Оптогенетическая инактивация медиальной перегородки нарушает формирование долговременной памяти на распознавание объектов

Абстрактный

Тета — одно из наиболее заметных внеклеточных синхронных колебаний мозга млекопитающих. Гиппокампальтета опирается на неповрежденную медиальную перегородку (МС) и постоянно регистрируется на этапе обучения в некоторых парадигмах обучения, что позволяет предположить, что она может быть вовлечена в зависящую от гиппокампа обработку долговременной памяти.

Обработка памяти — важная функция человеческого мозга. Он включает в себя такие процессы, как идентификация, кодирование, хранение и извлечение информации. Это важная способность в нашей повседневной жизни, которая тесно связана с обучением, работой, социальным взаимодействием и другими аспектами. Память относится к способности человеческого мозга сохранять информацию, которая определяет нашу способность учиться на прошлом опыте и применять его в будущих жизнях.

Обработка памяти является основой для улучшения памяти. Благодаря эффективным возможностям обработки памяти мы можем лучше кодировать, хранить и извлекать информацию, тем самым улучшая память. Когда нам нужно запомнить часть информации, нам сначала нужно сначала идентифицировать и закодировать эту информацию, а затем сохранить закодированную информацию в банке долговременной памяти мозга. Наконец, когда нам нужно использовать эту информацию, мы можем получить ее посредством извлечения. Если эти процессы осуществляются эффективно, наша память естественным образом улучшится.

Конечно, способность к обработке памяти не достигается в одночасье, и ее необходимо улучшать с помощью накопленных тренировок с течением времени. Например, что касается идентификации информации, мы можем улучшить нашу чувствительность к информации посредством постоянных упражнений по предварительному распознаванию; с точки зрения кодирования и хранения информации мы можем улучшить эффекты памяти, используя такие методы, как дворцы памяти; Что касается извлечения информации, мы можем улучшить скорость и точность поиска посредством многократной практики.

Короче говоря, обработка памяти и память неразделимы. Благодаря тренировкам и постоянному накоплению опыта мы можем улучшить нашу способность к обработке памяти, тем самым улучшая нашу память и делая нашу жизнь более красочной. Видно, что нам необходимо улучшить нашу память. Cistanche Deserticola может значительно улучшить память, поскольку Cistanche Deserticola — 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, включая кислоты, полисахариды, флавоноиды и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

Нажмите «Знай кратковременную память», как ее улучшить.

Память распознавания объектов (ORM) позволяет животным идентифицировать знакомые предметы и необходима для запоминания фактов и событий. У грызунов для долгосрочного формирования ORM необходим функциональный гиппокамп, но участие MS в этом процессе остается спорным. Мы обнаружили, что обучение взрослых самцов крыс Wistar длительной учебной задаче, индуцирующей ORM, включающей воздействие двух разных, но поведенчески эквивалентных новых объектов-стимулов, увеличивало мощность гиппокампалтеты, а подавление теты посредством оптогенетической инактивации рассеянного склероза вызывало амнезию.

Важно отметить, что амнезия была специфична для объекта, который животные исследовали, когда МС был инактивирован. В совокупности наши результаты показывают, что МС необходим для долгосрочного формирования ORM, и предполагают, что тета-активность гиппокампа причинно связана с этим процессом.

Ключевые слова:

Тета-ритм, амнезия, гиппокамп, колебания мозга и долговременная память.

Основной текст

Нейронные колебания — это повторяющиеся ритмические паттерны электрической активности, возникающие спонтанно или в ответ на раздражители. Тета — это медленные (5–10 Гц) нейронные колебания, обнаруживаемые преимущественно в гиппокампе, особенно в области СА1, где они более регулярны и имеют максимальную амплитуду [1]. Гиппокампальтета чувствительна к поражениям медиальной перегородки (MS) [2] и, хотя ее поведенческие корреляты еще не полностью выяснены, обширные данные указывают на то, что она способствует обучению [3–5].

Действительно, тета способствует долговременной потенциации гиппокампа (LTP) [6], основной клеточной модели долговременной памяти, зависящей от гиппокампа. Память распознавания объектов (ORM) позволяет животным определять знакомые предметы и имеет жизненно важное значение для запоминания событий и планирования действий. У грызунов обучение в рамках парадигмы обучения, основанной на ORM, активирует несколько сигнальных путей, связанных с пластичностью, и индуцирует индорсальный CA1 LTP, что указывает на то, что гиппокамп необходим для долгосрочного формирования ORM [7–9]. И наоборот, участие государств-членов в этом процессе остается спорным. Например, поражения перегородки, которые нарушают пространственную и рабочую память, не влияют на долговременную ORM [10, 11], но стимуляция MS ослабляет долгосрочный дефицит ORM, наблюдаемый у мышей с эпилепсией, за счет увеличения тета-активности гиппокампа [12].

