Хипокампусът, префронталната кора и перириналната кора са от решаващо значение за инцидентната памет

За повече информация:ali.ma@wecistanche.com

Резюме

Значителни изследвания при гризачи и хора показват, че хипокампусът и префронталната кора са от съществено значение за запомнянето на времевите връзки между стимулите, а натрупването на доказателства предполага, че перириналната кора също може да бъде включена. Експерименталните параметри обаче се различават значително в различните проучвания, което ограничава способността ни да разберем напълно фундаменталните приноси на тези структури. Предишни проучвания се различават по типа темпораленпаметте подчертават (напр. ред, последователност или разделяне във времето), стимулите и отговорите, които използват (напр. уникални за опита или повтарящи се последователности и случайно или възнаградено поведение) и степента, до която контролират за потенциални объркващи фактори ( напр. основни и актуални ефекти или реддефицити на паметтавторичен за тувреждания на паметта).За да помогнем за интегрирането на тези открития, разработихме ново тестване на парадигматаслучаен споменза уникална за изпитването поредица от събития и едновременно оценени ред и памет на елементи при животни с увреждане на хипокампуса, префронталния кортекс или перириналния кортекс. Установихме, че този нов подход доведе до стабилен ред ипамет на елемента, и че хипокампалното, префронталното и перириналното увреждане избирателноувредена памет за поръчки. Тези открития предполагат, че хипокампусът, префронталната кора и перириналният кортекс са част от широка мрежа от структури, които са от съществено значение за случайното научаване на реда на събитията вепизодична памет.

Лейла М. Алън, Рейчъл А. Лесишин, Стивън Дж. О'Дел, Тимъти А. Алън, Норбърт Дж. Фортин

1 Център за невробиология на обучението и паметта, Калифорнийски университет, Ървайн, Калифорния 92697 2Катедра по невробиология и поведение, Калифорнийски университет, Ървайн, Калифорния 92697 3Програма за когнитивна невронаука, Катедра по психология, Международен университет във Флорида , Маями, Флорида 33199

ВЪВЕДЕНИЕ

Способността за временно организиране на лични преживявания в паметта е определящ аспект на епизодичната памет. Разработени са няколко подхода за изследване на паметта за „кога“ се случват събития при гризачи и хора (напр. Hannesson et al., 2004a,b; Dere et al., 2005; Babb and Crystal, 2006; Kart-Teke et al., 2006; Barker et al., 2007; Fouquet et al., 2010; Allen et al., 2014) и значителни доказателства сочат, че хипокампусът (HC) играе централна роля в това си качество (Eichenbaum,2013; Davachi & DuBrow, 2015). Например, при гризачи, HC лезиите увреждат паметта за времеви ред, но не и паметта за елементи (Chiba et al 1994; Fortin et al. 2002; Kesner et al. 2002; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker&Warburton, 201l; 2013). HC невроните укрепват и възпроизвеждат пространствени последователности в реда, в който са задействани по време на обучение, което предполага памет за последователности от пространствени местоположения (Skaggs & McNaughton, 1996; Farooq et al., 2019). Установено е също, че HC невроните надеждно задействат в определени моменти по време на пропуски между стимули („времеви клетки“; Pastalkova et al., 2008; MacDonald et al., 2013) и за разграничаване между елементи, представени в правилната или неправилна последователна позиция („последователни клетки“; Allen et al..2016) . По подобен начин при хора проучванията с ЯМР показват, че HC се активира значително по време на кодиране или извличане на различни форми на времева информация за нечии преживявания (Cabeza et al., 1997; Hayes et al., 2004; Kumaran & Maguire, 2006; Lehn , et al., 2009; Ross et al., 2009; Ekstrom et al., 2011; Tubridy & Davachi, 2011; Hsieh et al., 2014; Davachi & Dubrow, 2015; Reeders et al., 2018).

Кликнете върху стеблото на Cistanche и Cistanche за памет

Префронталната кора (PFC) е друга структура, за която се смята, че играе ключова роля във временната организация на спомените. При гризачи лезиите и временните инактивации на медиалния PFC нарушават разграниченията във времевия ред за обекти и пространствени местоположения (Mitchell & Laiacona, 1998; Hannesson, et al. 2004a, b; Barker, et al., 2007; DeVito & Eichenbaum, 2011; Jayachandran et al., 2019). Освен това, медиалните PFC неврони показват продължително задействане в празнината между стимулите, което може да помогне за преодоляване на асоциациите на стимулите във времето (напр. Cowen & McNaughton, 2007; Gilmartin & McEchron, 2005). Има също достатъчно доказателства от проучвания върху хора, включващи PFC в сравними функции (вж. St. Jacques, et al., 2008; Jenkins & Ranganath, 2010; Preston & Eichenbaum; 2013; Hsieh & Ranganath, 2015; Reeders et al., 2018).

В допълнение към HC и PFC, перириналната кора (PER) също може да играе важна роля. Въпреки че PER най-често се свързва с паметта на артикулите (Murray et al, 2000, Bussey et al, 2002; Murray et al, 2007; Barker & Warburton, 2011; Feinberg et al, 2012), натрупването на доказателства предполага, че то може също да допринесе за реда памет. Например, смята се, че PER улеснява унифицираните представяния на събития, които се случват във времето, комбинирайки временно прекъснати характеристики в един възприемащ обект в паметта (Allen et al, 2007; Kholodar-Smith et al, 2008a; Kent & Brown, 2012). PER невроните проявяват постоянно задействане, предизвикано от синаптична стимулация във Vitra и могат да продължат повече от минута след спиране на стимулацията, което предполага, че PER невроните са способни да свързват събития във времеви празнини (Navaroli et al., 2012). Съвсем наскоро беше показано, че заглушаването на синаптичната активност в медиалните PFC-PER проекции премахва паметта за добре обучени последователности от миризми (Jayachandran et al, 2019).

