования содержит компонент ARM [5,10]. Однако, насколько нам известно, определяющий краткий холодовой шок, обычно используемый для выявления нелабильного компонента памяти ARM через 3 часа после одного раунда кондиционирования [3,11], не применялся после пяти раундов MC. Холодовой шок сразу после одного раунда тренировки полностью нарушает память [11]. Однако этот немедленный эффект не может быть учтен в наших экспериментах, поскольку время, необходимое для проведения пяти тренировочных раундов, неизбежно приводит к тестированию через двадцать минут после ассоциации удара по первой ноге и запаха. Поэтому во всех наших экспериментах холодовой шок наносится в указанные сроки после последнего раунда тренировки.

Как показано на рисунке 1А, 8-минутная память после пяти раундов MC также в значительной степени нестабильна и нарушается кратковременным холодовым шоком. Неожиданно 2--минутный холодовой шок через 2 часа после пяти раундов MC привел к значительному снижению 3--часовой памяти (рис. 1B). Этот эффект не является специфичным для штамма w 1118, поскольку такое же снижение памяти было обнаружено у мух Canton S (рис. 1B). Таким образом, память, вызванная пятью раундами MC, дает не только ARM, но и компоненты памяти, чувствительные к холодному шоку и нечувствительные к холодному шоку. Отсюда следует, что консолидированная память после MC не такая же, как после одного раунда тренировки. Неудивительно, что, учитывая кинетику долговременной памяти (LTM), чувствительной к синтезу белка [3], пяти раундов интервальной тренировки, парадигмы, в которой раунды тренировки разделены пятнадцатью минутами, что приводит к формированию LTM [2,3, 6], также выявил консолидированный и лабильный компонент памяти через 3 часа после тренировки (рис. 1C). Это говорит о том, что воспоминания, вызванные как массированными, так и разнесенными тренировками, состоят из лабильных компонентов даже через 3 часа после тренировки. Остаточная память, сохраняющаяся после лечения амнезиаком после интервальной тренировки, скорее всего, является ARM, как предполагалось ранее [3].

Являются ли консолидированные воспоминания через 2 часа после тренировки после одного или пяти раундов MC эквивалентными или пропорциональными интенсивности тренировки? Чтобы напрямую сравнить уровни памяти, мы обучали мух либо одному, либо пяти раундам MC и через 2 часа вводили холодовой шок. 3-h память пяти необработанных животных, обученных MC, значительно отличалась от памяти мух, обученных один раз (рис. 1D), что указывает на то, что интенсивное обучение MC приводит к более надежной трехчасовой памяти. Тем не менее, память, устойчивая к холодовому шоку, существенно не отличалась, что позволяет предположить, что на консолидированный компонент ARM не влияет интенсивность тренировки. Вышеупомянутые наблюдения также стали очевидными при расчете относительной неконсолидированной памяти после холодового шока, который показал, что, хотя между двумя парадигмами нет статистически значимой разницы, среднее абсолютное значение снижения памяти выше, чем у пяти-парадигмы. круглый MC (рис. 1E). Вероятно, это отражает повышенную лабильную память, обеспечиваемую MC.

Мы предположили, что компонент, чувствительный к холодовому шоку после MC, может отражать консолидацию памяти с медленной кинетикой. Следовательно, холодовой шок применялся за 1 час до 24-ч оценки памяти после MC, чтобы исследовать стабильность памяти на этом этапе. Этот холодовой шок перед тестированием не влиял на память, поскольку производительность не отличалась от аналогично обученных мух, не подвергнутых обработке амнезиаком (рис. 2А). Этот результат демонстрирует, что память, вызванная MC, консолидируется через 23 часа после тренировки, и подтверждает, что лечение холодовым шоком обычно не влияет на запоминание. Напротив, холодовой шок, нанесенный через 2 часа после пятираундового MC, привел к значительному снижению 24-h памяти по сравнению с таковой у мух, не подвергшихся холодовому шоку, или животных, подвергнутых амнезиальной обработке за 1 час до тестирования (рис. 2B). . Таким образом, память, вызванная пятираундовым MC, включает значительный лабильный компонент через 2 часа после тренировки, который при блокировании отражается на нарушении 24-h обонятельной ассоциативной памяти. В совокупности эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что MC из пяти раундов дает тип памяти, который консолидируется медленно и является лабильным в течение 3 часов, тогда как ARM этого не делает [3].

3. Обсуждение

Массированное кондиционирование (MC) в задаче на обонятельное кондиционирование с отрицательным подкреплением приводит к созданию независимой от трансляции 24-h-памяти. С 1995 года, когда протокол был впервые опубликован, предполагалось, что накопленная память, обусловленная тренировками, эквивалентна 3--часовой памяти, вызванной одним циклом тренировки и выявленной как устойчивая к холодовому шоку через 2 часа после тренировки. . 3-h ARM и MC-вызываемая 24-h память не зависят от синтеза белка [2,3] и, как сообщается, задействуют стандартные молекулярные компоненты [3,4,12]. Однако, в отличие от ARM, пятираундовая память, вызванная MC, не устойчива к обработке амнезиаками через 2 часа после тренировки (рис. 1E). Более того, обработка амнезиаком через 2 часа после тренировки почти полностью устраняет 24-часовую память о событии, что еще раз подтверждает мнение о том, что, в отличие от ARM, эти воспоминания, вызванные MC, не консолидируются в это время.

