Inaktivasi Optogenetik Septum Medial Mengganggu Pembentukan Memori Pengenalan Objek Jangka Panjang

Abstrak

Theta adalah salah satu osilasi sinkron ekstraseluler otak mamalia yang paling menonjol. Hippocampaltheta bergantung pada septum medial (MS) yang utuh dan telah dicatat secara konsisten selama fase pelatihan dari beberapa paradigma pembelajaran, menunjukkan bahwa hal itu mungkin terlibat dalam pemrosesan memori jangka panjang yang bergantung pada hipokampus.

Pemrosesan memori merupakan fungsi penting dalam otak manusia. Ini melibatkan proses seperti mengidentifikasi, menyandikan, menyimpan, dan mengambil informasi. Merupakan kemampuan penting dalam kehidupan kita sehari-hari yang erat kaitannya dengan pembelajaran, pekerjaan, interaksi sosial, dan aspek lainnya. Memori mengacu pada kemampuan otak manusia untuk menyimpan informasi, yang menentukan kemampuan kita untuk belajar dari pengalaman masa lalu dan menerapkannya dalam kehidupan masa depan.

Pemrosesan memori adalah dasar untuk meningkatkan memori. Melalui kemampuan pemrosesan memori yang efisien, kita dapat menyandikan, menyimpan, dan mengambil informasi dengan lebih baik, sehingga meningkatkan memori. Saat kita perlu menghafal suatu informasi, pertama-tama kita perlu mengidentifikasi dan menyandikan informasi tersebut, lalu menyimpan informasi yang disandikan tersebut ke dalam bank memori jangka panjang otak. Terakhir, ketika kita perlu menggunakan informasi ini, kita dapat mengambilnya melalui pengambilan. Jika proses ini dilakukan secara efisien, daya ingat kita akan meningkat secara alami.

Tentu saja, kemampuan pemrosesan memori tidak dapat dicapai dalam semalam dan perlu ditingkatkan melalui akumulasi pelatihan seiring berjalannya waktu. Misalnya, dalam hal mengidentifikasi informasi, kita dapat meningkatkan kepekaan kita terhadap informasi melalui latihan terus menerus, untuk melakukan pengenalan awal; dalam hal pengkodean dan penyimpanan informasi, kita dapat meningkatkan efek memori dengan menggunakan metode seperti istana memori; Dalam hal pengambilan informasi, kita dapat meningkatkan kecepatan dan keakuratan pengambilan melalui latihan berulang-ulang.

Singkatnya, pemrosesan memori dan memori tidak dapat dipisahkan. Melalui pelatihan dan akumulasi pengalaman yang terus menerus, kita dapat meningkatkan kemampuan pemrosesan memori kita, sehingga meningkatkan daya ingat kita dan membuat hidup kita lebih berwarna. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat kita. Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena Cistanche deserticola merupakan bahan obat tradisional Tiongkok yang memiliki banyak khasiat unik, salah satunya meningkatkan daya ingat. Khasiat daging cincang berasal dari berbagai bahan aktif yang dikandungnya, antara lain asam, polisakarida, flavonoid, dll. Bahan-bahan tersebut dapat meningkatkan kesehatan otak dengan berbagai cara.

Klik Ketahui Memori Jangka Pendek cara meningkatkannya

Memori pengenalan objek (ORM) memungkinkan hewan mengidentifikasi benda-benda yang dikenalnya dan penting untuk mengingat fakta dan peristiwa. Pada hewan pengerat, pembentukan ORM jangka panjang memerlukan hipokampus yang berfungsi tetapi keterlibatan MS dalam proses ini masih kontroversial. Kami menemukan bahwa melatih tikus Wistar jantan dewasa dalam tugas pembelajaran jangka panjang yang merangsang ORM yang melibatkan paparan terhadap dua objek rangsangan baru yang berbeda, namun secara perilaku setara meningkatkan kekuatan hipokampus, dan bahwa menekan theta melalui inaktivasi MS optogenetik menyebabkan amnesia.

