L-Inattivazzjoni Optoġenetika tas-Septum Medjali Tfixkel il-Formazzjoni tal-Memorja għar-Rikonoxximent tal-Oġġetti fit-Tul

Astratt

Theta hija waħda mill-oxxillazzjonijiet sinkroniċi extraċellulari l-aktar prominenti tal-moħħ tal-mammiferi. Hippocampaltheta tiddependi fuq septum medjali intatt (MS) u ġiet irreġistrata b'mod konsistenti matul il-fażi ta 'taħriġ ta' xi paradigmi ta 'tagħlim, li jissuġġerixxi li jista' jkun implikat fl-ipproċessar tal-memorja fit-tul dipendenti mill-hippocampus.

L-ipproċessar tal-memorja huwa funzjoni importanti fil-moħħ tal-bniedem. Tinvolvi proċessi bħall-identifikazzjoni, il-kodifikazzjoni, il-ħażna, u l-irkupru tal-informazzjoni. Hija kapaċità importanti fil-ħajja tagħna ta’ kuljum li hija relatata mill-qrib mat-tagħlim, ix-xogħol, l-interazzjoni soċjali, u aspetti oħra. Il-memorja tirreferi għall-kapaċità tal-moħħ tal-bniedem li jżomm l-informazzjoni, li tiddetermina l-abbiltà tagħna li nitgħallmu minn esperjenzi tal-passat u napplikawhom għall-ħajja futura.

L-ipproċessar tal-memorja huwa l-bażi għat-titjib tal-memorja. Permezz ta 'kapaċitajiet effiċjenti ta' pproċessar tal-memorja, nistgħu nikkodifikaw, naħżnu u nġibu informazzjoni aħjar, u b'hekk intejbu l-memorja. Meta neħtieġu li jimmemorizzaw biċċa informazzjoni, l-ewwel irridu nidentifikaw u nikkodifikaw l-informazzjoni inizjalment, u mbagħad naħżnu l-informazzjoni kodifikata fil-bank tal-memorja fit-tul tal-moħħ. Fl-aħħarnett, meta jkollna bżonn nużaw din l-informazzjoni, nistgħu nġibuha permezz tal-irkupru. Jekk dawn il-proċessi jitwettqu b'mod effiċjenti, il-memorja tagħna titjieb b'mod naturali.

Naturalment, il-kapaċità tal-ipproċessar tal-memorja ma tinkisebx mil-lum għal għada u jeħtieġ li titjieb permezz ta 'taħriġ akkumulat maż-żmien. Pereżempju, f'termini ta 'informazzjoni ta' identifikazzjoni, nistgħu ntejbu s-sensittività tagħna għall-informazzjoni permezz ta 'eżerċizzju kontinwu, biex inwettqu rikonoxximent preliminari; f'termini ta 'kodifikazzjoni u ħażna ta' informazzjoni, nistgħu ntejbu l-effetti tal-memorja billi nużaw metodi bħal palazzi tal-memorja; F'termini tal-irkupru tal-informazzjoni, nistgħu ntejbu l-veloċità u l-eżattezza tal-irkupru permezz ta 'prattika ripetuta.

Fil-qosor, l-ipproċessar tal-memorja u l-memorja huma inseparabbli. Permezz ta 'taħriġ u akkumulazzjoni kontinwa ta' esperjenza, nistgħu ntejbu l-kapaċità tagħna tal-ipproċessar tal-memorja, u b'hekk intejbu l-memorja tagħna u nagħmlu ħajjitna aktar ikkuluriti. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn ntejbu l-memorja tagħna. Cistanche deserticola jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja minħabba li Cistanche deserticola huwa materjal mediċinali tradizzjonali Ċiniż b'ħafna effetti uniċi, li wieħed minnhom huwa li jtejjeb il-memorja. L-effikaċja tal-laħam ikkapuljat ġejja mid-diversi ingredjenti attivi li fih, inklużi l-aċidu, il-polisakkaridi, il-flavonoids, eċċ. Dawn l-ingredjenti jistgħu jippromwovu s-saħħa tal-moħħ b'diversi modi.

