Rozdielne účinky krátkeho environmentálneho obohatenia po sociálnej izolácii u potkanov, časť 3

Neurónová aktivita

Kvantifikovali sme počet c-Fos+ buniek v každej oblasti záujmu, zobrali sme aritmetický priemer pre každé zviera a urobili sme porovnanie na úrovni skupiny (obr. 6). Skúmané rezy boli získané na podobných rostra-kaudálnych úrovniach (-3.0 až -3,6 z bodu Bregma; Paxinos & Watson, 2006), aby sa minimalizoval účinok topografickej variability na neuronálnu aktivitu.

Neuróny sú najzákladnejšie neurónové jednotky v mozgu a hrajú v ľudskom tele dôležitú úlohu. Neurónová aktivita hrá kľúčovú úlohu v ľudskej pamäti, myslení, rozhodovaní a stave vedomia. Nižšie sa ponoríme hlbšie do vzťahu medzi neuronálnou aktivitou a pamäťou.

Po prvé, vplyv neuronálnej aktivity v mozgu na pamäť možno realizovať prostredníctvom synaptických spojení neurónov. Medzi neurónmi môžu byť vytvorené tisíce synaptických spojení a tieto spojenia sú dôležitými cestami pre prenos informácií v mozgu. Keď je neurón aktivovaný, uvoľňujú sa neurotransmitery, ktoré ovplyvňujú stav aktivity susedných neurónov. Tieto synaptické spojenia môžu byť posilnené pokračujúcim používaním, čím sa zlepší uchovanie a vyhľadávanie pamäte.

Po druhé, neurónovú aktivitu možno rozdeliť do dvoch kategórií: excitácia a inhibícia. Keď sú neuróny excitované, elektrické signály, ktoré generujú, sa môžu šíriť do susedných neurónov, čím sa zosilňuje excitačná aktivita neurónu. Táto stimulujúca aktivita je dôležitá pre zlepšenie uchovania a získavania pamäti, pretože pomáha ľuďom lepšie si zapamätať a pochopiť informácie. Naproti tomu, keď sú neuróny inhibované, elektrické signály, ktoré produkujú, potláčajú aktivitu susedných neurónov, čím sa oslabuje schopnosť mozgu spracovávať informácie. Preto by sme sa mali snažiť vyhýbať niektorým nezdravým návykom a prostrediu, ako je nadmerné pitie a nedostatok spánku. Tieto návyky môžu poškodiť aktivitu neurónov a brániť učeniu a pamäti.

Nakoniec by sme mali čeliť výzvam v živote s optimistickým postojom. Je to preto, že optimistický emocionálny stav môže podporiť spojenie medzi neurónmi a ďalej posilniť pamäť. Naopak, negatívne emocionálne stavy môžu narúšať spojenia medzi neurónmi, čo spôsobuje, že pamäť ľudí sa stáva krehkejšou.

Skrátka, neuronálna aktivita úzko súvisí s pamäťou. Posilňovaním synaptických spojení medzi neurónmi, udržiavaním excitačnej aktivity neurónov, vyhýbaním sa nezdravým návykom a prostrediu a udržiavaním optimistického postoja môžeme neustále zlepšovať našu pamäť a dosahovať väčší úspech v učení a živote. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola je tradičný čínsky liečivý materiál, ktorý má mnoho jedinečných účinkov, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinnosť mletého mäsa spočíva v rôznych aktívnych zložkách, ktoré obsahuje, vrátane kyselín, polysacharidov, flavonoidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi spôsobmi.

Kliknite na spoznajte 10 spôsobov, ako zlepšiť pamäť

Ako je znázornené na reprezentatívnych znázorneniach c-Fos imunoznačenia (obr. 6), zistili sme, že počet c-Fos+ buniek v RSC bol významne odlišný pre kontinuálnu SI (M= 2356.5, SD=438.4 ) a zvieratá SI až EE (M=3443.7,SD=856.3; t (10)=2.77, p=0.02, d {{17 }}.6, t-test nezávislých vzoriek, obr. Podobne v ČĽR kontinuálne SIzvieratá (M=739.7, SD=201.4) mali výrazne nižší počet c-Fos+ buniek v porovnaní s experimentálnou skupinou (M=2398.3, SD=1070.6; t (10)=3.73, p=0.004,d=2.15, t-test nezávislých vzoriek; Obr. 7).

