エンコード後の反復的経頭蓋磁気刺激を使用した物体認識記憶の向上パート 2
Aug 16, 2024
3. 結果
メモリに対する rTMS の有効性を評価するために、サンプリング フェーズとテスト フェーズの間に {{0}} 時間の遅延を設けた ORT を使用しました。 SHAM と TMS の間で、サンプリングとテストトライアルにおける OFT アクティビティとオブジェクト探索時間に差はありませんでした (p > 0.05、図 1BD)。
記憶は人生に不可欠な部分であり、過去の経験を記録、思い出し、推測するのに役立ち、また将来についての決定にも影響を与えます。
記憶は人間の知性の現れの1つであると考えられており、個人が遭遇するさまざまな学習や経験に応じて変化します。ほとんどの人にとって、加齢に伴って記憶力は若干低下する傾向がありますが、これは継続的な運動やトレーニングによって改善できます。
記憶の有効性も非常に重要な側面です。効果的な記憶は、自分の経験や知識をより深く理解し、他の人とより良くコミュニケーションするのに役立ちます。また、課題やプレッシャーにうまく対処し、学習や仕事でより成功するのにも役立ちます。
したがって、私たちは記憶力の効果と強さを改善する方法を学ぶ必要があります。これには、効果的なメモの取り方の確立や効率的な記憶環境の構築など、良い記憶習慣を身につけることが含まれます。十分な睡眠や適切な運動など、健康的なライフスタイルを実践することによっても記憶力を向上させることができます。
つまり、記憶力の有効性と強さは私たちの生活にとって非常に重要です。ポジティブな方法やアプローチを使用して記憶力と有効性を向上させることで、私たちは日常生活にうまく対処し、個人的および職業上の目標をよりうまく達成できるようになります。私たちは記憶力を改善する必要があることが分かります。カンザスは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬素材であり、そのうちの 1 つが記憶力の向上であるため、カンザスは記憶力を大幅に向上させることができます。シスタンケの効果は、タンニン酸、多糖類、フラボノイド配糖体などを含む、含まれるさまざまな有効成分によってもたらされます。これらの成分は、さまざまな方法で脳の健康を促進します。
さらに、取得試験では物体の位置に偏りはありませんでした（p > {{0}.05、データは示されていません）。 72- 時間にわたって TMS を投与されたマウスは、新規オブジェクトに対して有意な識別指数を示しました (一元配置 t 検定 t(9) ＝ 3.067、p ＝ 0.0134)が、SHAM マウスはそうでした。ではありません (一元配置 t 検定 t(10) ＝ 0.705、p ＝ 0.496)。
2 つの識別指数を比較すると、TMS は SHAM よりも有意に大きかった (Student t 検定 t(19) ＝ 2.77、p ＝ 0.0122、図 1E)。さらに、TMS を受けたグループのみが有意な t を示しました。また、新しいオブジェクトと見慣れたオブジェクトの探索に関する各治療グループ内の差異も分析し、探索したオブジェクトと与えられた治療との間に有意な差異が見つかりました (二元配置反復測定 ANOVA F(1) ,19) 1/4 8.305、p 1/4 0.0096、hp21/4.304 図 1F)。
事後分析では、TMS グループでは新規オブジェクトの探索が大幅に増加しましたが (p=0.0092)、SHAM グループでは差がありませんでした (p > 0.05)。学習と検索により、記憶がより確実に定着します。
この結果を受けて、我々は、rTMSを受けたマウスの記憶能力の向上に関連する神経生物学的変化を理解することに興味を持ちました。ウェスタンブロットを使用して、海馬およびFCからの完全ホモジネートを使用してCREB、CAMKII、およびERKの量とそれらのリン酸化を分析しました（図2）。
海馬では、全体的に CREB の量に変化がありました (一元配置分散分析 F(2,15)=6.20 p=0。013,hp2=.488図2a)。事後分析により、これは、対照群と比較して、行動テストを行った両群、SHAM (p=0.048) および TMS (p=0.016) における CREB の増加に由来することが明らかになりました。
しかし、海馬の rTMS によってのみ影響を受けると思われるのは、CREB のリン酸化でした (一元配置分散分析 F(2,15)=11.813 p=0。00 1、hp2=.645、図2a)、事後分析により、rTMSを受けたマウスは対照群(p=0.001)およびSHAM群(p=0.041)よりも有意に高いレベルのpCREBを有することが示された。