Ikklikkja Know Short-term Memory kif ittejjeb

Il-memorja għar-rikonoxximent tal-oġġetti (ORM) tippermetti lill-annimali jidentifikaw oġġetti familjari u hija essenzjali biex tiftakar fatti u avvenimenti. F'annimali gerriema, il-formazzjoni ta 'ORM fit-tul teħtieġ hippokampus funzjonali iżda l-involviment tal-MS f'dan il-proċess jibqa' kontroversjali. Sibna li t-taħriġ ta’ firien adulti maskili Wistar f’kompitu fit-tul ta’ tagħlim li jinduċi l-ORM li jinvolvi espożizzjoni għal żewġ oġġetti ta’ stimuli ġodda differenti, iżda ekwivalenti fl-imġieba żied il-qawwa ta’ hippocampaltheta, u li s-soppressjoni ta’ theta permezz ta’ inattivazzjoni optoġenetika ta’ MS ikkawża amnesija.

Importanti, l-amnesja kienet speċifika għall-oġġett li l-annimali kienu qed jesploraw meta l-MS kien inattivat. Meħuda flimkien, ir-riżultati tagħna jindikaw li l-MS huwa meħtieġ għall-formazzjoni ta 'ORM fit-tul u jissuġġerixxu li l-attività theta hippocampal hija marbuta b'mod kawżali ma' dan il-proċess.

Kliem ewlieni:

Ritmu Theta, Amnesja, Hippokampus, Oxxillazzjonijiet tal-moħħ, u Memorja fit-tul.

Test ewlieni

L-oxxillazzjonijiet newrali huma mudelli ritmiċi ripetittivi ta 'attività elettrika li jseħħu b'mod spontanju jew b'rispons għal stimuli. Teta hija newraloscillation bil-mod (5-10 Hz) li tinsab prinċipalment fl-ippokampus, b'mod partikolari fir-reġjun CA1, fejn hija aktar regolari u turi amplitudni massima [1]. Hippocampaltheta hija sensittiva għal leżjonijiet tas-septum medjali (MS) [2] u, għalkemm il-korrelati tal-imġieba tagħha għadhom ma ġewx idluċidati għal kollox, evidenza estensiva tindika li tappoġġja t-tagħlim [3-5].

Tabilħaqq, theta tiffaċilita l-potenzament fit-tul tal-hippocampal (LTP) [6], il-mudell ċellulari ewlieni tal-memorja fit-tul dipendenti mill-ippokampus. Il-memorja tar-rikonoxximent tal-oġġetti (ORM) tippermetti lill-annimali jiddeterminaw il-familjarità tal-oġġetti u hija vitali biex tiftakar avvenimenti u tippjana azzjonijiet. F'annimali gerriema, it-taħriġ f'paradigma ta 'tagħlim ibbażat fuq ORM jattiva diversi mogħdijiet ta' sinjalazzjoni relatati mal-plastikità u jinduċi LTP indorsali CA1, li jindika li l-ippokampus huwa essenzjali għall-formazzjoni ta 'ORM fit-tul [7-9]. Bil-maqlub, il-parteċipazzjoni tal-Istati Membri f'dan il-proċess għadha kontroversjali. Pereżempju, leżjonijiet septali li jfixklu l-memorja spazjali u tax-xogħol ma jaffettwawx l-ORM fit-tul[10, 11] iżda l-istimulazzjoni tal-MS attenwa d-defiċit fit-tul tal-ORM osservat fil-ġrieden epilettiċi billi żżid l-attività theta tal-hippocampal [12].

Għalhekk, bdejna biex nanalizzaw jekk theta hippocampal regolata mill-MS hijiex tabilħaqq assoċjata ma 'żamma ORM fit-tul. L-ewwelnett, iddeterminajna jekk il-formazzjoni ORM fit-tul taffettwax theta hippocampal. Biex nagħmlu dan, aħna impjantedelectrode arrays fir-reġjun dorsali CA1 ta 'firien adulti maskili Wistar (3 xhur, 300-350 g). Aħna mħarrġahom fil-paradigma ġdida tar-rikonoxximent tal-oġġetti, kompitu fit-tul li jinduċi l-ORM ibbażat fuq il-preferenza naturali tal-annimali gerriema għan-novità li tinvolvi espożizzjoni għal żewġ oġġetti ġodda differenti iżda ekwivalenti fl-imġiba A u Bin arena familjari ta’ kamp miftuħ għal {{10} }min (Fig. 1a) [13]. Kamera tal-vidjo diġitali mwaħħla 'l fuq mill-arena ġiet utilizzata għall-intraċċar, ir-reġistrazzjoni, u l-analiżi tal-pożizzjoni u l-imġiba tal-annimali bis-softwer tas-sistema ObjectScan (għad-dettalji ara Fajl Addizzjonali 1).

