Hipocampul, cortexul prefrontal și cortexul perirhinal sunt esențiale pentru memoria de ordine incidentală

Pentru mai multe informatii:ali.ma@wecistanche.com

Abstract

Cercetări considerabile la rozătoare și la oameni indică că hipocampul și cortexul prefrontal sunt esențiale pentru amintirea relațiilor temporale dintre stimuli, iar acumularea de dovezi sugerează că cortexul peririnal poate fi, de asemenea, implicat. Cu toate acestea, parametrii experimentali diferă substanțial între studii, ceea ce limitează capacitatea noastră de a înțelege pe deplin contribuțiile fundamentale ale acestor structuri. Studiile anterioare variază în ceea ce privește tipul de temporalmemorieei subliniază (de exemplu, ordinea, secvența sau separarea în timp), stimulii și răspunsurile pe care le folosesc (de exemplu, secvențe unice sau repetate în încercare și comportament accidental sau recompensat) și gradul în care controlează potențialii factori de confuzie ( de exemplu, efecte sau ordine primare și recentedeficite de memoriesecundar articoluluitulburări de memorie).Pentru a ajuta la integrarea acestor constatări, am dezvoltat o nouă testare a paradigmeimemorie incidentalăpentru o serie unică de evenimente și a evaluat concomitent ordinea și memoria articolului la animalele cu leziuni ale hipocampului, cortexului prefrontal sau cortexului peririnal. Am constatat că această nouă abordare a condus la o ordine robustă șimemoria articolului, și că leziuni hipocampale, prefrontale și peririnale în mod selectivafectarea memorie de comandă. Aceste descoperiri sugerează că hipocampul, cortexul prefrontal și cortexul peririnal fac parte dintr-o rețea largă de structuri esențiale pentru învățarea întâmplătoare a ordinii evenimentelor înmemorie episodica.

Leila M.Allen,RachelA.Lesyshyn, Steven J.O'Dell, Timothy A. Allen, Norbert J. Fortin

1Center for the Neurobiology of Learning and Memory, University of California, Irvine, CA 92697 2Departamentul de Neurobiologie și Comportament, University of California, Irvine, CA 92697 3Programul de neuroștiință cognitivă, Departamentul de Psihologie, Florida International University , Miami, FL 33199

INTRODUCERE

Abilitatea de a organiza temporar experiențele personale în memorie este un aspect definitoriu al memoriei episodice. Au fost dezvoltate mai multe abordări pentru a investiga memoria pentru „când” evenimentele apar la rozătoare și la oameni (de exemplu, Hannesson și colab., 2004a,b; Dere și al., 2005; Babb și Crystal, 2006; Kart-Teke și colab., 2006; Barker și colab., 2007; Fouquet și colab., 2010; Allen și colab., 2014) și dovezi considerabile indică hipocampul (HC) joacă un rol central în această capacitate (Eichenbaum, 2013; Davachi & DuBrow, 2015). De exemplu, la rozătoare, leziunile HC afectează memoria ordinului temporal, dar nu și memoria elementului (Chiba și colab. 1994; Fortin și colab. 2002; Kesner și colab. 2002; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker&Warburton, 201l; 2013). Neuronii HC întăresc și reluează secvențele spațiale în ordinea în care au declanșat în timpul învățării, sugerând memorie pentru secvențele de locații spațiale (Skaggs & McNaughton, 1996; Farooq și colab., 2019). De asemenea, s-a descoperit că neuronii HC se declanșează în mod fiabil în anumite momente. în timpul decalajelor dintre stimuli ("celule de timp"; Pastalkova și colab., 2008; MacDonald și colab., 2013) și pentru a diferenția între elementele prezentate în poziția secvențială corectă sau incorectă ("celule de secvență"; Allen și colab., 2016) . În mod similar, la oameni, studiile RMN au arătat că HC este activat semnificativ în timpul codificării sau regăsării diferitelor forme de informații temporale despre experiențele cuiva (Cabeza și colab., 1997; Hayes și colab., 2004; Kumaran și Maguire, 2006; Lehn. , și colab., 2009; Ross și colab., 2009; Ekstrom și colab., 2011; Tubridy și colab., 2011; Hsieh și colab., 2014; Davachi și Dubrow, 2015; Reeders și colab., 2018).

Faceți clic pe tulpina Cistanche și Cistanche pentru memorie

Cortexul prefrontal (PFC) este o altă structură despre care se crede că joacă un rol cheie în organizarea temporală a amintirilor. La rozătoare, leziunile și inactivările temporare ale PFC medial afectează discriminările de ordine temporală pentru obiecte și locații spațiale (Mitchell & Laiacona, 1998; Hannesson, et al. 2004a, b; Barker, et al., 2007; DeVito & Eichenbaum, 2011; Jayachandran; et al., 2019). În plus, neuronii PFC mediali prezintă o declanșare susținută în decalajul dintre stimuli, ceea ce poate ajuta la unirea asocierilor stimulilor în timp (de exemplu, Cowen & McNaughton, 2007; Gilmartin & McEchron, 2005). Există, de asemenea, dovezi ample din studiile pe oameni care implică funcții comparabile cu PFCin (vezi St. Jacques, et al., 2008; Jenkins & Ranganath, 2010; Preston & Eichenbaum; 2013; Hsieh & Ranganath, 2015; Reeders și colab., 2018).

Pe lângă HC și PFC, cortexul peririnal (PER) poate juca un rol important. Deși PER a fost cel mai frecvent asociat cu memoria articolului (Murray și colab., 2000, Bussey și colab., 2002; Murray și colab., 2007; Barker și Warburton, 2011; Feinberg și colab., 2012), dovezile acumulate sugerează că poate contribui și la ordinea. memorie. De exemplu, PER se crede că facilitează reprezentările unitare ale evenimentelor care au loc de-a lungul timpului, combinând caracteristici discontinue temporal într-un singur obiect perceptiv din memorie (Allen și colab., 2007; Kholodar-Smith și colab., 2008a; Kent și Brown, 2012). Neuronii PER prezintă o declanșare persistentă provocată de stimularea sinaptică în Vitra și pot dura mai mult de un minut după oprirea stimulării, ceea ce sugerează că neuronii PER sunt capabili de a lega evenimentele prin goluri temporale (Navaroli și colab., 2012). Cel mai recent, s-a demonstrat că reducerea activității sinaptice în proiecțiile mediale PFC-PER elimină memoria pentru secvențele bine antrenate de mirosuri (Jayachandran și colab., 2019).

