غیرفعال سازی اپتوژنتیک سپتوم میانی باعث اختلال در تشکیل حافظه بلند مدت تشخیص اشیا می شود

خلاصه

تتا یکی از برجسته ترین نوسانات همزمان خارج سلولی مغز پستانداران است. Hippocampaltheta بر سپتوم میانی دست نخورده (MS) متکی است و به طور مداوم در طول مرحله آموزش برخی از پارادایم های یادگیری ثبت شده است، که نشان می دهد ممکن است در پردازش حافظه بلند مدت وابسته به هیپوکامپ دخیل باشد.

پردازش حافظه یک عملکرد مهم در مغز انسان است. این شامل فرآیندهایی مانند شناسایی، رمزگذاری، ذخیره و بازیابی اطلاعات است. این یک توانایی مهم در زندگی روزمره ما است که ارتباط نزدیکی با یادگیری، کار، تعامل اجتماعی و سایر جنبه ها دارد. حافظه به توانایی مغز انسان برای حفظ اطلاعات اشاره دارد که توانایی ما را برای یادگیری از تجربیات گذشته و به کارگیری آنها در زندگی آینده تعیین می کند.

پردازش حافظه مبنایی برای بهبود حافظه است. از طریق قابلیت‌های کارآمد پردازش حافظه، می‌توانیم اطلاعات را بهتر رمزگذاری، ذخیره و بازیابی کنیم و در نتیجه حافظه را بهبود ببخشیم. زمانی که نیاز به حفظ بخشی از اطلاعات داریم، ابتدا باید اطلاعات را شناسایی و رمزگذاری کنیم و سپس اطلاعات رمزگذاری شده را در بانک حافظه بلندمدت مغز ذخیره کنیم. در نهایت، زمانی که نیاز به استفاده از این اطلاعات داشته باشیم، می توانیم آن را از طریق بازیابی بازیابی کنیم. اگر این فرآیندها به طور موثر انجام شوند، حافظه ما به طور طبیعی بهبود می یابد.

البته توانایی پردازش حافظه یک شبه به دست نمی آید و باید با تمرینات انباشته در طول زمان بهبود یابد. به عنوان مثال، از نظر شناسایی اطلاعات، می‌توانیم حساسیت خود را نسبت به اطلاعات از طریق تمرین مداوم بهبود بخشیم تا شناسایی اولیه را انجام دهیم. از نظر رمزگذاری و ذخیره اطلاعات، می‌توان با استفاده از روش‌هایی مانند قصرهای حافظه، جلوه‌های حافظه را بهبود بخشید. از نظر بازیابی اطلاعات، می توان با تمرین مکرر سرعت و دقت بازیابی را بهبود بخشید.

به طور خلاصه، پردازش حافظه و حافظه جدایی ناپذیر هستند. از طریق آموزش و انباشت مداوم تجربه، می توانیم توانایی پردازش حافظه خود را بهبود بخشیم، در نتیجه حافظه خود را بهبود بخشیده و زندگی خود را رنگارنگ تر کنیم. مشاهده می شود که باید حافظه خود را تقویت کنیم. Cistanche deserticola می تواند به طور قابل توجهی حافظه را بهبود بخشد زیرا Cistanche deserticola یک ماده دارویی سنتی چینی با اثرات منحصر به فرد بسیاری است که یکی از آنها بهبود حافظه است. اثربخشی گوشت چرخ کرده از مواد فعال مختلفی که شامل اسید، پلی ساکاریدها، فلاونوئیدها و غیره است، ناشی می شود. این مواد می توانند به طرق مختلف سلامت مغز را ارتقا دهند.

روی روش بهبود حافظه کوتاه مدت بدانید

حافظه تشخیص شی (ORM) به حیوانات اجازه می دهد تا موارد آشنا را شناسایی کنند و برای به خاطر سپردن حقایق و رویدادها ضروری است. در جوندگان، تشکیل ORM درازمدت به یک هیپوکامپ کاربردی نیاز دارد، اما دخالت MSin در این فرآیند بحث‌برانگیز است. ما دریافتیم که آموزش موش‌های نر بالغ ویستار در یک کار یادگیری بلندمدت القای ORM که شامل قرار گرفتن در معرض دو شیء محرک جدید متفاوت، اما از نظر رفتاری معادل است، قدرت هیپوکامپالتتا را افزایش می‌دهد و سرکوب تتا از طریق غیرفعال‌سازی MS اپتوژنتیک باعث فراموشی می‌شود.

