La inactivación optogenética del tabique medial perjudica la formación de la memoria de reconocimiento de objetos a largo plazo
Dec 04, 2023
Abstracto
Theta es una de las oscilaciones sincrónicas extracelulares más destacadas del cerebro de los mamíferos. Hippocampaltheta se basa en un tabique medial (MS) intacto y se ha registrado constantemente durante la fase de entrenamiento de algunos paradigmas de aprendizaje, lo que sugiere que puede estar implicado en el procesamiento de la memoria a largo plazo dependiente del hipocampo.
El procesamiento de la memoria es una función importante en el cerebro humano. Implica procesos como identificar, codificar, almacenar y recuperar información. Es una habilidad importante en nuestra vida diaria que está estrechamente relacionada con el aprendizaje, el trabajo, la interacción social y otros aspectos. La memoria se refiere a la capacidad del cerebro humano para retener información, lo que determina nuestra capacidad para aprender de experiencias pasadas y aplicarlas en vidas futuras.
El procesamiento de la memoria es la base para mejorar la memoria. A través de capacidades eficientes de procesamiento de memoria, podemos codificar, almacenar y recuperar información mejor, mejorando así la memoria. Cuando necesitamos memorizar una información, primero debemos identificar y codificar la información, y luego almacenar la información codificada en el banco de memoria a largo plazo del cerebro. Finalmente, cuando necesitemos utilizar esta información, podemos recuperarla mediante recuperación. Si estos procesos se llevan a cabo de forma eficiente, nuestra memoria mejorará de forma natural.
Por supuesto, la capacidad de procesamiento de la memoria no se logra de la noche a la mañana y debe mejorarse mediante entrenamiento acumulado a lo largo del tiempo. Por ejemplo, en términos de información de identificación, podemos mejorar nuestra sensibilidad a la información mediante el ejercicio continuo, para realizar un reconocimiento preliminar; en términos de codificación y almacenamiento de información, podemos mejorar los efectos de la memoria utilizando métodos como los palacios de la memoria; En términos de recuperación de información, podemos mejorar la velocidad y precisión de la recuperación mediante la práctica repetida.
En resumen, el procesamiento de la memoria y la memoria son inseparables. A través del entrenamiento y la acumulación continua de experiencia, podemos mejorar nuestra capacidad de procesamiento de la memoria, mejorando así nuestra memoria y haciendo nuestras vidas más coloridas. Se puede ver que necesitamos mejorar nuestra memoria. Cistanche deserticola puede mejorar significativamente la memoria porque Cistanche deserticola es un material medicinal tradicional chino con muchos efectos únicos, uno de los cuales es mejorar la memoria. La eficacia de la carne picada proviene de los diversos ingredientes activos que contiene, incluidos ácidos, polisacáridos, flavonoides, etc. Estos ingredientes pueden promover la salud del cerebro de varias maneras.
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La memoria de reconocimiento de objetos (ORM) permite a los animales identificar elementos familiares y es esencial para recordar hechos y eventos. En roedores, la formación de ORM a largo plazo requiere un hipocampo funcional, pero la participación del MS en este proceso sigue siendo controvertida. Descubrimos que entrenar ratas Wistar macho adultas en una tarea de aprendizaje inductora de ORM a largo plazo que implicaba la exposición a dos objetos estímulos novedosos diferentes, pero conductualmente equivalentes, aumentaba el poder del hipocampaltheta, y que la supresión de theta mediante la inactivación optogenética de la EM causaba amnesia.
Es importante destacar que la amnesia era específica del objeto que los animales estaban explorando cuando se inactivó la EM. En conjunto, nuestros resultados indican que la EM es necesaria para la formación de ORM a largo plazo y sugieren que la actividad theta del hipocampo está causalmente relacionada con este proceso.
Palabras clave:
Ritmo theta, Amnesia, Hipocampo, Oscilaciones cerebrales y Memoria a largo plazo.