Cu toate acestea, este important de menționat că există o variație considerabilă a paradigmelor utilizate în experimentele de mai sus, ceea ce face dificilă înțelegerea completă a contribuțiilor specifice ale HC, PFC și PER. În primul rând, paradigmele variază în ceea ce privește tipul de memorie temporală pe care o subliniază, inclusiv memoria pentru ordinea relativă a evenimentelor (de exemplu, B a avut loc înainte de D) pentru secvența specifică în care au avut loc (de exemplu, A a fost urmat de B, apoi de C, apoi D) sau pentru separarea temporală între elemente (de ex. A a avut loc acum ~ 5 min, B~l min în urmă; vezi Friedman, 1993; Allen & Fortin, 2013). În al doilea rând, unele paradigme implică incidente

învățarea, un aspect cheie al memoriei episodice (Zhou et al., 2012), în timp ce alții (în primul rând la rozătoare) recompensează prezentările de stimuli sau judecățile ordonate. În al treilea rând, unele paradigme implică serii de evenimente unice, o caracteristică cheie a memoriei episodice, în timp ce altele implică prezentări repetate ale acelorași evenimente. În cele din urmă, unele paradigme, de asemenea, de obicei la rozătoare, implică liste scurte de stimuli (2 sau 3 articole), astfel încât sondele de comandă trebuie să includă primul și/sau ultimul eșantion. În astfel de cazuri, judecățile de memorie temporală nu pot controla efectele de primație sau de recentitate, care pot avea ca rezultat diferențe în puterea memoriei între elemente și pentru faptul că s-ar putea rezolva prin amintirea doar a unuia dintre elementele eșantionului (de exemplu, animalul și-ar putea aminti doar ultimul articol și apoi evitați-l în testul sondei).

Obiectivul prezentului studiu este de a ajuta la integrarea constatărilor anterioare prin evaluarea concomitentă a contribuției HC, PFC și PER la memoria comenzii și a articolelor folosind o nouă paradigmă la șobolan. În primul rând, bazându-ne pe abordările anterioare ale preferințelor spontane, am dezvoltat o sarcină care testează ordinea incidentală și memoria articolului pentru serii de evenimente unice pentru încercare. În special, sarcina folosește o serie lungă de evenimente (5 prezentări de miros), care atenuează influența efectelor de primație și recentitate, reduce posibilitatea de a folosi memoria pentru un singur articol în judecățile de ordine și oferă, de asemenea, o paralelă mai bună cu studiile umane. În al doilea rând, am efectuat daune selective la HC, PFC sau PER și am comparat direct performanța fiecărui grup în memoria comenzii și a articolelor pentru aceeași serie de evenimente. Am descoperit că noua noastră abordare a condus la o memorie robustă a comenzilor și a articolelor și că HC, PFCor PER deteriorează selectiv memoria comenzilor. Aceste descoperiri sugerează că o rețea largă de structuri este critică pentru învățarea întâmplătoare a ordinii evenimentelor din memoria episodică.

METODE

Subiecte

Subiecții au fost șobolani masculi Long Evans cântăriți 250-300 g la sosire (n= 52). Șobolanii au fost adăpostiți individual în cuști dreptunghiulare transparente din policarbonat și menținuți într-un ciclu de 12 ore lumină-întuneric (luminile stinse la 8:00 dimineața). Toate testele comportamentale au avut loc în faza de întuneric (perioada activă) în condiții de iluminare roșie ambientală. Accesul la alimente și apă a fost nerestricționat înainte de operație. După operație, șobolanii au fost ușor limitati la hrană pentru a menține 85% din greutatea corporală pentru hrănire gratuită, cu acces liber la apă pe tot parcursul testării. Toate metodele chirurgicale și comportamentale au respectat Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din California Irvine.

Interventii chirurgicale

Leziunile excitotoxice au fost produse folosind perfuzii locale de NMDA (Sigma, St. Louis, MO). Anestezia generală a fost indusă (5 la sută) și menținută de izofluran (1-2,5 la sută) amestecat cu oxigen (800 ml/min). Șobolanii au fost apoi plasați în aparatul stereotaxic (Stoelting Instruments, Wood Dale, IL) și scalpul a fost anesteziat cu Marcaine⑧ (7,5 mg/ml, {{10}},5 ml, sc). Craniul a fost expus în urma unei incizii pe linia mediană și s-au făcut ajustări pentru a se asigura că bregma, lambda și locurile ± 0,2 mm lateral față de linia mediană sunt nivelate. În timpul intervenției chirurgicale, tuturor șobolanilor li s-a administrat glicopirolat (0,2 mg/ml, 0,5 mg/kg, sc) pentru a ajuta la prevenirea dificultăților respiratorii și 5 ml soluție Ringer cu 5% dextroză (sc) pentru hidratare. După îndepărtarea osului care acoperă locurile de perfuzie ( vezi mai jos), NMDA a fost perfuzat în creier folosind o seringă 33-calibre 10μ (Hamilton Company, Reno, NV) condusă de o pompă de perfuzie motorizată (World Precision Instruments, Sarasota. FL) montată pe un braț manipulator stereotaxic. Acul a rămas la locul injectării timp de 5 minute după perfuzia medicamentului pentru a permite difuzia. Coordonatele dorsoventrale (DV) au fost măsurate din dura mater. Subiecții au fost repartizați aleatoriu într-unul dintre cele cinci grupuri: HClesion, leziune PFC PER leziune, leziuni de control secundare ale cortexului vizual (V2) sau controale operate de simulare.