Yang penting, amnesia tersebut spesifik pada objek yang dijelajahi hewan ketika MS dinonaktifkan. Secara keseluruhan, hasil kami menunjukkan bahwa MS diperlukan untuk pembentukan ORM jangka panjang dan menunjukkan bahwa aktivitas theta hipokampus terkait dengan proses ini.

Kata kunci:

Irama Theta, Amnesia, Hipokampus, Osilasi Otak, dan Memori Jangka Panjang.

Teks utama

Osilasi saraf adalah pola ritme aktivitas listrik berulang yang terjadi secara spontan atau sebagai respons terhadap rangsangan. Teta adalah osilasi saraf lambat (5-10 Hz) yang sebagian besar ditemukan di hipokampus, khususnya di wilayah CA1, yang lebih teratur dan menunjukkan amplitudo maksimum [1]. Hippocampaltheta sensitif terhadap lesi septum medial (MS) [2] dan, meskipun korelasi perilakunya belum sepenuhnya dijelaskan, bukti luas menunjukkan bahwa hipokampus mendukung pembelajaran [3-5].

Memang, theta memfasilitasi potensiasi jangka panjang (LTP) hipokampus [6], model seluler utama memori jangka panjang yang bergantung pada hipokampus. Memori pengenalan objek (ORM) memungkinkan hewan menentukan keakraban suatu benda dan sangat penting untuk mengingat peristiwa dan merencanakan tindakan. Pada hewan pengerat, pelatihan dalam paradigma pembelajaran berbasis ORM mengaktifkan beberapa jalur sinyal terkait plastisitas dan menginduksi LTP indorsal CA1, yang menunjukkan bahwa hipokampus sangat penting untuk pembentukan ORM jangka panjang [7-9]. Sebaliknya, partisipasi MS dalam proses ini masih kontroversial. Misalnya, lesi septum yang mengganggu memori spasial dan kerja tidak mempengaruhi ORM jangka panjang [10, 11] namun stimulasi MS melemahkan defisit ORM jangka panjang yang diamati pada tikus epilepsi dengan meningkatkan aktivitas theta hipokampus [12].

Oleh karena itu, kami mulai menganalisis apakah theta hipokampus yang diatur oleh MS memang terkait dengan retensi ORM jangka panjang. Pertama, kami menentukan apakah pembentukan ORM jangka panjang memengaruhi theta hipokampus. Untuk melakukan itu, kami menanamkan susunan elektroda di daerah punggung CA1 tikus Wistar jantan dewasa (berusia 3 bulan, 300–350 g). Kami melatih mereka dalam paradigma pengenalan objek baru, sebuah tugas jangka panjang yang memicu ORM berdasarkan preferensi alami hewan pengerat terhadap hal-hal baru yang melibatkan paparan terhadap dua objek baru yang berbeda namun memiliki perilaku yang setara, A dan Bin, sebuah arena lapangan terbuka yang familier untuk {{10} } menit (Gbr. 1a) [13]. Kamera video digital yang dipasang di atas arena digunakan untuk melacak, merekam, dan menganalisis posisi dan perilaku hewan dengan perangkat lunak sistem ObjectScan (untuk detailnya lihat file tambahan 1).

Peristiwa eksplorasi didefinisikan sebagai masa yang lebih besar dari atau sama dengan {{0}}.5-s di mana hewan mengendus dan/atau menyentuh objek rangsangan dengan moncong dan/atau kaki depannya. Semua periode lain yang durasinya lebih besar dari atau sama dengan 0,5 detik dianggap sebagai peristiwa antar-eksplorasi dan, dari periode ini, kami selanjutnya hanya mempertimbangkan periode-periode di mana kecepatan gerak rata-rata kurang dari atau sama dengan kecepatan gerak rata-rata semua peristiwa eksplorasi. Peristiwa yang berlangsung lama< 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). 

