Студовият шок нарушава паметта, предизвикана от масово обучение при Drosophila

Резюме:

Консолидацията на паметта е зависим от времето процес, протичащ в продължение на часове, дни или по-дълго при различни видове и изисква синтез на протеини. Очевидно изключение е тип памет при Drosophila, предизвикан от единичен епизод на обонятелно кондициониране, който привидно се консолидира бързо, което го прави устойчив на прекъсване от студена анестезия няколко часа след обучението. Тази устойчива на анестезия памет (ARM) е независима от протеиновия синтез. Независимата от синтеза на протеин памет може също да бъде предизвикана в Drosophila чрез множество масирани цикли на обонятелно кондициониране и това доведе до преобладаващата представа, че и двата от тези оперативно различни режими на обучение дават ARM. Показателно е, че ние показваме, че за разлика от добросъвестното ARM, масираната памет, предизвикана от кондициониране, остава чувствителна към амнестичното лечение два часа след обучението и следователно не е ARM. Следователно в Drosophila има два вида памет, независими от протеиновия синтез.

Паметта се отнася до способността на човешкия мозък да получава, обработва, съхранява, възпроизвежда и използва външна информация във физически и психологически аспект. Консолидирането на паметта се отнася до процеса на укрепване и стабилизиране на нова информация чрез различни методи и техники, за да се улесни запомнянето и извличането ѝ. Съществува неразривна връзка между консолидацията на паметта и паметта.

Първо, консолидирането на паметта може да подобри паметта. Процесът на паметта на човешкия мозък е сложен процес на невронна активност, който изисква връзката между невроните да бъде укрепена и стабилизирана, за да се постигне надеждно записване на информация. Следователно чрез различни методи и техники за консолидиране на паметта е възможно да се помогне за укрепването на тази връзка между невроните, като по този начин се подобрява паметта.

Второ, консолидирането на паметта може да спести „забравянето“. В ежедневието хората често забравят поради някакви причини, като например липса на преглед за дълго време, претоварване на паметта и т.н. Чрез консолидиране на паметта този вид забравяне може да бъде ефективно избегнат, като помага на хората да запомнят по-добре информацията и да поддържат дългосрочна памет.

В допълнение, консолидирането на паметта може също да насърчи ученето. В процеса на учене често е необходимо да се запомни много информация и консолидирането на паметта може да направи информацията по-дълбоко вкоренена в сърцата на хората, да реализира връзката между точките на знание и по този начин да подобри цялостната ефективност на ученето.

За да обобщим, съществува тясна връзка между консолидирането на паметта и паметта, което е един от важните начини хората да подобрят паметта, да подобрят ефекта от ученето и да избегнат забравянето. Ето защо трябва да обърнем внимание на използването на различни методи и умения за консолидиране на паметта, постоянно да консолидираме паметта и да я подобряваме. Така че трябва да подобрите паметта си, а цистанче може значително да подобри паметта ви, защото месната паста е традиционна китайска медицина и има много уникални свойства, едно от които е да подобри паметта ви. Ползите от каймата идват от множеството активни съставки, които съдържа, включително киселини, полизахариди, флавоноиди и др., които могат да насърчат здравето на мозъка по различни начини.

Кликнете върху Know, за да подобрите краткосрочната памет

Ключови думи:

памет; устойчива на анестезия памет; обонятелно кондициониране; масово кондициониране; Дрозофила.

1. Въведение

Неконсолидираните спомени са лабилни и нарушени от амнестичните агенти при всички тествани животни [1,2]. При Drosophila, кратък студен шок непосредствено след отрицателно подсилено обонятелно кондициониране води до пълна загуба на памет за асоциацията. Въпреки това, ако се достави няколко часа след тренировка, това е непълно разрушително, с остатъчната памет, наречена памет, устойчива на анестезия (ARM), тъй като тя продължава при очевидно анестетичния, обездвижващ студов шок [3] и е независима от протеиновия синтез [2] ,4]. ARM изглежда се консолидира сравнително бързо, тъй като е частично лабилен минути след кондициониране [5] и стабилен до 2 часа след тренировка [3,6]. Независима от протеиновия синтез памет също се появява след множество последователни кръгове (масово кондициониране-MC) на отрицателно подсилено обонятелно кондициониране [3]. Въпреки че лечението със студен шок след един цикъл на кондициониране обикновено се използва за изследване на 3-h паметта и MC протоколът се използва за 24-h оценка на паметта, предполагаемата независимост на протеиновия синтез е довела до тези два типа памет се нарича ARM.