Žiadny takýto rozdiel nebol pozorovaný v LA (kontinuálne SI: M=823,6, SD=225,6 vs. SI až EE: M=957, SD =584,4; t (8)=0.48, p=0.647, nezávislé vzorky t-test;obr. 7) alebo BL (spojitý SI: M=588.2, SD {{16 }}.5 vs.SI až EE: M=1176.4, SD=677.7; t (8)=1.66, p=0.136,nezávislé t-test vzoriek, obr.

Diskusia

Ukazujeme, že krátka EE po 30 dňoch sociálnej izolácie viedla k opačným výsledkom v správaní podobnému depresii a úzkosti. V porovnaní s kontrolnou skupinou vykazovali zvieratá prepnuté zo SI na EE zvýšené behaviorálne zúfalstvo pri FST. Na rozdiel od toho sme zistili podstatný anxiolytický účinok v rovnakej skupine po 5 dňoch obohatenia.

Stručne povedané, obohatené zvieratá po SI vykazovali lepší výkon priestorovej pracovnej pamäte počas prvých 2 dní WYM v porovnaní s kontinuálnou skupinou SI, čo naznačuje rýchlejšie učenie. Krátke obohatenie bolo spojené so zmenami hladín neuronálnej aktivity v retrospleniálnom a peririnálnom kortexe. SI až EE zvieratá mali významne vyšší počet c-Fos+ buniek v týchto kortikálnych oblastiach v porovnaní s kontrolnými zvieratami.

Replikovaním predchádzajúceho výskumu, ktorý uvádza pokles hmotnosti v EE (Harati et al., 2011; Moncek et al., 2004; Zaias et al., 2008), telesná hmotnosť zvierat SI na EE významne klesla po obohatení. To bolo na rozdiel od iných prác, ktoré nehlásili žiadny vplyv chronického (Glueck et al., 2017; Grimmet al., 2016, 2018) alebo krátkeho obohatenia (Beale et al., 2011) na hmotnosť.

Pojazdné koleso poskytnuté v obohacovacej klietke (Augustsson et al., 2002; Harati et al., 2011; Steinet al., 2016) a počiatočné krátkodobé potlačenie kŕmenia pozorované u zvierat v pároch po izolácii (Lopak a Eikelboom, 2000; O 'Connor & Eikelboom, 2000; Weisinger et al., 1989) mohli zodpovedať za tento rozdiel.

Dlhodobá izolácia nemení spotrebu potravy (Hellemans et al., 2004) ani telesnú hmotnosť (Fone & Porkess, 2008), žiadna takáto zmena hmotnosti nebola pozorovaná u kontinuálnych SI zvierat.

Je potrebné poznamenať, že zúfalstvo v správaní pozorované v skupine SI až EE nebolo odrazom zmien v inmetabolickom rozdiele, pretože celková lokomotorická aktivita v OFT sa medzi skupinami nelíšila. Toto zistenie je pozoruhodné vzhľadom na to, že chronická alebo subchronická SI môže byť použitá ako model depresie hlodavcov (Djordjevic et al., 2015; Stanisavljević et al., 2019).

Na rozdiel od toho existujú protichodné výsledky pre účinky EE na zúfalstvo v správaní. Niektoré štúdie neuvádzajú žiadny významný účinok (Cui et al., 2006; Simpsonet al., 2012), zatiaľ čo iné zistili zvýšenú pohyblivosť v testovacej fáze FST, čo naznačuje antidepresívny účinok (Brenes et al., 2008; Cui et al., 2006 Porsolt a kol., 1977).

Jedným z dôvodov depresívnych účinkov krátkej EE pozorovanej v našej štúdii by mohol byť nový stres vyvolaný obohacujúcou klietkou po relatívne dlhodobej izolácii s minimálnou stimuláciou prostredia (Hennessy & Foy, 1987; Miura et al., 2002). Fenomén pozorovaný aj u ľudí, nový stres bol spojený so zmenami hladín synapticmonoamínu a zvýšenou aktivitou osi HPA (Miuraet al., 2002). Avšak depresívny účinok krátkej EE v našej štúdii bol sprevádzaný značným anxiolytickým účinkom pozorovaným v EPM (obr. 4).

Obohacovanie prostredia môže fungovať aj ako sociálny stresor vytváraním stresu z davu, najmä u samcov, ktorí sa navzájom nepoznajú (Brown & Grunberg, 1995).

