Реактивація опосередкованих гіпокампом спогадів під час повторної консолідації, щоб позбутися страху. Частина 1

Спогади зберігаються в мозку, оскільки клітинні ансамблі активуються під час навчання та повторно активуються під час відновлення. Використовуючи систему Tet-tag у мишей, позначте нейрони дорсальної зубчастої звивини, активовані позитивним, нейтральним або негативним досвідом із каналом родопсину-2.

Групи клітин є основними одиницями різних органів в організмі людини, а також є складними біологічними системами, які добре взаємодіють. Дуже важливу роль у формуванні пам'яті відіграють групи клітин.

Пам'ять поділяють на короткочасну і довготривалу. Для зберігання та обробки різних типів пам’яті потрібні різні групи клітинок. Короткочасна пам'ять в основному зберігається в нервових клітинах на поверхні кори головного мозку. Навпаки, довготривала пам’ять вимагає постійного зміцнення та зміцнення зв’язків між нейронами і в кінцевому підсумку зберігається в групах клітин глибоко в корі головного мозку.

Кількість і якість клітинних популяцій відіграють вирішальну роль у покращенні пам'яті. У житті ми можемо активувати та зміцнювати групи клітин мозку багатьма способами, наприклад читанням, вивченням мов, фізичними вправами та повсякденним життям.

Крім того, деякі звички здорового способу життя, такі як правильне харчування, достатній сон і уникання надмірного вживання алкоголю та куріння, також можуть допомогти підтримувати здоров’я груп клітин, тим самим сприяючи покращенню пам’яті.

Коротше кажучи, між популяціями клітин і пам’яттю існує нерозривний зв’язок. Ми повинні активно вирощувати та захищати популяції наших клітин, щоб підтримувати наш мозок здоровим і гнучким, покращуючи пам’ять і когнітивні здібності. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola є традиційним китайським лікарським матеріалом, який має багато унікальних ефектів, одним із яких є покращення пам’яті. Ефективність Cistanche deserticola пояснюється багатьма активними інгредієнтами, які він містить, включаючи дубильну кислоту, полісахариди, флавоноїдні глікозиди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними шляхами.

Клацніть дізнатися про 10 способів покращити пам’ять

Після обумовлення страху ці клітини штучно створюютьсяактивується під час виклику спогадів страху. Оптичної стимуляції конкуруючої позитивної пам’яті достатньо, щоб оновити пам’ять під час повторної консолідації, тим самим різко та надовго зменшуючи умовний страх.

Крім того, миші демонструють оперантну реакцію на реактивацію позитивної пам’яті, підтверджуючи її корисні властивості. Ці результати показують, що втручання від корисного досвіду може протидіяти негативним емоційним станам.

Хоча оновлення пам’яті, викликане реактивацією пам’яті, включає відносно невеликий набір нейронів, ми також виявили, що активація великої популяції випадково позначених нейронів дорсальної зубчастої звивини є ефективною для сприяння повторній консолідації.

Важливо, що оновлення пам’яті є специфічним для пам’яті про страх. Ці висновки вказують на те, що дорсальна зубчаста звивина є потенційним терапевтичним вузлом для модуляції спогадів для придушення страху.

Дезадаптивний умовний страх, спричинений нерегульованими ланцюгами страху, відіграє значну роль в етіології тривожних розладів, таких як специфічні фобії та посттравматичний стресовий розлад (ПТСР).

ПТСР може розвинутися в осіб, які пережили травматичну подію, і він часто характеризується стійкими спогадами про травму1. Отже, контекстне обумовлення страху (CFC), яке є висококонсервованим у всіх видів2, використовувалося як репрезентативна модель на тваринах для вивчення певних аспектів посттравматичного стресового розладу, таких як узагальнення страху, реакції на перебільшений страх і підвищена реактивність на стрес3–5.
Найбільш широко використовувані парадигми CFC передбачають поєднання емоційно нейтрального умовного стимулу (CS), такого як контекст навчання, з аверсивним безумовним стимулом (US), таким як поштовх ногою, який зазвичай викликає спалахи активності, які призводять до умовних реакцій заморожування у гризунів. Виникає набута асоціація, і КС набуває аверсивних властивостей, які полегшують відновлення пам’яті умовного страху за відсутності УЗ.

