Predchádzajúce učenie sa relevantných nenaverzívnych informácií je hraničnou podmienkou pre vyhýbanie sa obnoveniu pamäte v potkanom hippocampe

Pre viac informácií:ali.ma@wecistanche.com

Reaktivované spomienky môžu byť modifikované počas rekonsolidácie, čím sa tento proces stáva potenciálnym terapeutickým cieľom pre posttraumatickú stresovú poruchu (PTSD), duševnú chorobu charakterizovanú opakovaným vyhýbaním sa situáciám, ktoré vyvolávajú obavy súvisiace s traumou. Avšak vyhýbanie saPamäťrekonsolidácia závisí od súboru ešte voľne definovaných okrajových podmienok, limitujúcich translačný význam základného výskumu. Najmä zapojenie hipokampu do vyhýbania sa motivovaného strachomPamäťopätovná konsolidácia zostáva kontroverzná. Kombináciou behaviorálnych a elektrofyziologických analýz u samcov potkanov Wistar sme zistili, že predchádzajúce učenie sa relevantných neaverzívnych informácií je nevyhnutné na vyvolanie účasti hipokampu pri vyhýbaní saPamäťrekonsolidácia, ktorá je spojená so zvýšením sily theta a gama-oscilácie a krížovej frekvenčnej väzby v dorzálnom CA1 počas reaktivácie vyhýbacej reakcie. Naše výsledky naznačujú, že hipokampus je zapojený doPamäťopätovná konsolidácia iba vtedy, keď reaktivácia vedie k protichodným reprezentáciám týkajúcim sa dôsledkov vyhýbania sa a naznačujú, že robustné vnorenie hipokampálnych rytmov theta-gama v čase vyhľadávania je špecifickým markerom rekonsolidácie.

Kľúčové slová: vyhýbanie sa; strach; gama-oscilácie; hippocampus; rekonsolidácia; theta-oscilácie

XAndressa Radiske,* Maria Carolina Gonzalez,* Sergio A. Conde-Ocazionez, XAnatildes Feitosa, Cristiano A. Ko¨hler, Lia R. Bevilaqua a XMartín Cammarota

Laboratórium pre výskum pamäti, Inštitút mozgu, Federálna univerzita v Rio Grande do Norte, RN 59056-450 Natal, Brazília

Vyhlásenie o význame

Posttraumatická stresová porucha (PTSD) je charakterizovaná maladaptívnymi vyhýbavými reakciami na podnety alebo správanie, ktoré predstavuje podobnosť s niektorým aspektom atraumatického zážitku. Narušenie rekonsolidácie, proces, ktorým sa reaktivované spomienky stávajú náchylnými na modifikácie, je sľubným prístupom k liečbe pacientov s PTSD. Veľa z toho, čo je známe o vyhýbaní sa motivovanom strachomPamäťRekonsolidácia vychádza zo štúdií založených na podmieňovaní strachu namiesto paradigiem vyhýbania sa a učenia. Použitím úlohy znižovania inhibičného vyhýbania sa potkanom sme zistili, že je zapojený hipokampusPamäťopätovnú konsolidáciu iba vtedy, keď zvieratá získali vyhýbaciu reakciu v prostredí, ktoré sa predtým naučili ako bezpečné, a ukázali, že zvýšená theta a gama-oscilačná väzba počas reaktivácie je elektrofyziologickým podpisom tohto procesu.

Úvod

Vyhýbanie sa je normálne obranné správanie určené na odvrátenie nepríjemných alebo strašných situácií. U pacientov s posttraumatickou stresovou poruchou (PTSD) je však vyhýbanie sa emóciám, myšlienkam a podnetom, ktoré symbolizujú alebo pripomínajú traumatické udalosti, zosilnené a neprimerané. Reaktivácia môže spôsobiť, že spomienky budú prechodne labilné, a aby tieto spomienky pretrvali, musia prejsť procesom restabilizácie závislým od génovej expresie a syntézy proteínov, ktorý sa označuje ako rekonsolidácia, počas ktorej môžu byť tiež aktualizované alebo vylepšené (Misanin et al., 1968; Spear, 1973; Lewis, 1979; Przybyslawski a Sara, 1997; Nader a kol., 2000, Haubrich a Nader, 2016). Preto sa navrhlo, že terapeutické intervencie založené na interferencii so strachom motivovanou rekonsolidáciou pamäte na vyhýbanie sa môžu pomôcť pacientom s PTSD rekontextualizovať rušivé spomienky a vyrovnať sa s úzkosťou (Schwabe et al., 2014; Dunbar a Taylor, 2017). Napriek tomu, možno preto, že podmienený strach je už dlho spojený s posilňovaním reakcií vyhýbania sa strachu (Mowrer a Lamoreaux, 1946; Miller, 1948), väčšina štúdií o význame rekonsolidácie pre liečbu porúch súvisiacich so stresom bola vykonaná pomocou paradigmy učenia podmieňujúce strach (Johansen a kol., 2011; Reichelt a Lee, 2013). Existujú však dôležité neuroanatomické a neurochemické rozdiely medzi podmieňovaním strachu a spracovaním pamäte na vyhýbanie sa motiváciou strachu (Wilensky a kol., 2000; Tinsley a kol., 2004; Alberini, 2005) a niekoľko správ jasne oddeľuje vyhýbanie sa vyvolané strachom od vyjadrenie podmieneného strachu (Riccio a Silvestri, 1973; Overmier a Brackbill, 1977; Mineka, 1979). V skutočnosti existuje nedostatok informácií o podmienkach správania, ktoré obmedzujú rekonsolidáciu vyhýbania sa vyvolanému strachom, a o fyziologických vlastnostiach, ktoré odlišujú tento proces od iných javov, ktoré závisia od reaktivácie pamäte.