Texto principal
Las oscilaciones neuronales son patrones rítmicos repetitivos de actividad eléctrica que ocurren espontáneamente o en respuesta a estímulos. Teta es una neuraloscilación lenta (5-10 Hz) que se encuentra predominantemente en el hipocampo, particularmente en la región CA1, donde es más regular y muestra una amplitud máxima [1]. Hippocampaltheta es sensible a las lesiones del tabique medial (MS) [2] y, aunque sus correlatos conductuales aún no se han dilucidado por completo, una amplia evidencia indica que apoya el aprendizaje [3-5].
De hecho, theta facilita la potenciación a largo plazo (LTP) del hipocampo [6], el principal modelo celular de la memoria a largo plazo dependiente del hipocampo. La memoria de reconocimiento de objetos (ORM) permite a los animales determinar la familiaridad de los elementos y es vital para recordar eventos y planificar acciones. En roedores, el entrenamiento en un paradigma de aprendizaje basado en ORM activa varias vías de señalización relacionadas con la plasticidad e induce LTP CA1 indorsal, lo que indica que el hipocampo es esencial para la formación de ORM a largo plazo [7–9]. Por el contrario, la participación de los Estados miembros en este proceso sigue siendo controvertida. Por ejemplo, las lesiones septales que afectan la memoria espacial y de trabajo no afectan la ORM a largo plazo [10, 11], pero la estimulación con EM atenúa el déficit de ORM a largo plazo observado en ratones epilépticos al aumentar la actividad theta del hipocampo [12].
Por lo tanto, nos propusimos analizar si la theta del hipocampo regulada por la EM está realmente asociada con la retención de ORM a largo plazo. En primer lugar, determinamos si la formación de ORM a largo plazo afecta a la theta del hipocampo. Para ello, implantamos matrices de electrodos en la región dorsal CA1 de ratas Wistar macho adultas (3 meses de edad, 300–350 g). Los entrenamos en el nuevo paradigma de reconocimiento de objetos, una tarea inductora de ORM a largo plazo basada en la preferencia natural de los roedores por la novedad que implica la exposición a dos objetos novedosos diferentes pero de comportamiento equivalente, A y Bin, un campo abierto familiar para {{10} }mín (Fig. 1a) [13]. Se utilizó una cámara de video digital fijada sobre la arena para rastrear, grabar y analizar la posición y el comportamiento de los animales con el software del sistema ObjectScan (para más detalles, consulte el archivo adicional 1).
Los eventos de exploración se definieron como épocas mayores o iguales a {{0}}.5-s de duración durante las cuales los animales olfatearon y/o tocaron los objetos estímulo con el hocico y/o las patas delanteras. Todas las demás épocas con una induración mayor o igual a 0,5 s se consideraron eventos de interexploración y, de estos, consideramos solo aquellas durante las cuales la velocidad de locomoción media fue menor o igual a la velocidad de locomoción media de todos los eventos de exploración. Eventos duraderos< 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).
Se observó actividad exploratoria durante toda la sesión de entrenamiento (Fig. 1b). La actividad teta también fue evidente a lo largo de esta sesión (Fig. 1c), pero el poder theta, que predice el aprendizaje [14], fue particularmente alto durante la exploración de objetos (Fig. 1d,e). ). De hecho, el análisis de los espectros de potencia mostró que la potencia theta durante las épocas de exploración de objetos fue un 36 ± 7% mayor que durante los períodos de interexploración (Fig. 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 en la prueba de comparaciones múltiples de Bonferroni después de RM ANOVA unidireccional).
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 para thetapotencia; Obj A vs Obj B, P=0.13 para la frecuencia máxima en la prueba de comparaciones múltiples de Bonferroni después de RM unidireccional ANOVA). Un día después del entrenamiento, se evaluó la retención de ORM a largo plazo volviendo a exponer a los animales al objeto familiar A y al objeto nuevo C. Como se esperaba, los animales exploraron preferentemente el objeto nuevo en la prueba (TT;Fig. 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 en una prueba t de muestra con media teórica=50).