Въпреки доказателствата, които предполагат, че и двата операционно и временно различни типа памет включват общи или подобни механизми [4,7,8], не е ясно дали отразяват един и същ когнитивен резултат, анализиран в различни времеви точки, или са различни типове памет.

Въпреки че студеният шок и протоколите за MC от пет или десет кръга се използват широко за справяне с въпроси относно ARM [3,4,7], данните, получени от един метод на обучение, обикновено не се проверяват кръстосано с другия. За да изясним дали паметта с едни и същи свойства се формира и с двата метода, ние предположихме, че ако ARM е еквивалентен или същият като MC даде 24-h памет, студен шок, доставен 2 часа след тренировка, трябва да има подобен ефект и на двете. Това схващане обаче няма да бъде подкрепено, ако това амнестично лечение уврежда 24-h MC паметта. За тази цел ние обусловихме дивия тип Drosophila да свързва неприятна миризма с електрически шок на крака чрез обучение с пет MC кръга. Подложихме ги на един студен шок преди тестване или 2 часа след тренировка. Ние използвахме пет кръгов MC [4], защото в нашите ръце той предоставя по-висока разделителна способност от по-интензивните протоколи, които могат да доведат до ефекти на „тавана“. Докладваме, че 2 часа след тренировка, пет рунда MC дава чувствителна към студен шок памет и ARM.

2. Резултати
Кондиционирането беше извършено с помощта на класическата аверсивна парадигма за кондициониране, която съчетава неприятна миризма (условен стимул-CS+) с електрически удари на крака (безусловен стимул-US), докато втора еднакво неприятна миризма, изрично несвързана с удара на краката (CS−), служи като контрол [9]. Паметта веднага след един кръг на кондициониране съдържа ARM компонент [5,10]. Въпреки това, определящият кратък студен шок, който обикновено се използва за разкриване на нелабилния компонент на ARM паметта 3 часа след един цикъл на кондициониране [3,11], не е приложен след пет кръга на MC, доколкото ни е известно. Студовият шок непосредствено след един кръг от тренировка нарушава паметта напълно [11]. Въпреки това, този незабавен ефект не може да бъде разгледан в нашите експерименти, тъй като времето, необходимо за извършване на пет тренировъчни кръга, неизбежно води до тестване двадесет минути след първото свързване на шок/мирис на крака. Следователно, във всички наши експерименти студен шок се доставя в посочените времена след последния кръг от обучението.

Както е показано на Фигура 1A, 8-min паметта след пет кръга на MC също е до голяма степен лабилна и нарушена от кратък студен шок. Неочаквано, 2-минутен студен шок 2 часа след пет кръга на MC доведе до значително намаляване на 3-h памет (Фигура 1B). Този ефект не е специфичен за щама w 1118, тъй като идентично намаляване на паметта е открито при мухите Canton S (Фигура 1B). Следователно паметта, получена от пет кръга на MC, не дава само ARM, а по-скоро както чувствителни към студен удар, така и нечувствителни към студен удар компоненти на паметта. От това следва, че консолидираната памет след MC не е същата като тази след един кръг обучение. Не е изненадващо, като се има предвид кинетиката на чувствителната към протеиновия синтез дългосрочна памет (LTM) [3], пет кръга на раздалечено кондициониране, парадигма, при която тренировъчните кръгове са разделени на петнадесет минути, което води до образуване на LTM [2,3, 6], също дава консолидиран и лабилен компонент на паметта 3 часа след тренировка (Фигура 1C). Това предполага, че както масивните, така и разпределените спомени, предизвикани от кондициониране, са съставени от лабилни компоненти дори 3 часа след тренировка. Продължителното амнестично лечение с остатъчна памет след обучение с интервали вероятно е ARM, както беше предложено по-рано [3].