Kliknite na dávkovanie Cistanche tubulosa pre pamäť

Najmä úloha hipokampu, ktorá je dobre zdokumentovaná pri rekonsolidácii pamäte podmieňujúcej strach (de Oliveira Alvares a kol., 2008; Besnard a kol., 2013; Ishikawa a kol., 2016), zostáva nepolapiteľná v prípade vyhýbania sa a niektoré výskumy, vrátane našich vlastných, nedokázali nájsť dôkaz, že de novo hipokampálna proteínová syntéza je nevyhnutná na restabilizáciu strachom vyvolanej vyhýbavej pamäte po reaktivácii (Taubenfeld a kol., 2001; Cammarota a kol., 2004; Power a kol. , 2006; Arguello a kol., 2013). Jedným z možných vysvetlení týchto negatívnych výsledkov je, že vyhýbacia pamäť nikdy neprejde rekonsolidáciou, čo je vysoko nepravdepodobné, pretože sa uvádza, že systémové podávanie blokátorov syntézy proteínov po získaní vyhýbavej pamäte vyvolanej strachom spôsobuje amnéziu (Taubenfeld et al., 2001). Ďalšou možnosťou je, že reaktivácia vyvoláva opätovné upevnenie vyhýbavej pamäte, ale hipokampus v tomto procese nehrá žiadnu rolu, čo sa tiež zdá byť nepravdepodobné, pretože hipokampus je nevyhnutný, nielen pre konsolidáciu, znovuzískanie a zánik strachom vyvolanej vyhýbavej reakcie (Bernabeu et al., 1995; Cammarota et al., 2005; Bonini et al., 2006), ale aj na rekonsolidáciu vyhnutia sa vyhynutia pamäte (Radiske et al., 2015). Toto posledné pozorovanie naznačuje tretiu hypotézu, ktorú sme skúmali v tejto štúdii, že hipokampus sa podieľa na rekonsolidácii vyhýbavej pamäte motivovanej strachom iba vtedy, keď reaktivácia vedie k protichodným predpovediam týkajúcim sa možných výsledkov vyhýbavej reakcie.

Modifikácie v hipokampálnej oscilačnej aktivite sú spojené so spracovaním pamäte (Lisman, 2005). Najmä zvýšené interakcie theta-gama sú spojené s obnovovaním pamäte (Gruber a kol., 2004; Montgomery a Buzsaki, 2007) a tieto oscilácie slúžia na výpočet signálov neistoty (Garrido a kol., 2015) a na rozlíšenie medzi správnymi a nesprávnymi odpovede (Sederberg et al., 2007), z ktorých všetky súviseli s nejakým aspektom rekonsolidácie pamäte v rôznych prípravkoch (Ferna´ndez et al., 2016).

Preto sme tiež predpokladali, že stopová konkurencia na začiatku rekonsolidácie zvyšuje theta-gama spojenie v hipokampe. Na otestovanie týchto predpokladov sme použili paradigmu postupného inhibičného vyhýbania (SD-IA), jednoskúškové učenie závislé od hipokampu, vhodné na štúdium časovo závislých zmien spojených so získaním naučeného vyhýbania sa potkanom.

Materiály a metódy

Predmety. Na experimenty sme použili 3-mesačné naivné samce potkanov Wistar s hmotnosťou 300 – 350 g. Zvieratá boli umiestnené v skupinách po piatich a udržiavané v cykle 12:12 h svetlo/tma (svetlo zapnuté o 6:00 ráno) pri 23 stupňoch s ad libitným prístupom k potrave a vode. Experimenty sme vykonali počas svetelného cyklu. Zvieratá boli trénované a testované iba raz. Všetky postupy sa riadili Príručkou Národného inštitútu zdravia pre starostlivosť a používanie laboratórnych zvierat a boli schválené miestnou inštitucionálnou etickou komisiou (Comissa˜o de E´tica no Uso de Animais, CEUA). Experimenty sa uskutočňovali naslepo vzhľadom na stav liečenia zvierat.

Kanylové a multielektródové implantáty. Zvieratám sme implantovali vodidlá z nehrdzavejúcej ocele {{0}} zamerané na oblasť CA1 dorzálneho hipokampu (stereotaxické súradnice v milimetroch: predozadná, 4,2; anterolaterálna, 3.0; dorzoventrálna, 3 .0). Šiestim zvieratám boli chronicky implantované 16-sústavy kanálových elektród do ľavého dorzálneho hipokampu (stereotaxické súradnice, v milimetroch: anteroposterior, 3,6; anterolaterálne, 2,4; dorzoventrálne, 3,6 mm) a dve epidurálne skrutky lokalizované v parietálnej kosti ako základ elektródy. Elektródové polia boli vyrobené z 50 m tupo strihaných, PFA potiahnutých, volfrámových mikrodrôtov (AM Microsystems) umiestnených v 28 konfigurácii s rozstupom 250 m medzi susednými elektródami. Implantáty sa uskutočňovali v anestézii ketamín (80 mg/kg)/xylazín (10 mg/kg) a bezprostredne po chirurgickom zákroku zvieratá dostali jednu subkutánnu dávku meloxikamu (0,2 mg/kg) ako analgetikum. Po chirurgickom zákroku boli potkany s elektródovými implantátmi umiestnené individuálne. Behaviorálne postupy začali 7–10 dní po operácii.

