Подобрена памет за разпознаване на обекти с помощта на повтаряща се транскраниална магнитна стимулация след кодиране, част 2

3. Резултати

Използвахме ORT със закъснение от {{0}}h между фазата на вземане на проби и теста, за да оценим ефективността на rTMS върху паметта. Нямаше разлика в активността на OFT и времето за изследване на обекта при вземането на проби и тестовия опит между SHAM срещу TMS (p > 0,05, Фигура 1BD).

Паметта е съществена част от живота, помага ни да записваме, припомняме и правим изводи за минали преживявания, а също така влияе върху нашите решения за бъдещето.

Паметта често се разглежда като едно от проявленията на човешката интелигентност и може да се променя в зависимост от различните учения и преживявания, с които индивидът се сблъсква. За повечето хора паметта има тенденция леко да намалява с възрастта, но това може да се подобри чрез постоянни упражнения и тренировки.

Ефективността на паметта също е много важен аспект. Ефективната памет може да ни помогне да разберем по-добре нашия опит и знания и да общуваме по-добре с другите. Освен това може да ни помогне да се справяме по-добре с предизвикателствата и натиска и да бъдем по-успешни в ученето и работата.

Затова трябва да се научим как да подобрим ефективността и силата на нашата памет. Това включва развиване на добри навици за памет, като установяване на ефективни методи за водене на бележки и създаване на ефективна среда за памет. Можем също така да подобрим паметта, като се включим в здравословен начин на живот, като например достатъчно сън и правилни упражнения.

Накратко, ефективността и силата на паметта са много важни за живота ни. Използвайки положителни методи и подходи за подобряване на нашата памет и ефективност, можем по-добре да се справяме с ежедневието си и по-успешно да постигаме личните и професионалните си цели. Може да се види, че трябва да подобрим паметта и Cistanche може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche е традиционен китайски лекарствен материал с много уникални ефекти, един от които е да подобри паметта. Ефектът на Cistanche идва от различните активни съставки, които съдържа, включително танинова киселина, полизахариди, флавоноидни гликозиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по много начини.

Щракнете върху Знайте начини за подобряване на паметта

Освен това, няма пристрастия за местоположението на обекта в опита за придобиване (p > {{0}}.05, данните не са показани). Мишките, които са получили TMS в продължение на 72-h, имат значителен индекс на дискриминация на новия обект (Еднопосочен t-тест t(9)=3.067, p=0,0134), докато мишките SHAM имат не (Еднопосочен t-тест t(10)=0,705, p=0,496).

Сравнявайки двата индекса на дискриминация, TMS беше значително по-голям от SHAM (t-тест на Студент t(19)=2,77, p=0.0122, Фиг. 1E). В допълнение, само групата, която е получила rTMS, има значителна t- Ние също така анализирахме разликата в рамките на всяка група за лечение на изследване на нов и познат обект и открихме значителна разлика между изследвания обект и даденото лечение (Двупосочни повторени измервания ANOVA F(1 ,19)=8,305, p=0,0096, hp2=,304 Фиг. 1F).

Post-hoc анализ показа, че групата TMS има значително увеличение в изследването на нови обекти (p ¼ 0.0092), но няма разлика в групата SHAM (p > 0,05), което показва, че rTMS между ученето и извличането на събитие по-добре консолидира паметта.

Следвайки този резултат, ние се интересувахме от разбирането на невробиологичните промени, свързани с подобрената производителност на паметта при мишки, които са получили rTMS. Използвахме Western Blot, за да анализираме количеството CREB, CAMKII и ERK и тяхното фосфорилиране, използвайки пълния хомогенат от хипокампуса и FC (фиг. 2).

В хипокампуса, като цяло, има промяна в количеството CREB (еднопосочен ANOVA F(2,15) ¼ 6.20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Фиг. 2а). Post-hoc анализ разкрива, че това е получено от увеличение на CREB и в двете групи, които са направили поведенческия тест, SHAM (p=0,048) и TMS (p=0,016) в сравнение с КОНТРОЛНАТА група.