Treba poznamenať, že osem zvierat v skupine SI až EE pôvodne pochádzalo zo štyroch rôznych domácich klietok, takže väčšina ostatných zvierat v klietke EE bola neznáma. Zhlukovanie, podobne ako stres z izolácie, koreluje so zvýšenými plazmatickými hladinami adrenokortikotropného hormónu (ACTH) a kortikosterónu (CORT) (Dronjak et al., 2004).

Aj keď tieto potenciálne zmeny, krátke obohatenie v tejto štúdii vyvolalo hlboký anxiolytický účinok, ako sa pozorovalo vo väčšine predchádzajúcich výskumov (Galani a kol., 2007; Haratiet al., 2013; Leal-Galicia a kol., 2008; Leal-Galicia a kol. ., 2007; Peña a kol., 2006; Sampedro-Piquero a kol., 2014; ale pozri Goes a kol., 2015; Mann & Gervais, 2011). Naproti tomu dlhodobá izolácia často vedie k anxiogénnemu účinku v EPM (Djordjevic a kol., 2015; Hall, 1998), ako aj k iným mieram správania podobného úzkosti (Spasojevic a kol., 2007; Zlatković a kol., 2014).

Podobne ako pri návrhu súčasnej štúdie, Ravenelle a kol. (2013) ukázali, že potkany chované na prejavy vysokej úzkosti a vystavené EE po odstavení strávili viac času v otvorených ramenách EPM v porovnaní s ochudobnenými potkanmi s vysokou úzkosťou.

Tieto zistenia ukazujú, že na rozdiel od zúfalstva v správaní je vzťah medzi životnými (environmentálnymi) podmienkami a úzkosťou priamočiary: zvýšenie obohatenia znižuje úzkosť (Benaroya-Milshtein a kol., 2004; Ravenelle a kol., 2014; Sampedro-Piquero a kol., 2013 ). V súlade so súčasnými zisteniami ďalšie krátke experimenty EE uvádzali anxiolytické účinky už počas 2 týždňov obohatenia (BrionesAranda et al., 2020). Dĺžka a intenzita obohatenia nemusela byť dostatočná v niekoľkých štúdiách, ktoré neuviedli anxiolytický účinok obohatenia (pozri Goes a kol., 2015; Simpson & Kelly, 2012). EE klietka v súčasnej štúdii zahŕňala bežecké koleso na dobrovoľné cvičenie, ktoré ďalej znižuje správanie podobné úzkosti v EPM (Binderet al., 2004; Burghardt et al., 2004).

Na posúdenie kognitívnych účinkov krátkeho obohatenia sme si vybrali jednoduchú, ale všestrannú pamäťovú úlohu, test spontánnej alternácie WYM. Táto meraná priestorová pracovná pamäť závisí od niekoľkých štruktúr vrátane prefrontálneho kortexu, hipokampu a bazálneho predného mozgu. Chudobné podmienky bývania a sociálna izolácia vedú k niekoľkým zmenám v kôre súvisiacim s plasticitou (Gregory & Szumlinski, 2008; Ieraci a kol., 2016; Popa a kol., 2020), sprevádzané zhoršením úloh priestorovej pracovnej pamäte (Gregory & Szumlinski, 2008; Melendez a kol., 2004).

Obohatenie, v kontraste, často vyvoláva opačný efekt na úrovni neurónov a správania (Sampedro-Piquero et al., 2013). Naše zistenia ukazujú, že 5 dní obohatenia bolo dostatočne silné na zvýšenie výkonu priestorovej pracovnej pamäte po 30 dňoch stresu SI. Tento rozdiel nepretrvával na tretí deň testu, keď obe skupiny vykazovali významné zníženie latencie na nájdenie správnej platformy. K týmto výsledkom mohla prispieť stresujúca povaha WYM.

Úloha WYM, podobne ako iné vodné bludiská, sa spolieha na prirodzenú motiváciu zvieraťa uniknúť z averzívneho stavu (tj vody). Rozdiely v úrovniach úzkosti môžu ovplyvniť výkonnosť pamäte v počiatočných sedeniach predtým, ako sa zvieratá dozvedia, že existuje úniková platforma. Takýto rozdielny účinok by bol prechodný, pretože tam bolo šesť po sebe idúcich pokusov za deň a zvieratá, ktoré neboli schopné lokalizovať plošinu za 60 sekúnd, boli k nej jemne vedené na konci každého pokusu.

Tieto rôzne behaviorálne zistenia sme korelovali s imunohistochémiou c-Fos. Keďže maximálna hladina expresie c-fosproteínu nastáva približne 90 minút pred perfúziou, rozdiely na úrovni skupiny pozorované v neuronálnej aktivite odrážajú najmä rôzne podmienky prostredia.

