Medial Septumun Optogenetik İnaktivasyonu Uzun Dönemli Nesne Tanıma Bellek Oluşumunu Bozar
Dec 04, 2023
Soyut
Teta, memeli beyninin en belirgin hücre dışı senkron salınımlarından biridir. Hipokampalteta, sağlam bir medial septuma (MS) dayanır ve bazı öğrenme paradigmalarının eğitim aşamasında tutarlı bir şekilde kaydedilmiştir; bu, hipokampusa bağlı uzun süreli hafıza işlemede rol oynayabileceğini düşündürmektedir.
Bellek işleme insan beyninde önemli bir işlevdir. Bilginin tanımlanması, kodlanması, saklanması ve alınması gibi süreçleri içerir. Günlük hayatımızda öğrenme, çalışma, sosyal etkileşim ve diğer konularla yakından ilişkili olan önemli bir yetenektir. Bellek, insan beyninin, geçmiş deneyimlerden öğrenme ve bunları gelecek yaşamlara uygulama yeteneğimizi belirleyen bilgiyi tutma yeteneğini ifade eder.
Bellek işleme, belleği geliştirmenin temelidir. Verimli bellek işleme yetenekleri sayesinde bilgiyi daha iyi kodlayabilir, saklayabilir ve alabilir, böylece belleği geliştirebiliriz. Bir bilgiyi ezberlememiz gerektiğinde, öncelikle bilgiyi tanımlayıp kodlamamız, daha sonra kodlanan bilgiyi beynin uzun süreli hafıza bankasına depolamamız gerekir. Son olarak, bu bilgiyi kullanmamız gerektiğinde, onu geri alma yoluyla elde edebiliriz. Bu süreçler verimli bir şekilde yürütülürse hafızamız doğal olarak gelişecektir.
Tabii ki, hafıza işleme yeteneği bir gecede kazanılmaz ve zaman içinde birikmiş eğitimlerle geliştirilmesi gerekir. Örneğin, bilginin tanımlanması açısından sürekli alıştırma yaparak, ön tanımayı gerçekleştirerek bilgiye duyarlılığımızı artırabiliriz; bilginin kodlanması ve saklanması açısından hafıza sarayları gibi yöntemler kullanarak hafıza etkilerini geliştirebiliriz; Bilginin alınması açısından, tekrarlanan uygulamalarla bilginin alınmasının hızını ve doğruluğunu arttırabiliriz.
Kısaca hafıza işleme ve hafıza birbirinden ayrılamaz. Eğitim ve sürekli deneyim birikimi sayesinde hafıza işleme yeteneğimizi geliştirebilir, böylece hafızamızı geliştirebilir ve hayatlarımızı daha renkli hale getirebiliriz. Hafızamızı geliştirmemiz gerektiği görülebilir. Cistanche Deserticola hafızayı önemli ölçüde geliştirebilir çünkü Cistanche Deserticola birçok benzersiz etkiye sahip geleneksel bir Çin tıbbi malzemesidir ve bunlardan biri hafızayı geliştirmektir. Kıymanın etkinliği içerdiği asit, polisakkaritler, flavonoidler vb. gibi çeşitli aktif bileşenlerden gelir. Bu bileşenler beyin sağlığını çeşitli şekillerde geliştirebilir.
Kısa Süreli Belleği Nasıl Geliştirebileceğinizi Bilin'e tıklayın
Nesne tanıma belleği (ORM), hayvanların tanıdık öğeleri tanımlamasına olanak tanır ve gerçekleri ve olayları hatırlamak için gereklidir. Kemirgenlerde, uzun vadeli ORM oluşumu fonksiyonel bir hipokampus gerektirir ancak MS'in bu sürece katılımı tartışmalıdır. Yetişkin erkek Wistar farelerini, iki farklı ancak davranışsal olarak eşdeğer yeni uyaran nesnesine maruz bırakmayı içeren uzun vadeli bir ORM-indükleyici öğrenme görevinde eğitmenin, hipokampalteta gücünü arttırdığını ve optogenetik MS inaktivasyonu yoluyla tetayı baskılamanın amneziye neden olduğunu bulduk.