Leziuni de HC （n{{0}}）.一Secțiunea de os care acoperă cele șapte locuri de perfuzie HC a fost rezecata bilateral și a rămas hidratată în soluție salină sterilă în timpul perfuziilor. Sectiunea osoasa a fost returnata in urma perfuziilor. Trei situsuri HC dorsale bilaterale au fost vizate după cum urmează:-2.2 A/P,±1.0M/L,-3.0DV;{{7} }.0A/P, ±1,8/L,-2,8 D/V;{-4,0A/P, ±2,8 M/L, -2,6 D/V. Patru situsuri HC ventrale bilaterale au fost vizate după cum urmează: -4.8 A/P,±4,8 ML,6,5 D/V;-4.8 A/P,±4,5 M/L,{{29 }}.3D/V;-5.7 A/P,±4.9 M/L,-2.8,D/V;{-5.7A/,±5.1 ML, { {41}}.8 D/V. Fiecare situs HC a fost perfuzat cu 200-225 nLof NMDA (85 mM; 50 mg/mL) la 200-250 nL/min.

Leziuni PFC (n {{{0}}). — Găurile mici au fost forate dorsal la locurile de perfuzie care vizează cortexul prelimbic al PFC. PFC a fost perfuzat bilateral cu 25{{10}} nL NMDA (85 mM;50mg/mL)la 200 L/min(3,2A/R,±0,75 M/L,-3,0 D/V din dura)similar cu Sharpe și Killcross (2012). leziuni PER （n=11）. 一Două găuri au fost găurite bilateral (~-4 și {-7mm A/P, ~1 mm medial față de creasta temporală) pentru șuruburi de ancorare pentru a ține un distribuitor de țesut (Kholodar-Smith et al.2008a) . Mușchii temporali au fost apoi trasi pentru a expune oasele temporale și parietale până când arcul zigomatic a fost vizibil. Distribuitorul de țesut a fost fixat între șuruburile de ancorare și suprafața interioară a mușchilor temporali. Osul care acoperă cortexul temporal (~2 mmx5 mm) a fost rezecat și fragmentul a fost plasat în soluție salină sterilă. Fragmentul osos a fost returnat în urma perfuziilor. Seringa (ac fără miez; Hamilton Company, Reno, NV) a fost poziționată la un unghi de 45 de grade față de suprafața verticală a cortexului temporal, cu ochiul acului îndreptat ventral și posterior pentru a direcționa fluxul de NMDA către PER. Perfuziile NMDA (85 mM; 50 mg/mL) au fost făcute în locuri 7-8 (80 nL per perfuzie; 70 nL/min; distanțate egal la ~ 0,5 mm) acoperă extinderea rostrocaudală a PER de la -2.8 la-7.6 A/Prelativeto bregma (Burwell, 2001). S-au făcut șapte injecții atunci când un vas de sânge mare era prezent la locul de perfuzie dorit. Vârful acului a fost introdus ~ 1,5 mm în cortex față de dura.

Controale secundare ale cortexului vizual (V2) (n=8). - Găurile mici au fost forate dorsal la locurile de perfuzie V2. Locurile V2 au fost perfuzate cu 250 nL NMDA (85 mM) la 200 L/min (-4 .5 A/P,±2.5 M/L;-0.8 D/V din dura). Controale operate simulat (n=10). — Acești subiecți au suferit aceleași proceduri chirurgicale ca și grupul de leziuni corespunzător (număr: HC,4; PFC,4; PER,2), cu excepția faptului că nu s-a făcut perfuzie NMDA. În urma leziunilor, inciziile au fost suturate și îmbrăcate cu antibiotic topic. Șobolanii au fost înapoiați în cuștile lor de acasă și monitorizați până s-au trezit. La o zi după operație, șobolanilor li s-a administrat un analgezic (Flunixin, 50 mg/ml, 2,5 mg/kg sc.) și a fost aplicat un antibiotic topic pe locul inciziei. Șobolanii au fost lăsați să se recupereze după o intervenție chirurgicală timp de aproximativ două săptămâni înainte de testarea comportamentală.

Stimuli de miros

Odorantele au fost prezentate pe margele rotunde din lemn de 1" (Woodworks Ltd. Haltom City, TX), fiecare parfumat cu un condiment de uz casnic (vezi Feinberg et al., 2012). Mărgele au fost parfumate timp de 48 de ore într-un amestec de nisip pentru terenul de joacă și un singur condiment. condiment.Pentru fiecare șobolan, mirosurile au fost selectate pseudoaleatoriu pentru a contrabalansa mirosurile față de pozițiile în serie ale subiecților și pentru a evita mirosurile repetate.Mirosurile au fost selectate din următoarea listă: ienibahar, anason, busuioc, foi de dafin, cardamom, țelină, scorțișoară, cuișoare, coriandru , chimen, buruieni de mărar, fenicul, ghimbir, coajă de lămâie, nucșoară, rozmarin, salvie, maghiran, mentă, coajă de portocală, boia de ardei, cimbru și turmeric.Nisipul a fost inclus pentru a dilua mirosurile și a servi ca miros de fundal constant pentru toate mărgelele. Lista de mirosuri, precum și concentrațiile de mirosuri în nisip, au fost determinate empiric folosind o cohortă independentă de șobolani naivi pentru a asigura niveluri egale de preferință înnăscută față de mirosurile individuale (datele nu sunt afișate).Șobolanii au fost familiarizați cu margele de lemn înainte de testare. de plasarea mai multor margele neparfumate în cuștile lor de acasă timp de cel puțin două zile înainte de testarea comportamentală (Spinetta et al., 2008; O'Dell și colab., 2011; Feinberg et al., 2012). Familiaritatea cu margelele de lemn a asigurat că, în timpul testării, animalele și-au concentrat investigația asupra mirosului adăugat mărgelelor experimentale.