Aktivitas eksplorasi diamati sepanjang sesi pelatihan (Gbr. 1b). Aktivitas teta juga terlihat sepanjang sesi ini (Gbr. 1c), namun kekuatan theta, yang memprediksi pembelajaran [14], sangat tinggi selama eksplorasi objek (Gbr. 1d, e ). Memang benar, analisis spektrum daya menunjukkan bahwa daya ta selama zaman eksplorasi objek adalah 36±7% lebih tinggi dibandingkan selama periode antar-eksplorasi (Gbr. 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 dalam uji perbandingan berganda Bonferroni setelah 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 untuk kekuatan; Obj A vs Obj B, P=0.13 untuk frekuensi puncak dalam uji perbandingan berganda Bonferroni setelah RM one-way ANOVA). Satu hari setelah pelatihan, retensi ORM jangka panjang dievaluasi dengan memaparkan kembali hewan ke objek A yang sudah dikenal dan objek baru C. Seperti yang diharapkan, hewan secara istimewa mengeksplorasi objek baru pada pengujian (TT;Gbr. 1h; t (5){ {9}}.95, P=0.0009 dalam uji-t satu sampel dengan mean teoritis=50).

Fungsi MS yang normal sangat penting untuk aktivitas theta hipokampus [2]. Inaktivasi MS telah digunakan sebelumnya sebagai alat untuk menghilangkan theta hipokampus selama pembelajaran [15]. Sebelumnya, kami menunjukkan bahwa stimulasi cahaya kuning (565 nm) pada MS tikus yang mengekspresikan peredam saraf optik penginderaan cahaya kuning archaerhodopsin T (ArchT; lihat file tambahan 1 untuk rincian teknis) (16) dengan cepat dan secara reversibel membatalkan theta di CA1 punggung (17) . Oleh karena itu, untuk menganalisis keterlibatan MS dalam pembentukan ORM jangka panjang dan untuk menilai lebih lanjut apakah theta hipokampus memang terkait dengan proses ini, tikus yang mengekspresikan ArchT di MS dilatih dalam paradigma pengenalan objek baru menggunakan objek asstimuli A dan B, dan warna kuning. cahaya dikirim ke MS hanya selama eksplorasi objek A (Gbr. 1i).

Prosedur ini tidak mempengaruhi aktivitas alat gerak (Gbr. 1j, k; t (39)=1.29, P=0.20 untuk LigthOFF vs LightON A dalam uji-t tidak berpasangan), waktu eksplorasi objek (Gbr. .1l; t (39)=1.33, P=0.18 forLigthOFF vs LightON A pada uji-t tidak berpasangan), atau jumlah kejadian eksplorasi (Gbr. 1l; t (39){ {16}}.93, P=0.06untuk LigthOFF vs LightON A dalam uji-t tidak berpasangan). ORM jangka panjang dievaluasi selama sesi uji retensi dengan adanya objek familiar A atau objek familiar B di samping objek baru C yang dilakukan 24-h pasca pelatihan. Kami menemukan bahwa hewan yang mengekspresikan ArchT yang tidak distimulasi membedakan objek A dan B dari objek baru C (Gbr. 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).

Amplitudo theta hipokampus bergantung pada kecepatan gerak [18], namun kecil kemungkinannya bahwa perubahan dalam variabel ini dapat menjelaskan peningkatan kekuatan theta yang kami amati selama pelatihan karena kami hanya membandingkan peristiwa eksplorasi dengan peristiwa antar-eksplorasi yang cocok untuk kecepatan yang sama. Hal ini juga tidak mungkin bahwa amnesia yang dipicu oleh inaktivasi MS disebabkan oleh gangguan daya ingat, kinerja pelatihan di bawah standar, ekspresi berlebih dari konstruksi optogenetik, atau efek berbahaya dari stimulasi cahaya itu sendiri, karena amnesia ini spesifik untuk objek yang dieksplorasi hewan ketika penekanan optogenetik diterapkan, dan pengiriman cahaya. tidak mempengaruhi eksplorasi objek. MS tidak hanya memproyeksikan ke hipokampus tetapi juga anterior cingulate cortex (ACC) [19]. Oleh karena itu, amnesia yang disebabkan oleh inaktivasi MS berpotensi disebabkan oleh gangguan interaksi ini.