Experimentálny dizajn a štatistická analýza. Pred tréningom v SD-IA (pozri nižšie) boli potkany podrobené jednému z troch rôznych postupov, ako je uvedené nižšie. Kontrolné zvieratá boli ošetrované počas 5 minút/deň počas 5 dní (kontrolná skupina). Skupinovým zvieratám v otvorenom poli (OF) bolo umožnené preskúmať 60 * 6{{30}} * 60 cm svetlosivú OF arénu počas 5 minút/d počas 5 dní. Skupinové zvieratá v tréningovom boxe (TB) sa umiestnili na platformu SD-IRA TB a nechali sa voľne skúmať prístroj počas 5 minút/deň počas 5 dní. Jeden deň alebo 28 dní po ukončení týchto postupov boli potkany trénované v úlohe SD-IA. Prístroj SD-IA bol 50 25 25 cm plexisklo s 5- cm vysokou, 8- širokou, 25- cm dlhou platformou na ľavom konci série bronzových tyčí ktoré tvorili podlahu škatule. Na tréning (jediná relácia vykonaná medzi 8:{24}} ráno a 11:00 ráno boli zvieratá umiestnené na plošinu otočenú k ľavému zadnému rohu prístroja SD-IRA. Keď zostúpili a položili svoje štyri labky na mriežku, dostali 0,8 mA (silný tréning) alebo 0,4 mA (slabý tréning) šok do chodidla počas 2 s a boli okamžite vrátení do svojej domovskej klietky. Aby sa reaktivovala vyhýbacia pamäťová stopa, 24 hodín po tréningu SD-IA boli zvieratá opäť umiestnené na platformu TB na 40 s. Počas týchto 40 s potkany skúmali plošinu a vyhýbali sa tomu, aby z nej zostúpili. Retencia sa hodnotila pomocou nezávislých skupín zvierat 3 hodiny, 1 deň alebo 14 dní po reaktivácii pamäte SD-IA. Na tento účel sa zvieratá umiestnili na platformu SD-IA TB a merala sa latencia odstúpenia z nej. Táto relácia skončila, keď zviera zostúpilo na mriežku alebo po 500 s. Nedošlo k žiadnemu šoku chodidla. Vzhľadom na 500-sekundový strop uložený na latenciu relácie retenčného testu a na skutočnosť, že neexistuje validovaný multifaktorový test ANOVA pre neparametrické premenné, údaje sú vyjadrené ako mediány (medzikvartilové rozsahy) a analyzované dvojstranným Mann–Whitney U testom alebo Kruskal– Wallisov test nasledovaný Dunnovým post hoc porovnaním, ak je to vhodné. Údaje z preexpozičných a tréningových sedení (bez stanovenej stropnej hodnoty) sú vyjadrené ako priemer SEM a boli analyzované pomocou ANOVA, po ktorej nasledoval Bonferroniho viacnásobný porovnávací test. Významnosť bola stanovená na p 0,05. Analýzy údajov sa uskutočnili pomocou softvéru GraphPad Prism 6 (RRID: SCR_002798).