Testarea mirosului și a memoriei obiectelor

Șobolanii naivi au fost tratați pentru scurt timp de 3-5 zile după sosirea inițială și pe parcursul procedurilor comportamentale. Toate sesiunile comportamentale au fost efectuate în cușca de acasă a fiecărui șobolan. Testarea comportamentală a început după recuperarea postoperatorie și a avut loc în faza de întuneric (perioada activă) în condiții de iluminare roșie ambientală. Șobolanii au fost menținuți la 85% din greutatea lor de hrănire liberă în timpul testelor comportamentale, deoarece am constatat că șobolanii pilot ar investiga mărgelele mai mult și mai consecvent atunci când sunt ușor restricționați alimentar (vezi și Feinberg, et al. 2012). Cu o oră înainte de testarea comportamentală, buncărele pentru alimente și sticlele de apă au fost îndepărtate pentru a aclimatiza șobolanii la condițiile de testare. O serie de cinci mirosuri au fost prezentate ca o secvență de evenimente, fiecare prezentare de miros separată printr-un interval de 20 de minute (vezi Figura IA). Fiecare granulă a fost prezentată în centrul celui mai frontal cadran al cuștii și timpii de investigare (definiti ca adulmecare și amestecare în ~ 1 cm de mărgea) au fost înregistrate pe un computer laptop folosind software-ul ODLog. Important, pentru a asigura eșantionarea echivalentă a tuturor mirosurilor din serie, timpul petrecut pentru eșantionarea primului miros (disponibil pentru un total de 30 de secunde) a determinat cât timp i s-a permis fiecărui șobolan să probeze fiecare miros ulterior (de exemplu, dacă un șobolan am petrecut 4 s investigând mirosul A, ne-am asigura că mirosurile de la B la E au fost prelevate fiecare timp de 4 s). Sesiunile de testare în care un șobolan nu a explorat niciun miros de probă la același nivel cu primul miros (într-o fereastră de timp de 5 minute) nu au fost incluse în analiză. Pentru a preveni contaminarea încrucișată, fiecare sferă a fost aruncată după orice prezentare în timpul prelevării de probe sau testării, iar experimentatorul a schimbat mănușile de fiecare dată când s-a folosit o sferă nouă.

Memoria pentru ordinea în care au fost prezentate mirosurile și memoria pentru mirosurile în sine au fost apoi evaluate folosind o sondă de comandă și o sondă de articol (vezi Figura IA). Sonda de comandă a fost administrată la 60 de minute după lista de probe și a implicat prezentarea a două mirosuri din listă (B vs.D). Lucrările noastre pilot au indicat că șobolanii ar putea efectua și alte sonde de ordine peste nivelurile de șansă (de exemplu, A vs. C, C vs. D), dar că performanța ar putea varia (similar cu constatările din Fortin și colab., 2002). Astfel, aici a fost aleasă o singură pereche de miros pentru a maximiza puterea statistică. În concordanță cu lucrările anterioare (de exemplu, Dere și colab., 2005), ne așteptam ca animalele să-și exprime memoria pentru ordinea în care au avut loc evenimentele prin investigarea preferențială a elementului care a apărut mai devreme în serie. Sonda de memorie a articolului a fost administrată la 20 de minute după sonda comandată (~80 de minute după lista de probe) și a implicat prezentarea a două mirosuri: mirosul mijlociu din listă și un miros nou (C vs. X). Sonda articolului este un control important pentru a se asigura că șobolanii și-au amintit mirosurile prezentate pe listă, ceea ce este exprimat ca investigație preferențială a noului/ mirosului (față de mirosul întâlnit anterior). Rețineți că atât pentru sondele de comandă, cât și pentru cele de articole, margelele au fost plasate în același cadran cușcă ca și granul de probă și poziționate la aproximativ 3 cm una de cealaltă (a se vedea Figura 1B), cu poziția stânga/dreapta contrabalansată între șobolani. Timpul de explorare pentru fiecare mărgele a fost înregistrat în ODLog.

Condiție de secvență prezentată rapid

Am testat, de asemenea, aceleași grupuri într-o versiune mai provocatoare a paradigmei, în care secvența de itemi este prezentată mai rapid (~45s între itemi). Toate procedurile, inclusiv intervalele de retenție înainte de sondele de memorie a comenzii și a articolului (60 și, respectiv, 80 de minute), au fost de altfel identice.

Condiție de control al puterii memoriei

Am efectuat un experiment de control într-o cohortă separată de animale naive pentru a ține seama de posibilitatea ca performanța sondei comandate să depindă pur și simplu de diferențele în puterea memoriei elementelor eșantionate. Aici, șobolanilor li s-a dat o serie de cinci mirosuri, fiecare prezentare a mirosului fiind separată printr-un interval de 20 de minute care se potrivește cu parametrii principali ai sarcinii. Ulterior, fiecărui șobolan i s-a prezentat un miros din secvență alături de un miros nou (de exemplu, As.V, VBS.W, Cvs.X, Dvs.Y, E.vs.Z). Intervalul dintre ultimul miros de probă și Testul sondei a fost de 60 min. Fiecare șobolan a primit cinci sesiuni (într-un mod contrabalansat), în care au fost făcute toate comparațiile (o comparație per sesiune). A fost testată doar o singură poziție de secvență pe sesiune, pe zi, cu cel puțin o zi liberă între sesiunile de testare. Fiecare sesiune a implicat un nou set de mirosuri care nu se suprapun.

Analiza datelor

Valorile DI variază de la plus 100 până la -100 procente . Valorile pozitive corespund unei preferințe față de mirosul anterior din sonda comandată și mirosul nou din sonda articolului. Scorurile negative corespund unei preferințe față de mirosul ulterior din sonda comandată sau mirosul întâlnit anterior în sonda articolului. Un scor de zero indică nicio preferință pentru niciun miros (șansă"). Scorurile DI semnificativ diferite de zero sunt interpretate ca dovezi de ordine sau, respectiv, de memorie a articolului. Fiecare animal a fost testat de trei ori pentru fiecare sarcină (folosind seturi diferite de mirosuri) și scorul mediu al fiecărui șobolan a fost utilizat pentru analiza datelor.

Statisticile au fost efectuate folosind Prism 8. Datele de grup au fost analizate utilizând analiza varianței (ANOVA) cu teste post-hoc controlând numărul de comparații efectuate (folosind teste Holm-Sidak sau corecția Bonferroni). Datele de grup sunt exprimate ca medie ± eroarea standard a mediei (SEM). Semnificația statistică a fost determinată folosind p<>

Histologie

Șobolanilor li s-a administrat o supradoză de pentobarbital de sodiu (Euthasol, 390 mg/ml, 150 mg/kg, ip) și au fost perfuzați transcardial cu 100 ml PBS urmat de 200 ml de paraformaldehidă 4 procente (pH 7,4; Sigma-Aldrich, St. Louis). , MO), Creierele au fost post-fixate peste noapte în paraformaldehidă 4% și apoi plasate într-o soluție de zaharoză 30% pentru crioprotecție. Creierele înghețate au fost secționate pe un microtom glisant (50 um; orientare coronală) în patru seturi de secțiuni imediat adiacente pentru o colorație de violet cresil specifică corpului celular și o colorare NeuN specifică neuronului. Metodele exacte pentru fiecare pată sunt descrise în detaliu în altă parte (a se vedea Materialele suplimentare de la Kholodar-Smith et al., 2008a).