Поэтому мы решили проанализировать, действительно ли MS-регулируемая тета гиппокампа связана с долгосрочным сохранением ORM. Во-первых, мы определили, влияет ли долгосрочное формирование ORM на тету гиппокампа. Для этого мы имплантировали электродные массивы в дорсальную область CA1 взрослым крысам-самцам линии Wistar (3 месяца, 300–350 г). Мы обучили их новой парадигме распознавания объектов, долгосрочной задаче, вызывающей ORM, основанной на естественном предпочтении грызунов новизны, которая включает в себя воздействие двух разных, но поведенчески эквивалентных новых объектов A и B на знакомой арене открытого поля для {{10} }min (рис. 1а) [13]. Для отслеживания, регистрации и анализа положения и поведения животных использовалась цифровая видеокамера, установленная над ареной, с помощью программного обеспечения системы ObjectScan (подробнее см. Дополнительный файл 1).

События исследования определялись как периоды продолжительностью больше или равные {{0}}.5- с, в течение которых животные обнюхивали и/или касались стимулирующих объектов мордой и/или передними лапами. Все остальные эпохи, длительность которых превышала или равнялась 0,5 с, рассматривались как события между исследованиями, и из них мы далее рассматривали только те, в течение которых средняя скорость передвижения была меньше или равна средней скорости движения всех событий исследования. События продолжительностью< 0.5 s were excluded from the analysis. Local field potentials (LFP) were recorded continuously during the training session. Signals were amplified, digitized, filtered at cutoff frequencies of 0.3 and 250 Hz, and sampled at 1 kHz. Data from time windows corresponding to exploration and inner exploration events were extracted and analyzed often using built-in or custom-written routines (see Additional file 1 for details). As expected, the exploration time and the number of exploration events during training did not differ between objects A and B (Fig. 1b; t (5)=0.79, P=0.46 for exploration time; t (5)=1.21, P=0.28 for exploration events in paired t-test). 

Исследовательская активность наблюдалась на протяжении всей тренировки (рис. 1б). Тета-активность также была очевидна на протяжении всей этой сессии (рис. 1в), но тета-мощность, которая предсказывает обучение [14], была особенно высокой во время исследования объектов (рис. 1г, д). ). Действительно, анализ спектров мощности показал, что тетамощность в периоды исследования объектов была на 36±7% выше, чем в периоды между исследованиями (рис. 1f, g; F (2, 10)=15.55; P{{12}) }.0009. Obj A против IE, P=0.002, ObjB против IE, P=0.001 в тесте множественных сравнений Бонферрони после одностороннего RM ANOVA).

Teta peak frequency did not differ between exploration and inter-exploration events (Fig. 1f; F (2, 10)=3.29; P=0.079 in RM one-way ANOVA). Neither the power nor the peak frequency of theta differed between object A and object B exploration epochs (Fig.  1f; Obj A vs Obj B, P>0.99 для тетасилы; Obj A против Obj B, P=0.13 для пиковой частоты в тесте множественных сравнений Бонферрони после одностороннего RM ANOVA). Через день после обучения долгосрочное удержание ORM оценивали путем повторного воздействия на животных знакомого объекта A и нового объекта C. Как и ожидалось, животные преимущественно исследовали новый объект во время теста (TT; рис. 1h; t (5){). {9}}.95, P=0.0009 в одном выборочном t-тесте с теоретическим средним =50).

Нормальное функционирование РС необходимо для тета-активности гиппокампа [2]. Инактивация рассеянного склероза ранее использовалась как инструмент для отмены теты гиппокампа во время обучения [15]. Ранее мы показали, что стимуляция желтым светом (565 нм) МС крыс, экспрессирующих желтый светочувствительный оптический нейронный сайленсер архаэрродопсин Т (ArchT; технические подробности см. в дополнительном файле 1) [16], быстро и обратимо отменяет тету в дорсальном CA1 [17] . Таким образом, чтобы проанализировать участие МС в долгосрочном формировании ORM и для дальнейшей оценки того, действительно ли тета гиппокампа связана с этим процессом, крыс, экспрессирующих ArchT в МС, обучали новой парадигме распознавания объектов с использованием объектов-стимулов A и B, а также желтого цвета. свет подавался на MSjust во время исследования объекта А (рис. 1и).

Эта процедура не повлияла на двигательную активность (рис. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 для LigthOFF vs LightON A в непарном t-тесте), время исследования объекта (рис. .1l;t (39)=1.33, P=0.18 дляLigthOFF vs LightON A в непарном t-тесте), или количество событий исследования (рис. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 для LigthOFF и LightON A в непарном t-тесте). Долгосрочный ORM оценивался во время сеанса теста на запоминание в присутствии знакомого объекта A или знакомого объекта B рядом с новым объектом C, проводимого 24- ч после обучения. Мы обнаружили, что нестимулированные животные, экспрессирующие ArchT, отличают объекты A и B от нового объекта C (рис. 1m,n; t (10)=5.96, P<0.0001 for test AC, t (10)=7.48, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50); however, rats that had been delivered yellow light on the MS during object A exploration at training discriminated object B but not object A from novel object C at test (Fig. 1m, n; t (9)=1.38, P=0.19 for test AC, t (8)=7.30, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50).