Въпреки това е важно да се отбележи, че има значителна вариация в парадигмите, използвани в горните експерименти, което затруднява пълното разбиране на специфичния принос на HC, PFC и PER. Първо, парадигмите се различават по типа темпорална памет, върху която акцентират, включително памет за относителния ред на събитията (напр. B се е случило преди D) за специфичната последователност, в която са се случили (напр. A е последвано от B, след това от C, след това D) или за времевото разделение между елементите (напр. A се е случило преди ~5 минути, преди B~1 минута; вижте Friedman,1993; Allen & Fortin,2013). Второ, някои парадигми включват инциденти

учене, ключов аспект на епизодичната памет (Zhou et al., 2012), докато други (основно при гризачи) възнаграждават представянето на стимули или нареждат преценки. Трето, някои парадигми включват уникална поредица от събития, ключова характеристика на епизодичната памет, докато други включват повтарящи се представяния на едни и същи събития. И накрая, някои парадигми, също обикновено при гризачи, включват кратки списъци от стимули (2 или 3 елемента), така че пробите за поръчка трябва да включват първите и/или последните примерни елементи. В такива случаи временните преценки на паметта не могат да контролират ефектите на първичност или актуалност, които могат да доведат до разлики в силата на паметта между елементите и факта, че те биха могли да решат, като си спомнят само един от примерните елементи (напр. животното може да си спомни само последния елемент и след това го избягвайте в теста на сондата).

Целта на настоящото изследване е да помогне за интегрирането на предишни констатации чрез едновременно оценяване на приноса на HC, PFC и PER както към паметта на поръчката, така и към паметта на артикулите, използвайки нова парадигма при плъхове. Първо, надграждайки предишни подходи за спонтанни предпочитания, ние разработихме задача, която тества случаен ред и памет на артикули за уникална за пробната поредица от събития. Трябва да се отбележи, че задачата използва дълга поредица от събития (5 представяния на миризми), което смекчава влиянието на ефектите на първичност и актуалност, намалява възможността за използване на паметта само за един елемент в преценките на реда и също така предлага по-добър паралел с изследванията върху хора. Второ, извършихме селективни щети на HC, PFC или PER и директно сравнихме ефективността на всяка група по поръчка и памет на артикул за една и съща поредица от събития. Установихме, че новият ни подход доведе до стабилна памет за поръчки и артикули и че HC, PFCor PER увреждат селективно нарушената памет за поръчки. Тези открития предполагат, че широка мрежа от структури е от решаващо значение за случайно научаване на реда на събитията в епизодичната памет.

МЕТОДИ

Субекти

Субектите са мъжки плъхове Long Evans с тегло 250-300 g при пристигането (n= 52). Плъховете се настаняват поотделно в прозрачни правоъгълни поликарбонатни клетки и се поддържат на 12-часов цикъл светло-тъмно (светлините се изключват в 8:00 сутринта). Всички поведенчески тестове се провеждат по време на тъмната фаза (активен период) при условия на околна червена светлина. Достъпът до храна и вода е бил неограничен преди операцията. След операцията плъховете са били леко ограничени в храната, за да поддържат 85 процента от телесното си тегло при свободно хранене със свободен достъп до вода по време на тестването. Всички хирургични и поведенчески методи са съобразени с институционалния комитет за грижа и използване на животните към Калифорнийския университет в Ървайн.

Хирургии

Екситотоксични лезии се получават при използване на локални инфузии на NMDA (Sigma, St. Louis, MO). Беше предизвикана обща анестезия (5 процента) и поддържана с изофлуран (1-2.5 процента), смесен с кислород (800 ml/min). След това плъховете се поставят в стереотаксичния апарат (Stoelting Instruments, Wood Dale, IL) и скалпът се анестезира с Marcaine⑧ (7,5 mg/ml, {{10}}.5 ml,sc). Черепът беше изложен след разрез по средната линия и бяха направени корекции, за да се гарантира, че брегмата, ламбда и местата ±0,2 mm странично на средната линия са равни. По време на операцията на всички плъхове е приложен гликопиролат (0,2 mg/ml, 0,5 mg/kg, подкожно) за предотвратяване на респираторни затруднения и 5 ml разтвор на Рингер с 5 процента декстроза (подкожно) за хидратация. След отстраняване на костта, покриваща местата на инфузия ( вижте по-долу), NMDA се влива в мозъка с помощта на 33-калибър 10μ спринцовка（Hamilton Company, Reno, NV）, задвижвана от моторизирана инфузионна помпа (World Precision Instruments, Сарасота, Флорида), монтирана върху рамото на стереотаксичен манипулатор. Иглата остава на мястото на инжектиране в продължение на 5 минути след инфузията на лекарството, за да позволи дифузия. Дорзовентралните (DV) координати се измерват от твърдата мозъчна обвивка. Субектите бяха разпределени на случаен принцип в една от петте групи: HClesion, PFC лезия, PER лезия, вторични визуални кортексни (V2) контролни лезии или фиктивно оперирани контроли.

