Inactivarea optogenetică a septului medial afectează formarea memoriei de recunoaștere a obiectelor pe termen lung

Abstract

Theta este una dintre cele mai proeminente oscilații sincrone extracelulare ale creierului mamiferelor. Hippocampaltheta se bazează pe un sept medial (SM) intact și a fost înregistrat în mod constant în timpul fazei de antrenament a unor paradigme de învățare, ceea ce sugerează că poate fi implicat în procesarea memoriei pe termen lung dependentă de hipocamp.

Procesarea memoriei este o funcție importantă în creierul uman. Acesta implică procese precum identificarea, codificarea, stocarea și preluarea informațiilor. Este o abilitate importantă în viața noastră de zi cu zi, care este strâns legată de învățare, muncă, interacțiune socială și alte aspecte. Memoria se referă la capacitatea creierului uman de a reține informații, ceea ce determină capacitatea noastră de a învăța din experiențele trecute și de a le aplica în viețile viitoare.

Procesarea memoriei este baza pentru îmbunătățirea memoriei. Prin capabilități eficiente de procesare a memoriei, putem codifica, stoca și recupera mai bine informații, îmbunătățind astfel memoria. Când trebuie să memorăm o informație, mai întâi trebuie să identificăm și să codificăm informațiile, apoi să stocăm informațiile codificate în banca de memorie pe termen lung a creierului. În cele din urmă, atunci când trebuie să folosim aceste informații, le putem recupera prin recuperare. Dacă aceste procese sunt efectuate eficient, memoria noastră se va îmbunătăți în mod natural.

Desigur, capacitatea de procesare a memoriei nu este atinsă peste noapte și trebuie îmbunătățită prin antrenament acumulat în timp. De exemplu, în ceea ce privește identificarea informațiilor, ne putem îmbunătăți sensibilitatea la informații prin exercițiu continuu, pentru a efectua recunoașterea preliminară; în ceea ce privește codificarea și stocarea informațiilor, putem îmbunătăți efectele memoriei utilizând metode precum palatele memoriei; În ceea ce privește regăsirea informațiilor, putem îmbunătăți viteza și acuratețea recuperării prin practică repetată.

Pe scurt, procesarea memoriei și memoria sunt inseparabile. Prin antrenament și acumulare continuă de experiență, ne putem îmbunătăți capacitatea de procesare a memoriei, îmbunătățindu-ne astfel memoria și făcându-ne viața mai colorată. Se poate observa că trebuie să ne îmbunătățim memoria. Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece Cistanche deserticola este un material medicinal tradițional chinezesc cu multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Eficacitatea cărnii tocate vine din diferitele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid, polizaharide, flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului în diferite moduri.

Faceți clic pe Cunoașteți memoria pe termen scurt cum să vă îmbunătățiți

Memoria de recunoaștere a obiectelor (ORM) permite animalelor să identifice elemente familiare și este esențială pentru amintirea faptelor și evenimentelor. La rozătoare, formarea pe termen lung a ORM necesită un hipocamp funcțional, dar implicarea MS în acest proces rămâne controversată. Am descoperit că antrenarea șobolanilor Wistar masculi adulți într-o sarcină de învățare pe termen lung care induce ORM, care implică expunerea la două obiecte noi stimuli diferite, dar echivalente din punct de vedere comportamental, a crescut puterea hipocampaltheta și că suprimarea theta prin inactivarea optogenetică a MS a cauzat amnezie.

Foarte important, amnezia era specifică obiectului pe care animalele îl explorau atunci când MS a fost inactivată. Luate împreună, rezultatele noastre indică faptul că MS este necesară pentru formarea ORM pe termen lung și sugerează că activitatea theta a hipocampului este legată cauzal de acest proces.

Cuvinte cheie:

Ritmul theta, amnezia, hipocampul, oscilațiile creierului și memoria pe termen lung.

Textul principal

Oscilațiile neuronale sunt modele ritmice repetitive ale activității electrice care apar spontan sau ca răspuns la stimuli. Teta este o neuraloscilație lentă (5-10 Hz) întâlnită predominant în hipocamp, în special în regiunea CA1, unde este mai regulată și prezintă amplitudine maximă [1]. Hipocampaltheta este sensibilă la leziunile septului medial (SM) [2] și, deși corelațiile sale comportamentale nu au fost încă complet elucidate, dovezi extinse indică faptul că sprijină învățarea [3–5].