Обаче фосфорилирането на CREB изглежда е повлияно единствено от rTMS в хипокампуса (еднопосочен ANOVA F(2,15) ¼ 11,813 p ¼ 0.00 1, hp2¼.645 Фиг. 2a), aspost-hoc анализът показа, че мишките, които са получили rTMS, имат значително по-високи нива на pCREB от КОНТРОЛАТА (p=0,001) и групата SHAM (p=0,041).

Освен това открихме ефект върху нивата на pCAMKII (еднопосочен ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, фиг. 2d), където подобно на pCREB пост-хок тестове показват, че rTMS увеличава количеството на pCAMKII в сравнение с КОНТРОЛНАТА група (p ¼ 0.027). Във фронталния кортекс фосфорилирането на CREB изглежда е повлияно от rTMS (еднопосочен ANOVA F( 2,15)=10.572p=0.003, hp2 =.658, Фиг. 2b).

Пост-хок анализ показа, че мишките, които са получили rTMS, имат значително по-високи нива на pCREB, отколкото контролната група (p ¼ 0.002)/Има също ефект върху pCAMKII в FC ( Еднопосочна ANOVA F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, Фиг. 2e), но posthoc анализът показа, че е независимо от лечението като SHAM (p=0,016) и TMS(0,035) групите са имали повишен pCAMKII в сравнение с CONTROLгрупата.

В FC увеличеният pCAMKII се дължи на повишено фосфорилиране на съществуващ CAMKII, тъй като съотношението на pCAMKII към CAMKII също беше увеличено с поведенческия тест (One-WayANOVA F(2,15)=7,387 p=0.{{11 }}07, hp2¼.532, фиг. 2e). Пост-хок тестове показаха, че както SHAM (p=0,026), така и TMS (0,010) имат значително по-голям дял от CONTROL. Както в хипокампуса, така и в FC не видяхме никакви значителни промени в ERK или неговото фосфорилиране след rTMS.

Използвахме Western Blot върху синаптичните хомогенати от хипокампуса и FC, за да определим ефекта на rTMS върху различни синаптични рецептори, участващи в ученето и паметта.

Ние изследвахме промяната в AMPA рецепторните субединици GluR1 и GluR2, както и BDNF рецептора TrkB. В хипокампуса имаше разлика в нивата на GluR2 (тест на Уелч F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, фиг. 3g) и pGluR2 (еднопосочен ANOVA F( 2,15)=7,189 p=0,023, hp2=,461, Фиг.

Post-hoc анализ разкрива, че SHAM мишки имат по-малко GLUR2 от КОНТРОЛИТЕ (Games-Howell p ¼ 0.022) и мишките, които са получили лечение с rTMS, имат значително по-високи нива и на двата GluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) и pGluR2 (p <0,05) в сравнение с SHAM мишките. В хипокампуса открихме също промени в pTrKB (еднопосочен ANOVA F(2,15)=8,449 p=0,005, hp2=,585, фиг. 3J).

Aspost hoc тестването показа, че както мишките SHAM (p=0.008), така и мишките TMS (p=0,013) имат по-малко pTRKb от CONTROL, което предполага, че този ефект е свързан с поведенческия тест и е независим от лечението .

Този ефект се дължи и на промяна в съотношението на тоталния TrkB, който е фосфорилиран (еднопосочен ANOVA F(2,15) ¼ 8.882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, Фиг. 3J), както SHAM (p=0,042), така и TMS (p=0,004) са значително по-ниски от CONTROL.

Единственият ефект върху GluR1 беше установен в FC, където имаше промяна в съотношението на GluR1, фосфорилиран в мястото на S845, pGluR1(845) (еднопосочен ANOVA F(2,15)=4,170 p=0,040 , hp2¼.391, фиг. 3e), но не и сайта S831.

Post-hoc анализ показа, че има намаление след rTMS в сравнение с КОНТРОЛИТЕ (p ¼ 0.038). Нямаше промяна в GluR2 рецепторите в FC, но открихме ефект върху нивата на TrkB (Еднопосочен ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼.712, Фиг. 3K) и pTrkB (Тест на УелчF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, Фиг. 3K ).