Elektrofyziológia in vivo. Neurofyziologické signály sa získavali nepretržite pomocou systému Cerebus Neural Signal Processor (Black rock Microsystems). Údaje boli amplifikované, filtrované pri medzných frekvenciách 0,3 a 150 Hz, vzorkované pri 1000 Hz a analyzované offline v MATLAB (RRID: SCR_001622) pomocou vstavaných a na mieru napísaných rutín ( Nástroje na spracovanie signálu). Vrstva CA1 pyramídových buniek bola identifikovaná stereotaxickými súradnicami a štandardnými elektrofyziologickými parametrami, ako je maximálna sila theta v hipokampálnej trhline a fázová reverzia aktivity theta cez stratum radiatum (Brankack a kol., 1993; Bragin a kol., 1995). Na výpočet výkonových spektier sme použili metódu Welchovho periodogramu (5 s Hammingove okná, 75 percent prekrytie). Pomer výkonu udáva výkon na jednotku frekvencie normalizovaný výkonom počas základnej epochy (prvých 40 s stabilného záznamu v záznamovej klietke). Potenciály základného poľa sa získali v záznamovej klietke 1 hodinu pred opätovnou aktiváciou pamäte. Výkon pásma theta, pomalý gama a rýchly gama bol definovaný ako priemerný výkon vo frekvenčnom rozsahu 5–10, 35–55 a 55–100 Hz. Na analýzu krížovej frekvenčnej väzby sa z Hilbertovej transformácie filtrovaných verzií každého frekvenčného pásma vypočítali pomalé a rýchle amplitúdy gama a fázy theta pozdĺž záznamu. Théta fázy boli zoradené do 18 intervalov po 20 stupňoch. Stredná amplitúda gama pásov bola vypočítaná pre každý fázový zásobník theta a normalizovaná súčtom hodnôt amplitúdy vo všetkých zásobníkoch. Sila modulácie medzi frekvenčnými pásmami bola vyjadrená modulačným indexom (MI), ktorý udáva Kullback-Leiberovu vzdialenosť medzi rovnomerným rozdelením a pravdepodobnostnou funkciou odvodenou od priemernej amplitúdy na fázovú distribúciu (Tort et al., 2010). Co modulačné mapy sa získali vyjadrením MI niekoľkých párov frekvenčných pásiem (šírky pásma 4 Hz, kroky 1 Hz pre fázové frekvencie; šírky pásma 10 Hz, kroky 5 Hz pre amplitúdové frekvencie) v dvojrozmernom pseudofarebnom grafe (Tort a kol., 2010) . Priemerný MI sa získal spriemerovaním zodpovedajúcich hodnôt MI v (5–10 Hz) (35–55 Hz) alebo (5–10 Hz) (55–100 Hz) oblastiach komodulačných máp. MI boli vypočítané z jednotlivých elektród pomocou 40-s-dlhých súvislých záznamov LFP z reaktivačnej relácie. Boli identifikované udalosti s pomalou a rýchlou gama amplitúdou a bola určená súvisiaca theta fáza. Tieto udalosti boli definované ako časové intervaly, keď výkon gama prekonal o 2 SD ich príslušný časovo spriemerovaný výkon, ako v Colgin et al. (2009). Aby sme sa vyhli analýze artefaktov gama udalostí, vo výpočtoch sme nezohľadnili časové intervaly s výkonom 6 SD. Udalosti oddelené 100 ms boli zlúčené a považované za jednu udalosť. Extrahovala sa fáza theta v časových bodoch zodpovedajúcich maximu každej udalosti gama a vypočítal sa kruhový priemer, čím sa získala jednofázová hodnota spojená s výskytom vysokej amplitúdy gama. Na sledovanie polohy zvieraťa sa použili digitálne videokamery pripevnené nad prístrojom SD-IA a záznamové klietky. Video dáta boli získané pri 30 snímkach/s a analyzované pomocou systému TopScan (CleverSys). Údaje sú vyjadrené ako priemer SEM a boli analyzované pomocou nepárového Studentovho t-testu alebo jednovzorkového t-testu s teoretickým priemerom 1. Umiestnenie elektród bolo overené postmortem. Potkany boli hlboko anestetizované a intrakardiálne perfundované najprv fyziologickým roztokom, pH 7,2, a potom 4 % paraformaldehydom, pH 7,2. Mozgy boli odstránené, ponechané v 30-percentnej sacharóze počas 48 hodín a narezané koronálne (50 m rezy). Vybrali sa príslušné rezy a zafarbili sa krezylovou fialovou, aby sa potvrdilo umiestnenie elektródy. V experimentoch sa 1 1 4-percentnej metylénovej modrej infundoval, ako je opísané vyššie, a predĺženie farbiva o 30 minút potom sa považovalo za indikáciu predtým injikovanej difúzie vehikula/liečiva. Do štatistických analýz boli zahrnuté iba údaje od zvierat so správnymi implantátmi kanyly (96 percent).

Výsledky

Opakované nezosilnené predtréningové vystavenie tréningovému aparátu vyvoláva účasť hipokampu na vyhýbaní sa konsolidácii pamäte

Na určenie vplyvu predchádzajúceho učenia sa na rekonsolidáciu pamäte na vyhýbanie sa strachom motivovaným samcom potkanov Wistar (3 mesiace staré; 300 –350 g) sa zaobchádzalo (kontrolná skupina) alebo umožnili voľne preskúmať buď arénu OF (skupina OF) alebo SD-IA TB (skupina TB) počas 5 minút raz denne počas 5 dní. O 24 hodín neskôr boli zvieratá trénované v SD-IA (0,8 mA/2 s šok do nohy) a 1 deň potom podrobené 40-s-dlhej relácii nezosilnenej reaktivácie pamäte. Ihneď potom potkany dostali bilaterálne injekcie vehikula (VEH; 0,9% fyziologický roztok), blokátora génovej transkripcie AMA (45 ng/strana) alebo inhibítora syntézy proteínov ANI (160 g /strana) do oblasti CA1 dorzálneho hipokampu. Kontrolné a OF zvieratá vykazovali normálnu pamäť SD-IA počas testovacej relácie uskutočnenej 24 hodín po reaktivácii bez ohľadu na liečbu. Zvieratá s TBC, ktoré dostali VEH, tiež vykazovali normálnu retenciu, ale tie, ktorým bola podaná AMA alebo ANI, boli amnestické (obr. 1B; kontrolná skupina: H 0.8501, p 0.6537; skupina OF: H 0,1925, p 0,9082; skupina TB: H 12,23, p 0,0022, VEH vs AMA p 0,05, VEH vs ANI p 0,01 v Dunnových viacnásobných porovnaniach po Kruskal-Wallisovom teste).

Postreaktivácia Intra-CA1 podávanie AMA a ANI tiež spôsobilo amnéziu u TB zvierat trénovaných v SD-IA pomocou slabého šoku do nohy (0,4 mA/2 s; Obr. 1C; kontrolná skupina: H {{7} },2679, p 0,8747; Skupina TB: H 14,96, p 0.0006, VEH vs. AMA p 0,05, VEH vs ANI p 0,001 palca Dunnove viacnásobné porovnania po Kruskal-Wallisovom teste).