Analiza leziunilor

Folosind software-ul Image J și Photoshop (versiunea CS6), amploarea leziunilor neurotoxice la HC, PER, PFC și V2, precum și cortexul entorinal lateral, cortexul infralimbic și cortexul cingulat anterior a fost estimată pe baza secțiunilor seriale colorate cu NeuN. .

REZULTATE

Extinderea leziunii

Leziuni HC. - Subiecții lezionați cu HC au avut leziuni mari și complete la întregul HC, în timp ce fibrele înconjurătoare au fost scutite (Figura 3A). A existat o lipsă clară de țesut HC în întreaga extindere rostral-caudală a creierului. Analiza bidimensională a zonei leziunii a fost efectuată folosind secțiuni colorate cu NeuN. În general, 85,5 ± 2,52 la sută din hipocamp a fost lezionat. Nu a existat nicio diferență în ceea ce privește daunele produse în emisfera stângă (85,72±2,77%) față de emisfera dreaptă (85,36±2,26%) -Test).

Leziuni PFC. - Subiecții lezionați cu PFC au avut leziuni mari la cortexul prelimbic (PL) și într-o măsură mai mică la cortexul infralimbic (IL; Figura 3B). PL, IL și ACC au fost incluse într-o analiză cantitativă bidimensională a zonei leziunii. PL a fost cel mai deteriorat (40,34 ± 3,25 la sută), urmat de IL (18,23 ± 5,85 la sută) și a existat foarte puține daune la ACC (5,03 ± 1,60 la sută). Cantitatea de deteriorare a PL este similară cu ceea ce a fost găsit anterior cu o tehnică de leziune similară (DeVito & Eichenbaum, 2011), cu toate acestea, amploarea daunelor la regiunile extra-PL a fost mult redusă în acest studiu. Astfel, în ciuda daunelor minore în afara regiunii, orice efecte ale acestor leziuni reflectă probabil în primul rând funcția PL. Folosind un test t-eșantioane pereche, nu am găsit nicio diferență semnificativă în deteriorarea PL în emisfera stângă (37,96±3,55 la sută) în comparație cu emisfera dreaptă (42,72±3,86 la sută ;t{{26} }.40,p=0.09).

Leziuni PER.-La subiecții cu leziuni PER, leziunile au fost centrate în țesutul cortical din jurul șanțului rinal mijlociu-posterior (Figura 3C) cu 58,32±4,27% din întreaga extensie a PER lezionat (A/P-2). 0 la-7.2). Majoritatea daunelor s-au produs în PER(A/P-4.0 până la-7.2), unde media generală a daunelor a fost de 80,23±4,54 la sută . Folosind un test t cu mostre pereche, am constatat că nu există nicio diferență în deteriorarea PER posterioară în emisfera stângă (76,34±5,30 la sută) în comparație cu emisfera dreaptă (84,13 ±5,08 la sută ;t10=-1.62 ,p=0.14). Au existat, de asemenea, leziuni minore ale părții cortexului entorrinal lateral (LEC) situată imediat ventral în zona 35 din PER (36,71±4,21%). Cantitatea de deteriorare este similară cu cea care a fost găsită anterior atunci când se folosește această tehnică de leziune (Kholodar-Smith și colab., 2008a; Feinberg și colab. 2012).

Leziuni V2.-Șobolanii leziuni V2 au servit drept control negativ pentru a demonstra că deteriorarea cortexului care acoperă HC, într-o regiune care nu era asociată anterior cu memoria secvenței, nu afectează performanța în sarcina noastră. Daunele au fost în mare parte limitate la V2, cu 40,38±3,27% daune în ansamblu la șobolani. La patru dintre șobolani, a existat leziuni minore la CAl unilateral, iar la doi șobolani a existat leziuni minore la CAl bilateral. Cu toate acestea, această deteriorare nu părea să le afecteze performanța nici la sondele de comandă, fie de articole.

Leziuni simulate. — HC, PFC și PER (n{0}}, 4 și, respectiv, 2) șobolani nu au prezentat nicio dovadă vizibilă de leziuni cerebrale, așa cum au fost evaluate cu colorații histologice NeuN. Astfel, simulatoarele au fost interpretate ca având capacități neuronale complete și normale în timpul tuturor experimentelor comportamentale și au fost combinate pentru analizele ulterioare.

Memorie pentru comenzi și articole

După cum era de așteptat, nivelurile de performanță au fost la fel de ridicate la animalele operate de simulare și la V2. animalele lezate, așa că le-am combinat pentru a forma grupul de control.

Performanță la sonde de memorie de comandă.

A fost utilizată un ANOVA unidirecțional pentru a examina diferențele de indice de discriminare (DI) pe sonda comandată între grupurile de leziuni. A existat un efect principal semnificativ al grupului (Fy,48=5.084, p=0.0039), iar comparațiile post-hoc au arătat că grupul de control a fost semnificativ diferit de grupurile HC, PFC și PER (Holm -Sidak testează p-urile<0.05).one-sample-tests showed="" that="" the="" control="" group="" was="" significantly="" different="" from="" chance(di="0;" t17=""><0.0001),but the="" lesioned="" groups="" were="" not(hc:tu0="0.8667,p=0.4064;PFC:to" =1.941,p="0.0783;PER:t10=1.310,p=0.2196)." to="" limit="" the="" number="" of="" posthoc="" tests,="" pairwise="" comparisons="" among="" hc,="" pfc,="" and="" per="" groups="" were="" not="" directly="" tested;="" instead,="" group="" differences="" were="" examined="" using="" a="" group="" x="" probe="" interaction="" (see="" below).="" see="" figure="" 2a="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Performanță la sondele de memorie de articole.