Консолидираните спомени 2 часа след кондициониране след един или пет MC кръга еквивалентни ли са или пропорционални на интензивността на тренировката? За да сравним директно нивата на паметта, обучихме мухи или с един кръг, или с пет MC кръга и прилагахме студен шок 2 часа по-късно. 3-h паметта на пет нетретирани MC-обучени животни се различава значително от тази на еднократно обучени мухи (Фигура 1D), което показва, че интензивното MC обучение води до по-стабилна тричасова памет. Въпреки това, спомените, устойчиви на студен удар, не се различават значително, което предполага, че консолидираният ARM компонент не се влияе от интензивността на тренировката. Горните наблюдения бяха също така очевидни, когато беше изчислена относителната неконсолидирана памет след студов шок, което показа, че въпреки че няма статистически значима разлика между двете парадигми, средната абсолютна стойност на спада на паметта е по-висока от тази, получена от петте кръгъл MC (Фигура 1E). Това вероятно отразява повишената лабилна памет, получена от MC.

Ние предположихме, че чувствителният към студен шок компонент след MC може да отразява консолидирането на паметта с бавна кинетика. Следователно, студен шок беше приложен 1 час преди 24-h оценка на паметта след MC, за да се изследва стабилността на паметта в този момент. Този студен шок преди тестване не повлия на паметта, тъй като представянето не се различаваше от подобно обучените мухи, които не бяха подложени на амнестично лечение (Фигура 2А). Този резултат показва, че паметта, предизвикана от MC, е консолидирана на 23 часа след тренировка и потвърждава, че лечението със студен шок като цяло не влияе на припомнянето. За разлика от това, студен шок, доставен 2 часа след пет кръгов MC, доведе до значително намалена 24-h памет в сравнение с тази на мухи без студен шок или животни, подложени на амнестично лечение 1 час преди тестването (Фигура 2B) . Следователно паметта, предизвикана от пет кръгов MC, включва значителен лабилен компонент на 2 часа след тренировка, който, когато е блокиран, се отразява в компрометирана 24-h обонятелна асоциативна памет. Взети заедно, тези резултати силно предполагат, че MC с пет кръга дава тип памет, който се консолидира бавно, като е лабилен на 3 часа, докато ARM не е [3].

3. Дискусия

Масовото кондициониране (MC) в отрицателно подсилена задача за обонятелно кондициониране дава независима от транслацията 24-h памет. От 1995 г., когато протоколът беше докладван за първи път, се приема, че масивната памет, генерирана от кондициониране, е еквивалентна на 3- h памет, предизвикана от един цикъл на кондициониране и разкрита като устойчива на студен шок 2 часа след тренировка . 3-h ARM и MC-предизвиканата 24-h памет са независими от протеиновия синтез [2,3] и се съобщава, че включват стандартни молекулни компоненти [3,4,12]. Въпреки това, за разлика от ARM, паметта, предизвикана от пет кръга MC, не е устойчива на амнестично лечение 2 часа след обучението (Фигура 1E). Освен това, амнестичното лечение на 2 часа след тренировка почти елиминира 24-h спомен за събитието, като допълнително подкрепя идеята, че за разлика от ARM, тази предизвикана от MC памет не е консолидирана по това време.

Следователно, MC предизвиква различен тип бавно консолидираща се памет, която остава чувствителна към амнестичния студов шок два часа след кондиционирането, за разлика от устойчивата на амнезия памет, налична два часа след един цикъл на кондициониране. Следователно ние твърдим, че двете памети са различни и че MC с пет кръга привидно не дава само ARM, но и лабилна памет. Ние предлагаме термина памет, независима от синтеза на протеини (PSIM) за лабилната памет, предизвикана от MC протоколи, и ARM за устойчива на студен шок 3-h памет след един цикъл на обучение за разграничаването им. Колективните доказателства, представени тук, силно предполагат, че един тренировъчен кръг, предизвикан ARM, не е еквивалентен на паметта, получена от пет кръга и най-вероятно десет кръга на MC, което дава ARM и PSIM; следователно термините не трябва да се използват взаимозаменяемо