V súlade s predstavou, že predchádzajúce učenie sa protichodných neaverzívnych informácií je nevyhnutnou podmienkou pre zapojenie hipokampu do vyhýbania sa obnove pamäte, amnézia spôsobená AMA a ANI trvala najmenej 14 dní (obr. 1D; H 15,43, p { {4}}.0004, VEH vs. AMA p 0.001, VEH vs ANI p 0,05 palca Dunnove viacnásobné porovnania po Kruskal-Wallisovom teste) a nebol pozorovaný, keď boli AMA a ANI injikované 6 hodín po (obr. 1E; H 2,376, p 0,3049) alebo v neprítomnosti reaktivácie pamäte (obr. 1F; H 2,282, p 0,3196 ), keď sme testovali zvieratá na retenciu 3 hodiny namiesto 24 hodín po reaktivácii (obr. 1G; H 1,959, p 0,3754), alebo keď sme zvieratá podrobili jedinej relácii pred expozíciou TB (obr. 1H; H 1,478, p 0,4776).

Opakovaná preexpozícia TB znížila latenciu poklesu pri tréningu, ale neovplyvnila pamäť SD-IA ani výdrž (obr. 2A, vľavo: F(2,47) 26,46, p 0.0 01 efekt predexpozície; t(47) 2,144, p 0.05 pre kontrolnú skupinu vs. OF skupina; t(47) 7,1{{30}} 6, p 0.001 pre kontrolnú skupinu verzus TB skupina; t(47) 4,994, p 0.001 pre OF skupinu verzus TB skupina v Bonferroniho viacnásobný porovnávací test po jednosmernej ANOVA, obr. 2A, vpravo, deň 1: H 0,4478, p 0,7994; deň 14: H 0,2072, p 0,9016). Navyše, nezosilnená reaktivácia neovplyvnila silu naučenej vyhýbavej reakcie bez ohľadu na intenzitu šoku do nohy pri tréningu (obr. 2B, C; U 24,50, p 0,9999, skupina bez RA vs. skupina RA pre silný tréning a U 20,00, p 0,5594, skupina bez RA vs skupina RA, pre slabý tréning).

Expresia transkripčného faktora Zif268 je selektívny marker rekonsolidácie hipokampu (Lee et al., 2004) a farmakologická aktivácia signalizácie -adrenergných receptorov zvyšuje rekonsolidáciu pamäte strachu (pozri však aj Muravieva a Alberini, 2010; De˛biec a kol., 2011). U zvierat s TB, ale nie u kontrolných zvierat, intra-CA1 infúzia antisense oligodeoxynukleotidov Zif268 (2 nmol/strana) 90 min pred reaktiváciou pamäte vyvolala o 24 hodín neskôr amnéziu (obr. 3A; kontrolná skupina: U 49,5{ {55}}, p 0,9999, MSO vs. ASO; skupina TB: U 7.50, p 0.0007, MSO vs ASO v Mann-Whitneyho teste), zatiaľ čo intraperitoneálne podanie agonistu -adrenergného receptora ISO (5 mg/kg) bezprostredne po reaktivácii spomalilo úpadok pamäte (obr. 3B; U 15.{{80}}{{ 89}}, s. 0.0{{1{00}}73, VEH vs ISO v teste Mann–Whitney). Okrem toho podanie AMA a ANI po reaktivácii pamäte SD-IA neovplyvnilo retenciu u zvierat, ktoré dostali antagonistu NMDAr AP5 (5 g/strana) v dorzálnej CA1 po každej predexpozičnej relácii (obr. 4A, vľavo: F(4,196) 5,472, p 0,0003 pre účinok liečby; F(1,49) 15,81, p 0,0002 pre účinok relácie; F(4,196) 5,248, p 0,0005 pre interakciu; relácia 4-AP5: t(245) 4,038, p 0 relácia 4-VEH; relácia 5-AP5:t(245) 4,179, p 0,001 vs relácia 5-VEH v Bonferroniho teste viacerých porovnaní po dvojcestnej ANOVA; Obr. 4A vpravo: VEH po opakovanej preexpozícii: H 12,96, p 0,0015, VEH vs. AMAp 0,01, VEH vs ANI p 0,05; AP5 po opakovanej preexpozícii: H 2,046, p 0,3595 v Dunnových viacnásobných porovnaniach po poslednom Kruskalovom teste alebo – Wallisovom teste predexpozičná relácia a tréningová relácia sa zvýšila z 1 na 28 dní. Avšak opätovná expozícia SD-IA TB, ale nie OF aréna, 27 dní po poslednej predexpozičnej relácii obnovila amnesický efekt AMA a ANI (obr. 4C vľavo: manipulovaná skupina: H 0,07045, p 0,9654; skupina OF: H 3,214, p 0,2005; reexponovaná skupina: H 19,20, p 0,0001, VEH vs AMAp 0,001, VEH vs ANI p 0,001 v Dunnových viacnásobných porovnaniach po Kruskal-Wallisovom teste)

Rekonsolidácia pamäte pri vyhýbaní sa zvyšuje hipokampálne spojenie theta-gama

Rekonsolidácia pamäte bola široko charakterizovaná na farmakologickej a molekulárnej úrovni (Alberini, 2005; Tronson a Taylor, 2007; Haubrich a Nader, 2016). Chýbajú však elektrofyziologické analýzy tohto procesu, čo doteraz bránilo popisu jednoznačných rekonsolidačných elektrofyziologických podpisov.