Post-hoc анализ показа, че този ефект се дължи само на повишаване на нивата след лечение с rTMS в сравнение с контролите за TrkB (p ¼ 0.001) и pTrKB (Games-Howell p ¼ 0,037) .

Тъй като няма разлика в съотношението на pTrKb към TrkB (фиг. 3K), това предполага, че за разлика от хипокампуса, промяната в pTrkB е резултат от общото увеличение на TrKB.

И накрая, ние изследвахме ефекта от rTMS стимулацията върху увеличаването и поддържането на синаптичните връзки в областите на мозъка, които участват в ORT. Използвахме имунохистохимия, за да определим колокализирани пресинаптични (SV2A) и постсинаптични (PSD95) точки, за да посочим дела на активните, свързани синапси в тези области.

Като цяло има промяна в броя на колокализираните синапси в областта CA1 на хипокампуса (OneWay ANOVA F(2,16)=4.231 p=0.038, hp2¼.377, Фиг. 4a ), EC (еднопосочен ANOVA F(2,16) ¼ 4,658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, фиг. 4c) и PC (еднопосочен ANOVA F(2,16) ¼ 7,895 , p=0,006, hp2=,548, фиг. 4d).

Както в CA1 региона, така и в PC имаше повишена колокализация в TMS групата до КОНТРОЛ (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), въпреки това в ЕК имаше повишение от КОНТРОЛ както в групите SHAM (p=0,047), така и в TMS (p=0,022), което предполага цялостен ефект от поведенческия тест в тази област с малък ефект от лечението. Не видяхме значителни промени във FC.

4. Дискусия

Нашите резултати показват, че rTMS, ако се даде между кодирането и извличането, подобрява паметта в ORT при мишки. Тези резултати отразяват проучвания при хора, които показват подобен ефект от пост-кодиране на TMS или други форми на неинвазивна мозъчна стимулация, за подобряване на паметта [2,3].

Предимно проучвания върху гризачи са се фокусирали върху предварително кодиране на rTMS за подобряване на паметта в миналото [29e32], следователно невробиологичните механизми на консолидация, насочени към rTMS, въпреки че за специфично подобряване на паметта е по-ефективен от други времеви точки на стимулация [1], не са били изследвани.

Индикатор за устойчив LTM е образуването на силни, стабилни синаптични връзки. И в PC, и в CA1 само мишките, които са имали rTMS, са увеличили синаптичните връзки в сравнение с CONTROL мишките, докато SHAM мишките не са.

PC и дорзалната CA1 са важни в паметта за разпознаване на обекти чрез различни механизми [33]. Докато компютърът участва в разпознаването на обекти въз основа на тяхната новост или познатост, хипокампусът участва в кодирането на специфична информация за обекта от сензорни стимули в паметта [33e35]. Тъй като и двата региона са имали повишени синаптични връзки в rTMS мишки, които са подобрили паметта, това предполага, че стимулацията е поддържала и двете важни връзки в тези области, които кодират както информацията за обекта, така и познаването.

Една от най-забележителните биологични промени, които наблюдавахме, беше повишаването на експресията на GluR2 в синапса на хипокампуса след лечение с rTMS, което подобри паметта в сравнение с намалението при SHAM мишки.

Това беше в контраст с много малка промяна в експресията на GluR1. Предишни проучвания показват, че GluR2 рецепторите са важни за съхранението на LTM и отстраняването на GluR2 рецепторите от синапса участва в забравянето [36]. Обратно, блокирането на GluR2 ендоцитозата предотвратява забравянето на неекспериментални настройки [37].

Има само няколко проучвания, които са показали противоречиви доказателства за ефекта на rTMS върху GluR2 рецепторите [26,38,39]. Вярваме, че нашите резултати показват уникален ефект, тъй като rTMS беше съчетан със задачата за обучение, което доведе до забравяне и загуба на GluR2 рецептори в SHAM мишки.

Ето защо показахме за първи път, че rTMS може да насърчи стабилността на GluR2 рецепторите в синапса относно задачата за разпознаване на обекти, което, както е демонстрирано в предишна литература, е важно за поддържане на памет [36,37].