Niektoré z týchto rozdielov však môžu byť spôsobené pretrvávajúcimi dlhodobými zmenami v neurónových obvodoch spôsobených krátkym EE a rozdielnymi účinkami následného testovania správania. Teoreticky môže krátke EE vytvoriť nové obvody a modifikovať staré v špecifických oblastiach, čo by viedlo k rozdielom v počte aktívnych neurónov za rovnakých podmienok (Nikolaev et al., 2002; Zorzoet al., 2019). V našej štúdii nebolo možné izolovať tieto pretrvávajúce zmeny v neuronálnej aktivite od prechodných rozdielov odrážajúcich aktivitu približne 90 minút pred perfúziou.

U SI až EE zvierat sme zaznamenali významne morec-Fos+ bunky v retrospleniálnom kortexe, asociačnom kortexe zapojenom do alocentrickej priestorovej navigácie a pamäte okrem niekoľkých ďalších funkcií (Hindley et al., 2014; Vann & Aggleton, 2002). Okrem toho tieto zvieratá mali viac c-Fos + buniek v peririnálnej kôre, kortikálnej oblasti, ktorá je základom rozpoznávania objektov a asociatívnej pamäte (Samarthet al., 2017; Unal et al., 2012). Táto štruktúra, ktorá poskytuje najhustejší aferent entorinálneho kortexu, je tiež potrebná pre priestorovú pracovnú pamäť (Liu & Bilkey, 2001). Oba výsledky dopĺňajú rýchlejšie učenie pozorované medzi SI až EE zvieratami v ranej fáze WYM.

V laterálnom a bazolaterálnom jadre amygdaly nebol na úrovni skupiny rozdiel v imunoznačení c-Fos. Skoršia štúdia o imunoreaktivite FosB/DFosB v bazolaterálnom komplexe amygdaly (BLA) a mediálnom prefrontálnom kortexe (mPFC) po prepnutí SI na EE (každý 4 týždne) zistila výrazne viac imunoznačenia v BLA izolovaných zvierat a mPFC SI na EEanimals (Watanasriyakul a kol., 2019). Vyšší počet c-Fos+ buniek nájdených v retrospleniálnych a perirhinálnych kôrach zvierat SI až EE v našich zisteniach je v súlade s vyššie uvedeným pozorovaním vykonaným v mPFC. Na rozdiel od toho sme nepozorovali významný rozdiel v LA alebo BL. Je pravdepodobné, že imunoreaktivita c-Fos pozorovaná v amygdale väčšinou odráža prechodné zmeny v neuronálnej aktivite: neuróny s vysokou úrovňou pálenia približne 90 minút pred perfúziou. Rozdielne výsledky správania pozorované pri FST a EPM teda nekorelujú s trvalým rozdielom v neuronálnej aktivite.

Aj keď je FST populárny v behaviorálnej neurovede, existuje veľká diskusia o platnosti FST ako modelu klinickej depresie u hlodavcov. Jedna línia kritiky považuje nehybnosť v FST skôr za adaptívne správanie než za náznak behaviorálneho zúfalstva (Anyan & Amir, 2018; Borsini a kol., 1986; Molendijk & de Kloet, 2015, 2019). Podľa tohto pohľadu zvýšená nehybnosť FST-2 skupiny SI voči EE nemusí naznačovať zúfalstvo v správaní; ale odzrkadľujú lepšiu behaviorálnu adaptáciu (alebo učenie) krátko obohatenej skupiny. Túto možnosť nemožno úplne vylúčiť (pozri Unal & Canbeyli, 2019 pre podrobný prieskum teórie behaviorálnej adaptácie FST). Ak by však zvýšená nehybnosť experimentálnej skupiny vyplynula výlučne z ich zvýšenej schopnosti adaptácie, pravdepodobne by sa to odrazilo na ich celkovom výkone WYM. FST-2 sa uskutočnilo so štyrmi dňami obohatenia, zatiaľ čo posledné stretnutie WYM bolo urobené po 10 dňoch strávených v EE klietke. Je preto pravdepodobné, že väčšina, ak nie všetky rozdiely v nehybnosti v FST, odráža rozdiely na úrovni skupiny v afektívnom spracovaní.