Namun, ACC tidak terlibat dalam pembentukan ORM jangka panjang [20] dan penghambatan proyeksi MS-ACC tidak mempengaruhi bentuk memori seperti deklaratif ini [21]. Oleh karena itu, tidak masuk akal bahwa gangguan fungsi ACC dapat menjelaskan hasil yang mungkin disebabkan oleh penghambatan theta hipokampus. Gagasan bahwa hipokampus diperlukan untuk pemrosesan ORM telah menerima dukungan eksperimental yang luas, namun tidak diterima secara bulat [22]. Misalnya, pemberian muscimol intra-hipokampus sebelum pelatihan mempengaruhi ORM hanya ketika interval pelatihan lebih lama dari 10 menit [23], menunjukkan bahwa hipokampus tidak diperlukan untuk mengingat ORM jangka pendek, bahwa wilayah otak lain mengambil alih peran hipokampus dalam waktu singkat. jangka waktu pemrosesan ORM ketika tetap dinonaktifkan untuk waktu yang lama, atau ORM jangka pendek dan jangka panjang melibatkan mekanisme independen, seperti yang telah dilaporkan untuk jenis memori lainnya [24].

Dalam hal ini, data kami menunjukkan bahwa hipokampus adalah kunci untuk pembentukan ORM jangka panjang dan memperkuat gagasan bahwa dua memori objek jangka panjang yang diperoleh selama pelatihan dalam tugas pengenalan objek baru bersifat independen [13]. Selain itu, fakta bahwa hewan-hewan itu amnesia hanya untuk objek yang mereka jelajahi ketika MS dinonaktifkan dengan kuat menunjukkan bahwa theta bukan hanya produk sampingan dari plastisitas saraf yang dipicu oleh pembelajaran namun secara fungsional terkait dengan perhitungan yang terjadi di hipokampus selama pembentukan ORM jangka panjang.

Referensi

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

2. Yoder RM, Pang KC. Keterlibatan neuron septum medial GABAergik dan kolinergik dalam ritme theta hipokampus. Hipokampus.2005;15(3):381–92.https://doi.org/10.1002/hipo.20062.

3. Seager MA, Johnson LD, Chabot ES, Asaka Y, Berry SD. Keadaan otak dan pembelajaran osilasi: Dampak pelatihan kontingen theta hipokampus. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(3):1616–20. https://doi.org/10.1073/pnas.032662099 (Epub 2002 29 Januari).

4. Düzel E, Penny WD, Burgess N. Osilasi otak dan memori. Opini Saat Ini Neurobiol. 2010;20(2):143–9. https://doi.org/10.1016/j.conb.2010.01.004(Epub 2010 22 Februari).

5. Berry SD, Seager MA. Osilasi theta hipokampus dan pengkondisian klasik. Neurobiol Pelajari Anggota. 2001;76(3):298–313.https://doi.org/10.1006/nlme.2001.4025.

6. Huerta PT, Lisman JE. Plastisitas sinaptik selama osilasi frekuensi kolinergik theta in vitro. 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. Konsolidasi memori pengenalan objek memerlukan fosforilasi eIF2 yang bergantung pada HRI kinase di hipokampus. Hipokampus‑pus. 2013;23(6):431–6. https://doi.org/10.1002/hipo.22113 (Epub 2013 18 Maret).

8. Myskiw JC, Rossato JI, Bevilaqua LR, Medina JH, Izquierdo I, CammarotaM. Tentang partisipasi mTOR dalam memori pengenalan. NeurobiolPelajari Mem. 2008;89(3):338–51. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2007.10.002(Epub 2007 26 November).

9. Clarke JR, Cammarota M, Gruart A, Izquierdo I, Delgado-García JM. Modifikasi plastik disebabkan oleh pemrosesan memori pengenalan objek. ProcNatl Acad Sci AS. 2010;107(6):2652–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0915059107 (Epub 2010 25 Januari).

10. Kornecook TJ, Kippin TE, Pinel JP. Kerusakan basal otak depan dan pengenalan objek pada tikus. Res Otak Perilaku. 1999;98(1):67–76.

For more information:1950477648nn@gmail.com