Покращена пам’ять для розпізнавання об’єктів за допомогою повторюваної транскраніальної магнітної стимуляції після кодування. Частина 2
Aug 16, 2024
3. Результати
Ми використовували ORT із затримкою {{0}} год між фазою вибірки та тестуванням, щоб оцінити ефективність rTMS щодо пам’яті. Не було різниці в активності OFT і часу дослідження об’єкта під час вибірки та тестового випробування між SHAM проти TMS (p > 0,05, рис. 1BD).
Пам’ять є невід’ємною частиною життя, вона допомагає нам записувати, згадувати та робити висновки про минулий досвід, а також впливає на наші рішення щодо майбутнього.
Пам'ять часто розглядається як один із проявів людського інтелекту, і вона може змінюватися відповідно до різних знань і досвіду, з якими стикається людина. У більшості людей пам'ять має тенденцію дещо погіршуватися з віком, але це можна покращити за допомогою постійних вправ і тренувань.
Ефективність пам'яті також є дуже важливим аспектом. Ефективна пам’ять може допомогти нам краще зрозуміти свій досвід і знання, а також краще спілкуватися з іншими. Це також може допомогти нам краще справлятися з труднощами та тиском і бути більш успішними в навчанні та роботі.
Тому нам потрібно навчитися покращувати ефективність і міцність нашої пам’яті. Це включає розвиток хороших звичок пам’яті, таких як встановлення ефективних методів конспектування та створення ефективного середовища пам’яті. Ми також можемо покращити пам’ять, ведучи здоровий спосіб життя, наприклад висипаючись і правильно займаючись спортом.
Одним словом, ефективність і міцність пам’яті дуже важливі для нашого життя. Використовуючи позитивні методи та підходи для покращення нашої пам’яті та ефективності, ми можемо краще справлятися з повсякденним життям і успішніше досягати своїх особистих і професійних цілей. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і цистанхе може значно покращити пам’ять, оскільки цистанхе є традиційним китайським лікарським матеріалом із багатьма унікальними ефектами, одним із яких є покращення пам’яті. Ефект Cistanche пов’язаний з різними активними інгредієнтами, які він містить, включаючи дубильну кислоту, полісахариди, флавоноїдні глікозиди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними способами.
Натисніть Знати способи покращення пам’яті
Крім того, не було упередженості щодо розташування об’єкта під час випробування отримання даних (p > {{0}}.05, дані не показано). Миші, які отримували TMS протягом 72-год, мали значний індекс розрізнення нового об’єкта (односторонній t-тест t(9)=3.067, p=0,0134), тоді як миші SHAM мали ні (Односторонній t-критерій t(10)=0,705, p=0,496).
Порівнюючи два індекси дискримінації, TMS був значно більшим, ніж SHAM (t-критерій Стьюдента t(19)=2,77, p=0.0122, рис. 1E). Крім того, лише група, яка отримувала rTMS, мала значний t- Ми також проаналізували різницю в кожній групі лікування дослідження нового та знайомого об’єкта та виявили значну різницю між досліджуваним об’єктом та проведеним лікуванням (Двосторонній повторний аналіз ANOVA F(1). ,19) ¼ 8,305, p=0,0096, hp2¼,304 Рис. 1F).
Отриманий аналіз показав, що група TMS мала значне збільшення у дослідженні нових об’єктів (p ¼ 0.0092), але не було різниці в групі SHAM (p > 0,05), що вказує на те, що rTMS між навчання та відновлення події краще закріплюють пам'ять.
Після цього результату нам було цікаво зрозуміти нейробіологічні зміни, пов’язані з покращенням пам’яті у мишей, які отримували rTMS. Ми використали Вестерн-блот для аналізу кількості CREB, CAMKII та ERK та їх фосфорилювання з використанням повного гомогенату з гіпокампу та FC (рис. 2).
У гіпокампі загалом спостерігалася зміна кількості CREB (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 рис. 2а). Отриманий аналіз показав, що це було отримано внаслідок збільшення CREB в обох групах, які проводили поведінковий тест, SHAM (p=0,048) і TMS (p=0,016) порівняно з КОНТРОЛЬНОЮ групою.