Въпреки че се съобщава, че няколко гена и молекулярни пътища функционират при ARM, доказателствата в подкрепа на тяхното участие идват до голяма степен от един от двата анализа, 3-h памет след студов шок (ARM) или след MC, с малко тествани и в двата анализа [4,7,13] разкриват подобни дефекти. Въпреки това, за тези и други, които са характеризирани единствено чрез MC протоколи, ефектът от студения шок 2 часа след тренировка върху 24-h паметта не е оценен, така че остава открит въпросът дали дефектите в тези мутанти са резултат от ARM или PSIM компонента. Архетипични мутанти като репички с ясен дефицит в ARM [12,14] не са били подложени на нашите познания за амнестично лечение след MC, така че техният докладван 24-h дефицит на памет след 10-кръг MC [3] , може също да крие дефицит на PSIM. Освен това би било интересно да се проучи дали PSIM е засегнат или е паралелен на лабилната памет, компрометирана при мутанти като амнезиак [15,16]. Общите молекулярни компоненти на PSIM и други видове лабилна памет предполагат поне частично припокриващи се молекулярни механизми, но може би достатъчно различни, за да разграничат двата процеса, хипотеза, която в момента се изследва.

4. Материали и методи

4.1. Drosophila култура и щамове

Cantonized w 1118 и Canton S див тип щамове се култивират в храна от пшенично брашно-захар, както е описано по-горе [4] и се отглеждат в 12-часов цикъл нощ/тъмнина, при 25 ◦C и 50% влажност.

4.2. Поведенчески експерименти

Мухите на възраст 2–4- дни бяха използвани във всички експерименти, които бяха проведени при 25 ◦C и 55–65% влажност при слаба червена светлина. Аверсивното обонятелно кондициониране използва 90-волтови електрически шокове за крака като безусловни стимули (US), съчетани с един от неприятните аромати 5% бензалдехид (BNZ) или 50% октанол (OCT), разреден в изопропил миристат като условни стимули (CS). Един цикъл на обучение се състоеше от 12 CS/US сдвоявания от 1,25 s с 4-s интерстимулен интервал, последван от 30 s почивка, преди да се появи друга миризма при липса на шок. Всяка миризма беше съчетана с шок, докато другата служи като контрол. Масовото кондициониране (MC) включва пет последователни тренировъчни цикъла с 30 s между циклите. Разпределеното обучение беше идентично, освен че интервалът между циклите беше 15 минути. Лечението със студен шок се прилага, както е описано по-рано [4] на 1 минута, 2 или 23 часа след последния кръг на обучение, както е посочено във всеки експеримент. Тестването на паметта включваше едновременно представяне на двете миризми за 90 s, както е описано [4]. За да се изчисли ∆, разликата между лабилните и консолидираните спомени, две групи животни бяха обучени едновременно с 1 кръг обучение и половината бяха подложени на студен шок, докато другите не. ∆ беше изчислено като разликата в производителността между едновременно обучени нетретирани и животни със студен шок. Подобен метод беше използван за изчисляване на ∆ за животни, обучени с 5 кръга MC.

4.3. Анализ на данни

Анализът на необработените данни беше извършен със софтуера JMP7 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Бяха извършени статистически сравнения, както е описано подробно в легендата на фигурата. Сравнението между две групи беше извършено с ANOVA и последващи LSM-планирани сравнения или, в случаи на различни вариации между групите, несдвоен параметричен t-тест на Welch, когато вариациите на измерванията бяха неравни. Статистическите подробности са представени в таблица 1. Графиките са създадени със софтуера GraphPad Prism 8.0.1 и показват средни стойности ± SEM.

Авторски принос

Концептуализация, AB и EMCS; методология: AB и EMCS; формален анализ: AB; писане - подготовка на оригинална чернова, AB; писане—преглед и редакция: EMCS; надзор: EMCS Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.
Финансиране:

Това изследване беше подкрепено от грант от Fondation Santé за EMCS.

Изявление на институционалния съвет за преглед:

Не е приложимо.

