内側中隔の光遺伝学的不活性化は長期的な物体認識記憶形成を損なう
Dec 04, 2023
抽象的な
シータは、哺乳類の脳の最も顕著な細胞外同期振動の 1 つです。 海馬θは無傷の内側中隔（MS）に依存しており、一部の学習パラダイムの訓練段階で一貫して記録されており、海馬依存性の長期記憶処理に関与している可能性があることが示唆されています。
記憶処理は人間の脳の重要な機能です。 これには、情報の識別、エンコード、保存、取得などのプロセスが含まれます。 それは、学習、仕事、社会的交流などの側面に密接に関係する、私たちの日常生活における重要な能力です。 記憶とは、情報を保持する人間の脳の能力を指し、これにより、過去の経験から学び、それを将来の生活に適用する能力が決まります。
記憶処理は記憶力を向上させるための基礎です。 効率的なメモリ処理機能により、情報のエンコード、保存、取得が向上し、メモリが向上します。 情報を記憶する必要がある場合、最初に情報を識別してエンコードし、次にエンコードされた情報を脳の長期記憶バンクに保存する必要があります。 最後に、この情報を使用する必要がある場合は、検索を通じて情報を取得できます。 これらのプロセスが効率的に実行されれば、記憶力は自然に向上します。
もちろん、記憶処理能力は一朝一夕に身につくものではなく、時間をかけてトレーニングを積み重ねて向上させる必要があります。 たとえば、情報の識別に関しては、事前認識を行うための継続的な運動を通じて情報に対する感度を向上させることができます。 情報のエンコードと保存に関しては、記憶宮殿などの方法を使用することで記憶効果を改善できます。 情報の検索に関しては、練習を重ねることで検索の速度と精度を向上させることができます。
つまり、記憶処理と記憶は切り離せないものなのです。 トレーニングと継続的な経験の蓄積により、記憶処理能力が向上し、記憶力が向上し、人生がより彩り豊かになります。 記憶力を向上させる必要があることがわかります。 カンクイは記憶力を大幅に向上させることができます。カンクンは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬の素材であり、そのうちの 1 つは記憶力の向上です。 ひき肉の効能は、酸、多糖類、フラボノイドなどを含む、ひき肉に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。
物体認識記憶 (ORM) は、動物が見慣れた物体を識別できるようにするもので、事実や出来事を記憶するのに不可欠です。 げっ歯類では、長期にわたる ORM 形成には機能的な海馬が必要ですが、このプロセスにおける MS の関与については依然として議論の余地があります。 われわれは、成体雄の Wistar ラットを、2 つの異なる、しかし行動的には同等の新しい刺激物体への曝露を含む長期の ORM 誘発学習課題で訓練すると、海馬シータ出力が増加し、光遺伝学的 MS 不活化によるシータ抑制が健忘症を引き起こすことを発見した。
重要なのは、この記憶喪失は、MSが不活性化されたときに動物が探索していた対象物に特異的であったことである。 まとめると、我々の結果は、MSが長期的なORM形成に必要であることを示し、海馬のシータ活動がこのプロセスに因果関係があることを示唆しています。
キーワード:
シータリズム、健忘、海馬、脳振動、長期記憶。
本文
神経振動は、自発的に、または刺激に反応して発生する電気活動の反復的なリズミカルなパターンです。 Teta は、主に海馬、特に CA1 領域で見られる遅い (5 ～ 10 Hz) 神経振動であり、より規則的で最大振幅を示します [1]。 海馬θは内側中隔（MS）病変に敏感であり[2]、その行動との相関関係はまだ完全には解明されていないが、海馬θが学習をサポートしていることを示す広範な証拠がある[3-5]。
実際、シータは、海馬依存性長期記憶の主要な細胞モデルである海馬長期増強（LTP）[6]を促進します。 物体認識記憶 (ORM) は、動物が物品に精通しているかを判断することを可能にし、出来事を記憶したり行動を計画したりするのに不可欠です。 げっ歯類では、ORM ベースの学習パラダイムでの訓練により、いくつかの可塑性関連シグナル伝達経路が活性化され、LTP 背側 CA1 が誘導され、海馬が長期的な ORM 形成に不可欠であることが示されています [7-9]。 逆に、このプロセスへの MS の参加については依然として議論の余地があります。 たとえば、空間記憶と作業記憶を損なう中隔病変は長期ORMに影響を与えません[10、11]が、MS刺激は海馬シータ活動を増加させることにより、てんかんマウスで観察される長期ORM欠損を軽減します[12]。
したがって、我々は、MS によって調節される海馬シータが実際に長期の ORM 保持と関連しているかどうかの分析を開始しました。まず、長期の ORM 形成が海馬シータに影響を与えるかどうかを決定しました。 そのために、我々は成体雄Wistarラット(生後3ヶ月、300～350g)の背側CA1領域に電極アレイを埋め込んだ。 私たちは、新しい物体認識パラダイムを訓練しました。これは、げっ歯類の自然な新しさに対する嗜好に基づいた長期ORM誘発タスクであり、2つの異なるが行動的には同等の新しい物体AとBに、{{10} }分 (図 1a) [13]。 アリーナ上に固定されたデジタル ビデオ カメラを利用して、動物の位置と行動を追跡、記録し、ObjectScan システム ソフトウェアで分析しました (詳細については、追加ファイル 1 を参照)。
探索イベントは、動物が銃口および/または前足で刺激物体の匂いを嗅いだり、および/または触ったりする、{{0}}.5-秒以上のエポックとして定義されました。 持続時間 0.5 秒以上の他のすべてのエポックは探査間イベントとみなされ、これらのうち、平均移動速度がすべての探査イベントの平均移動速度以下であったエポックのみをさらに考慮しました。 持続するイベント< 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).