さらに、pCAMKIIのレベルに対する効果も発見しました（一元配置分散分析F（2,15）= 4.817 p=0.029、hp2=.445、図2d）。 pCREB 事後検査では、rTMS が対照群と比較して pCAMKII の量を増加させることが示されました (p=0.027)。前頭葉皮質では、CREB のリン酸化が rTMS の影響を受けるようでした (一元配置分散分析 F( 2,15)=10.572p=0.003、hp2=.658、図 2b)。
事後分析では、rTMSを投与されたマウスは対照群よりも有意に高いレベルのpCREBを示した(p=0.002)/FC内のpCAMKIIにも影響があった(一元配置分散分析 F(2,15)=6.452 p=0.011、hp2 =.498、図 2e)、ただし事後分析では、SHAM (p=0.016) と両方の治療に関係ないことが示されました。 TMS(0.035) グループでは、CONTROL グループと比較して pCAMKII が増加していました。
FC では、pCAMKII の増加は既存の CAMKII のリン酸化の増加によるものであり、行動試験で CAMKII に対する pCAMKII の割合も増加しました (一元配置分散分析 F(2,15)=7.387 p=0。{{11 }}07、hp2 1/4.532、図 2e)。事後テストでは、SHAM (p=0.026) と TMS (0.010) の両方が CONTROL よりも大幅に大きな割合を占めていることが示されました。海馬とFCの両方で、rTMS後のERKまたはそのリン酸化に有意な変化は見られませんでした。
我々は、海馬およびFCからのシナプスホモジェネートに対するウェスタンブロットを使用して、学習と記憶に関与するさまざまなシナプス受容体に対するrTMSの効果を決定しました。
AMPA 受容体サブユニット GluR1 と GluR2、および BDNF 受容体 TrkB の変化を調べました。海馬では、GluR2 (ウェルチ テスト F(2,15)=6.718 p < 0.001、図 3g) と pGluR2 (一元配置 ANOVA F( 2,15) ＝ 7.189 p ＝ 0.023、hp2＝.461、図 3g)。
事後分析により、SHAM マウスは対照マウスよりも GLUR2 が少なく (Games-Howell p=0.022)、rTMS 治療を受けたマウスは両方の GluR2 レベルが有意に高かった (Games-Howell p={ {10}}.037) および pGluR2 (p < 0.05) は SHAM マウスよりも優れていました。海馬では、pTrKB への変化も見つかりました（一元配置分散分析 F(2,15)=8.449 p=0.005、hp2 =.585、図 3J）。
事後試験では、SHAM マウス (p=0.008) と TMSmice (p=0.013) の両方が CONTROL よりも pTRKb が少ないことが示され、この効果は行動試験に関連しており、治療とは無関係であることが示唆されています。 。
この効果は、リン酸化された totalTrkB の割合の変化によるものでもありました (一元配置分散分析 F(2,15)=8.882p=0。{{10}}04、hp2 1/4 .597、図 3J)、SHAM (p=0.042) と TMS (p=0.004) は両方とも CONTROL よりも有意に低かった。
GluR1 に対する唯一の影響は、S845 部位、pGluR1(845) でリン酸化された GluR1 の割合に変化があった FC で見つかりました (一元配置分散分析 F(2,15) ＝ 4.170 p ＝ 0.040 、hp2=.391、図3e）、S831サイトではありません。
事後分析では、コントロールと比較してrTMS後に減少があることが示されました（p=0.038）。FC内のGluR2受容体には変化はありませんでしたが、 TrkB (一元配置 ANOVAF(2,15)=13.601 p=0.001、hp2 =.712、図 3K) および pTrkB (Welch TestF(2,15)=4.745 p=0.035、図 3K) ）。
事後分析により、この効果は、TrkB (p=0.001) と pTrKB (Games-Howell p=0.037) の両方の対照と比較した、rTMS 治療後のレベルの増加のみによるものであることが示されました。 。
TrkBに対するpTrKbの比率に差はなかったので(図3K)、これは、海馬とは異なり、pTrkBの変化がTrKBの全体的な増加の結果であることを示唆している。
最後に、ORT に関与する脳領域におけるシナプス接続の増加と維持に対する rTMS 刺激の効果を調査しました。免疫組織化学を使用して、共局在するシナプス前（SV2A）およびシナプス後（PSD95）の涙点を決定し、これらの領域における活性な接続シナプスの割合を示しました。