El funcionamiento normal de la EM es esencial para la actividad theta del hipocampo [2]. La inactivación de la EM se ha utilizado anteriormente como herramienta para abolir theta del hipocampo durante el aprendizaje [15]. Anteriormente, demostramos que la estimulación con luz amarilla (565 nm) del MS de ratas que expresan el silenciador neuronal óptico sensible a la luz amarilla arqueerhodopsina T (ArchT; consulte el archivo adicional 1 para detalles técnicos) [16] cancela rápida y reversiblemente theta en CA1 dorsal [17] . Por lo tanto, para analizar la participación de la EM en la formación de ORM a largo plazo y evaluar más a fondo si theta del hipocampo está realmente vinculado a este proceso, se entrenaron ratas que expresaban ArchT en la EM en el nuevo paradigma de reconocimiento de objetos utilizando objetos de estímulo A y B, y amarillos. Se entregó luz al MSjust durante la exploración del objeto A (Fig. 1i).
Este procedimiento no afectó la actividad locomotora (Fig. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 para LigthOFF vs LightON A en prueba t no apareada), el tiempo de exploración del objeto (Fig. . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 paraLigthOFF vs LightON A en prueba t no apareada), o el número de eventos de exploración (Fig. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06 para LigthOFF frente a LightON A en prueba t no emparejada). La ORM a largo plazo se evaluó durante una sesión de prueba de retención en presencia del objeto familiar A o del objeto familiar B junto con el nuevo objeto C realizada 24- h después del entrenamiento. Descubrimos que los animales que expresaban ArchT no estimulados discriminaban los objetos A y B del nuevo objeto 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).
La amplitud theta del hipocampo depende de la velocidad de locomoción [18], pero es poco probable que los cambios en esta variable puedan explicar el aumento en la potencia theta que observamos durante el entrenamiento porque solo comparamos eventos de exploración con eventos de interexploración emparejados para velocidades similares. También es poco probable que la amnesia provocada por la inactivación de la EM se debiera a un deterioro de la memoria, un rendimiento de entrenamiento deficiente, una sobreexpresión de constructos optogenéticos o un efecto dañino de la estimulación lumínica per se, porque era específico del objeto que los animales estaban explorando cuando se aplicó la supresión optogenética y la administración de luz. no afectó la exploración de objetos. La EM no sólo se proyecta al hipocampo sino también a la corteza cingulada anterior (ACC) [19]. Por lo tanto, la amnesia inducida por la inactivación de MS podría ser causada potencialmente por el deterioro de esta interacción.
Sin embargo, el ACC no participa en la formación de ORM a largo plazo [20] y la inhibición de las proyecciones de MS-ACC no afecta esta forma de memoria de tipo declarativa [21]. Por lo tanto, es poco plausible que la alteración de la función ACC pueda explicar nuestros resultados, que probablemente se deban a la inhibición theta del hipocampo. La idea de que el hipocampo es necesario para el procesamiento ORM ha recibido un amplio apoyo experimental, pero no se acepta unánimemente [22]. Por ejemplo, la administración de muscimol intrahipocampal antes del entrenamiento afecta la ORM sólo cuando el intervalo de entrenamiento es superior a 10 minutos [23], lo que sugiere que el hipocampo no es necesario para la recuperación de la ORM a corto plazo, que otras regiones del cerebro asumen el papel del hipocampo en la recuperación de ORM a corto plazo. procesamiento ORM a largo plazo cuando permanece desactivado durante mucho tiempo, o que el ORM a corto y largo plazo implica mecanismos independientes, como se ha informado para otros tipos de memoria [24].
En este sentido, nuestros datos indican que el hipocampo es clave para la formación de ORM a largo plazo y corroboran aún más la idea de que las dos memorias de objetos a largo plazo adquiridas durante el entrenamiento en la nueva tarea de reconocimiento de objetos son independientes [13]. Además, el hecho de que los animales fueran amnésicos sólo para el objeto que estaban explorando cuando se inactivó el MS indica fuertemente que theta no es sólo un subproducto de la plasticidad neuronal inducida por el aprendizaje, sino que está funcionalmente vinculado a los cálculos que ocurren en el hipocampo durante la formación de ORM a largo plazo.
Referencias
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