Однак саме на фосфорилювання CREB впливає виключно rTMS у гіпокампі (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 11,813 p ¼ 0.00 1, hp2=.645 Рис. 2а), допоміжний аналіз показав, що миші, які отримували rTMS, мали значно вищі рівні pCREB, ніж КОНТРОЛЬ (p=0,001) і група SHAM (p=0,041).
Крім того, ми виявили вплив на рівні pCAMKII (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, рис. 2d), де подібно до Реалізовані тести pCREB показали, що rTMS збільшив кількість pCAMKII порівняно з КОНТРОЛЬНОЮ групою (p ¼ 0.027). У лобовій корі на фосфорилювання CREB, здається, впливає rTMS (One-Way ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, рис. 2b).
Отриманий аналіз показав, що миші, які отримували rTMS, мали значно вищі рівні pCREB, ніж миші КОНТРОЛЬНОЇ групи (p ¼ 0.002)/Був також вплив на pCAMKII у FC ( Односторонній дисперсійний аналіз F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, рис. 2e), однак постфактум аналіз показав, що це було незалежно від лікування як SHAM (p=0,016), так і Групи TMS (0,035) мали підвищений рівень pCAMKII порівняно з групою CONTROL.
У FC збільшення pCAMKII було зумовлене посиленням фосфорилювання існуючого CAMKII, оскільки частка pCAMKII до CAMKII також була збільшена за допомогою поведінкового тесту (One-WayANOVA F(2,15)=7,387 p=0.{{11 }}07, hp2¼.532, рис. 2e). Отримані тести показали, що як SHAM (p=0,026), так і TMS (0,010) мали значно більшу частку, ніж CONTROL. Як в гіпокампі, так і в FC ми не спостерігали жодних значущих змін в ERK або його фосфорилюванні після rTMS.
Ми використали Вестерн-блот на синаптичних гомогенатах з гіпокампу та FC, щоб визначити вплив rTMS на різні синаптичні рецептори, залучені до навчання та пам’яті.
Ми досліджували зміни в субодиницях рецептора AMPA GluR1 і GluR2, а також рецептора BDNF TrkB. У гіпокампі була різниця в рівнях GluR2 (тест Уелча F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, рис. 3g) та pGluR2 (односторонній дисперсійний аналіз F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp2¼,461, рис.
Пост-гок аналіз показав, що миші SHAM мали менше GLUR2, ніж КОНТРОЛЬ (Games-Howell p ¼ 0.022), а миші, які отримували лікування rTMS, мали значно вищі рівні обох GluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) і pGluR2 (p <0,05), ніж у мишей SHAM. У гіпокампі ми також виявили зміни pTrKB (One-Way ANOVA F(2,15)=8,449 p=0,005, hp2=0,585, рис. 3J).
Допоміжне тестування показало, що як миші SHAM (p=0.008), так і миші TMS (p=0,013) мали менше pTRKb, ніж CONTROL, це свідчить про те, що цей ефект був пов’язаний з поведінковим тестом і не залежав від лікування .
Цей ефект також був зумовлений зміною частки загального TrkB, який був фосфорильований (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 8,882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, рис. 3J), як SHAM (p=0,042), так і TMS (p=0,004) були значно нижчими, ніж CONTROL.
Єдиний вплив на GluR1 було виявлено в FC, де спостерігалася зміна частки GluR1, фосфорильованого на сайті S845, pGluR1(845) (One-Way ANOVA F(2,15)=4,170 p=0,040 , hp2¼.391, рис. 3e), але не сайт S831.
Отриманий аналіз показав, що відбулося зниження після rTMS порівняно з КОНТРОЛЬНИМИ (p ¼ 0.038). Не було жодних змін у рецепторах GluR2 у FC, однак ми виявили вплив на рівні TrkB (One-Way ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼.712, рис. 3K) і pTrkB (тест ВелчаF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, рис. 3K ).
Отриманий аналіз показав, що цей ефект був наслідком лише підвищення рівнів після лікування rTMS порівняно з контролем для TrkB (p ¼ 0.001) і pTrKB (Games-Howell p ¼ 0,037). .
Оскільки не було різниці у співвідношенні pTrKb до TrkB (рис. 3K), це свідчить про те, що, на відміну від гіпокампу, зміна pTrkB була результатом загального збільшення TrKB.