全体として、海馬の CA1 領域で共局在するシナプスの数に変化がありました (OneWay ANOVA F(2,16)=4.231 p=0。038、hp2 =.377、図 4a) )、EC(一元配置分散分析 F(2,16)=4.658 p=0.030、hp2=.392、図 4c)、および PC (一元配置分散分析 F(2,16)=7.895 、ｐ＝０．００６、ｈｐ２＝．５４８、図４ｄ）。
CA1 領域と PC の両方で、TMS グループで CONTROL への共局在化が増加しました (CA1 p=0.031、PCp=0.005)。しかし、EC では、SHAM (p=0.047) グループと TMS (p=0.022) グループの両方で CONTROL からの増加があり、この領域における行動検査の全体的な効果が治療の効果をほとんど持たないことを示唆しています。 FC には大きな変化は見られませんでした。
4. ディスカッション
我々の結果は、コード化と検索の間にrTMSを投与すると、マウスのORTの記憶が改善されることを示しています。これらの結果は、エンコーディング後のrTMSまたは他の形態の非侵襲的脳刺激が記憶力の改善に同様の効果を示した人体研究を反映している[2、3]。
これまで主にげっ歯類の研究は、記憶力を改善するためのrTMSのプリエンコーディングに焦点を当ててきた[29e32]。そのため、特定の記憶力の改善には他の刺激時点よりも効果的であるにもかかわらず、rTMSを標的とした固定化の神経生物学的メカニズムは調査されていない[1]。
永続的な LTM の指標は、強力で安定したシナプス接続の形成です。 ＰＣおよびＣＡ１の両方において、ｒＴＭＳを有するマウスのみがＣＯＮＴＲＯＬマウスと比較してシナプス接続を増加させたが、ＳＨＡＭマウスは増加させなかった。
PC と背側 CA1 は、異なるメカニズムを通じて物体認識記憶において重要です [33]。 PC は物体の新しさや親しみやすさに基づいて物体の認識に関与しますが、海馬は感覚刺激からの特定の物体の情報を記憶にエンコードすることに関与します [33e35]。 rTMS マウスではどちらの領域でもシナプス接続が亢進しており、それによって記憶力が向上していたため、この刺激により、対象の情報と親密度の両方をコード化するこれらの領域の重要な接続が維持されていたことが示唆されます。
私たちが観察した最も顕著な生物学的変化の 1 つは、rTMS 治療後の海馬シナプスにおける GluR2 発現の増加であり、SHAM マウスの減少と比較して記憶力が向上しました。
これは、GluR1 発現の変化がほとんどないのとは対照的でした。以前の研究では、GluR2 受容体が LTM の保存に重要であり、シナプスからの GluR2 受容体の除去が物忘れに関与していることが示されています [36]。逆に、GluR2 エンドサイトーシスをブロックすると、実験設定の忘れが防止されます [37]。
GluR2 受容体に対する rTMS の効果について矛盾する証拠を示した研究はわずかしかありません [26、38、39]。 rTMS と学習課題を組み合わせた結果、SHAM マウスの GluR2 受容体の忘却と喪失が生じたため、我々の結果は独特の効果を示していると考えています。
したがって、rTMS が物体認識タスクに関するシナプスの GluR2 受容体の安定性を促進できることが初めて示され、これは以前の文献で実証されているように、記憶を維持するために重要です [36,37]。
興味深いことに、FCでは、rTMSはTrkBの増加およびTrKBのリン酸化と関連していましたが、海馬では、記憶課題によりpTrkBの発現が減少しました。 BDNFが結合するとTrkBはシナプスに取り込まれる可能性があるため、シナプスにおけるTrkBの動態は多くの要因に依存します[40]。
しかし、BDNF の活性化期間が長いと、TrkB の安定した上方制御がもたらされますが、一過性 BDNF は TrkB を一時的にしか増加させません [41]。したがって、FC と海馬の TrkB の発現の違いは、BDNF の領域特異的効果を示している可能性があります。
海馬では、SHAM マウスと TMS マウスの両方で行動テストに反応して TrkB 内部移行が起こった可能性がある。これは、テストフェーズの実施により、これらのグループの両方である程度のレベルの再統合学習イベントが引き起こされた可能性があり、これにより短い BDNF 応答が活性化された可能性があるためである [42e44] ]。 FCでは、これまでの研究でrTMSからのBDNFの直接的な増加が示されている[18e20]が、3日間にわたる刺激によるBDNFの持続的な増加は、TrkBの上方制御とシナプスへの移行を促進した可能性がある[41]。
さらに、FCは認識記憶に関与していないため、TrkBの内在化を引き起こす行動試験の影響は、海馬のようにFCでは起こらなかったであろう[45e47]。これは、この領域のシナプス接続に変化がなかったため、私たちの研究でも実証されました。将来の研究では、この正確なメカニズムを決定するために、rTMS と行動テストの効果をより詳細に調査する必要があります。