HC лезии （n{{0}}）.一Секцията на костта, покриваща седемте места за инфузия на HC, беше резецирана двустранно и остана хидратирана в стерилен физиологичен разтвор по време на инфузията. Костната секция беше върната след вливанията. Три двустранни дорзални HC места бяха насочени, както следва:-2.2 A/P,±1.0M/L,-3.0DV;{{7} }.0A/P,±1.8/L,-2.8 D/V;-4.0A/P,±2.8 M/L, -2.6 D/V. Четири двустранни вентрални HC места бяха насочени, както следва: -4.8 A/P, ±4.8 ML, 6.5 D/V;-4.8 A/P, ±4.5 M/L, {{29 }}.3D/V;-5.7 A/P,±4.9 M/L,-2.8,D/V;-5.7A/,±5.1 ML, { {41}}.8 D/V. Всяко HC място се влива с 200-225 nLof NMDA (85 mM; 50mg/mL) при 200-250nL/min.

PFC лезии (n {{0}}).—Пробиват се малки дупки дорзално на местата за инфузия, насочени към прелимбичния кортекс на PFC. PFC се влива двустранно с 25{{10}} nL NMDA (85 mM; 50 mg/mL) при 200 L/min (3,2 A/R, ±0,75 M/L, -3.0 D/V от дура), подобно на Sharpe и Killcross (2012). PER лезии （n=11）. 一Бяха пробити два отвора двустранно（~-4 и -7 mm A/P, ~1 mm медиално на темпоралния ръб) за анкерни винтове за задържане на устройство за разпръскване на тъкани (Kholodar-Smith et al.2008a) . След това темпоралните мускули бяха изтеглени, за да се разкрият темпоралните и теменните кости, докато зигоматичната дъга стане видима. Устройството за разпръскване на тъкани беше закрепено между анкерните винтове и вътрешната повърхност на темпоралните мускули. Костта, покриваща темпоралния кортекс (~2 mmx5 mm) се резецира и фрагментът се поставя в стерилен физиологичен разтвор. Костният фрагмент беше върнат след инфузията. Спринцовката (игла без сърцевина; Hamilton Company, Reno, NV) беше позиционирана под ъгъл от 45 градуса от вертикалната повърхност на темпоралния кортекс, като ухото на иглата беше обърнато вентрално и отзад, за да насочи потока на NMDA към PER. Инфузии на NMDA (85 mM; 50 mg/mL) бяха направени на 7-8 места (80 nL на инфузия; 70nL/min; еднакво разпределени на ~0,5 mm), обхващащи рострокаудалния обхват на PER от -2.8 до -7.6 A/Relativeto bregma (Burwell, 2001). Направени са седем инжекции, когато голям кръвоносен съд е присъствал на предвиденото място за инфузия. Върхът на иглата се вкарва ~1,5 mm в кортекса спрямо твърдата мозъчна обвивка.

Контроли на вторичния зрителен кортекс (V2) (n=8).-Пробиват се малки дупки дорзално на местата за инфузия на V2. Местата на V2 се вливат с 250 nL NMDA (85mM) при 200 L/min (-4 .5 A/P, ±2.5 M/L;-0.8 D/V от дура). Фиктивно оперирани контроли (n=10).—Тези субекти са претърпели същите хирургични процедури като съответната им група лезии (брой: HC,4; PFC,4; PER,2), с изключение на това, че не е направена инфузия на NMDA. След лезиите разрезите бяха зашити и облечени с локален антибиотик. Плъховете бяха върнати в домашните им клетки и наблюдавани, докато се събудят. Един ден след операцията, на плъхове е даден аналгетик (флуниксин, 50 mg/ml, 2,5 mg/kg подкожно) и на мястото на разреза е приложен локален антибиотик. Плъховете бяха оставени да се възстановят от операция за приблизително две седмици преди поведенчески тестове.

Стимули за миризма

Ароматите бяха представени върху 1" кръгли дървени мъниста (Woodworks Ltd. Haltom City, Тексас), всяко ароматизирано с домакинска подправка (вижте Feinberg et al., 2012). Мънистата бяха ароматизирани в продължение на 48 часа в смес от пясък за детска площадка и единичен подправка.За всеки плъх миризмите бяха избрани псевдослучайно, за да се противопоставят на ароматите в серийните позиции на субектите и да се избегнат повтарящи се миризми.Миризмите бяха избрани от следния списък: бахар, анасон, босилек, дафинов лист, кардамон, целина, канела, карамфил, кориандър , кимион, копър, копър, джинджифил, лимонова кора, индийско орехче, розмарин, градински чай, майорана, мента, портокалова кора, червен пипер, мащерка и куркума.Пясъкът беше включен за разреждане на ароматите и служи като постоянна фонова миризма за всички мъниста Списъкът на миризмите, както и концентрациите на миризми в пясъка, бяха определени емпирично с помощта на независима кохорта от наивни плъхове, за да се гарантират равни нива на вродени предпочитания към отделните миризми (данните не са показани). Плъховете бяха запознати с дървени мъниста преди тестване от поставяне на няколко мъниста без аромат в домашните им клетки за най-малко два дни преди поведенчески тест (Spinetta et al., 2008; O'Dell и др., 2011; Feinberg et al., 2012). Познаването на дървените мъниста гарантира, че по време на тестването животните фокусират изследването си върху миризмата, добавена към експерименталните мъниста.