Daha da önemlisi, amnezi, MS etkisiz hale getirildiğinde hayvanların araştırdığı nesneye özgüydü. Birlikte ele alındığında, sonuçlarımız MS'in uzun vadeli ORM oluşumu için gerekli olduğunu gösteriyor ve hipokampal teta aktivitesinin bu süreçle nedensel olarak bağlantılı olduğunu öne sürüyor.
Anahtar Kelimeler:
Teta ritmi, Amnezi, Hipokampus, Beyin salınımları ve Uzun süreli hafıza.
Ana yazı
Nöral salınımlar, kendiliğinden veya uyaranlara yanıt olarak ortaya çıkan, tekrarlayan ritmik elektriksel aktivite kalıplarıdır. Teta, ağırlıklı olarak hipokampusta, özellikle de daha düzenli olduğu ve maksimum amplitüd gösterdiği CA1 bölgesinde bulunan yavaş (5-10 Hz) bir nöral salınımdır. Hipokampalteta medial septum (MS) lezyonlarına duyarlıdır [2] ve davranışsal bağıntıları henüz tam olarak aydınlatılmamış olmasına rağmen, kapsamlı kanıtlar öğrenmeyi desteklediğini göstermektedir [3-5].
Aslında teta, hipokampusa bağlı uzun süreli belleğin ana hücresel modeli olan hipokamptaki uzun süreli güçlenmeyi (LTP) [6] kolaylaştırır. Nesne tanıma belleği (ORM), hayvanların öğelerin tanıdıklığını belirlemesine olanak tanır ve olayları hatırlamak ve eylemleri planlamak için hayati öneme sahiptir. Kemirgenlerde, ORM tabanlı bir öğrenme paradigmasında eğitim, esneklikle ilgili çeşitli sinyal yollarını aktive eder ve LTP indorsal CA1'i indükler; bu, hipokampusun uzun vadeli ORM oluşumu için gerekli olduğunu gösterir [7-9]. Diğer taraftan, Üye Ülkelerin bu sürece katılımı tartışmalı olmaya devam etmektedir. Örneğin, uzaysal ve çalışma hafızasını bozan septal lezyonlar uzun vadeli ORM'yi etkilemez[10, 11] ancak MS uyarımı, hipokampal teta aktivitesini artırarak epileptik farelerde gözlenen uzun vadeli ORM açığını hafifletir [12].
Bu nedenle, MS tarafından düzenlenen hipokampal tetanın gerçekten uzun vadeli ORM tutulmasıyla ilişkili olup olmadığını analiz etmek için yola çıktık. İlk olarak, uzun vadeli ORM oluşumunun hipokampal tetayı etkileyip etkilemediğini belirledik. Bunu yapmak için yetişkin erkek Wistar sıçanlarının (3 aylık, 300-350 g) dorsal CA1 bölgesine elektrot dizileri yerleştirdik. Onları, {{10} için tanıdık bir açık alan arenası olan iki farklı fakat davranışsal olarak eşdeğer yeni nesne A ve Bin'e maruz bırakmayı içeren, kemirgenlerin doğal yenilik tercihine dayanan, uzun vadeli ORM'yi tetikleyen bir görev olan yeni nesne tanıma paradigması konusunda eğittik. }min (Şekil 1a) [13]. Arenanın üzerine sabitlenmiş bir dijital video kamera, ObjectScan sistem yazılımıyla hayvanların konumunu ve davranışlarını izlemek, kaydetmek ve analiz etmek için kullanıldı (ayrıntılar için Ek dosya 1'e bakın).
Keşif olayları, hayvanların ağızları ve/veya ön pençeleri ile uyarıcı nesneleri kokladıkları ve/veya dokundukları {{{0}}.5-s uzunluğundaki Büyük veya Eşit dönemler olarak tanımlandı. 0,5 saniyeden daha büyük veya ona eşit olan diğer tüm dönemler, keşifler arası olaylar olarak kabul edildi ve bunlardan ayrıca, yalnızca ortalama hareket hızının tüm keşif olaylarının ortalama hareket hızından daha az veya ona eşit olduğu dönemleri dikkate aldık. Kalıcı olaylar< 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).