L-avvenimenti ta' esplorazzjoni kienu definiti bħala l-Epoki ta' {{0}}.5-s-tul jew akbar li matulhom l-annimali xammru u/jew imissu l-oġġetti ta' stimolu bil-geddum u/jew id-saqajn ta' quddiem. L-epoki l-oħra kollha Ikbar minn jew ugwali għal 0.5 s indurazzjoni tqiesu bħala avvenimenti inter-esplorazzjoni u, minn dawn, ikkunsidrajna biss dawk li matulhom il-veloċità medja tal-lokomozzjoni kienet Inqas minn jew ugwali għall-veloċità tal-lokomozzjoni medja tal-avvenimenti kollha tal-esplorazzjoni. Avvenimenti dejjiema< 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). 

L-attività esploratorja kienet osservata matul is-sessjoni ta’ taħriġ (Fig. 1b). L-attività Teta kienet evidenti wkoll matul din is-sessjoni (Fig. 1c), iżda l-qawwa theta, li tbassar it-tagħlim [14], kienet partikolarment għolja waqt l-esplorazzjoni tal-oġġett (Fig. 1d, e ). Tabilħaqq, l-analiżi tal-ispettra tal-qawwa wriet li thetapower matul epoki ta' esplorazzjoni tal-oġġetti kienet 36±7% ogħla milli matul perjodi ta' inter-esplorazzjoni (Fig. 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 fit-test ta' tqabbil multiplu ta' Bonferroni wara RM one-way 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 għal thetapower; Obj A vs Obj B, P=0.13 għall-ogħla frekwenza fit-test ta' paraguni multipli ta' Bonferroni wara RM one-way ANOVA). Ġurnata waħda wara t-taħriġ, ir-retenzjoni ORM fit-tul ġiet evalwata billi l-annimali jerġgħu jiġu esposti għal oġġett familjari A u oġġett ġdid C. Kif mistenni, l-annimali preferenzjali esploraw l-oġġett ġdid fit-test (TT; Fig. 1h; t (5) { {9}}.95, P=0.0009 f'kampjun wieħed tat-test b'medja teoretika=50).

Il-funzjonament normali tal-MS huwa essenzjali għall-attività theta tal-hippocampal [2]. L-inattivazzjoni tal-MS ġiet użata qabel bħala għodda biex titneħħa l-hippocampal theta waqt it-tagħlim [15]. Preċedentement, urejna li l-istimulazzjoni tad-dawl isfar (565 nm) tal-MS tal-firien li jesprimu l-archaerhodopsin T tas-silencer newrali ottiku li sensittiv għad-dawl isfar (ArchT; ara Fajl addizzjonali 1 għal dettalji tekniċi) [16] tikkanċella malajr u b'mod riversibbli theta f'CA1 dorsali [17] . Għalhekk, biex tanalizza l-involviment tal-MS fil-formazzjoni tal-ORM fit-tul u biex tivvaluta aktar jekk hippocampal theta hijiex tabilħaqq marbuta ma’ dan il-proċess, il-firien li jesprimu l-ArchT fl-SM ġew imħarrġa fil-paradigma ġdida tar-rikonoxximent tal-oġġetti bl-użu ta’ oġġetti tal-istimuli A u B, u isfar. dawl ġie kkonsenjat lill-MSjust waqt l-esplorazzjoni tal-oġġett A (Fig. 1i).

Din il-proċedura ma affettwax l-attività lokomotriċi (Fig. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 għal LigthOFF vs LightON A fit-test t mhux imqabbad), ħin ta 'esplorazzjoni ta' l-oġġett (Fig. 1l; t (39)=1.33, P=0.18 għalLigthOFF vs LightON A fit-test t mhux imqabbad), jew in-numru ta' avvenimenti ta' esplorazzjoni (Fig. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 għal LigthOFF vs LightON A fit-test t mhux imqabbad). L-ORM fit-tul ġie evalwat waqt sessjoni ta' test ta' żamma fil-preżenza ta' oġġett familjari A jew oġġett familjari B flimkien ma' oġġett ġdid C imwettqa 24-h wara t-taħriġ. Sibna li annimali mhux stimulati li jesprimu l-ArchT iddiskriminaw oġġetti A u B minn oġġett ġdid 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).