Тестване на миризмата и паметта на предмета

Наивните плъхове бяха обработени за кратко за 3-5 дни след първоначалното пристигане и по време на поведенческите процедури. Всички поведенчески сесии бяха проведени в рамките на домашната клетка на всеки отделен плъх. Поведенческите тестове започнаха след постхирургично възстановяване и се състояха по време на тъмната фаза (активен период) при условия на околна червена светлина. Плъховете бяха поддържани на 85 процента от теглото си при свободно хранене по време на поведенчески тестове, тъй като открихме, че пилотните плъхове ще изследват мънистата по-дълго и по-последователно, когато са леко ограничени от храната (вижте също Feinberg, et al. 2012). Един час преди тестването на поведението, бункерите за храна и бутилките с вода бяха отстранени, за да се аклиматизират плъховете към условията на тестване. Серия от пет миризми бяха представени като последователност от събития, като всяко представяне на миризма беше разделено с интервал от 20 минути (виж Фигура IA). Всяко зърно беше представено в центъра на най-предния квадрант на клетката и времената за изследване (дефинирани като подушване и разбиване в рамките на ~1 cm от зърното) бяха записани на преносим компютър с помощта на софтуер ODLog. Важно е, че за да се осигури еквивалентно вземане на проби от всички миризми в серията, времето, прекарано за вземане на проби от първата миризма (достъпно за общо 30 секунди), определя колко време е позволено на всеки плъх да взема проби от всяка следваща миризма (напр. ако плъх прекарахме 4 s в изследване на миризма A, щяхме да гарантираме, че всяка от миризмите B до E е взета за 4 s). Сесиите за тестване, при които плъх не е изследвал никаква миризма на проба до същото ниво като първата миризма (в рамките на 5 минути времеви прозорец), не са включени в анализа. За да се предотврати кръстосано замърсяване, всяко зърно се изхвърля след всяко представяне по време на вземане на проби или тестване и експериментаторът сменя ръкавиците всеки път, когато се използва ново зърно.

Паметта за реда, в който са представени миризмите, и паметта за самите миризми след това беше оценена с помощта на сонда за поръчка и сонда за артикул (виж Фигура IA). Сондата за поръчка беше приложена 60 минути след списъка с проби и включваше представянето на две миризми от списъка (B срещу D). Нашата пилотна работа показа, че плъховете могат да извършват и други проби на реда над шансовите нива (напр. A срещу C, C срещу D), но това представяне може да варира (подобно на откритията във Fortin et al., 2002). По този начин тук беше избрана една двойка миризми, за да се увеличи максимално статистическата мощност. В съответствие с предишна работа (напр. Dere et al., 2005), ние очаквахме животните да изразят памет за реда, в който са се случили събитията, като изследват предпочитано елемента, който се появява по-рано в серията. Сондата за паметта на артикула беше приложена 20 минути след поръчаната сонда (~ 80 минути след списъка с проби) и включваше представянето на две миризми: средната миризма от списъка и нова миризма (C срещу X). Сондата на елемента е важна контрола, за да се гарантира, че плъховете са запомнили миризмите, представени в списъка, което се изразява като преференциално изследване на новата/миризма (в сравнение с предишната миризма). Обърнете внимание, че както за сонди за ред, така и за артикул, зърната бяха поставени в същия квадрант на клетката като зърната на пробата и разположени приблизително на 3 cm едно от друго (вижте Фигура 1B), като лявата/дясната позиция беше балансирана между плъховете. Времето за изследване за всяко зърно беше записано в ODLog.

Състояние на последователност с бързо представяне

Тествахме също същите групи в по-предизвикателна версия на парадигмата, в която последователността от елементи е по-бързо представена (~ 45 s между елементите). Всички процедури, включително интервалите на задържане преди сонди за паметта на поръчката и артикула (съответно 60 и 80 минути), бяха иначе идентични.

Условие за контрол на силата на паметта

Проведохме контролен експеримент в отделна кохорта от наивни животни, за да отчетем възможността изпълнението на поръчаната сонда просто да зависи от разликите в силата на паметта на избраните елементи. Тук на плъховете беше дадена поредица от пет миризми, като всяка миризма беше разделена с интервал от 20 минути, съответстващ на основните параметри на задачата. Впоследствие на всеки плъх беше представена миризма от последователността заедно с нова миризма (напр. As.V, VBS.W, Cvs.X, Dvs.Y, E.vs.Z). Интервалът между миризмата на последната проба и тестът на сондата беше 60 минути. Всеки плъх получи пет сесии (по балансиран начин), в които бяха направени всички сравнения (едно сравнение на сесия). Само една позиция на последователност беше тествана на сесия, на ден, с поне един ден почивка между тестовите сесии. Всяка сесия включваше нов набор от неприпокриващи се миризми.

Анализ на данни

Стойностите на DI варират от плюс 100 до -100 процента. Положителните стойности съответстват на предпочитание към по-ранната миризма в поръчаната сонда и новата миризма в сондата на артикула. Отрицателните резултати съответстват на предпочитание към по-късната миризма в поръчаната сонда или на срещаната преди това миризма в сондата на артикула. Резултат нула показва, че няма предпочитания за нито една миризма (шанс"). DI резултатите, значително различни от нула, се тълкуват съответно като доказателство за поръчка или памет на артикул. Всяко животно беше тествано три пъти за всяка задача (използвайки различни набори от миризми) и средният резултат на всеки плъх беше използван за анализ на данните.

Статистическите данни бяха извършени с помощта на Prism 8. Груповите данни бяха анализирани с помощта на анализ на дисперсията (ANOVA) с posthoc тестове, контролиращи броя на извършените сравнения (използвайки тестовете на Holm-Sidak или корекцията на Bonferroni). Груповите данни са изразени като средна ± стандартна грешка на средната (SEM). Статистическата значимост се определя с помощта на p<>

Хистология

На плъховете се прилага свръхдоза натриев пентобарбитал (Euthasol, 390 mg/ml, 150 mg/kg, ip) и се перфузират транскардиално със 100 ml PBS, последвано от 200 ml 4 процента параформалдехид (рН 7,4; Sigma-Aldrich, St. Louis , MO), мозъците бяха фиксирани за една нощ в 4% параформалдехид и след това поставени в 30% разтвор на захароза за криопротекция. Замразените мозъци бяха разделени на плъзгащ се микротом (50 um; коронарна ориентация) в четири комплекта от непосредствено съседни секции за специфично за клетъчното тяло крезилвиолетово оцветяване и неврон-специфично NeuN оцветяване. Точните методи за всяко петно ​​са описани подробно другаде (вижте Допълнителни материали от Kholodar-Smith et al., 2008a).