A one-way ANOVA on item memory performance did not show a significant difference across groups(Group effect: F3.48= 1.167,p=0.3320), and no group was significantly different from the control group (Holm-Sidak tests p's>0.05). Folosind teste t cu un singur eșantion împotriva hazardului (DI=0), toate grupurile au demonstrat o preferință semnificativă pentru mirosul nou (miros X) în comparație cu mirosul prezentat în secvența (mirosuri; toate p<0.001). see="" figure="" 2b="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Compararea directă a sondelor de comandă și articole.

A fost utilizată un ANOVA cu măsuri repetate în două sensuri pentru a compara performanța grupului între tipurile de sonde. Am găsit efecte principale semnificative ale Grupului (F,48=5.80,p=0.002) și Sondei (F1.{48=32}.55,p<0.001).however, the="" group="" x="" probe="" interaction="" did="" not="" reach="" significance="" (f3,48="1.96," p="0.133)indicating" that="" the="" pattern="" of="" results="" did="" not="" significantly="" differ="" across="" lesion="" groups,="" post-hoc="" comparisons="" revealed="" that="" di="" scores="" were="" significantly="" lower="" on="" the="" order="" probes="" relative="" to="" the="" item="" probes="" for="" the="" hc,="" pfc="" and="" per="" groups="" (bonferroni-corrected="" one-sample="" t-tests;=""><0.017), whereas="" the="" control="" group="" showed="" no="" significant="" difference.="" these="" findings="" strongly="" suggest="" that="" the="" deficit="" observed="" is="" selective="" to="" order="" memory="" and="" cannot="" be="" attributed="" to="" a="" secondary="" impairment="" in="" item="" memory.="" these="" data="" are="" displayed="" in="" the="" form="" of="" difference="" scores="" (dlorder-ditem)="" in="" figure="">

Condiții de control și analize

Prezentarea rapidă a listei de mostre.

Pentru a disocia performanța între grupuri, am testat aceleași animale pe o versiune mai provocatoare a sarcinii în care lista de mostre a fost prezentată mai rapid (~ 45 de secunde între articole). Am constatat că toate grupurile au prezentat o memorie puternică a elementelor (efect de grup nesemnificativ: F3,41=1.48,p=0.24; toate grupurile au prezentat teste t cu un singur eșantion deasupra 0 ,p<0.05).however, none="" of="" the="" groups,="" including="" the="" control="" group,="" showed="" clear="" order="" memory="" under="" this="" condition(non-significant="" group="" effect:="" f,41="1.09,p=0.365;" mean="" di="" for="" all=""><0.2), which="" makes="" it="" difficult="" to="" further="" interpret="" these="">

Forța memoriei.

We ran a control experiment in a separate cohort of naive animals to determine whether the memory strength of the different sample odors was significantly different at the time of the ordered probe. We found no significant differences in item memory across odor positions (F4.20=0.88,p=0.49), suggesting that all positions are remembered equally well (i.e., they have the same memory strength). Furthermore, all odor positions were significantly greater than chance exploration times for the novel odor(DI>0). Astfel, este foarte puțin probabil ca puterea memoriei să poată explica judecățile memoriei de ordine în paradigma noastră.

Prelevarea de probe de miros.

Prima miros a fazei de probă a fost disponibilă șobolanului pentru un total de 30 de secunde. În general, șobolanii l-au investigat în mod activ timp de 4,14 ± 1,49 s (medie ± 1 std; medie pe 3 sesiuni pentru fiecare subiect). Acest timp de eșantionare a fost comparat între sesiuni și grupuri de leziuni folosind un ANOVA cu măsuri repetate. Am descoperit că șobolanii și-au redus timpul de eșantionare în cele trei sesiuni (medii de 4,82 s, 4,67 s, respectiv 4,13 s; efectul principal semnificativ al timpului de eșantionare; F,.138=24.06,p<0.001), but="" that="" this="" effect="" did="" not="" differ="" across="" groups(non-significant="" session="" lesion="" interaction;f9,138="1.18,p=0.31).There" was="" a="" significant="" main="" effect="" of="" group="" (f146="3.339," p="0.027)," though="" the="" means="" were="" very="" close(3.85s,4.39s,="" 5.00s,="" and="" 3.88s="" for="" controls,="" hc,="" pfc,="" and="" per,="" respectively).="" a="" post-hoc="" holm-sidak="" test="" revealed="" slightly="" longer="" sample="" times="" in="" pfc="" animals="" relative="" to="" controls=""><0.037), but="" no="" other="" group="" differences="" were="" observed(p's="">0.05). Este puțin probabil ca această diferență de grup mic să ne fi încurcat rezultatele; deși acest lucru ar fi putut duce la performanțe puțin mai mari de ordine și de memorie a articolelor în grupul PFC. Foarte important, acest efect este în esență luat în considerare de scorurile diferențelor prezentate în Fig 2C. Controlul cheie aici este că, pentru fiecare animal, am echivalat timpul de investigare într-o prezentare a secvenței.

Discuţie

Folosind o nouă paradigmă de memorie incidentală, am evaluat efectele deteriorării selective a HC, PFC sau PER asupra memoriei comenzii și articolelor. Am descoperit că fiecare dintre cele trei grupuri de leziuni a fost afectată semnificativ în memoria comenzii în raport cu controalele și că deficitele au fost de magnitudine comparabilă. Este important, de asemenea, am constatat că toate grupurile de leziuni au prezentat o memorie normală a elementului, ceea ce indică faptul că capacitatea lor de a-și aminti elementele prezentate a rămas intactă (adică, deficitul lor a fost specific unei incapacități de a-și aminti ordinea). În timp ce aceste structuri s-au dovedit anterior a fi importante pentru diferite forme de memorie temporală, au existat variații considerabile în cerințele sarcinilor între studii și, prin urmare, necesitatea de a evalua contribuțiile lor în cadrul aceluiași experiment. Prezentul studiu ajută la integrarea acestor constatări anterioare, demonstrând că HC, PFC și PEReach joacă un rol cheie în amintirea secvențelor de evenimente unice ale procesului, o caracteristică fundamentală a memoriei episodice.