我々の結果から、CREBとTMSを受けたマウスの記憶能力の向上の間には強い関連性があるようです。全体として、海馬とFCの両方でCREBレベルの上昇とそのリン酸化が見られました。この結果は、rTMS が CREB 発現とそのリン酸化を増加させる能力を示した以前の研究に関連している可能性があります [20、21]。
pCREBの増加は、短期記憶を安定したLTMに変換するのに必要な転写活性にとって重要であり[48e50]、CREBをブロックすると、学習イベント後の数時間の記憶の定着が妨げられる[51]。したがって、統合段階では、rTMS が pCREB を増加させることができるかどうかが重要になります。しかし、CREB の長期活性化の役割はあまり明らかではありません。
この研究は、CREB のリン酸化が記憶力の向上と関連しており、したがって rTMS 処置マウスで観察された記憶力の向上において重要である可能性があることを示しています。
CREB の活性化は、多くのシナプス経路によって引き起こされる可能性があります。残念ながら、この研究では、pCREB の上昇を引き起こす正確な経路は決定されませんでした。 CAMKIIのリン酸化は海馬とFCの両方で増加し、これがCREBリン酸化の増加を引き起こす可能性がある[9e11]。
rTMS はニューロン内の Ca2β レベルを変化させるため [18]、CAMKII のこの活性化は CREB を活性化する直接経路を提供した可能性があり、さらに、CAMKII の活性化は GluR2 活性に直接関連付けられています [52]。
しかし、FC では、SHAM マウスも CAMKII が上昇していましたが、CREB や GluR2 は上昇していませんでした。シナプス染色により、物体認識記憶において海馬がFCよりも大きな役割を果たしていることが明らかになった。そのため、FCではなく海馬におけるrTMS後のCAMKIIからのCREBの活性化を支持する他の調節経路が関与している可能性がある。この研究から、 rTMS による改善が、エンコーディングの 3 時間後に与えられた刺激のみによるものなのか、それとも 72- 時間以内に与えられた刺激によるものなのかを区別します。
人体実験では、単一の強化刺激が記憶力の改善に効果的である[3]が、げっ歯類の研究では、LTMの維持には記憶経路の一貫した再活性化が不可欠である[17]。
さらに、この研究の結果から、記憶の改善または神経生化学的変化が、記憶の固定を改善する固定段階中のrTMS刺激の結果であるのか、それとも固定とは独立して記憶の想起を変化させる二次的なメカニズムがあったのかを特定することはできません。
この研究の結果は、シナプスの固定に必要なタンパク質のリン酸化の短期的な変化と、記憶維持に必要な安定したシナプス接続の長期的な変化の両方を示しています。したがって、将来の研究では、異なる刺激時点と非プローブ試験対照群の効果を比較して、正確なメカニズムを決定することが重要である。
5. 結論
これらの結果を総合すると、rTMS は、シナプス GluR2 をより促進してそのエンドサイトーシスを防止し、PC と海馬 CA1 のシナプス接続を維持することにより、物体認識テストにおける記憶を改善できることが示唆されています。
私たちは、これらの変化が海馬ニューロンのCAMKIIおよびCREB経路に関連している可能性があるという証拠を発見しました。これらの結果は、LTMの固定段階でのrTMSの送達とシナプス可塑性の変化をさらに確固たるものとし、これは記憶力の改善だけでなく、心理療法などの情報保持の向上が有益な場合にも、臨床神経調節分野でより大きな意味を持つ可能性がある[53]。
将来の研究では、同様の方法を使用して強化と維持刺激を比較し、その効果に寄与する分子機構を直接決定し、この効果が長期維持rTMSで延長できるかどうかを決定する可能性があります。
CRediT著者寄稿文
AM ヒース: 概念化、形式分析、調査、原案の作成。 M. ブリュワー: 調査です。 J. Yesavage:監修、執筆、レビュー、編集。 MW McNerney: 監督、リソース、資金調達、執筆、レビュー、編集。
謝辞
著者らは、原稿で使用するために彼女の図を提供してくれた Eugenia Poh 博士に感謝したいと思います。著者はお尻にも興味があります。この研究で使用したカスタム TMS コイルを提供してくれた Jennifer Roger 教授。
この研究は退役軍人省 [認可番号 5IK2BX004105-2] の支援を受けました。この文書の情報は、米国政府、退役軍人省、スタンフォード大学医学部の見解を表すものではありません。
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