Анализ на лезиите

Използвайки софтуера Image J и Photoshop (версия CS6), степента на невротоксично увреждане на HC, PER, PFC и V2, както и латералния енторинален кортекс, инфралимбичния кортекс и предния цингуларен кортекс беше оценена въз основа на серийни NeuN-оцветени срезове .

РЕЗУЛТАТИ

Степен на лезията

HC лезии.-HC лезии субекти имаха големи и пълни лезии на целия HC, докато околните влакна бяха пощадени (Фигура 3A). Имаше ясна липса на HC тъкан по цялата рострално-каудална степен на мозъците. Двуизмерният анализ на областта на лезията беше извършен с помощта на NeuN-оцветени срезове. Като цяло 85,5±2,52 процента от хипокампуса е увреден. Няма разлика в щетите, причинени в лявото полукълбо (85,72±2,77 процента) в сравнение с дясното полукълбо (85,36±2,26 процента;tio=0.17,p=0.87, сдвоени проби t -тест).

PFC лезии.— Субектите с PFC лезии са имали големи лезии на прелимбичния кортекс (PL) и в по-малка степен инфралимбичния кортекс (IL; Фигура 3B). PL, IL и ACC бяха включени в количествен двуизмерен анализ на областта на лезията. PL беше най-увреденият (40,34 ±3,25 процента), следван от IL (18,23 ± 5,85 процента) и имаше много малко увреждане на ACC (5,03 ±1,60 процента). Степента на увреждане на PL е подобна на това, което е установено по-рано с подобна техника на лезия (DeVito & Eichenbaum, 2011), но степента на увреждане на извън-PL региони е значително намалена в това проучване. По този начин, въпреки незначителните щети извън региона, всички ефекти от тези лезии вероятно отразяват основно функцията на PL. Използвайки t-тест за сдвоени проби, не открихме значителна разлика в увреждането на PL на лявото полукълбо (37,96±3,55 процента) в сравнение с дясното полукълбо (42,72±3.86 процента;t{{26} }.40,p=0.09).

PER лезии.-При субекти с PER лезии увреждането е центрирано в кортикалната тъкан около средно-задната ринална бразда (Фигура 3C) с 58,32±4,27 процента от пълния обхват на PER лезии (A/P-2). 0 до -7.2). По-голямата част от увреждането е настъпило в задния PER(A/P-4.0 до -7.2), където средното общо увреждане е 80,23±4,54 процента. Използвайки t-тест за сдвоени проби, открихме, че няма разлика в увреждането на задната PER в лявото полукълбо (76,34±5,30 процента) в сравнение с дясното полукълбо (84,13 ±5,08 процента; t10=-1).62 ,p=0.14). Имаше също незначително увреждане на частта от латералния енторинален кортекс (LEC), разположен непосредствено вентрално на зона 35 на PER (36,71±4,21 процента). Размерът на увреждането е подобен на това, което е установено преди това при използване на тази техника на увреждане (Kholodar-Smith et al., 2008a; Feinberg et al. 2012).

V2 лезии. - Плъхове с лезии V2 служеха като отрицателна контрола, за да демонстрират, че увреждането на кортекса, покриващ HC, в регион, който преди това не е бил свързан с паметта на последователността, не влияе върху представянето на нашата задача. Щетите са до голяма степен ограничени до V2, с 40,38±3,27 процента щети като цяло при плъхове. При четири от плъховете имаше незначително увреждане на CAl едностранно, а при два плъха имаше незначително увреждане на CAl двустранно. Въпреки това, тази повреда изглежда не е повлияла на тяхното представяне при проби на поръчка или артикул.

Фиктивни лезии.—HC, PFC и PER фалшиви (n=4,4 и 2, съответно) плъхове не показват забележими доказателства за увреждане на мозъка, оценени с NeuN хистологични петна. По този начин фалшивите бяха интерпретирани като притежаващи пълни и нормални невронни способности по време на всички поведенчески експерименти и бяха комбинирани за последващи анализи.

Памет за поръчки и артикули

Както се очакваше, нивата на ефективност бяха еднакво високи при фалшиво оперирани животни и V2. увредени животни, така че ги комбинирахме, за да образуваме контролната група.

Изпълнение на сонди за памет за поръчка.

Използва се еднопосочна ANOVA за изследване на разликите в индекса на дискриминация (DI) на подредената сонда между групите лезии. Имаше значителен основен ефект от групата (Fy, 48=5.084, p=0.0039), а последващите сравнения показаха, че контролната група е значително различна от групите HC, PFC и PER (Holm -Сидак тества п<0.05).one-sample-tests showed="" that="" the="" control="" group="" was="" significantly="" different="" from="" chance(di="0;" t17=""><0.0001),but the="" lesioned="" groups="" were="" not(hc:tu0="0.8667,p=0.4064;PFC:to" =1.941,p="0.0783;PER:t10=1.310,p=0.2196)." to="" limit="" the="" number="" of="" posthoc="" tests,="" pairwise="" comparisons="" among="" hc,="" pfc,="" and="" per="" groups="" were="" not="" directly="" tested;="" instead,="" group="" differences="" were="" examined="" using="" a="" group="" x="" probe="" interaction="" (see="" below).="" see="" figure="" 2a="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Изпълнение на сонди за памет на елементи.