Într-adevăr, theta facilitează potențarea pe termen lung a hipocampului (LTP) [6], principalul model celular al memoriei pe termen lung dependentă de hipocamp. Memoria de recunoaștere a obiectelor (ORM) permite animalelor să determine familiaritatea obiectelor și este vitală pentru amintirea evenimentelor și planificarea acțiunilor. La rozătoare, antrenamentul într-o paradigmă de învățare bazată pe ORM activează mai multe căi de semnalizare legate de plasticitate și induce CA1 dorsal LTP, indicând faptul că hipocampul este esențial pentru formarea ORM pe termen lung [7-9]. În schimb, participarea SM la acest proces rămâne controversată. De exemplu, leziunile septale care afectează memoria spațială și de lucru nu afectează ORM pe termen lung [10, 11], dar stimularea SM atenuează deficitul de ORM pe termen lung observat la șoarecii epileptici prin creșterea activității theta hipocampale [12].

Prin urmare, ne-am propus să analizăm dacă hipocampul teta reglat de MS este într-adevăr asociat cu retenția pe termen lung a ORM. În primul rând, am determinat dacă formarea pe termen lung a ORM afectează teta hipocampului. Pentru a face acest lucru, am implantat matrice de electrozi în regiunea dorsală CA1 a șobolanilor adulți masculi Wistar (3 luni, 300-350 g). I-am antrenat în paradigma nouă de recunoaștere a obiectelor, o sarcină care induce ORM pe termen lung, bazată pe preferința naturală a rozătoarelor pentru noutate, care implică expunerea la două obiecte noi diferite, dar echivalente din punct de vedere comportamental, A și Bin, o arenă familiară în câmp deschis pentru {{10} }min (Fig. 1a) [13]. O cameră video digitală fixată deasupra arenei a fost utilizată pentru urmărirea, înregistrarea și analizarea poziției și comportamentului animalelor cu software-ul de sistem ObjectScan (pentru detalii vezi fișierul suplimentar 1).

Evenimentele de explorare au fost definite ca fiind mai mari sau egale cu {{0}}.5-epoci lungi în care animalele au adulmecat și/sau atins obiectele stimul cu botul și/sau cu labele anterioare. Toate celelalte epoci mai mari sau egale cu 0,5 s de indurație au fost considerate evenimente inter-explorare și, dintre acestea, am luat în considerare în continuare doar cele în timpul cărora viteza medie de locomoție a fost Mai mică sau egală cu viteza medie de locomoție a tuturor evenimentelor de explorare. Evenimente de durată< 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). 

Activitatea exploratorie a fost observată pe tot parcursul sesiunii de antrenament (Fig. 1b). Activitatea Teta a fost, de asemenea, evidentă pe parcursul acestei sesiuni (Fig. 1c), dar puterea theta, care prezice învățarea [14], a fost deosebit de mare în timpul explorării obiectelor (Fig. 1d,e). ). Într-adevăr, analiza spectrelor de putere a arătat că puterea teta în timpul epocilor de explorare a obiectelor a fost cu 36±7% mai mare decât în ​​perioadele de inter-explorare (Fig. 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P{=0.001 în testul de comparație multiplă al lui Bonferroni după RM unidirecțional 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 pentru thetapower; Obj A vs Obj B, P=0.13 pentru frecvența de vârf în testul de comparații multiple al lui Bonferroni după ANOVA unidirecțională RM). La o zi după antrenament, retenția ORM pe termen lung a fost evaluată prin reexpunerea animalelor la obiectul familiar A și la obiectul nou C. După cum era de așteptat, animalele au explorat în mod preferabil obiectul nou la test (TT; Fig. 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 într-un test t eșantion cu medie teoretică=50).

Funcționarea normală a SM este esențială pentru activitatea theta a hipocampului [2]. Inactivarea SM a fost folosită înainte ca instrument de desființare a hipocampului theta în timpul învățării [15]. Anterior, am arătat că stimularea cu lumină galbenă (565 nm) a MS la șobolani care exprimă arheerhodopsina T (ArchT; vezi fișierul suplimentar 1 pentru detalii tehnice) [16] anulează rapid și reversibil teta în CA1 dorsal [17] . Prin urmare, pentru a analiza implicarea SM în formarea pe termen lung a ORM și pentru a evalua în continuare dacă hipocampul teta este într-adevăr legat de acest proces, șobolanii care exprimă ArchT în SM au fost antrenați în noua paradigmă de recunoaștere a obiectelor folosind obiecte de stimulare A și B și galben. lumina a fost livrată către MSjust în timpul explorării obiectului A (Fig. 1i).