Нарешті, ми дослідили вплив стимуляції rTMS на посилення та підтримку синаптичних зв’язків у ділянках мозку, які беруть участь у ОРТ. Ми використовували імуногістохімію, щоб визначити колокалізовані пресинаптичні (SV2A) і постсинаптичні (PSD95) точки, щоб визначити частку активних, з’єднаних синапсів у цих областях.
Загалом спостерігалася зміна кількості колокалізованих синапсів в області CA1 гіпокампу (OneWay ANOVA F(2,16)=4,231 p=0.038, hp2¼.377, рис. 4a ), EC(One-Way ANOVA F(2,16) ¼ 4,658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, рис. 4c) та PC (One-Way ANOVA F(2,16) ¼ 7,895 , p=0,006, hp2=,548, рис. 4d).
Як у регіоні CA1, так і в PC спостерігалася підвищена колокалізація в групі TMS до CONTROL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), однак у EC спостерігалося збільшення від CONTROL як у групах SHAM (p=0,047), так і в TMS (p=0,022), що свідчить про загальний ефект поведінкового тесту в цій області з незначним ефектом лікування. Ми не побачили суттєвих змін у ФК.
4. Обговорення
Наші результати показують, що rTMS, якщо її ввести між кодуванням і пошуком, покращує пам’ять в ORT у мишей. Ці результати відображають дослідження на людях, які показали подібний ефект посткодування rTMS або інших форм неінвазивної стимуляції мозку на покращення пам’яті [2,3].
Переважно дослідження на гризунах були зосереджені на попередньому кодуванні rTMS для покращення пам’яті в минулому [29e32], тому нейробіологічні механізми консолідації націленої rTMS, навіть незважаючи на те, що для конкретного покращення пам’яті він ефективніший, ніж інші моменти часу стимуляції [1], не досліджувалися.
Індикатором стійкого LTM є утворення міцних стабільних синаптичних зв'язків. І в PC, і в CA1 лише миші, які мали rTMS, мали підвищені синаптичні зв’язки порівняно з мишами CONTROL, тоді як миші SHAM цього не зробили.
PC і дорсальний CA1 важливі для пам’яті розпізнавання об’єктів через різні механізми [33]. У той час як ПК бере участь у розпізнаванні об’єктів на основі їх новизни або знайомості, гіпокамп бере участь у кодуванні інформації про специфічний об’єкт із сенсорних стимулів у пам’ять [33e35]. Оскільки обидва регіони мали підвищені синаптичні зв’язки у мишей rTMS, які покращили пам’ять, це свідчить про те, що стимуляція підтримувала обидва важливі зв’язки в цих областях, які кодують як інформацію про об’єкт, так і знайомство.
Однією з найбільш вражаючих біологічних змін, які ми спостерігали, було збільшення експресії GluR2 у синапсі гіпокампу після лікування rTMS, яке покращило пам’ять порівняно зі зниженням у мишей SHAM.
Це було на відміну від дуже незначних змін експресії GluR1. Попередні дослідження показали, що рецептори GluR2 важливі для зберігання LTM, а видалення рецепторів GluR2 із синапсу бере участь у забуванні [36]. Навпаки, блокування ендоцитозу GluR2 запобігає забуттю експериментальних налаштувань [37].
Було проведено лише кілька досліджень, які продемонстрували суперечливі докази впливу rTMS на рецептори GluR2 [26,38,39]. Ми вважаємо, що наші результати демонструють унікальний ефект, оскільки rTMS поєднувався з навчальним завданням, що призвело до забуття та втрати рецепторів GluR2 у мишей SHAM.
Таким чином, ми вперше показали, що rTMS може сприяти стабільності рецепторів GluR2 у синапсі щодо завдання розпізнавання об’єктів, яке, як показано в попередній літературі, є важливим для підтримки пам’яті [36,37].
Цікаво, що в FC rTMS був пов’язаний зі збільшенням TrkB і фосфорилюванням TrKB, тоді як у гіпокампі завдання пам’яті знижувало експресію pTrkB. Кінетика TrkB у синапсі залежить від багатьох факторів, оскільки TrkB може бути інтерналізований у синапсі після зв’язування BDNF [40].