Таким образом, MC вызывает особый тип медленно консолидирующейся памяти, которая остается чувствительной к амнестическому холодовому шоку через два часа после кондиционирования, в отличие от амнезиально-устойчивой памяти, присутствующей через два часа после одного раунда кондиционирования. Поэтому мы утверждаем, что эти две памяти различны и что пятираундовый MC якобы дает не только ARM, но и лабильную память. Мы предлагаем термин «независимая от синтеза белка память» (PSIM) для лабильной памяти, вызываемой протоколами MC, и ARM для устойчивой к холодному шоку 3-h-памяти после одного раунда обучения, чтобы различать их. Коллективные данные, представленные здесь, убедительно свидетельствуют о том, что один тренировочный раунд, вызывающий ARM, не эквивалентен памяти, полученной в результате пяти раундов и, скорее всего, десяти раундов MC, которые дают ARM и PSIM; поэтому эти термины не следует использовать как взаимозаменяемые.

Несмотря на то, что сообщалось о том, что несколько генов и молекулярных путей функционируют при ARM, доказательства, подтверждающие их участие, получены в основном из одного из двух анализов: либо 3-h памяти после холодового шока (ARM), либо после MC, при этом мало кто протестировал в обоих анализах [4,7,13] были выявлены схожие дефекты. Однако для этих и других, которые были охарактеризованы исключительно с помощью протоколов MC, влияние холодового шока через 2 часа после тренировки на память 24-h не оценивалось, поэтому остается открытым вопрос о том, есть ли дефекты в этих протоколах. мутанты возникают в результате компонента ARM или PSIM. Архетипические мутанты, такие как редис с явным дефицитом ARM [12,14], не подвергались нашим знаниям об амнестических обработках после MC, поэтому у них сообщалось о 24-часовом дефиците памяти после 10-раунда MC [3] , также может иметь дефицит PSIM. Кроме того, было бы интересно выяснить, влияет ли PSIM на лабильную память, нарушенную у мутантов, таких как амнезиак, или же это происходит параллельно с лабильной памятью [15,16]. Общие молекулярные компоненты PSIM и других лабильных типов памяти предполагают, по крайней мере, частичное перекрытие молекулярных механизмов, но, возможно, достаточно различное, чтобы дифференцировать эти два процесса - гипотеза, которая в настоящее время исследуется.

4. Материалы и методы.

4.1. Культура и штаммы дрозофилы

Кантонизированные штаммы w 1118 и Canton S дикого типа культивировали в пище из пшеничной муки и сахара, как описано ранее [4], и выращивали в 12-часовом цикле ночь/темнота, при 25 ◦C и влажности 50%.

4.2. Поведенческие эксперименты

Во всех экспериментах использовались мухи в возрасте 2–4-дней, которые проводились при температуре 25 ◦C и влажности 55–65% при тусклом красном свете. При аверсивном обонятельном обусловливании в качестве безусловных раздражителей использовались электрические удары ногами напряжением 90 В в сочетании с одним из аверсивных запахов: 5% бензальдегид (BNZ) или 50% октанол (OCT), разведенный в изопропилмиристате, в качестве условных раздражителей (CS). Один тренировочный цикл состоял из 12 пар CS/US по 1,25 с с межстимульным интервалом 4- с, за которыми следовали 30 с отдыха перед предъявлением другого запаха при отсутствии шока. Любой запах вызывал шок, а другой служил контролем. Массированная подготовка (MC) включала пять последовательных тренировочных циклов с интервалом 30 секунд между циклами. Интервальные тренировки были идентичными, за исключением того, что интервал между циклами составлял 15 минут. Лечение холодовым шоком проводилось, как описано ранее [4], через 1 минуту, 2 или 23 часа после заключительного тренировочного раунда, как указано в каждом эксперименте. Тестирование памяти включало одновременное предъявление обоих запахов в течение 90 с, как описано [4]. Для расчета ∆, разницы между лабильными и консолидированными воспоминаниями, две группы животных одновременно обучались в течение 1 раунда обучения, причем половина подвергалась холодовому шоку, а остальные — нет. ∆ рассчитывали как разницу в производительности между одновременно тренированными необработанными животными и животными, подвергшимися холодовому шоку. Аналогичный метод был использован для расчета ∆ для животных, обученных 5 раундам МК.