Această procedură nu a afectat activitatea locomotorie (Fig. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 pentru LigthOFF vs LightON A în testul t nepereche), timpul de explorare a obiectului (Fig. . 1l; t (39)=1.33, P{=0.18 pentru LigthOFF vs LightON A în testul t neîmperecheat), sau numărul de evenimente de explorare (Fig. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 pentru LigthOFF vs LightON A în testul t neîmperecheat). ORM pe termen lung a fost evaluat în timpul unei sesiuni de test de retenție în prezența obiectului familiar A sau a obiectului familiar B alături de obiectul nou C efectuat 24-h după antrenament. Am descoperit că animalele nestimulate care exprimă ArchT au discriminat obiectele A și B de obiectul nou C (Fig. 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).

Amplitudinea theta hipocampului depinde de viteza de locomoție [18], dar este puțin probabil ca modificările acestei variabile să poată explica creșterea puterii theta pe care am observat-o în timpul antrenamentului, deoarece am comparat doar evenimentele de explorare cu evenimentele inter-explorare potrivite pentru viteze similare. De asemenea, este puțin probabil ca amnezia declanșată de inactivarea SM să fi fost cauzată de reamintirea afectată, performanța de antrenament slabă, supraexprimarea constructului optogenetic sau un efect dăunător al stimulării luminii în sine, deoarece era specifică obiectului pe care îl explorau animalele atunci când a fost aplicată suprimarea optogenetică și livrarea luminii. nu a afectat explorarea obiectelor. MS nu proiectează doar hipocampus, ci și cortexul cingulat anterior (ACC) [19]. Prin urmare, amnezia indusă de MSinactivarea ar putea fi cauzată de afectarea acestei interacțiuni.

Cu toate acestea, ACC nu este implicat în formarea ORM pe termen lung [20] și inhibarea proiecțiilor MS-ACC nu afectează această formă de memorie de tip declarativ [21]. Prin urmare, este improbabil că întreruperea funcției ACC ar putea explica rezultatele noastre, care se datorează probabil inhibării hipocampului theta. Ideea că hipocampul este necesar pentru procesarea ORM a primit un sprijin experimental larg, dar nu este unanim acceptată [22]. De exemplu, administrarea muscimolului intra-hipocampian pre-antrenament afectează ORM numai atunci când intervalul de antrenament este mai mare de 10 minute [23], sugerând că hipocampul nu este necesar pentru ORM pe termen scurt, că alte regiuni ale creierului preiau rolul hipocampului pe scurt- procesarea ORM pe termen lung atunci când rămâne dezactivată pentru o perioadă lungă de timp, sau că ORM pe termen scurt și lung implică mecanisme independente, așa cum a fost raportat pentru alte tipuri de memorie [24].

În acest sens, datele noastre indică faptul că hipocampul este cheia pentru formarea ORM pe termen lung și susțin în continuare ideea că cele două amintiri de obiecte pe termen lung dobândite în timpul antrenamentului în noua sarcină de recunoaștere a obiectelor sunt independente [13]. În plus, faptul că animalele erau amnezice numai pentru obiectul pe care îl explorau atunci când MS a fost inactivat indică puternic că theta nu este doar un produs secundar al plasticității neuronale induse de învățare, ci este legat funcțional de calculele care apar în hipocamp în timpul formării ORM pe termen lung.

Referințe

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

2. Yoder RM, Pang KC. Implicarea neuronilor septali GABAergici și colinergici mediali în ritmul theta hipocampal. Hipocampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Stările cerebrale oscilatorii și învățarea: Impactul antrenamentului teta-contingent al hipocampului.Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002 ian 29).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Oscilații ale creierului și memorie. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004(Epub 2010 Feb 22).

5. Berry SD, Seager MA. Oscilații teta hipocampului și condiționare clasică. Neurobiol Learn Mem. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Plasticitatea sinaptică în timpul oscilației frecvenței colinergice teta in vitro. Hipocampul. 1996;6(1):58–61.https://doi.org/10.1002/(SICI)10981063(1996)6:1%3c58:AID-HIPO10%3e3.0.CO;2-J.

7. Ill-Raga G, Köhler C, Radiske A, Lima RH, Rosen MD, Muñoz FJ, CammarotaM. Consolidarea memoriei de recunoaștere a obiectelor necesită fosforilarea HRI dependentă de kinază a eIF2 în hipocamp. Hipocamp-pus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013Mar 18).

8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. Despre participarea mTOR la ​​memoria de recunoaștere. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002(Epub 2007 Nov 26).

9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Modificări plastice induse de procesarea memoriei de recunoaștere a obiectelor. ProcNatl Acad Sci USA. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010 ian 25).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Leziuni bazale ale creierului anterior și recunoașterea obiectelor la șobolani. Behav Brain Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com