نکته مهم این است که فراموشی مخصوص شیئی بود که حیوانات در زمان غیرفعال شدن ام اس در حال بررسی بودند. در مجموع، نتایج ما نشان می‌دهد که MS برای تشکیل ORM طولانی‌مدت ضروری است و نشان می‌دهد که فعالیت تتا هیپوکامپ به طور علّی با این فرآیند مرتبط است.

کلید واژه ها:

ریتم تتا، فراموشی، هیپوکامپ، نوسانات مغز و حافظه بلند مدت.

متن اصلی

نوسانات عصبی الگوهای ریتمیک مکرر فعالیت الکتریکی هستند که به صورت خود به خود یا بدون پاسخ به محرک ها رخ می دهند. تتا یک نوسان عصبی آهسته (5 تا 10 هرتز) است که عمدتاً در هیپوکامپ، به ویژه در ناحیه CA1 یافت می شود، جایی که منظم تر است و حداکثر دامنه را نشان می دهد [1]. هیپوکامپالتتا به ضایعات سپتوم داخلی (MS) حساس است [2] و اگرچه همبستگی های رفتاری آن هنوز به طور کامل مشخص نشده است، شواهد گسترده نشان می دهد که از یادگیری پشتیبانی می کند [3-5].

در واقع، تتا تقویت طولانی مدت هیپوکامپ (LTP) [6]، مدل سلولی اصلی حافظه بلند مدت وابسته به هیپوکامپ را تسهیل می کند. حافظه تشخیص اشیاء (ORM) به حیوانات اجازه می دهد تا میزان آشنایی اقلام را تعیین کنند و برای به خاطر سپردن رویدادها و برنامه ریزی اقدامات حیاتی است. در جوندگان، آموزش در یک الگوی یادگیری مبتنی بر ORM، چندین مسیر سیگنالینگ مرتبط با پلاستیسیته را فعال می‌کند و LTP CA1 درونی را القا می‌کند، که نشان می‌دهد هیپوکامپ برای تشکیل ORM طولانی‌مدت ضروری است [7-9]. در مقابل، مشارکت MS در این فرآیند بحث برانگیز است. به عنوان مثال، ضایعات سپتوم که حافظه فضایی و کاری را مختل می کند، بر ORM طولانی مدت تأثیر نمی گذارد [10، 11]، اما تحریک MS با افزایش فعالیت تتا هیپوکامپ، کمبود بلندمدت ORM مشاهده شده در موش های صرعی را کاهش می دهد [12].

بنابراین، ما شروع به تجزیه و تحلیل کردیم که آیا تتا هیپوکامپ تنظیم شده با MS واقعاً با حفظ طولانی مدت ORM مرتبط است یا خیر. برای انجام این کار، آرایه‌های الکترودی را در ناحیه پشتی CA1 موش‌های صحرایی نر بالغ (3 ماهه، 300 تا 350 گرم) کاشتیم. ما به آن‌ها الگوی جدید تشخیص شی را آموزش دادیم، یک کار طولانی‌مدت القاکننده‌ی ORM مبتنی بر ترجیح طبیعی جوندگان برای تازگی، که شامل قرار گرفتن در معرض دو شی جدید متفاوت اما از نظر رفتاری معادل A و Bin یک عرصه میدان باز آشنا برای {{10} }min (شکل 1a) [13]. دوربین فیلمبرداری دیجیتال ثابت در بالای محوطه برای ردیابی، ضبط، و تجزیه و تحلیل موقعیت و رفتار حیوانات با نرم افزار سیستم ObjectScan مورد استفاده قرار گرفت (برای جزئیات به فایل اضافی 1 مراجعه کنید).

رویدادهای اکتشافی به‌عنوان بزرگ‌تر یا مساوی {{0}} تعریف می‌شدند.5-دوران طولانی‌ای که طی آن حیوانات با پوزه و/یا پنجه‌های جلویی خود اشیاء محرک را بو می‌کشیدند و/یا لمس می‌کردند. همه دوره‌های دیگر بیشتر یا مساوی 0.5 ثانیه استقامت به‌عنوان رویدادهای بین اکتشافی در نظر گرفته می‌شوند و از این میان، ما فقط آن‌هایی را در نظر گرفتیم که در طی آن‌ها میانگین سرعت حرکت کمتر یا برابر با میانگین سرعت حرکت همه رویدادهای اکتشافی بود. رویدادهای ماندگار< 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). 