Однак більш тривалі періоди активації BDNF призводять до стабільної регуляції TrkB, тоді як транзиторний BDNF збільшує TrkB лише тимчасово [41]. Таким чином, різна експресія TrkB FC і гіпокампу може бути ознакою регіонально-специфічних ефектів BDNF.
У гіпокампі інтерналізація TrkB могла відбутися як у мишей SHAM, так і у мишей TMS у відповідь на поведінковий тест, оскільки проведення тестової фази могло спричинити певний рівень повторної консолідації навчання в обох цих групах, що активувало б коротку відповідь BDNF [42e44]. ]. У той час як у FC, як попередні дослідження показали пряме збільшення BDNF від rTMS [18e20], постійне збільшення BDNF від стимуляції протягом трьох днів могло сприяти регуляції та транслокації TrkB до синапсу [41].
Крім того, ефект поведінкового тесту, що спричиняє інтерналізацію TrkB, не відбувся б у FC, як це сталося в гіпокампі, оскільки FC не бере участі в пам’яті розпізнавання [45e47]. Це також було продемонстровано в нашому дослідженні, оскільки не було жодних змін у синаптичних зв’язках у цій області. У майбутніх дослідженнях слід більш детально вивчити ефекти rTMS проти поведінкових тестів, щоб визначити цей точний механізм.
Згідно з нашими результатами, існує сильний зв’язок між CREB і покращеною продуктивністю пам’яті в мишей, які отримували rTMS. Загалом ми спостерігали підвищені рівні CREB та його фосфорилювання як у гіпокампі, так і в FC. Цей результат можна пов’язати з попередніми дослідженнями, які також показали здатність rTMS збільшувати експресію CREB та його фосфорилювання [20,21].
Збільшення pCREB є важливим для активності транскрипції, необхідної для перетворення короткочасної пам’яті на стабільний LTM [48e50], а блокування CREB запобігає консолідації пам’яті протягом кількох годин після події навчання [51]. Таким чином, на етапі консолідації було б важливо, якби rTMS міг збільшити pCREB. Однак роль тривалої активації CREB менш ясна.
Це дослідження показує, що фосфорилювання CREB було пов’язане з покращенням пам’яті і, отже, може бути важливим для покращення пам’яті, яке ми спостерігали у мишей, які отримували rTMS.
Активація CREB може відбуватися з багатьох синаптичних шляхів. На жаль, це дослідження не визначило точний шлях, який призведе до підвищення pCREB. Фосфорилювання CAMKII було збільшено як в гіпокампі, так і в FC, що могло спричинити посилене фосфорилювання CREB [9e11].
Оскільки rTMS змінює рівні Ca2þ в нейронах [18], ця активація CAMKII могла забезпечувати прямий шлях для активації CREB, крім того, активація CAMKII була безпосередньо пов’язана з активністю GluR2 [52].
Однак у FC миші SHAM також мали підвищений рівень CAMKII, але не CREB або GluR2. Синаптичне фарбування показало, що гіпокамп відіграє більшу роль у пам’яті розпізнавання об’єктів, ніж FC, тому, можливо, існують інші регуляторні шляхи, які підтримують активацію CREB від CAMKII після rTMS у гіпокампі, а не FC. З цього дослідження важко визначити розрізнити, чи були покращення від rTMS виключно завдяки стимуляції через 3 години після кодування чи стимуляції протягом 72- год.
Сингулярні консолідуючі стимули є ефективними для покращення пам’яті в дослідженнях на людях [3], однак у дослідженнях на гризунах послідовна реактивація шляхів пам’яті є важливою для підтримки LTM [17].
Крім того, за результатами цього дослідження ми не можемо визначити, чи є покращення пам’яті чи нейробіохімічні зміни результатом стимуляції rTMS під час фази консолідації, що покращує консолідацію пам’яті, чи існував вторинний механізм, що змінює відновлення пам’яті незалежно від консолідації.
Результати цього дослідження демонструють як короткочасні зміни фосфорилювання білків, необхідні для синаптичної консолідації, так і довгострокові зміни стабільних синаптичних зв’язків, необхідних для підтримки пам’яті. Тому для майбутніх досліджень буде важливо порівняти вплив різних часових точок стимуляції та контрольних груп без зондового випробування, щоб визначити точні механізми.