A one-way ANOVA on item memory performance did not show a significant difference across groups(Group effect: F3.48= 1.167,p=0.3320), and no group was significantly different from the control group (Holm-Sidak tests p's>0.05). Използвайки t-тестове за една проба срещу случайност (DI=0), всички групи демонстрираха значително предпочитание към новата миризма (мирис X) в сравнение с миризмата, представена в последователността (миризми; всички p<0.001). see="" figure="" 2b="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Директно сравнение на сонди за поръчка и артикул.

Двупосочна ANOVA с повтарящи се измервания беше използвана за сравняване на ефективността на групата между видовете сонда. Установихме значителни основни ефекти на група (F,48=5.80,p=0.002) и сонда (F1.48=32.55,p<0.001).however, the="" group="" x="" probe="" interaction="" did="" not="" reach="" significance="" (f3,48="1.96," p="0.133)indicating" that="" the="" pattern="" of="" results="" did="" not="" significantly="" differ="" across="" lesion="" groups,="" post-hoc="" comparisons="" revealed="" that="" di="" scores="" were="" significantly="" lower="" on="" the="" order="" probes="" relative="" to="" the="" item="" probes="" for="" the="" hc,="" pfc="" and="" per="" groups="" (bonferroni-corrected="" one-sample="" t-tests;=""><0.017), whereas="" the="" control="" group="" showed="" no="" significant="" difference.="" these="" findings="" strongly="" suggest="" that="" the="" deficit="" observed="" is="" selective="" to="" order="" memory="" and="" cannot="" be="" attributed="" to="" a="" secondary="" impairment="" in="" item="" memory.="" these="" data="" are="" displayed="" in="" the="" form="" of="" difference="" scores="" (dlorder-ditem)="" in="" figure="">

Контролни условия и анализи

Бързо представяне на примерен списък.

За да разграничим представянето между групите, тествахме едни и същи животни на по-предизвикателна версия на задачата, в която примерният списък беше представен по-бързо (~45 секунди между елементите). Установихме, че всички групи показват силна памет за елементи (незначителен Групов ефект: F3,41=1.48,p=0.24; всички групи показват еднопробни t-тестове по-горе 0 ,p's<0.05).however, none="" of="" the="" groups,="" including="" the="" control="" group,="" showed="" clear="" order="" memory="" under="" this="" condition(non-significant="" group="" effect:="" f,41="1.09,p=0.365;" mean="" di="" for="" all=""><0.2), which="" makes="" it="" difficult="" to="" further="" interpret="" these="">

Сила на паметта.

We ran a control experiment in a separate cohort of naive animals to determine whether the memory strength of the different sample odors was significantly different at the time of the ordered probe. We found no significant differences in item memory across odor positions (F4.20=0.88,p=0.49), suggesting that all positions are remembered equally well (i.e., they have the same memory strength). Furthermore, all odor positions were significantly greater than chance exploration times for the novel odor(DI>0). По този начин е много малко вероятно силата на паметта да може да обясни преценките на паметта за ред в нашата парадигма.

Вземане на проби от миризми.

Първата миризма от фазата на пробата е била достъпна за плъха за общо 30 секунди. Като цяло, плъховете активно го изследват за 4,14±1,49 s (средно ±1 std; средно за 3 сесии за всеки субект). Това време за вземане на проби беше сравнено между сесии и групи лезии с помощта на ANOVA с повтарящи се измервания. Установихме, че плъховете са намалили времето си за вземане на проби през трите сесии (средни стойности съответно от 4,82 s, 4,67 s и 4,13 s; значителен основен ефект от времето за вземане на проби; F,.138=24.06,стр<0.001), but="" that="" this="" effect="" did="" not="" differ="" across="" groups(non-significant="" session="" lesion="" interaction;f9,138="1.18,p=0.31).There" was="" a="" significant="" main="" effect="" of="" group="" (f146="3.339," p="0.027)," though="" the="" means="" were="" very="" close(3.85s,4.39s,="" 5.00s,="" and="" 3.88s="" for="" controls,="" hc,="" pfc,="" and="" per,="" respectively).="" a="" post-hoc="" holm-sidak="" test="" revealed="" slightly="" longer="" sample="" times="" in="" pfc="" animals="" relative="" to="" controls=""><0.037), but="" no="" other="" group="" differences="" were="" observed(p's="">0.05). Тази малка групова разлика е малко вероятно да е объркала нашите резултати; въпреки че това може да доведе до малко по-висок ред и производителност на паметта на елементите в групата на PFC. Важно е, че този ефект по същество се факторизира от разликите в резултатите, показани на Фигура 2C. Ключовият контрол тук е, че за всяко животно приравнихме времето за изследване в рамките на представяне на последователност.

Дискусия

Използвайки нова парадигма за инцидентна памет, ние оценихме ефектите от селективно увреждане на HC, PFC или PER върху паметта за поръчка и артикул. Ние открихме, че всяка от трите групи с лезии е била значително нарушена паметта на поръчката спрямо контролите и че дефицитите са със сравнима величина. Важно е също така, че ние открихме, че всички групи лезии показват нормална памет на предмети, което показва, че тяхната способност да запомнят представените елементи остава непокътната (т.е. дефицитът им е специфичен за неспособността да запомнят реда им). Въпреки че преди това е доказано, че тези структури са важни за различни форми на временна памет, имаше значителни различия в изискванията на задачите в различните проучвания и следователно необходимостта да се оцени техният принос в рамките на един и същ експеримент. Настоящото проучване помага за интегрирането на тези предишни открития, като демонстрира, че HC, PFC и PEReach играят ключова роля в запомнянето на уникални за изпитването последователности от събития, основна характеристика на епизодичната памет.