4.3. Анализ данных

Анализ необработанных данных проводился с помощью программного обеспечения JMP7 (SAS Institute Inc., Кэри, Северная Каролина, США). Статистические сравнения проводились, как подробно описано в легенде к рисунку. Сравнение между двумя группами проводилось с помощью ANOVA и последующих сравнений, запланированных LSM, или, в случае различных дисперсий между группами, непарного параметрического t-критерия Уэлча, когда дисперсии измерений были неравными. Статистические данные представлены в таблице 1. Графики были созданы с помощью программного обеспечения GraphPad Prism 8.0.1 и показывают средние значения ± SEM.

Вклад автора

Концептуализация, AB и EMCS; методология: AB и EMCS; формальный анализ: AB; письмо – подготовка оригинального черновика, АВ; написание, рецензирование и редактирование: EMCS; руководство: EMCS. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование:

Это исследование было поддержано грантом Fondation Santé для EMCS.

Заявление Институционального наблюдательного совета:

Непригодный.

Заявление об информированном согласии:

Непригодный.

Заявление о доступности данных:

Все соответствующие данные представлены в этой рукописи.

Благодарности:

Авторы хотели бы поблагодарить М. Луазу за техническую помощь, Марулаку за советы и Fondation Santé за поддержку.

Конфликт интересов:

Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов.

Рекомендации

1. Альберини, К.; Милекич, М.; Тронель, С. Механизмы стабилизации и дестабилизации памяти. Клетка Мол. Наука о жизни. 2006, 63, 999–1008. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

2. ДеЗаццо Дж.; Талли, Т. Анализ формирования памяти: от поведенческой фармакологии до молекулярной генетики. Тенденции Неврологии. 1995, 18, 212–218. [Перекрестная ссылка]

3. Талли, Т.; Преат, Т.; Бойнтон, Южная Каролина; Дель Веккио, М. Генетическое вскрытие консолидированной памяти у дрозофилы. Cell 1994, 79, 35–47. [Перекрестная ссылка]

4. Котула В.; Морессис, А.; Семелиду, О.; Скулакис, EMC Drk-опосредованная передача сигналов Rho-киназы необходима для резистентной к анестезии памяти у дрозофилы. Учеб. Натл. акад. наук. США 2017, 114, 10984–10989. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

5. Бузаян Э.; Транной, С.; Шойнеманн, Л.; Плаке, Пенсильвания; Преат, Т. Две независимые выходные схемы грибовидного тела извлекают шесть дискретных компонентов аверсивной памяти дрозофилы. Cell Rep. 2015, 11, 1280–1292. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

6. Маргулис, К.; Талли, Т.; Дубнау, Дж. Деконструкция памяти у дрозофилы. Курс. Биол. 2005, 15, 700–713 рэндов. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

7. Ли, ПТ; Лин, Х.В.; Чанг, Ю.Х.; Фу, ТФ; Дубнау, Дж.; Хирш, Дж.; Чанг, А. Серотонин-грибная схема тела, модулирующая формирование устойчивой к анестезии памяти у дрозофилы. Учеб. Натл. акад. наук. США 2011, 108, 13794–13799. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

8. Нойес, Н.; Уолкиншоу, Э.; Дэвис, Р. Рас действует как молекулярный переключатель между двумя формами консолидированной памяти у дрозофилы. Учеб. Натл. акад. наук. США 2020, 117, 2133–2139. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

9. Талли, Т.; Куинн, В. Классическое кондиционирование и удержание у нормальной и мутантной Drosophila melanogaster. Дж. Комп. Физиол. 1985, 157, 263–277. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

10. Кнапек С.; Сигрист, С.; Танимото, Х. Брухпилот, белок синаптической активной зоны для памяти, устойчивой к анестезии. Дж. Нейроски. 2011, 31, 3453–3458. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

11. Куинн, В.Г.; Дудай, Ю. Фазы памяти у дрозофилы. Природа 1976, 262, 576–577. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

12. Фолкерс, Э.; Уодделл, С.; Куинн, В.Г. Ген редиса дрозофилы кодирует белок, необходимый для памяти, устойчивой к анестезии. Учеб. Натл. акад. наук. США 2006, 103, 17496–17500. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

13. Драго И.; Дэвис, Р.Л. Ингибирование митохондриального унипортера кальция во время развития ухудшает память у взрослых дрозофил. Cell Rep. 2016, 16, 2763–2776. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

14. Фолкерс, Э.; Дрен, П.; Куинн, У. Г. Редис, мутант дрозофилы с дефицитом консолидированной памяти. Учеб. Натл. акад. наук. США 1993, 90, 8123–8127. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

15. Террел, О.; Гогель, В.; Преат, Т. Амнезиак необходим организму взрослого гриба для формирования памяти. Дж. Нейроски. 2018, 38, 9202–9214. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

16. Уодделл, С.; Армстронг, доктор юридических наук; Китамото, Т.; Кайзер, К.; Куинн, В.Г. Продукт гена амнезии экспрессируется в двух нейронах мозга дрозофилы, которые имеют решающее значение для памяти. Ячейка 2000, 103, 805–813. [Перекрестная ссылка]

For more information:1950477648nn@gmail.com