Eğitim oturumu boyunca keşifsel aktivite gözlemlendi (Şekil 1b). Teta aktivitesi bu oturum boyunca da belirgindi (Şekil 1c), ancak öğrenmeyi öngören teta gücü [14], nesne keşfi sırasında özellikle yüksekti (Şekil 1d,e). ). Aslında, güç spektrumu analizi, nesne keşfi dönemleri sırasındaki tapower'ın, keşif dönemleri arası döneme göre %36±7 daha yüksek olduğunu gösterdi (Şekil 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A'ya karşı IE, P=0.002, ObjB'ye karşı IE, P=0.001, RM tek yönlü ANOVA'dan sonra Bonferroni'nin çoklu karşılaştırma testinde).
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>Tetagüç için 0.99; Obj A ve Obj B, Bonferroni'nin RM tek yönlü ANOVA'dan sonraki çoklu karşılaştırma testindeki tepe frekansı için P=0.13). Eğitimden bir gün sonra, uzun vadeli ORM tutma, hayvanların tanıdık A nesnesine ve yeni nesne C'ye yeniden maruz bırakılmasıyla değerlendirildi. Beklendiği gibi, hayvanlar testte tercihen yeni nesneyi araştırdı (TT; Şekil 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009, teorik ortalamalı tek örnek t-testinde=50).
Normal MS işleyişi, hipokampal teta aktivitesi için gereklidir [2]. MS inaktivasyonu daha önce öğrenme sırasında hipokampal tetayı ortadan kaldırmak için bir araç olarak kullanılmıştı [15]. Daha önce, sarı ışığa duyarlı optik nöral susturucu archaerhodopsin T'yi (ArchT; teknik ayrıntılar için bkz. Ek dosya 1) [16] ifade eden sıçanların MS'sinin sarı ışıkla (565 nm) uyarılmasının, dorsal CA1'deki tetayı hızlı ve geri dönüşümlü bir şekilde iptal ettiğini göstermiştik [17] . Bu nedenle, MS'in uzun vadeli ORM oluşumuna katılımını analiz etmek ve hipokampal tetanın gerçekten bu süreçle bağlantılı olup olmadığını daha fazla değerlendirmek için, MS'te ArchT ifade eden fareler, A ve B asstimuli nesneleri ve sarı kullanılarak yeni nesne tanıma paradigması konusunda eğitildi. A nesnesinin keşfi sırasında ışık MS'ye iletildi (Şekil 1i).
Bu prosedür lokomotor aktivitesini etkilememiştir (Şekil 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20, eşleştirilmemiş t-testinde LigthOFF ve LightON A için), nesne keşif süresini (Şekil 1) etkilememiştir. .1l; t (39)=1.33, P=0.18 forLigthOFF vs LightON A eşlenmemiş t-testinde) veya keşif olaylarının sayısı (Şekil 1l; t (39){ {16}}.93, eşlenmemiş t-testinde LigthOFF ve LightON A için P=0.06). Uzun vadeli ORM, eğitimden 24- saat sonra gerçekleştirilen yeni nesne C'nin yanı sıra tanıdık A nesnesi veya tanıdık nesne B'nin varlığında bir kalıcılık testi oturumu sırasında değerlendirildi. Uyarılmamış ArchT ifade eden hayvanların A ve B nesnelerini yeni C nesnesinden ayırdığını bulduk (Şekil 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).
Hipokampal teta genliği hareket hızına bağlıdır [18], ancak bu değişkendeki değişikliklerin eğitim sırasında gözlemlediğimiz teta gücündeki artışı açıklayabilmesi pek olası değildir çünkü biz yalnızca keşif olaylarını benzer hızlar için eşleşen keşifler arası olaylarla karşılaştırdık. MS inaktivasyonuyla tetiklenen amnezinin, hatırlamanın bozulmasından, ortalamanın altında eğitim performansından, optogenetik yapının aşırı ifadesinden veya ışık uyarımının başlı başına zararlı bir etkisinden kaynaklanması da pek olası değildir, çünkü bu, optogenetik baskılama uygulandığında hayvanların araştırdığı nesneye ve ışık dağıtımına özeldir. nesne keşfini etkilemedi. MS sadece hipokampusa değil aynı zamanda anterior singulat kortekse (ACC) de projekte olur [19]. Bu nedenle, MS inaktivasyonunun neden olduğu amnezi potansiyel olarak bu etkileşimin bozulmasından kaynaklanabilir.