V hipokampe sú oscilácie lokálneho poľného potenciálu (LFP) v pásme theta (5–10 Hz) spojené s detekciou nepredvídaných udalostí (Nokia a Wikgren, 2010), keďže pomalé (35–55 Hz) a rýchle gama (55–100 Hz) oscilácie sa podieľajú na prenose informácií z a do iných oblastí mozgu (Fries, 20 09). Pomalá gama má pôvod v CA3 a šíri sa do CA1 stratum radiatum cez Schafferove kolaterály, zatiaľ čo rýchla gama aktivita sa zdá byť generovaná hlavne v mediálnom entorinálnom kortexe a šíri sa do stratum lacunose-molekulárnej, hoci skutočný pôvod a povaha tejto oscilačnej aktivity zostáva byť úplne objasnené (Csicsvari a kol., 2003; Colgin a kol., 2009; Zemankovics a kol., 2{{1 06}}13; Laszto´ czi a Klausberger, 2014, 2016). Pomalé a rýchle gama oscilácie možno zaznamenať aj z pyramídovej vrstvy CA1 (Butler a kol., 2016), kde ich spojenie s theta odzrkadľuje integráciu nových informácií s informáciami získanými z dlhodobých pamäťových zásob počas učenia (Fell a Axmacher, 2011; Yaffe a kol., 2014). Aby sme určili, či sa reaktiváciou indukovaná hipokampálna aktivita LFP líši medzi zvieratami, ktoré práve získali vyhýbaciu reakciu (kontrolná skupina) a zvieratami, ktoré túto reakciu tiež opätovne konsolidovali (skupina TB), zaznamenali sme LFP v dorzálnej vrstve pyramidálnych buniek CA1 a analyzovali sme zmeny v oscilačnom vzor počas reaktivácie pamäte SD-IA meraním relatívnej sily pásiem theta a gama. Zistili sme, že amplitúda pomalých gama oscilácií sa počas reaktivácie zvýšila v kontrolnej skupine aj skupine TB (obr. 5C; kontrolná skupina: t(5) 2,605, p 0,0480; skupina TB: t(5) 5,182, p 0,0035 v{{35 }}vzorový t-test s teoretickým priemerom 1; kontrolná skupina vs. TB skupina: t(10) 1,858, p 0,0928 v nepárovom t-teste, v súlade so správami, ktoré naznačujú, že pomalé gama sa podieľa na získavaní pamäte (Colgin, 2015) . Zvieratá s TB, ale nie kontrolné zvieratá, tiež vykazovali zvýšenie theta a rýchleho gama výkonu (obr. 5C; TB skupina: t(5) 8,754, p 0,0003 pre theta pásmo; t(5) 3,601, p 0,0155 pre rýchle gama pásmo v 1-vzorovom t-teste s teoretickým priemerom 1; kontrolná skupina vs. TB skupina: t(10) 2,524, p 0,0302 pre theta pásmo; t(10) 2,527, p 0,0300 pre rýchle gama pásmo v nepárovom t-teste ). Pomocou MI (Canolty et al., 2006; Tort et al., 2010) sme zistili, že pomalé a rýchle gama amplitúdy boli spojené s theta počas reaktivácie pamäte SD-IA a že táto modulácia bola silnejšia u zvierat s TBC ako u kontrolných zvierat. (Obr. 5F; kontrolná skupina vs. TB skupina: t(10) 3,639, p 0,0045 pre theta-pomalé gama; t(10) 3,963, p 0,0027 pre theta-rýchle gama v nepárovom t-teste). Aby sme zistili, či tento rozdiel v sile väzby skutočne odráža aktívny pamäťový procesor, bol jednoducho výsledkom zlepšenej identifikácie fázy v dôsledku zvýšenej sily theta u zvierat s TB (Canolty a kol., 2006; Tort a kol., 2008), spojili sme odpovede LFP. zaznamenaný počas 40-s-dlhej SD-IA reaktivačnej relácie do 1-s-dlhých intervalov a vyrovnával silu theta medzi kontrolnými zvieratami a zvieratami s TBC (obr. 5G, vľavo: kontrolná skupina vs. skupina s TB: t( 10) 0,1640, p 0,8730 v nepárovom t-teste) na prepočítanie MI len s prihliadnutím na epochy s hodnotami sily theta nad alebo pod 50. percentilom. Zistili sme, že aj za týchto prísnych podmienok bol MI vyšší u TBC ako u kontrolných zvierat (obr. 5G, vpravo: kontrolná skupina vs. skupina s TB: t(10) 3,006, p 0,0132 pre theta-pomalé gama; t(10) 5,409, p 0,0003 pre theta-fast gama v nepárovom t-teste).

Analýza gama normalizovanej distribúcie amplitúdy vo fázach theta ukázala, že u zvierat s TB, ale nie u kontrolných zvierat, sa maximálny výkon pomalých a rýchlych gama komponentov vyskytol blízko vrcholu cyklu theta počas reaktivácie pamäte (obr. 5H, vľavo). Tiež sme určili fázovú distribúciu theta pomalých a rýchlych gama udalostí, definovaných ako obdobia, keď výkon vybraného frekvenčného podpásma gama prekročil 2 SD stredný výkon, a zistili sme, že u zvierat s TB sa pomalé a rýchle gama udalosti vyskytli v rôznych fázach cyklus theta s pomalými gama epizódami sústredenými na neskorú vzostupnú časť a rýchlymi gama udalosťami na skorú zostupnú fázu theta vlny (obr. 5H, vpravo: 347,18 stupňa 5,33 pre pomalé gama udalosti a 36,34 stupňa 13.{15} }3 pre rýchle gama udalosti, stredná fázová uhlová odchýlka; F(2,10) 7,11, p 0,048 v teste párovej vzorky Hotelling pre rovnaký uhlový priemer; nerovnomerné rozdelenie fáz p 0,001 podľa Rayleigha test; 0 stupeň definovaný ako vrchol cyklu theta).