Декларация за информирано съгласие:

Не е приложимо.

Декларация за наличност на данни:

Всички съответни данни са представени в този ръкопис.

Благодарности:

Авторите биха искали да благодарят на M. Loizou за техническа помощ,—Maroulakou за съвет и Fondation Santé за подкрепа.

Конфликти на интереси:

Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Препратки

1. Алберини, К.; Милекич, М.; Tronel, S. Механизми за стабилизиране и дестабилизиране на паметта. Cell Mol. Life Sci. 2006, 63, 999–1008. [CrossRef] [PubMed]

2. DeZazzo, J.; Тъли, Т. Дисекция на формирането на паметта: От поведенческа фармакология до молекулярна генетика. Тенденции Neurosci. 1995, 18, 212–218. [CrossRef]

3. Тъли, Т.; Преат, Т.; Boynton, SC; Del Vecchio, M. Генетична дисекция на консолидирана памет в Drosophila. Cell 1994, 79, 35–47. [CrossRef]

4. Котула, В.; Moressis, A.; Семелиду, О.; Skoulakis, EMC Drk-медиирано сигнализиране към Rho киназа е необходимо за устойчива на анестезия памет в Drosophila. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2017, 114, 10984–10989. [CrossRef] [PubMed]

5. Bouzaiane, E.; Trannoy, S.; Scheunemann, L.; Placais, PY; Preat, T. Две независими изходни вериги на тялото на гъби извличат шестте отделни компонента на отвратителната памет на Drosophila. Cell Rep. 2015, 11, 1280–1292. [CrossRef] [PubMed]

6. Маргулис, К.; Тъли, Т.; Dubnau, J. Деконструиране на паметта в Drosophila. Curr. Biol. 2005, 15, R700–R713. [CrossRef] [PubMed]

7. Лий, PT; Lin, HW; Chang, YH; Fu, TF; Dubnau, J.; Hirsh, J.; Chiang, A. SSerotonin-гъбена телесна верига, модулираща образуването на устойчива на анестезия памет в Drosophila. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2011, 108, 13794–13799. [CrossRef] [PubMed]

8. Нойс, Н.; Walkinshaw, E.; Davis, R. Ras действа като молекулярен превключвател между две форми на консолидирана памет в Drosophila. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2020, 117, 2133–2139. [CrossRef] [PubMed]

9. Тъли, Т.; Куин, У. Класическо кондициониране и задържане в нормална и мутантна Drosophila melanogaster. J. Comp. Physiol. 1985, 157, 263–277. [CrossRef] [PubMed]

10. Кнапек, С.; Сигрист, С.; Tanimoto, H. Bruchpilot, протеин на синаптична активна зона за памет, устойчива на анестезия. J. Neurosci. 2011, 31, 3453–3458. [CrossRef] [PubMed]

11. Куин, WG; Dudai, Y. Фази на паметта в Drosophila. Nature 1976, 262, 576–577. [CrossRef] [PubMed]

12. Фолкърс, Е.; Waddell, S.; Quinn, WG Генът на репичките Drosophila кодира протеин, необходим за памет, устойчива на анестезия. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2006, 103, 17496–17500. [CrossRef] [PubMed]

13. Драго, И.; Davis, RL Инхибирането на митохондриалния калциев унипортер по време на развитието уврежда паметта при възрастни Drosophila. Cell Rep. 2016, 16, 2763–2776. [CrossRef] [PubMed]

14. Фолкърс, Е.; Дрен, П.; Куин, WG Репички, мутант на Drosophila с дефицит на консолидирана памет. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 1993, 90, 8123–8127. [CrossRef] [PubMed]

15. Turrel, O.; Гогел, В.; Preat, T. Амнезията е необходима в тялото на възрастните гъби за формиране на паметта. J. Neurosci. 2018, 38, 9202–9214. [CrossRef] [PubMed]

16. Уодъл, С.; Армстронг, JD; Китамото, Т.; Кайзер, К.; Quinn, WG Генният продукт на амнезията се експресира в два неврона в мозъка на Drosophila, които са критични за паметта. Cell 2000, 103, 805–813. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com