У моделях гризунів це призводить до умовної реакції страху після повторного контакту з контекстом, що демонструє цей вивчений зв’язок6. У людей патологічний зумовлений страх може виникати десятиліттями навіть за відсутності точного контексту, в якому відбулася травматична подія.

Незважаючи на те, що тривожні розлади надзвичайно поширені в загальній популяції, і багато людей відчувають патологічну тривогу як форму перебільшеного страху, існує кілька способів послабити дезадаптивний умовний страх.

Однак реконсолідація має потенціал як терапевтичний механізм для зменшення павлівського страху7. Теорія повторної консолідації стверджує, що спогади дестабілізуються під час пригадування, коли вони переходять у тимчасовий стан пластичності, де їх можна модулювати, коли вони потребують відновлення7,8.

Незважаючи на довгу історію експериментальних втручань, пов’язаних з реконсолідацією, з використанням різноманітних фармакологічних агентів, поведінкових методів лікування та протоколів стимуляції для порушення або покращення пам’яті9–11, ці дослідження дали неоднозначні результати.
Лише нещодавно було визнано потенціал для розробки вдосконалених методів лікування на основі реконсолідації та нових втручань12,13. Тим не менш, найбільш ефективні методи лікування посттравматичного стресового розладу зосереджені на травмі, тобто лікування зосереджено на пам’яті про травматичну подію14.

Вважається, що пам’ять зберігається в розріджених моделях активності нейронних популяцій у розподіленій мережі15–17, або, як УайлдерПенфілд описав пам’ять як «письмо, залишене мозком через свідомий досвід»18.

Ми часто називаємо ці ансамблі, активні під час кодування пам’яті, слідами пам’яті або інграмами19,20, і ціенграми повторно активуються під час пошуку17,21. Результати кількох досліджень показали, що специфічні спогади, включно зі спогадами страху, можуть бути порушені інгібуванням пов’язаних інграм 15,22–26. Зокрема, дорсальна зубчаста звивина (dDG) гіпокампу важлива для кодування контекстних спогадів страху 27–30 і була причетна до патофізіології кількох тривожних розладів 28, 31.

Що особливо важливо для посттравматичного стресового розладу, контекстна інформація, яка включає більше, ніж просторова інформація, може модулювати страх і безпеку4. Валентність (наприклад, негативні спогади) можна вважати аспектом контексту, який має потенціал сприяти перебільшеним реакціям на страх і узагальненню страху через асоціації, сформовані в гіпокампі .

Важливо, що DG також відіграє певну роль у розмежуванні контекстуальної інформації, пов’язаної з травмою, і непов’язаної з травмою32,33, а також у навчанні вимирання34, і пацієнти з ПТСР демонструють порушення в обох. Крім того, ми раніше показали, що штучна реактивація позитивної пам’яті, що зберігається в dDG, може гостро врятувати викликану стресом поведінку, пов’язану з депресією35.

Тут ми пропонуємо інноваційне втручання, засноване на гіпотезі про те, що використання оптогенетики для штучної реактивації раніше сформованої опосередкованої dDG пам’яті під час повторної консолідації назавжди змінить і порушить початкову пам’ять про страх. Ми використовували систему Tet-tag36 для мічення нейронів dDG, активованих під впливом позитивного, нейтрального або негативного досвіду з каналом родопсину-2 (ChR2).

Згодом мишей обумовили страхом і провели тест пригадування пам’яті страху, під час якого ці позначені нейрони оптично реактивувалися. Ми припустили, що це втручання під час вікна повторної консолідації оновить пам’ять страху атрибутами з конкурентної інграми, таким чином зменшуючи поведінкове вираження зумовленого страху.

Крім того, оскільки ми раніше показали, що поведінку, спричинену стресом, можна врятувати шляхом оптичної реактивації клітин dDG, раніше активних під час позитивного досвіду35, а інші показали, що позитивні емоції протидіють піднабору наслідків негативних емоцій37, ми припустили, що цей ефект буде більш вираженим, коли конкуруючі емоції енграма була пов'язана з позитивним досвідом порівняно з нейтральним або негативним досвідом.

Тут ми показуємо, що гіпокампальне втручання на основі реконсолідації, спричинене оптичною реактивацією конкуруючої позитивної пам’яті, достатньо для оновлення пам’яті страху на рівні ансамблю, що призводить до ослаблення дезадаптивного умовного страху.