L-amplitudni ta 'theta ta' l-ippokampju tiddependi fuq il-veloċità tal-lokomozzjoni [18], iżda huwa improbabbli li bidliet f'din il-varjabbli jistgħu jammontaw għaż-żieda fil-qawwa theta li osservajna waqt it-taħriġ għaliex qabbilna biss avvenimenti ta 'esplorazzjoni ma' avvenimenti inter-esplorazzjoni mqabbla għal veloċitajiet simili. Huwa wkoll improbabbli li l-amnesja skattata mill-inattivazzjoni tal-SM kienet dovuta għal tifkira indebolita, prestazzjoni ta’ taħriġ subpar, espressjoni żejda tal-kostruzzjoni optoġenetika, jew effett ta’ ħsara tal-istimulazzjoni tad-dawl per se, minħabba li kienet speċifika għall-oġġett li l-annimali kienu qed jesploraw meta ġiet applikata soppressjoni tal-optoġenetika, u twassil tad-dawl. ma affettwax l-esplorazzjoni tal-oġġett. L-SM mhux biss tipproġetta lill-hippocampus iżda wkoll lill-cortex cingulate anterjuri (ACC) [19]. Għalhekk, l-amnesja indotta minn MSinattivazzjoni tista' potenzjalment tkun ikkawżata mill-indeboliment ta' din l-interazzjoni.

Madankollu, l-ACC mhuwiex involut fil-formazzjoni ta 'ORM fit-tul [20] u l-inibizzjoni ta' projezzjonijiet MS-ACC ma taffettwax din il-forma ta 'memorja li tixbah dikjarazzjoni [21]. Għalhekk, huwa improbabbli li t-tfixkil tal-funzjoni tal-ACC jista 'jikkonstata r-riżultati tagħna li x'aktarx huma dovuti għall-inibizzjoni tat-theta tal-hippocampal. Il-kunċett li l-ippokampus huwa meħtieġ għall-ipproċessar ORM irċieva appoġġ sperimentali wiesa ', iżda mhuwiex aċċettat b'mod unanimu [22]. Pereżempju, l-amministrazzjoni tal-muscimol intra-hippocampal ta’ qabel it-taħriġ taffettwa l-ORM biss meta l-intervall tat-taħriġ ikun itwal minn 10 min [23], li jissuġġerixxi li l-ippokampus mhuwiex meħtieġ għal ORMrecall għal żmien qasir, li reġjuni oħra tal-moħħ jieħdu f’idejhom ir-rwol tal-ippokampus fi żmien qasir. ipproċessar ORM fit-tul meta jibqa' diżattivat għal żmien twil, jew li ORM għal żmien qasir u fit-tul jinvolvi mekkaniżmi indipendenti, kif ġie rrappurtat għal tipi oħra ta' memorja [24].

F'dan ir-rigward, id-dejta tagħna tindika li l-ippokampus huwa essenzjali għall-formazzjoni ta 'ORM fit-tul u tissostanzja aktar l-idea li ż-żewġ memorji tal-oġġetti fit-tul miksuba waqt it-taħriġ fil-kompitu ġdid ta' rikonoxximent tal-oġġett huma indipendenti [13]. Barra minn hekk, il-fatt li l-annimali kienu amnesiċi biss għall-oġġett li kienu qed jesploraw meta l-MS kien inattivat jindika bil-qawwa li t-theta mhix biss prodott sekondarju tal-plastiċità newrali indotta mit-tagħlim iżda hija marbuta funzjonalment mal-kalkoli li jseħħu fl-ippokampus waqt il-formazzjoni tal-ORM fit-tul.

Referenzi

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

2. Yoder RM, Pang KC. Involviment ta 'newroni septali GABAerġiċi u kolinerġiċi medji fir-ritmu theta tal-hippocampal. Hippocampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Brainstates oxxillatorji u tagħlim: Impatt ta 'taħriġ ta' l-ippocampal theta-kontinġenti.Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002 Jan 29).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Oxxillazzjonijiet tal-moħħ u memorja. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004(Epub 2010 Frar 22).

5. Berry SD, Seager MA. Oxxillazzjonijiet theta hippocampal u kondizzjonament klassiku. Neurobiol Tgħallem Mem. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Plastiċità sinaptika waqt l-oxxillazzjoni tal-frekwenza kolinerġika theta in vitro. Hippokampus. 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. Il-konsolidazzjoni tal-memorja ta 'rikonoxximent ta' l-oġġetti teħtieġ fosforilazzjoni HRI kinase-dipendenti ta 'eIF2 fl-hippocampus. Hippocamp-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. Dwar il-parteċipazzjoni ta 'mTOR fil-memorja ta' rikonoxximent. 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. Modifiki tal-plastik indotti mill-ipproċessar tal-memorja tar-rikonoxximent tal-oġġett. ProcNatl Acad Sci USA. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010 Jan 25).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Ħsara bażali tal-moħħ u rikonoxximent tal-oġġett fil-firien. Behav Brain Res. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com