トレーニングセッション全体を通して探索活動が観察されました（図1b）。テタ活動もこのセッション全体を通じて明らかでした（図1c）が、学習[14]を予測するシータパワーは、オブジェクトの探索中に特に高かった（図1d、e） ）。 実際、パワースペクトル分析は、物体探査エポック中のシータパワーが探査間期間中よりも36±7％高いことを示しました（図1f、g;F（2、10）=15.55; P{{12} }.0009. RM 一元配置分散分析後のボンフェローニの多重比較テストにおける Obj A 対 IE、P=0.002、ObjB 対 IE、P=0.001)。
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 シータパワー; オブジェクト A とオブジェクト B、RM 一元配置分散分析後のボンフェローニの多重比較テストにおけるピーク周波数の P=0.13)。 訓練の 1 日後、動物を馴染みのある物体 A と新しい物体 C に再曝露することによって、長期の ORM 保持を評価しました。予想通り、動物はテストで新しい物体を優先的に探索しました (TT;図 1h; t(5){ {9}}.95、理論平均による 1 つのサンプル t 検定での P=0.0009=50）。
正常な MS 機能は、海馬シータ活動にとって不可欠です [2]。 MS の不活化は、学習中に海馬シータを廃止するツールとして以前に使用されてきました [15]。 以前に、我々は、黄色光を感知する光学的神経サイレンサーアーケロドプシンT（ArchT、技術的詳細については追加ファイル1を参照）[16]を発現するラットのMSの黄色光（565nm）刺激が、背側CA1のシータを迅速かつ可逆的にキャンセルすることを示した[17]。 。 したがって、長期的なORM形成におけるMSの関与を分析し、海馬シータが実際にこのプロセスに関連しているかどうかをさらに評価するために、MSでArchTを発現するラットを、AおよびB刺激物体を使用する新しい物体認識パラダイムで訓練し、黄色物体Aの探査中に光がMSjustに届けられました（図1i）。
この手順は、運動活動には影響しませんでした（図1j、k; t（39）=1.29、対応のないt検定におけるLigthOFF対LightON AのP=0.20）、オブジェクト探索時間（図1j） . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 forLigthOFF vs LightON A in unpaired t-test)、または探索イベントの数 (図 1l; t (39){ {16}}.93、対応のない t 検定における LigthOFF と LightON A の P=0.06）。 LongtermORM は、トレーニング後 24- 時間後に実行された新規オブジェクト C と並行して、馴染みのあるオブジェクト A または馴染みのあるオブジェクト B の存在下での保持テスト セッション中に評価されました。 我々は、刺激を受けていないArchT発現動物が物体AおよびBと新規物体Cを区別したことを発見した（図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).
海馬のシータ振幅は移動速度に依存します[18]が、探索イベントと同様の速度に一致する探索間イベントを比較しただけであるため、この変数の変化がトレーニング中に観察されたシータパワーの増加を説明できる可能性は低いです。 また、MS 不活化によって引き起こされた健忘症が、記憶障害、平均以下の訓練パフォーマンス、光遺伝学的構築物の過剰発現、または光刺激そのものの有害な影響によるものである可能性は低い。なぜなら、それは光遺伝学抑制が適用されたときに動物が探索していた対象と光伝達に特異的だったからである。オブジェクトの探索には影響しませんでした。 MS は海馬だけでなく前帯状皮質 (ACC) にも投影します [19]。 したがって、MS 不活性化によって引き起こされる健忘症は、この相互作用の障害によって引き起こされる可能性があります。
しかし、ACCは長期的なORM形成には関与しておらず[20]、MS-ACC投影の阻害はこの形式の宣言様記憶に影響を与えない[21]。 したがって、ACC機能の破壊が海馬のシータ阻害による可能性が高い結果の原因となる可能性は考えられません。 ORM 処理には海馬が必要であるという概念は実験的に広く支持されていますが、全会一致で受け入れられているわけではありません [22]。 たとえば、トレーニング前の海馬内筋肉投与は、トレーニング間隔が 10 分より長い場合にのみ ORM に影響します [23]。これは、短期的な ORM には海馬が必要ないことを示唆しており、短期的には他の脳領域が海馬の役割を引き継ぐことを思い出してください。他のメモリタイプで報告されているように、長期 ORM 処理が無効になっている場合、または短期 ORM と長期 ORM に独立したメカニズムが含まれていることが報告されています [24]。
この点に関して、私たちのデータは、海馬が長期ORM形成の鍵であることを示しており、新しい物体認識タスクのトレーニング中に取得された2つの長期物体記憶が独立しているという考えをさらに実証しています[13]。 さらに、MSが不活性化されたときに動物が探索していた対象についてのみ記憶喪失になったという事実は、シータが学習誘発性の神経可塑性の単なる副産物ではなく、長期のORM形成中に海馬で起こる計算に機能的に関連していることを強く示しています。
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