فعالیت اکتشافی در طول جلسه آموزشی مشاهده شد (شکل 1b). فعالیت تتا نیز در طول این جلسه مشهود بود (شکل 1c)، اما قدرت تتا، که یادگیری را پیش بینی می کند [14]، به ویژه در طول اکتشاف شیء بالا بود (شکل 1d، e. ). در واقع، تجزیه و تحلیل طیف توان نشان داد که توان نهایی در طول دوره‌های اکتشاف شی 7±36% بیشتر از دوره‌های بین اکتشافی بود (شکل 1f, g;F (2, 10){10}}.55; P{12} }.0009. Obj A در مقابل IE، P{14}}.002، ObjB در مقابل IE، P{16}}.001 در آزمون مقایسه چندگانه Bonferroni پس از ANOVA یک طرفه RM).

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 برای thetapower; Obj A در مقابل Obj B، P{2}}.13 برای اوج فرکانس در آزمون مقایسه چندگانه Bonferroni پس از RM یک طرفه ANOVA). یک روز پس از آموزش، نگهداری طولانی مدت ORM با قرار دادن مجدد حیوانات در معرض جسم آشنا A و شی جدید C مورد ارزیابی قرار گرفت. {9}}.95، P{11}}.0009 در یک آزمون t نمونه با میانگین نظری=50).

عملکرد طبیعی ام اس برای فعالیت تتا هیپوکامپ ضروری است [2]. غیرفعال سازی ام اس قبلاً به عنوان ابزاری برای از بین بردن تتای هیپوکامپ در طول یادگیری استفاده شده است [15]. قبلاً، ما نشان دادیم که تحریک نور زرد (565 نانومتر) MS موش‌ها که خاموش‌کننده عصبی نوری حساس به نور زرد را بیان می‌کند (ArchT؛ برای جزئیات فنی به فایل اضافی 1 مراجعه کنید) [16] به‌سرعت و به‌طور برگشت‌پذیر تتا را در پشتی خنثی می‌کند [17] CA . بنابراین، برای تجزیه و تحلیل دخالت theMS در تشکیل ORM طولانی مدت و ارزیابی بیشتر اینکه آیا تتا هیپوکامپ واقعاً به این فرآیند مرتبط است، موش‌هایی که ArchT را در MS بیان می‌کنند در الگوی جدید تشخیص شی با استفاده از اشیاء محرک A و B و رنگ زرد آموزش دیدند. نور در طول کاوش جسم A به MSjust تحویل داده شد (شکل 1i).

این رویه بر فعالیت حرکتی تأثیری نداشت (شکل 1j, k؛ t (39)=1.29, P{4}}.20 برای LigthOFF در مقابل LightON A در آزمون t-paired)، زمان اکتشاف شی (شکل . 1l؛ t (39)=1.33، P=0.18 forLigthOFF در مقابل LightON A در آزمون t-paired)، یا تعداد رویدادهای کاوش (شکل 1l؛ t (39){ {16}}.93، P{18}}.06 برای LigthOFF در مقابل LightON A در آزمون t-paired). ORM بلندمدت در طول یک جلسه آزمون حفظ در حضور شی آشنا A یا شی آشنا B در کنار شی جدید C که 24- ساعت پس از آموزش انجام شد، ارزیابی شد. ما دریافتیم که حیوانات غیرتحریک بیانگر ArchT، اشیاء A و B را از شی جدید C متمایز می کنند (شکل 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).

دامنه تتا هیپوکامپ به سرعت حرکت بستگی دارد [18]، اما بعید است که تغییرات در این متغیر بتواند دلیل افزایش قدرت تتا باشد که در طول تمرین مشاهده کردیم، زیرا ما فقط رویدادهای اکتشافی را با رویدادهای بین اکتشافی که برای سرعت‌های مشابه همسان بودند مقایسه کردیم. همچنین بعید است که فراموشی ناشی از غیرفعال سازی MS به دلیل اختلال در یادآوری، عملکرد تمرینی زیر سطح، بیان بیش از حد ساختار اپتوژنتیک، یا اثر مضر تحریک نور فی نفسه باشد، زیرا این امر مخصوص شیئی بود که حیوانات در هنگام اعمال سرکوب اپتوژنتیک و تحویل نور در حال بررسی بودند. بر کاوش اشیا تأثیری نداشت. ام اس نه تنها به هیپوکامپ، بلکه به قشر سینگولیت قدامی (ACC) نیز می‌تابد [19]. بنابراین، فراموشی ناشی از MSinactivation به طور بالقوه می تواند ناشی از اختلال در این تعامل باشد.