5. Висновок
Разом отримані результати свідчать про те, що шляхом сприяння посиленню синаптичного GluR2 і запобігання його ендоцитозу, а також підтримці синаптичних зв’язків у ПК та гіпокампі CA1, rTMS може покращити пам’ять у тесті розпізнавання об’єктів.
Ми знайшли докази того, що ці зміни, можливо, були пов’язані з шляхами CAMKII та CREB у нейронах гіпокампу. Ці результати ще більше підкріплюють надання rTMS у фазі консолідації для LTM і зміни синаптичної пластичності, що може мати більші наслідки в області клінічної нейромодуляції не тільки для покращення пам’яті, але й у випадках, коли більше збереження інформації є корисним, наприклад, психотерапія [53].
У майбутніх дослідженнях можуть використовуватися подібні методи для порівняння консолідації та стимуляції підтримки, щоб безпосередньо визначити молекулярний механізм, що сприяє ефекту, а також визначити, чи можна цей ефект розширити за допомогою тривалої підтримки rTMS.
Заява про авторський внесок CrediT
AM Heath: концептуалізація, формальний аналіз, дослідження, написання оригінальної чернетки. М. Пивовар: Розслідування. J. Yesavage: Керівництво, написання рецензії та редагування. MW McNerney: нагляд, ресурси, придбання фінансування, написання електронної рецензії та редагування.
Подяки
Автори хотіли б подякувати доктору Євгенії Пох за надання її малюнка для використання в рукописі. Автори також хотіли б, щоб дупа. Професору Дженніфер Роджеру за надання спеціальної котушки TMS, яка використовується в цьому дослідженні.
Ця робота була підтримана Департаментом у справах ветеранів [номер гранту 5IK2BX004105-2]. Інформація в цьому документі не відображає точку зору уряду Сполучених Штатів, Департаменту у справах ветеранів або Школи медицини Стенфордського університету.
Список літератури
[1] Yeh N, Rose NS. Як можна використовувати транскраніальну магнітну стимуляцію для модуляції епізодичної пам’яті?: систематичний огляд і мета-аналіз. 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. Покращення продуктивності пам’яті за допомогою rTMS у здорових суб’єктів та осіб з легкими когнітивними порушеннями: роль правої дорсолатеральної префронтальної кори. Front Hum Neurosci 2012; 6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.
[3] Сандріні М., Цензор Н., Мішо Дж., Коен Л.Г. Причинна роль префронтальної кори в посиленні епізодичних спогадів шляхом повторної консолідації. Curr Biol 2013; 23: 2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.
[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Стимуляція задньої кортикально-гіппокампальної мережі підвищує точність запам'ятовування. 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. Стійкість збереження довгострокової пам’яті вимагає пізнього синтезу білка та BDNF-залежної фази в гіпокампі. Neuron 2007; 53: 261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.
[6] Бейлі Ч.Х., Кандел Е.Р., Гарріс К.М. Структурні компоненти синаптичної пластичності та консолідації пам'яті. 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. Про роль синтезу протеїну гіпокампу в консолідації та повторній консолідації пам’яті розпізнавання об’єктів. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.
[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. Проста роль BDNF у навчанні та пам’яті? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.
[9] Янь Х, Лю Дж, Є З, Хуан Дж, Хе Ф, Сяо В та ін. Фосфорилювання CREB, опосередковане CaMKII, бере участь у Ca(2þ)-індукованій транскрипції мРНК BDNF і розростанні нейритів, що сприяє електрична стимуляція. PLoS One 2016; 11: e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.
[10] Дейсерот К., Біто Х., Цянь Р.В. Передача сигналів від синапсу до ядра: постсинаптичне фосфорилювання CREB під час багатьох форм синаптичної пластичності гіпокампа. Нейрон 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.
[11] Ахмед Т., Фрей JU. Специфічне для пластичності фосфорилювання CaMKII, MAP-кіназ і CREB під час пізнього LTP у зрізах гіпокампу щурів in vitro. Нейрофармакологія 2005; 49: 477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.
[12] Крістенсен А.С., Дженкінс М.А., Банке Т.Г., Шусбо А., Макіно Ю., Джонсон Р.Ц. та ін. Механізм Ca2þ/кальмодулін-залежної кінази II регулювання стробування AMPA-рецепторів. Nat Neurosci 2011; 14: 727e35.
For more information:1950477648nn@gmail.com