Diferenciálna modulácia pomalých a rýchlych gama pásov pozorovaná u TB zvierat počas reaktivácie pamäte bola nezávislá od počtu gama udalostí (obr. 5I; pomalé gama udalosti: t(10) 2,194, p 0 0,0529, kontrolná skupina vs skupina s TB; rýchle gama udalosti: t(10) 1,470, p 0,1724, kontrolná skupina vs skupina s TB; nepárový t-test).

Diskusia

Predchádzajúce neaverzívne učenie je hraničnou podmienkou pre konsolidáciu vyhýbavej pamäte

Rekonsolidácia nie je nevyhnutným dôsledkom reaktivácie pamäte, existujú však experimentálne podmienky, ktoré tento proces obmedzujú. Niekoľko z týchto hraničných podmienok už bolo popísaných, aj keď o každej z nich existujú protichodné správy, čo nie je prekvapujúce vzhľadom na množstvo premenných správania a fyziologických interakcií, ktoré môžu ovplyvniť reaktiváciu a vyhľadávanie pamäte (Nader a Hardt, 2009). Avšak zistenie, že inhibícia syntézy hipokampálnych proteínov po reaktivácii vyhýbania sa strachu nevedie k pretrvávajúcej amnézii, bolo v priebehu času pozoruhodne konzistentné (Taubenfeld a kol., 2001; Cammarota a kol., 2004; Power a kol., 2006; Arguello et al., 2013), podporujúc myšlienku, že hipokampus nie je zapojený do obnovy pamäte s vyhýbaním sa, ktorá je motivovaná strachom. V rozpore s týmto názorom naše experimenty demonštrujú, že hipokampus sa skutočne podieľa na obnove vyhýbavej pamäte, ale iba vtedy, keď boli zvieratá opakovane vopred vystavené tréningovému prostrediu pred získaním vyhýbacej sa pamäťovej stopy. Toto tvrdenie je založené na výsledkoch, ktoré ukazujú, že intra-CA1 podanie AMA alebo ANI bezprostredne po reaktivácii spôsobilo časovo závislú amnéziu na pamäť SD-IA u preexponovaných zvierat (skupina TB), ale nie u kontrolných nepreexponovaných potkanov (kontrolná skupina) alebo potkanov pre - vystavený OF aréne nesúvisiacej s SD-IA TB (OF skupina). Okrem toho sa amnesický účinok AMA a ANI nevyskytol, keď sa retencia hodnotila 3 hodiny po reaktivácii a bola napodobená blokovaním expresie markera rekonsolidácie Zif268 v hipokampe. Je nepravdepodobné, že by za naše výsledky mohla zodpovedať latentná inhibícia, pretože bolo opakovane hlásené, že predexpozícia tréningovému kontextu skôr zvyšuje ako znižuje silu pamäte strachov (Pisano et al., 2012), vďaka čomu by mala byť pamäť odolná voči opätovnému upevneniu. (Suzuki a kol., 2004; Wang a kol., 2009). V každom prípade predbežná expozícia aparátu SD-IA nezmenila silu alebo perzistenciu pamäte SD-IA a účinok AMA a ANI na rekonsolidáciu bol nezávislý od sily vyhýbacej odozvy, čo spolu so skutočnosťou, že opakovaná preexpozícia zmenila stopu na citlivú namiesto toho, aby bola odolná voči hipokampálnym manipuláciám, čo nám umožňuje vylúčiť aj akýkoľvek možný vplyv efektu podobného facilitácii pred expozíciou, ktorý je podobný tomu, ktorý je opísaný pri vytváraní kontextovej pamäte podmieňujúcej strach (Fanselow, 1990; Barrientos et al., 2002).

Hipokampus podporuje asociatívnu schému, ktorá organizuje skôr získané poznatky a počíta signály nesúladu (Vinogradova, 2001; Lisman a Grace, 2005; Schiller et al., 2015). Preto sa navrhlo, že hipokampus sa špecificky podieľa na rekonsolidácii pamäte, keď k reaktivácii dochádza súčasne s detekciou novosti alebo predikcie (Morris a kol., 2006; Rossato a kol., 2007; Ferna´ndez a kol., 2016). V našich experimentoch však ani kontrolné zvieratá, ani zvieratá s tuberkulózou neurobili žiadnu chybu alebo sa počas reaktivačnej relácie nedozvedeli žiadne nové informácie, ale nepochybne mali iné očakávania týkajúce sa možných výsledkov tejto relácie. V prípade kontrolných zvierat bol jediným predvídateľným dôsledkom zostúpenia z bezpečnej plošiny počas reaktivácie šok do nohy, zatiaľ čo v prípade potkanov TB neboli dôsledky tohto konania jednoznačne predvídateľné. Preto je lákavé špekulovať, že to, čo spúšťa zapojenie hipokampu do obnovy pamäte vyhýbania sa motivovaného strachom, nie je rozpor medzi faktami a prognózami alebo vnímanie novosti, ale skôr neistota ohľadom následkov vyhýbania sa, ktoré porovnanie prináša. medzi súperením o protichodné zobrazenia.