Интегриране на ключови характеристики на епизодичната памет в една парадигма

Епизодичната памет включва запомняне на поредица от преживявания от нашето ежедневие, които случайно се кодират и извличат при необходимост (Tulving, 1972; Allen & Fortin, 2013). Следователно, когато се моделира епизодична памет при животни, е важно да се улови инцидентната природа на епизодичното кодиране (напр. Dere et al., 2005; Zhou et al, 2012). За да направим това, ние разработихме случайна версия на парадигма, която използван преди това за оценка на реда и паметта на артикулите, при които животните бяха изрично възнаградени по време на вземане на проби от артикули и тестове на сонди (Fortin et al, 2002).

Тази парадигма надхвърля предишните усилия, като интегрира в един подход ключови характеристики на други модели на епизодична памет (напр. Chiba et al., 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin et al, 2002; Kesner et al, 2002; Hannesson et al., 2004a, b; Babb и Crystal, 2006; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker & Warburton, 2011; Warburton et al, 2013). Първо, за да се съсредоточи върху случайното кодиране и извличане, представянето на миризми не беше възнаградено по време на списъка с проби или тестовете на сондата. Вместо това се възползвахме от склонността на гризачите да изследват преференциално нови стимули за оценка на паметта, подход, който е разработен и утвърден от други (виж Ennaceur, 2010). По-конкретно, когато им бяха представени два стимула, ние открихме, че контролните животни преференциално изследват по-ранния от двата елемента на поръчаната сонда и новата миризма на сондата на артикула, която използвахме като индикатор съответно за ред и памет за артикул. Ние вярваме, че предпочитанието към по-ранната миризма е етологично релевантна стратегия, свързана с оптималното поведение при търсене на храна (напр. плъхът е по-вероятно да намери храна или вода, попълнени на по-ранна позиция, отколкото на по-късна, защото е минало повече време; виж Allen & Fortin ,2013). Това поведение може да бъде подкрепено чрез свързване на конкретни елементи с тяхната последователна позиция или представяне на времевия контекст или чрез последователно сдвоени асоциирани елементи (напр. Allen et al.2014. Jayachandran et al. 2019; Long & Kahana, 2019). Второ, за да се фокусира кодирането върху обонятелния стимул, миризмите бяха представени върху дървени мъниста, които иначе са идентични във всички други сетивни атрибути и всяко зърно беше използвано само веднъж, за да се избегне замърсяване с животното или постелята (вижте Feinberg, et al., 2012 ; O'Dell, et al.2012; Spinetta, et al., 2008).В допълнение, всички мъниста бяха представени на едно и също място и конфигурациите ляво-дясно при тестовете на сондата бяха балансирани между животни и сесии, за да се направи пространствено местоположение без значение за представянето. Трето, за да контролираме възможността паметта за поръчка да се дължи просто на разлики в силата на паметта между двата елемента, ние гарантирахме, че времето за изследване е еквивалентно за различните миризми (за всеки списък и животно). И накрая, използвахме по-дълъг примерен списък от други парадигми (в този случай 5 представяния на миризми). Използването на пет елемента в примерния списък ни позволи да съсредоточим нашите сонди за поръчка и артикул върху средните три елемента, за които беше показано, че имат сравнима сила на паметта в нашия контролен експеримент (Dl от ~0,6), и да избегнем сонди за поръчка, включващи първи или последни примерни елементи (които могат да бъдат объркани от ефектите на първичност или актуалност).

Едно неочаквано поведенческо откритие беше, че бързата версия на задачата (~ 45 секунди между елементите по време на вземане на проби) не успя да покаже надеждна памет за ред в контролите. Въпреки че нашата пилотна работа показа, че тази бърза версия може да доведе до откриваема памет за поръчка, контролната група в настоящото проучване не се различава значително от случайността. По-задълбочено разглеждане на представянето на отделните контролни животни предполага, че подгрупа се е държала като нашите пилотни животни, докато останалите не са успели да покажат ефекта, което е довело до повишена променливост. Бъдещото използване на тази задача може да има полза от систематичното вариране на дължините на интервалите, за да помогне за осветляване на връзката между закъсненията на артикулите и надеждността/силата на получената памет за поръчки.

Принос на HC, PFC и PER към паметта за реда на събитията

В поръчаната сонда открихме, че контролите, група, комбинираща HC, PFC и PER фалшиви, както и V2 лезии (отрицателна контрола), демонстрират значително предпочитание към миризмата, която се появява по-рано в последователността (мирис B), което предполага че имат непокътната памет за реда на събитията. Въпреки това, всички плъхове, получили лезия на HC, PFC или PER, показват липса на предпочитание към миризма B или D и следователно няма доказателства за памет за поръчка. При проучването на артикулите всички групи демонстрираха значително предпочитание към новата миризма (мирис X), което предполага, че имат сравнима памет за артикулите, представени в списъка, и следователно, че дефицитът на памет за поръчка не е просто следствие от неуспех за запомняне на представените миризми. Тази констатация на пощадена памет на артикул след повреда от HC, PFC или PER е в съответствие с предишни доклади. Например, по-рано беше показано, че HC или PFC не са необходими за дискриминация за новост (Feinberg et al., 2012; Barker, et al, 2007; Fortin, et al., 2002; Mitchell & Laicona, 1998). Освен това, в свързана задача, PER лезиите не доведоха до дефицити в паметта за разпознаване на миризми за вида на ароматите, използвани тук (домакински миризми) при нито един от тестваните интервали на задържане (5 минути до 48 часа), въпреки че разпознаването на социални/миризми е нарушена при дълги интервали на задържане (Feinberg, et al. 2012).