Интересно в FC, rTMS се свързва с увеличаване на TrkB и фосфорилирането на TrKB, докато в хипокампуса задачата за памет намалява експресията на pTrkB. Кинетиката на TrkB в синапса зависи от много фактори, тъй като TrkB може да бъде интернализиран в синапса, след като BDNF се свърже [40].

Въпреки това, по-дългите периоди на активиране на BDNF водят до стабилна регулация нагоре на TrkB, докато преходният BDNF увеличава TrkB само временно [41]. Следователно различната експресия на FC и хипокампуса TrkB може да бъде индикация за специфичните за региона ефекти на BDNF.

В хипокампуса интернализацията на TrkB може да е настъпила както при SHAM, така и при TMS мишките в отговор на поведенческия тест, тъй като провеждането на тестовата фаза може да е причинило известно ниво на събитие за повторно консолидиране на обучение и в двете групи, което би активирало кратък BDNF отговор [42e44 ]. Докато при FC, както предишни проучвания са показали директни увеличения на BDNF от rTMS [18e20], постоянното увеличение на BDNF от стимулацията през трите дни може да е насърчило регулирането нагоре и транслокацията на TrkB към синапса [41].

Освен това, ефектът от поведенческия тест, причиняващ интернализация на TrkB, не би настъпил в FC, както се случи в хипокампуса, тъй като FC не участва в паметта за разпознаване [45e47]. Това беше демонстрирано и в нашето изследване, тъй като нямаше промяна в синаптичните връзки в този регион. Бъдещите проучвания трябва да проучат по-подробно ефектите на rTMS спрямо поведенческите тестове, за да се определи този точен механизъм.

От нашите резултати изглежда, че има силна връзка между CREB и подобрената производителност на паметта при мишките, получили rTMS. Като цяло видяхме повишени нива на CREB и неговото фосфорилиране както в хипокампуса, така и в FC. Този резултат може да бъде свързан с предишни изследвания, които също показват способността на rTMS да повишава експресията на CREB и неговото фосфорилиране [20,21].

Повишеният pCREB е важен за транскрипционната активност, необходима за преобразуване на краткосрочната памет в стабилен LTM [48e50], а блокирането на CREB предотвратява консолидирането на паметта в часовете след учебното събитие [51]. Следователно на етапа на консолидация би било важно rTMS да увеличи pCREB. Ролята на продължителното активиране на CREB обаче е по-малко ясна.

Това изследване показва, че фосфорилирането на CREB е свързано с подобрена памет и следователно може да бъде важно за подобрената производителност на паметта, която видяхме при мишките, третирани с rTMS.

Активирането на CREB може да дойде от много синаптични пътища. За съжаление, това проучване не определи точния път, който би довел до повишен pCREB. Фосфорилирането на CAMKII се повишава както в хипокампуса, така и в FC, което може да причини повишено фосфорилиране на CREB [9e11].

Тъй като rTMS променя нивата на Ca2þ в невроните [18], това активиране на CAMKII може да е осигурило директен път за активиране на CREB, освен това активирането на CAMKII е пряко свързано с GluR2 активността [52].

Въпреки това, в FC мишките SHAM също са имали повишен CAMKII, но не и CREB или GluR2. Синаптичното оцветяване разкрива, че хипокампусът играе по-голяма роля в паметта за разпознаване на обекти, отколкото FC, така че може би има включени други регулаторни пътища, които поддържат активирането на CREB от CAMKII след rTMS в хипокампуса, а не FC. От това проучване е трудно да се разграничете дали подобренията от rTMS се дължат единствено на стимулацията, дадена 3 hpost-кодиране или на стимулациите, дадени в рамките на 72-h.

Единичните консолидиращи стимули са ефективни за подобряване на паметта при опити с хора [3], но при проучвания с гризачи последователното повторно активиране на пътищата на паметта е от съществено значение за поддържането на LTM [17].

Освен това, от резултатите в това проучване не можем да определим дали подобрената памет или невробиохимичните промени са резултат от rTMS стимулация по време на фазата на консолидация, подобряваща консолидацията на паметта, или ако е имало вторичен механизъм, променящ извличането на паметта, независимо от консолидацията.