Oscilačná aktivita v hipokampe a rekonsolidácia pamäte na vyhýbanie sa Hippokampálne oscilácie theta sú spojené s vyhľadávaním vybraných relevantných informácií počas rozhodovania (Womelsdorf et al., 2010) a koordináciou reaktivácie rôznych vstupov, čím sa zvyšuje presnosť porovnávania (Vinogradova, 2001). Naše elektrofyziologické záznamy ukázali, že sila CA1 theta sa zvýšila u zvierat s TB, ale nie u kontrolných zvierat, počas reaktivácie pamäte, čo naznačuje, že aktivita hipokampu theta môže odrážať výpočet protichodných informácií na začiatku rekonsolidácie. Bolo navrhnuté, že pomalé gama frekvencie podporujú vyhľadávanie pamäte, zatiaľ čo rýchle gama rytmy uľahčujú kódovanie a prekódovanie aktuálnych kontextových informácií (Colgin, 2016). V súlade s týmito správami sme zistili, že kontrolné aj TB zvieratá vykazovali zvýšenú pomalú gama aktivitu, zatiaľ čo iba TB zvieratá vykazovali zmeny v rýchlom gama pásme počas reaktivácie pamäte. V amygdale je rýchla gama sila spojená s bezpečnostnými signálmi a je známe, že expresia averzívnych a bezpečnostných stavov zahŕňa synchronizovanú interakciu tejto štruktúry s hipokampom (Stujenske et al., 2014). Alternatívnym vysvetlením našich zistení je potom to, že zvýšená hipokampálna rýchla gama aktivita pozorovaná u zvierat s TBC odzrkadľuje reaktiváciu neaverzívnej reprezentácie naučenej počas opakovanej preexpozície na tréningový prístroj.

Theta-gama interakcie sú spojené so synaptickou plasticitou, získavaním pamäte a komunikáciou medzi oblasťami mozgu (Lisman, 2005; Canolty a Knight, 2010; Jutras a Buffalo, 2010; Lesting et al., 2011). Zistili sme, že fáza theta silne moduluje amplitúdu pomalých a rýchlych gama pásov počas reaktivácie pamäte u TBC, ale nie u kontrolných zvierat, čo naznačuje, že sila tejto krížovej frekvenčnej väzby v hipokampe je elektrofyziologickým korelátom rekonsolidácie pamäte. Hoci boli hlásené zmeny v aktivite hippocampu LFP závislé od rýchlosti (Whishaw a Vanderwolf, 1973; Montgomery a kol., 2009; Newman a kol., 2013), je nepravdepodobné, že by rozdiely v motorickej aktivite mohli zodpovedať za naše výsledky, pretože obe kontrolujú a TB zvieratá zostali na platforme TB v stave minimálneho pohybu (priemerná rýchlosť 1 cm/s) počas reaktivácie.

Závery a možné dôsledky

Klinické intervencie zamerané na utlmenie pretrvávajúceho spomínania na traumatické zážitky môžu byť založené nielen na narušení rekonsolidácie vyhýbavej pamäte, ale aj na posilnení zániku vyhýbavej pamäte (Vervliet et al., 2013; Schwabe et al., 2014). Extinkcia je proces, pri ktorom pravdepodobnosť emisie naučenej reakcie klesá po opakovanej nezosilnenej reaktivácii a má za následok vytvorenie inhibičnej pamäte, ktorá nakoniec konkuruje pôvodnej stope. Rekonsolidácia a extinkcia sú vzájomne sa vylučujúce procesy (Merlo et al., 2014) a bolo navrhnuté, že to, či vyhľadávanie povedie k učeniu extinkcie alebo k rekonsolidácii pamäte, závisí od okrajových podmienok prevládajúcich počas reaktivačnej relácie. Aj keď sa zánik a rekonsolidácia navzájom vylučujú, inhibičná pamäťová stopa vyvolaná učením sa zániku je náchylná na opätovnú konsolidáciu (Rossato et al., 2010). Napríklad, SD-IA extinkčná pamäť podlieha rekonsolidácii závislej od proteínovej syntézy v hipokampe po reaktivácii a jej manipulácia môže buď obnoviť vyhýbaciu reakciu, alebo zvýšiť stopu extinkčnej pamäte (Radiske et al., 2015; Rosas-Vidal et al., 2015). Tieto zistenia spolu s výsledkami prezentovanými v tejto štúdii silne naznačujú, že hipokampus je zapojený do obnovy pamäte, keď sa počas reaktivačnej relácie zistia konfliktné signály, a že mnemotechnická reprezentácia, ktorá v skutočnosti riadi správanie zvieraťa v tejto relácii, je tá, ktorá sa stáva náchylné na farmakologickú interferenciu, ako naznačuje teória dominancie v stopách (Eisenberg et al., 2003). V tomto rámci navrhujeme, aby sa pri liečbe tráum a fóbií spojených so známymi kontextami uprednostňovali terapie založené na interferencii obnovy pamäte, zatiaľ čo intervencie založené na uľahčení vyhynutia by mali byť predpisom voľby, keď traumatické udalosti pochádzajú z neznámeho prostredia. . Nakoniec, naše výsledky tiež naznačujú, že analýzy fázovo-amplitúdového spojenia zo signálov EEG zaznamenaných počas psychoterapií založených na rekonsolidácii by mohli byť užitočné na overenie skutočného výskytu tohto procesu a predpovedanie účinnosti liečby.