Нашите констатации са в съответствие с предишни изследвания на лезии при гризачи, които включват HC в паметта на реда, използвайки различни парадигми (Kesner & Novak, 1982; Chiba, et al 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin, et al, 2002; Kesner , et al.2002; DeVito & Eichenbaum, 201l; Barker & Warburton, 2011; 2013) и с невропсихологични и невроизобразяващи изследвания при хора (Cabeza et al, 1997; Hayes et al, 2004; Kumaran & Maguire, 2006; Lehn, et al. ,2009;Ross et al.,2009;Ekstrom et al.2011;Tubridy &Davachi,2011;Hsieh et al.,2014;Davachi&Dubrow,2015;Reederset al.,2018;за преглед Long & Kahana,2019). Нашите констатации се основават на тези предишни проучвания, като показват, че HC играе ключова роля в кодирането на inceidentale и извличането на последователности от непространствени епизоди, след контролиране на объркващото влияние на ефектите на първичност и актуалност. Как HC изпълнява тази функция остава да се определи. Доказано е, че HC невроните предоставят информация за времевия контекст, в който са се случили събитията (напр. Manns et al., 2007; MacDonald et al., 2013; Allen et al. 2016) и се смята, че HC използва този тип пространствено-времеви сигнал за формиране на епизодични спомени чрез обвързване на информация за отделни събития с пространствения и времеви контекст, в който са се случили (Allen & Fortin, 2013; Knierim, 2015; Eichenbaum, 2017). Изясняването на този процес ще изисква запис на електрофизиологична активност по време на случайното кодиране и извличане на последователност от събития.

PFC също е замесен в паметта на реда както в задачите за пространствена, така и в обектна дискриминация при гризачи (Barker et al., 2007; Hannesson et al, 2004a, b; DeVito & Eichenbaum, 2011; Mitchell & Laicona, 1998; Fuster, 2001) и хора (Staresina & Davachi, 2009; Jenkins & Ranganath, 2010; Tubridy & Davachi, 2011; Allen & Fortin, 2013). Нашите данни са в съответствие с това и допринасят за нарастващия набор от доказателства, че PFC е необходим за инцидентна памет за последователности от непространствени епизоди. Последните открития предполагат, че PFC може да участва в контролирането на това как последователностите се извличат от хранилищата на паметта на HC в зависимост от текущите поведенчески изисквания (Jayachandran et al, 2019: Schmidt et al. 2019). Бъдещи проучвания, използващи преходни инактивации в тази задача, могат да бъдат полезни за изясняване на специфичната роля на PFC в кодирането и извличането на уникални за изпитването последователности от събития.

Въпреки че е доказано, че заглушаването на медалните PFC терминали в PER нарушава паметта на последователността (Jayachandran et al., 2019), това е първият доклад, показващ, че лезиите на PER причиняват дефицит, специфичен за паметта за случайни поръчки. Този ефект е в съответствие с предишни доказателства, че PER е замесен в свързването на временните спомени при кондициониране на следи от страх и обединяване на прекъснати стимули (Kholodar-Smith, et al., 2008a, b; Navaroli, 2012). В допълнение, Barker et al. (2007) съобщават, че плъхове с PER лезии имат дефицити в паметта за ред, но селективността на този ефект е неясна, тъй като те също откриват значителни дефицити в паметта за разпознаване. Съществува също опасението, че тяхното проучване разчита на разпознаване на обекти, което е чувствително към PER лезии (напр. Murray & Richmond.2001; Bussey et al., 2005), и че тяхната последователност се състои само от два елемента, които могат да бъдат объркани чрез ефекти на първичност и актуалност. Ефектите на PER, наблюдавани тук, изясняват, че ролята на PER в паметта се простира отвъд възприемането на многофункционален обект, като показва, че ефектите от лезиите могат да бъдат специфични за паметта за ред, известно е, че PER участва в модулирането на потока от информация между HC, PFC , и енторинални региони (напр. Paz et al 2007), и тази модулираща роля може да бъде ключова за кодирането и извличането на последователности на събития.

Изводи

Разработихме нова парадигма за инцидентна поръчка и памет за артикули, която интегрира ключови характеристики от други модели на епизодична памет и демонстрирахме, че HC, PFC и PER са критични за паметта за поръчки. Въпреки че това са важни открития, основният недостатък на изследването е, че моделът на резултатите не се различава значително в трите групи лезии и по този начин не хвърля светлина върху съответните приноси на тези структури. Неспособността ни да намерим разлики между групите лезии се дължи главно на експерименталния дизайн, който включва много групи. Въпреки че този дизайн ни позволи да тестваме ролята на всяка структура в рамките на един и същ експеримент (ключова цел на изследването), сравненията по двойки между увредените групи бяха непрактични поради необходимостта да се контролира броят на извършените posthoc тестове. Надявахме се, че бързо представената версия на тази задача може да помогне за разграничаване на ролите на тези структури във времеви мащаби, но за съжаление тази алтернативна версия не доведе до стабилна памет за ред в контролните субекти. Друг фактор, който също може да е допринесъл за липсата на диференциация между ефектите на HC, PFC и PER, е нашата употреба на лезии преди обучението, които засягат всички етапи на паметта (т.е. консолидиране на кодиране и извличане). Бъдещи проучвания, използващи преходни инактивации, може да са по-подходящи за разкриване на диференциални увреждания, като предоставят възможност за насочване към специфичен етап. Заедно, тези констатации предполагат, че HC, PFC и PER са част от широка мрежа от структури, които са от съществено значение за случайно научаване на реда на събития в епизодичната памет. Изясняването на специфичния характер на техните съответни приноси, както и техните основни невронни механизми, ще изисква допълнително изследване.