با این حال، ACC در تشکیل بلندمدت ORM دخالتی ندارد [20] و مهار پیش‌بینی‌های MS-ACC بر این شکل از حافظه شبه اظهاری تأثیر نمی‌گذارد [21]. از این رو، غیرممکن است که اختلال در عملکرد ACC می تواند دلیل نتایج ما باشد که احتمالاً به دلیل مهار تتا هیپوکامپ است. این تصور که هیپوکامپ برای پردازش ORM مورد نیاز است، پشتیبانی تجربی گسترده ای دریافت کرده است، اما به اتفاق آرا پذیرفته نشده است [22]. به عنوان مثال، تجویز muscimol داخل هیپوکامپ قبل از تمرین، ORM را تنها زمانی تحت تاثیر قرار می‌دهد که فاصله تمرینی بیش از 10 دقیقه باشد [23]، که نشان می‌دهد هیپوکامپ برای یادآوری کوتاه‌مدت ORM لازم نیست، و سایر مناطق مغز نقش هیپوکامپ را در کوتاه‌مدت بر عهده می‌گیرند. پردازش ORM مدت زمانی که برای مدت طولانی غیرفعال می‌ماند، یا اینکه ORM کوتاه‌مدت و بلندمدت دارای مکانیسم‌های مستقلی است، همانطور که برای انواع دیگر حافظه گزارش شده است [24].

از این نظر، داده‌های ما نشان می‌دهد که هیپوکامپ برای تشکیل ORM طولانی‌مدت کلیدی است و این ایده را که دو حافظه بلندمدت شی به‌دست‌آمده در طول آموزش در کار تشخیص شی جدید مستقل هستند، بیشتر اثبات می‌کند [13]. علاوه بر این، این واقعیت که حیوانات تنها برای شیئی که کاوش می‌کردند در زمان غیرفعال شدن MS دچار فراموشی بودند، به‌شدت نشان می‌دهد که تتا فقط یک محصول جانبی انعطاف‌پذیری عصبی ناشی از یادگیری نیست، بلکه از نظر عملکردی با محاسباتی که در هیپوکامپ در طول تشکیل ORM طولانی‌مدت رخ می‌دهد، مرتبط است.

منابع

1. Buzsáki G. نوسانات تتا در هیپوکامپ. Neuron.2002؛ 33 (3): 325-40.https://doi.org/10.1016/s0896-6273(02)00586-x.

2. Yoder RM، Pang KC. دخالت نورون های سپتوم گابا و کولینرژیک داخلی در ریتم تتا هیپوکامپ. Hippocampus.2005؛ 15 (3): 381-92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA، Johnson LD، Chabot ES، Asaka Y، Berry SD. حالات مغزی نوسانی و یادگیری: تأثیر آموزش تتا-شرایط هیپوکامپ. Proc Natl Acad Sci USA. 2002؛ 99 (3): 1616-20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002 29 ژانویه).

4. Düzel E، Penny WD، Burgess N. نوسانات مغز و حافظه. 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. نوسانات تتا هیپوکامپ و شرطی سازی کلاسیک. Neurobiol Learn Mem. 2001؛ 76 (3): 298-313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT، Lisman JE. شکل پذیری سیناپسی در طول نوسان فرکانس تتا کولینرژیک در شرایط آزمایشگاهی. هیپوکامپ. 1996؛ 6 (1): 58-61.https://doi.org/1{12}}.1002/(SICI)10981063(1996)6:1%3c58:AID-HIPO10%3e3.0.CO؛2-ج.

7. Ill-Raga G، Köhler C، Radiske A، Lima RH، Rosen MD، Muñoz FJ، CammarotaM. تثبیت حافظه تشخیص شیء نیاز به فسفوریلاسیون وابسته به HRI کیناز eIF2 در هیپوکامپ دارد. هیپوکام-چرک. 2013؛ 23 (6): 431-6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013 18 مارس).

8. Myskiw JC، Rossato JI، Bevilaqua LR، Medina JH، Izquierdo I، CammarotaM. در مورد مشارکت mTOR در حافظه تشخیص. 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، Guart A، Izquierdo I، Delgado-García JM. تغییرات پلاستیکی ناشی از پردازش حافظه شناسایی شی. ProcNatl Acad Sci ایالات متحده آمریکا. 2010؛ 107 (6): 2652-7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010 25 ژانویه).

10. Kornecook TJ، Kippin TE، Pinel JP. آسیب به پیش مغز پایه و تشخیص اشیا در موش صحرایی Behav Brain Res. 1999؛ 98 (1): 67-76.

For more information:1950477648nn@gmail.com