Резултатите от това проучване показват както краткосрочни промени във фосфорилирането на протеини, необходими от синаптичната консолидация, така и дългосрочни промени в стабилни синаптични връзки, необходими за поддържане на паметта. Поради това ще бъде важно за бъдещи проучвания да се сравнява ефектът от различните времеви точки на стимулация и контролните групи без проба, за да се определят точните механизми.

5. Заключение

Заедно резултатите предполагат, че чрез насърчаване на по-голям синаптичен GluR2 и предотвратяване на неговата ендоцитоза, както и поддържане на синаптичните връзки в компютъра и хипокампалния CA1, rTMS може да подобри паметта в теста за разпознаване на обекти.

Открихме доказателства, че тези промени вероятно са свързани с CAMKII и CREB пътищата в хипокампалните неврони. Тези резултати допълнително затвърждават доставянето на rTMS във фазата на консолидация за LTM и промяна на синаптичната пластичност, което може да има по-големи последици в областта на клиничната невромодулация, не само за подобряване на паметта, но и в случаите, когато по-доброто задържане на информация е от полза, например, психотерапия [53].

Бъдещи проучвания биха могли да използват подобни методи за сравняване на консолидацията и поддържащата стимулация, за да определят директно молекулярния механизъм, допринасящ за ефекта, както и да определят дали този ефект може да бъде разширен с продължителна поддръжка rTMS.

Декларация за авторски принос на CrediT

AM Heath: Концептуализация, Официален анализ, Разследване, Писане на оригиналната чернова. М. Брюър: Разследване. J. Yesavage: Надзор, писане и преглед и редактиране. MW McNerney: Надзор, ресурси, придобиване на финансиране, писане на рецензия и редактиране.

Благодарности

Авторите биха искали да благодарят на д-р Eugenia Poh за предоставянето на нейната фигура за използване в ръкописа. Авторите също биха искали да the Ass. Проф. Дженифър Роджър за предоставянето на персонализираната TMS намотка, използвана в това проучване.

Тази работа беше подкрепена от Министерството на ветераните [грант номер 5IK2BX004105-2]. Информацията в този документ не представлява възгледите на правителството на Съединените щати, Департамента по въпросите на ветераните или Факултета по медицина на Станфордския университет.

Референции

[1] Yeh N, Rose NS. Как може да се използва транскраниална магнитна стимулация за модулиране на епизодична памет?: систематичен преглед и мета-анализ. FrontPsychol 2019; 10: 993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Подобряване на производителността на паметта с rTMS при здрави индивиди и лица с леко когнитивно увреждане: ролята на десния дорзолатерален префронтален кортекс. Front Hum Neurosci 2012; 6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Сандрини М, Цензор Н, Мишо Дж, Коен Л.Г. Причинната роля на префронталния кортекс за укрепване на епизодичните спомени чрез повторно консолидиране. Curr Biol2013; 23: 2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Стимулирането на задната кортикално-хипокампална мрежа повишава прецизността на припомнянето на паметта. Curr Biol 2017; 27: 465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Устойчивостта на съхранението на дългосрочна памет изисква късен протеинов синтез и BDNF-зависима фаза в хипокампуса. Neuron 2007; 53: 261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Структурни компоненти на синаптичната пластичност и консолидация на паметта. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015; 7: a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. За ролята на протеиновия синтез на хипокампа в консолидирането и повторното консолидиране на паметта за разпознаване на обекти. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. Проста роля на BDNF в ученето и паметта? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W и др. CaMKII-медиирано CREBфосфорилиране участва в Ca (2þ)-индуцирана BDNF mRNA транскрипция и невритен растеж, насърчаван от електрическа стимулация. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Сигнализиране от синапс към ядро: постсинаптично CREB фосфорилиране по време на множество форми на хипокампална синаптична пластичност. Neuron 1996; 16: 89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Специфично за пластичност фосфорилиране на CaMKII, MAP-кинази и CREB по време на късен LTP в срезове на хипокампа на плъх in vitro. Неврофармакология 2005; 49: 477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC и др. Механизъм на Ca2þ/калмодулин-зависима киназа II регулация на AMPAрецепторното стробиране. Nat Neurosci 2011; 14: 727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com