Integrarea caracteristicilor cheie ale memoriei episodice într-o singură paradigmă

Memoria episodică implică reamintirea seriei de experiențe din viața noastră de zi cu zi, care sunt codificate incidental și recuperate după cum este necesar (Tulving, 1972; Allen & Fortin, 2013). Prin urmare, atunci când modelăm memoria episodică la animale, este important să surprindem natura incidentală a codificării episodice (de exemplu, Dere et al., 2005; Zhou et al, 2012). Pentru a face acest lucru, am dezvoltat o versiune incidentală a unei paradigme folosit anterior pentru a evalua ordinea și memoria articolului, în care animalele au fost recompensate în mod explicit în timpul eșantionării articolelor și a testelor cu sonde (Fortin și colab., 2002).

Această paradigmă depășește eforturile anterioare prin integrarea într-o singură abordare a caracteristicilor cheie ale altor modele de memorie episodică (de exemplu, Chiba și colab., 1994; Mitchell și Laiacona, 1998; Fortin și colab., 2002; Kesner și colab., 1994; al, 2002; Hannesson și colab., 2004a, b; Babb și Crystal, 2006; DeVito și Eichenbaum, 2011; Barker și Warburton, 2011; Warburton și colab, 2013). În primul rând, pentru a se concentra pe codificarea și extragerea accidentală, prezentările de mirosuri nu au fost recompensate în timpul listei de probe sau testelor cu sonde. În schimb, am profitat de tendința rozătoarelor de a explora în mod preferențial stimuli noi pentru a evalua memoria, o abordare care a fost dezvoltată și validată de alții (vezi Ennaceur, 2010). Mai precis, atunci când li s-au prezentat doi stimuli, am constatat că animalele de control au explorat de preferință primul dintre cele două elemente de pe sonda comandată și mirosul nou pe sonda de articol, pe care l-am folosit ca indicator al ordinii și, respectiv, al memoriei articolului. Credem că preferința pentru mirosul mai devreme este o strategie relevantă din punct de vedere etologic, legată de comportamentul optim de hrană (de exemplu, șobolanul este mai probabil să găsească hrană sau apă completate într-o poziție mai devreme decât una ulterioară, deoarece a trecut mai mult timp; se Allen & Fortin ,2013). Acest comportament ar putea fi susținut prin asocierea unor elemente specifice cu poziția lor secvențială sau cu reprezentarea contextului temporal sau prin asociații perechi secvențial (de exemplu, Allen et al.2014.Jayachandran et al,2019; Long & Kahana,2019). În al doilea rând, pentru a concentra codificarea asupra stimulului olfactiv, mirosurile au fost prezentate pe margele de lemn care de altfel sunt identice în toate celelalte atribute senzoriale și fiecare mărgele a fost folosită o singură dată pentru a evita contaminarea cu animalul sau cu așternutul (vezi Feinberg, et al., 2012). În plus, toate margelele au fost prezentate în aceeași locație, iar configurațiile stânga-dreapta de pe testele cu sonde au fost contrabalansate pe animale și sesiuni, pentru a face locația spațială irelevantă pentru performanță. În al treilea rând, pentru a controla posibilitatea ca memoria de comandă să se datoreze pur și simplu diferențelor în puterea memoriei dintre cele două articole, ne-am asigurat că timpul de investigare este echivalent între mirosuri (pentru fiecare listă și animal). În cele din urmă, am folosit o listă de mostre mai lungă decât alte paradigme (în acest caz, 5 prezentări de miros). Utilizarea a cinci articole din lista de mostre ne-a permis să ne concentrăm sondele de ordine și articole pe cele trei elemente din mijloc, care s-au dovedit a avea o putere de memorie comparabilă în experimentul nostru de control (Dl de ~ 0,6) și să evităm sondele de comandă care implică primul sau ultimul eșantion de elemente (care pot fi confundate de efectele de primație sau recent).

O constatare comportamentală neașteptată a fost că versiunea rapidă a sarcinii (~ 45 s între elemente în timpul eșantionării) nu a reușit să arate o memorie de ordine fiabilă în controale. În timp ce munca noastră pilot a arătat că această versiune rapidă ar putea avea ca rezultat o memorie detectabilă a comenzii, grupul de control din studiul de față nu a fost semnificativ diferit de întâmplare. O privire mai profundă asupra performanței animalelor individuale de control sugerează că un subset s-a comportat ca animalele noastre pilot, în timp ce restul nu a reușit să arate efectul, ceea ce a dus la o variabilitate crescută. Utilizarea ulterioară a acestei sarcini poate beneficia de variarea sistematică a lungimii intervalului pentru a ajuta la luminarea relației dintre întârzierile articolelor și fiabilitatea/puterea memoriei comenzilor rezultate.

Contribuții ale HC, PFC și PER la memorie pentru ordinea evenimentelor

În sonda comandată, am constatat că martorii, un grup care combină HC, PFC și PER, precum și leziuni V2 (un control negativ), au demonstrat o preferință semnificativă pentru mirosul care a apărut mai devreme în secvență (miros B), sugerând că au memorie intactă pentru ordinea evenimentelor. Cu toate acestea, șobolanii cărora li s-a administrat o leziune fie HC, PFC sau PER au arătat o lipsă de preferință fie pentru mirosul B, fie pentru D și, prin urmare, nicio dovadă a memoriei ordinii. Pe sonda de articole, toate grupurile au demonstrat o preferință semnificativă pentru mirosul nou (miros X), sugerând că au o memorie comparabilă pentru articolele prezentate pe listă și, prin urmare, că deficitul de memorie a comenzii nu a fost doar o consecință a unui eșec. pentru a aminti mirosurile prezentate. Această constatare a memoriei articolelor economisite în urma deteriorării HC, PFC sau PER este în concordanță cu rapoartele anterioare. De exemplu, s-a arătat anterior că HC sau PFC nu sunt necesare pentru discriminările de noutate (Feinberg și colab., 2012; Barker, și colab., 2007; Fortin, și colab., 2002; Mitchell și Laicona, 1998). Mai mult, într-o sarcină conexă, leziunile PER nu au condus la deficite în memoria recunoașterii mirosurilor pentru tipul de odorante utilizate aici (mirosuri casnice) la oricare dintre intervalele de retenție testate (5 min până la 48 ore), deși recunoașterea mirosurilor sociale/mirosurilor. a fost afectată la intervale lungi de retenție (Feinberg, et al.2012).