Jedným obmedzením tejto štúdie bolo výhradné použitie samcov potkanov. Laboratórne potkany rôznych kmeňov, ako ľudia, vykazujú rozdiely medzi pohlaviami v náchylnosti na úzkosť a rôzne depresívne symptómy, ako je anhedónia (Unal & Moustafa, 2021). Pokiaľ ide o väčšinu neurobiologického výskumu s použitím modelov hlodavcov, toto technické obmedzenie obmedzuje zovšeobecnenie našich zistení. Ďalším obmedzením bol nedostatok meraní stresových hormónov. Náš návrh sa obmedzil na behaviorálne merania stresu a ex vivo hodnotenie nedávnej neuronálnej aktivity pomocou imunohistochémie c-Fos.

Celkovo sme ukázali, že krátky postup EE bol dostatočný na vyvolanie podstatného anxiolytického účinku po SIstresu. Prekvapivo to vyvolalo opačný výsledok v behaviorálnom zúfalstve. Zvieratá so SI až EE vykazovali významne vyššiu nehybnosť v testovacej fáze FST, zatiaľ čo kontinuálne SI malo relatívny antidepresívny účinok. Krátke obdobie obohatenia bolo dostatočné na zrýchlenie výkonu priestorovej pracovnej pamäte v ranej fáze WYM. Toto pozorovanie doplnila výrazne vyššia expresia proteínu c-Fos v retrospleniálnych a peririnálnych kôrach SI až EE zvierat. Keďže sociálna izolácia presahovala rámec jej použitia ako laboratórneho modelu a stala sa bežnou súčasťou každodenného života s pandémiou COVID{1}} (Unal, 2021), obohacovanie životného prostredia pritiahlo pozornosť ako potenciálna preložiteľná paradigma proti ľudskej izolácii (Davim et al., 2020; Rojas-Carvajal a kol., 2021). Naše výsledky odhalili rozdielne účinky v depresívnom a úzkostnom správaní obohatenia po relatívne dlhodobej izolácii. To naznačuje, že na rozdiel od kognitívnych účinkov nie sú účinné dôsledky prechodu z ochudobneného na obohatený stav priamočiare. Dôležitou otázkou je, či sa tieto zistenia vzťahujú na ľudí, ktorí sú po dlhodobej sociálnej izolácii vystavení relatívne obohateným podmienkam.

Poďakovanie Autori ďakujú Aybeniz Ece Çetin za vývoj c-Fos imunohistochémie a Cem Sevinç, Ege Kingir a Salih Çayır za analýzy počítania buniek. Tento výskum bol podporený grantmi od EMBO (Inštalačný grant pre GU) a Rady pre vedecký a technologický výskum Turecka (Projekt č.: 121K260).

Referencie

Alleva, E., & Santucci, D. (2001). Psychosociálne vs. „fyzické“ stresové situácie u hlodavcov a ľudí: Úloha neurotrofínov. Fyziológia a správanie, 73 (3), 313–320.https://doi.org/10.1016/S0031-9384(01)00498-X

Anyan, J. a Amir, S. (2018). Ste príliš depresívni na to, aby ste plávali, alebo sa príliš báli zastaviť? Reinterpretácia testu núteného plávania ako miera správania podobného úzkosti. Neuropsychopharmacol. 43, 931-933.https://doi.org/10.1038/npp.2017.260

Ashokan, A., Hegde, A., Balasingham, A., & Mitra, R. (2018). Prostredie bývania ovplyvňuje hipokampálne substráty súvisiace so stresom a správanie podobné depresii. Výskum mozgu, 1683, 78–85.https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.01.021

Augustsson, H., Lindberg, L., Höglund, AU, & Dahlborn, K. (2002). Interakcie medzi človekom a zvieraťom a dobré životné podmienky zvierat u konvenčných potkanov a potkanov chovaných v kotercoch. Laboratórne zvieratá, 36 (3), 271–281.https://doi.org/10.1258/002367702320162388

Beale, KEL, Murphy, KG, Harrison, EK, Kerton, AJ, Ghatei, MA, Bloom, SR, & Smith, KL (2011). Presné meranie telesnej hmotnosti a príjmu potravy u samcov krýs Wistar obohatených o životné prostredie. Obezita, 19(8), 1715–1721.https://doi.org/10.1038/oby.2010.331

Bell, JA, Livesey, PJ a Meyer, JF (2009). Obohatenie prostredia ovplyvňuje mieru prežitia a zlepšuje skúmanie a učenie, ale vytvára rôzne reakcie na radiálne bludisko u starých potkanov. Vývojová psychobiológia, 51(7), 564–578.https://doi.org/10.1002/dev.20394

For more information:1950477648nn@gmail.com