Амплитуда теты в гиппокампе зависит от скорости передвижения [18], но маловероятно, что изменения в этой переменной могут объяснить увеличение тета-мощности, которое мы наблюдали во время обучения, поскольку мы сравнивали только события исследования с событиями между исследованиями, совпадающими по одинаковым скоростям. Также маловероятно, что амнезия, вызванная инактивацией рассеянного склероза, была вызвана нарушением памяти, неудовлетворительными тренировками, сверхэкспрессией оптогенетических конструкций или вредным эффектом световой стимуляции как таковой, поскольку она была специфична для объекта, который животные исследовали, когда применялось оптогенетическое подавление, и доставка света. не повлияло на исследование объекта. МС проецируется не только в гиппокамп, но и в переднюю поясную извилину (ACC) [19]. Следовательно, амнезия, вызванная инактивацией РС, потенциально может быть вызвана нарушением этого взаимодействия.

Однако АСС не участвует в формировании долговременного ORM [20], а ингибирование проекций MS-ACC не влияет на эту форму декларативноподобной памяти [21]. Следовательно, маловероятно, что нарушение функции АСС может объяснить наши результаты, которые, вероятно, связаны с тета-ингибированием гиппокампа. Представление о том, что гиппокамп необходим для обработки ORM, получило широкую экспериментальную поддержку, но не принято единогласно [22]. Например, предтренировочное внутригиппокампальное введение мусцимола влияет на ORM только тогда, когда интервал тренировки превышает 10 минут [23], что позволяет предположить, что гиппокамп не требуется для кратковременного вызова ORM, что другие области мозга берут на себя роль гиппокампа в короткие сроки. временная обработка ORM, когда она остается отключенной в течение длительного времени или что краткосрочная и долгосрочная ORM включают независимые механизмы, как сообщалось для других типов памяти [24].

В этом отношении наши данные указывают на то, что гиппокамп является ключевым для долговременного формирования ORM, и дополнительно подтверждают идею о том, что две долговременные объектные памяти, приобретенные во время обучения решению новой задачи распознавания объектов, независимы [13]. Более того, тот факт, что у животных была амнезия только в отношении объекта, который они исследовали, когда МС был инактивирован, убедительно указывает на то, что тета является не просто побочным продуктом нейронной пластичности, вызванной обучением, но функционально связана с вычислениями, которые происходят в гиппокампе во время долгосрочного формирования ORM.

Рекомендации

1. Бужаки Г. Тета-колебания в гиппокампе. Нейрон.2002;33(3):325–40.https://doi.org/10.1016/s0896-6273(02)00586-x.

2. Йодер Р.М., Панг К.С. Участие ГАМКергических и холинергических медиальных перегородочных нейронов в тета-ритме гиппокампа. Гиппокамп.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Сигер М.А., Джонсон Л.Д., Шабо Э.С., Асака Ю., Берри С.Д. Колебательные состояния мозга и обучение: влияние тета-контингентной тренировки гиппокампа. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub, 2002 г., 29 января).

4. Дюзель Э., Пенни В.Д., Берджесс Н. Колебания мозга и память. Curr OpinНейробиол. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004 (Epub, 2010, 22 февраля).

5. Берри С.Д., Сигер М.А. Тета-колебания гиппокампа и классическая обусловленность. Нейробиол Узнайте мем. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Уэрта П.Т., Лисман Дж.Е. Синаптическая пластичность при холинергических колебаниях тета-частоты in vitro. Гиппокамп. 1996;6(1):58–61.https://doi.org/10.1002/(SICI)10981063(1996)6:1%3c58:AID-HIPO10%3e3.0.CO;2-J.

7. Илл-Рага Г., Кёлер С., Радиске А., Лима Р.Х., Розен М.Д., Муньос Ф.Дж., КаммаротаМ. Консолидация памяти распознавания объектов требует HRI-киназно-зависимого фосфорилирования eIF2 в гиппокампе. Гиппокамп. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (EPUB, 18 марта 2013 г.).

8. Мыскив Х.К., Россато Дж.И., Бевилакуа Л.Р., Медина Дж.Х., Искьердо И., КаммаротаМ. Об участии mTOR в памяти распознавания. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002 (Epub, 2007, 26 ноября).

9. Кларк Дж.Р., Каммарота М., Груарт А., Искьердо И., Дельгадо-Гарсия Х.М. Пластические модификации, вызванные обработкой памяти распознавания объектов. ProcNatl Acad Sci США. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub, 25 января 2010 г.).

10. Корнекук Т.Дж., Киппин Т.Е., Пинель Дж.П. Повреждение базального отдела переднего мозга и распознавание объектов у крыс. Поведение мозга Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com