Bununla birlikte, ACC uzun vadeli ORM oluşumunda yer almaz [20] ve MS-ACC projeksiyonlarının inhibisyonu, bu bildirimsel benzeri hafıza biçimini etkilemez [21]. Bu nedenle, ACC fonksiyonunun bozulmasının muhtemelen hipokampal teta inhibisyonundan kaynaklanan sonuçlarımızı açıklayabilmesi mantıksızdır. ORM işleme için hipokampusun gerekli olduğu fikri geniş deneysel destek almıştır, ancak oybirliğiyle kabul edilmemiştir [22]. Örneğin, antrenman öncesi hipokampal muscimol uygulaması ORM'yi yalnızca antrenman aralığı 10 dakikadan uzun olduğunda etkiler [23], bu da kısa süreli ORM hatırlatması için hipokampusun gerekli olmadığını, diğer beyin bölgelerinin kısa sürede hipokampusun rolünü üstlendiğini öne sürer. Uzun süre devre dışı kaldığında vadeli ORM işlemesi veya diğer bellek türleri için bildirildiği gibi kısa ve uzun vadeli ORM'nin bağımsız mekanizmalar içerdiği bildirilmektedir [24].
Bu bağlamda, verilerimiz hipokampüsün uzun vadeli ORM oluşumu için anahtar olduğunu gösteriyor ve yeni nesne tanıma görevinde eğitim sırasında edinilen iki uzun vadeli nesne hafızasının bağımsız olduğu fikrini daha da doğruluyor [13]. Dahası, MS etkisiz hale getirildiğinde hayvanların yalnızca keşfettikleri nesne için amnezik olduğu gerçeği, tetanın yalnızca öğrenmenin neden olduğu sinirsel esnekliğin bir yan ürünü olmadığını, aynı zamanda işlevsel olarak uzun vadeli ORM oluşumu sırasında hipokampusta meydana gelen hesaplamalarla bağlantılı olduğunu güçlü bir şekilde gösterir.
Referanslar
1. Buzsáki G. Hipokampustaki teta salınımları. Neuron.2002;33(3):325–40.https://doi.org/10.1016/s0896-6273(02)00586-x.
2. Yoder RM, Pang KC. GABAerjik ve kolinerjik medial septal nöronların hipokampal teta ritmine katılımı. Hipokampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.
3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Salınımlı beyin durumları ve öğrenme: Hipokampal teta koşullu eğitimin etkisi. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002 29 Ocak).
4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Beyin salınımları ve hafıza. Curr OpinNeurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004(Epub 2010 22 Şubat).
5. Berry SD, Seager MA. Hipokampal teta salınımları ve klasik koşullanma. Neurobiol Mem'i öğrenin. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.
6. Huerta PT, Lisman JE. İn vitro kolinerjik teta frekansı salınımı sırasında sinaptik plastisite. Hipokampus. 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. Nesne tanıma belleğinin konsolidasyonu, hipokampusta eIF2'nin HRI kinaza bağımlı fosforilasyonunu gerektirir. Hipokampus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013Mart 18).
8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. MTOR'un tanıma hafızasına katılımı hakkında. NeurobiolLearn Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002(Epub 2007 26 Kasım).
9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Nesne tanıma hafıza işleminin neden olduğu plastik değişiklikler. ProcNatl Acad Sci ABD. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010 25 Ocak).
10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Sıçanlarda bazal ön beyin hasarı ve nesne tanıma. Davranış Beyin Arş. 1999;98(1):67–76.
For more information:1950477648nn@gmail.com