Descoperirile noastre sunt în concordanță cu studiile anterioare ale leziunilor la rozătoare, care au implicat HC în memorie folosind o varietate de paradigme (Kesner & Novak, 1982; Chiba, et al 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin, et al, 2002; Kesner). , et al.2002;DeVito &Eichenbaum,201l;Barker & Warburton,2011;2013) și cu studii neuropsihologice și neuroimagistice la oameni (Cabeza et al,1997;Hayes et al,2004; Kumaran &Maguire,2006;Lehn, et al. ,2009;Ross et al.,2009;Ekstrom et al.2011;Tubridy &Davachi,2011;Hsieh et al.,2014;Davachi& Dubrow,2015;Reederset al.,2018; pentru revizuire Long & Kahana,2019). Descoperirile noastre se bazează pe aceste studii anterioare, arătând că HC joacă un rol cheie în codificarea incidentală și regăsirea secvențelor de episoade non-spațiale, după controlul influenței de confuzie a efectelor primat și recent. Modul în care HC îndeplinește această funcție rămâne de stabilit. S-a demonstrat că neuronii HC oferă informații despre contextul temporal în care au avut loc evenimentele (de exemplu, Manns și colab., 2007; MacDonald și colab., 2013; Allen et al. 2016), iar HC se crede că folosește acest tip de semnal spațiotemporal. pentru a forma amintiri episodice prin legarea informațiilor despre evenimente individuale cu contextele spațiale și temporale în care acestea au avut loc (Allen & Fortin, 2013; Knierim, 2015; Eichenbaum, 2017). Elucidarea acestui proces va necesita înregistrarea activității electrofiziologice în timpul codificării accidentale și regăsării unei secvențe de evenimente.

PFC a fost, de asemenea, implicat în memoria ordinii atât în ​​sarcinile de discriminare spațială, cât și de obiecte la rozătoare (Barker și colab., 2007; Hannesson și colab., 2004a, b; DeVito & Eichenbaum, 2011; Mitchell & Laicona, 1998; Fuster, 2001) și oameni (Staresina & Davachi, 2009; Jenkins & Ranganath, 2010; Tubridy & Davachi, 2011; Allen & Fortin, 2013). Datele noastre sunt în concordanță cu aceasta și contribuie la numărul tot mai mare de dovezi că PFC este necesar pentru memoria incidentală pentru secvențele de episoade non-spațiale. Descoperiri recente sugerează că PFC poate fi implicat în controlul modului în care secvențele sunt recuperate din depozitele de memorie HC în funcție de cerințele comportamentale curente (Jayachandran și colab., 2019: Schmidt și colab. 2019). Studiile viitoare care utilizează inactivări tranzitorii în această sarcină pot fi utile în elucidarea rolului specific al PFC în codificarea și regăsirea secvențelor de evenimente unice ale procesului.

Deși s-a demonstrat că tăcere terminalele PFC ale medaliei în PER s-a dovedit a perturba memoria secvenței (Jayachandran și colab., 2019), acesta este primul raport care arată că leziunile la PER provoacă un deficit specific memoriei ordinii incidentale. Acest efect este în concordanță cu dovezile anterioare conform cărora PER este implicat în legarea amintirilor temporale în condiționarea fricii și unificarea stimulilor discontinui (Kholodar-Smith, et al., 2008a,b; Navaroli, 2012). În plus, Barker și colab. (2007) au raportat că șobolanii cu leziuni PER au deficite în memoria de ordine, dar selectivitatea acestui efect a fost neclară, deoarece au găsit și deficite semnificative în memoria de recunoaștere. Există, de asemenea, îngrijorarea că studiul lor s-a bazat pe recunoașterea obiectelor, care este sensibilă la leziunile PER (de exemplu, Murray & Richmond.2001; Bussey și colab.,2005) și că secvența lor a fost compusă doar din doi itemi care pot fi confundați. prin efecte de primat şi de recentitate. Efectele PER observate aici clarifică faptul că rolul PER în memorie se extinde dincolo de percepția obiectelor cu mai multe caracteristici, arătând că efectele leziunilor pot fi specifice memoriei pentru ordine, PER este cunoscut a fi implicat în modularea fluxului de informații între HC, PFC , și regiunile entorrinale (de exemplu, Paz și colab. 2007), iar acest rol modulator poate fi cheie pentru codificarea și regăsirea secvențelor de evenimente.

Concluzii

Am dezvoltat o nouă paradigmă de ordine incidentală și memorie de articole care integrează caracteristici cheie din alte modele de memorie episodică și am demonstrat că HC, PFC și PER sunt toate esențiale pentru memoria comenzilor. Deși acestea sunt constatări importante, principalul neajuns al studiului este că modelul rezultatelor nu a fost semnificativ diferit între cele trei grupuri de leziuni și, prin urmare, nu a aruncat lumină asupra contribuțiilor respective ale acestor structuri. Incapacitatea noastră de a găsi diferențe între grupurile de leziuni s-a datorat în primul rând designului experimental, care a inclus multe grupuri. În timp ce acest design ne-a permis să testăm rolul fiecărei structuri în cadrul aceluiași experiment (un obiectiv cheie al studiului), comparațiile în perechi între grupurile lezionate au fost nepractice din cauza necesității de a controla numărul de teste posthoc efectuate. Am sperat că versiunea prezentată rapid a acestei sarcini ar putea ajuta la diferențierea rolurilor acestor structuri pe intervale de timp, dar, din păcate, acea versiune alternativă nu a dus la o memorie robustă a ordinii la subiecții de control. Un alt factor care ar fi putut contribui, de asemenea, la lipsa de diferențiere între efectele HC, PFC și PER este utilizarea leziunilor pre-antrenament, care a afectat toate etapele memoriei (adică, consolidarea codificării și recuperarea). Studiile viitoare care utilizează inactivări tranzitorii pot fi mai potrivite pentru a dezvălui deficiențe diferențiale, oferind o oportunitate de a viza o anumită etapă. În mod colectiv, aceste constatări sugerează că HC, PFC și PER fac parte dintr-o rețea largă de structuri esențiale pentru învățarea accidentală a ordinii. a evenimentelor din memoria episodică. Elucidarea naturii specifice a contribuțiilor lor respective, precum și a mecanismelor neuronale subiacente, va necesita investigații suplimentare.