Результати

Штучна реактивація спогадів, опосередкованих гіпокампом, під час повторної консолідації пам’яті страху різко та надовго зменшує страх

Ми використали вірусну, залежну від активності та індуцибельну стратегію мічення нейронів у мишей c57BL/6 дикого типу (рис. 1а). Мишам-самцям вводили вірус (або ChR2, або eYFP) і імплантували двосторонні оптичні волокна перед тим, як їх знімали з DOX, щоб відкрити вікно мічення17,38.

Вони були розділені на три групи, і кожній присвоїли диференціально валентний поведінковий досвід (рис. 1а). Усіх мишей поміщали в нову чисту клітку і або залишали спокоєм (нейтрально)21, поміщали разом із самкою (позитивно)35,39, або поміщали в утримувальну трубку з повітряними отворами (негативно)35, а потім поміщали в клітку. Мишей повертали до їхніх домашніх клітин через 1 годину на DOX, щоб закрити вікно позначення.

Наступного дня мишей обумовили страхом (FC) у контексті A, а через 24 години провели 20-хвилинний тест на пригадування в тому ж контексті. Під час цього тесту, у якому ми оцінювали умовний страх (тобто завмирання) як проксі для відновлення асоціативної пам’яті про страх, ми одночасно стимулювали помічені ансамблі dDG протягом першої (F10) або останньої половини (L10) сеансу, а не всього сеансу, оскільки ми не хотіли ризикувати термічним ушкодженням мозку40 і хотіли порівняти періоди увімкнення та вимкнення світла в межах суб’єкта.

Спочатку ми припустили, що повторна активація позитивного спогаду протягом останньої половини сеансу пригадування сприятиме повторній консолідації, оскільки спогад страху вже буде онлайн. Це потенційно змінило б ансамбль пам’яті страху, оновивши його позитивними атрибутами досвіду, що призвело б до зменшення застигання в наступні моменти часу.

Ми мали на меті послабити силу асоціації CS-US, послабивши набуту відразу до CS41 і змінивши початкову пам’ять про страх шляхом повторної консолідації. Тому ми вибрали тривалість сеансу не більше 20 хвилин, щоб гарантувати, що наша оптична маніпуляція буде введена під час короткого вікна після реактивації пам’яті, коли відбувається повторна консолідація42, а не під час навчання вимирання43.

Ця стратегія дозволяє нам вимірювати в режимі реального часу зменшення замерзання за допомогою оптичної стимуляції під час відкликання. Крім того, це дозволяє нам виміряти будь-які довгострокові наслідки наших маніпуляцій, і тому ми розширили нашу оцінку, включивши два сеанси вимирання, щоб перевірити індуковане стресом відновлення після негайного шоку в контексті B.

Поштовх було завдано в новому контексті менш ніж за 2 секунди, тому миші не могли сформувати контекстне уявлення про навколишнє середовище, а отже, не сформувати нову асоціативну пам’ять про страх, але все одно відчували б стрес.

Цей метод дозволив нам змоделювати узагальнення страху та підвищену реактивність на стрес як приклад дезадаптивного кондиціонування, оскільки стресор був доставлений в іншому контексті 44–46. Згідно з попередніми дослідженнями 39, 41, 47, миші спочатку були FC за допомогою 4- шоковий протокол (рис. 1b), де вони демонстрували заморожування поетапно, посилюючись із кожним наступним представленим ударом (додаткові рис. 1a–c).

Ми бачили цю схему заморожування для всіх експериментів (додатковий рис. 1a–h). Наступного дня мишей повернули в контекст для тесту на запам’ятовування страху (рис. 1c). При стимуляції L10 миші з групами з позитивним і негативним ChR2 продемонстрували зменшення замерзання в реальному часі порівняно з мишами в групі з нейтральним ChR2 і контролем eYFP відповідно.

Хоча протягом сеансу спостерігалося природне зниження замерзання через відсутність шоку, у цих мишей спостерігалося значно різкіше зниження. У той час як рівень замерзання зазвичай знижувався протягом днів вимирання, групові відмінності не спостерігалися під час вимирання (рис. 1d і додаткова рис. 1a) або негайного удару (рис. 1e). Під час відновлення (рис. 1f) ми спостерігали менше заморожування мишей з негативним ChR2 порівняно з мишами з нейтральним eYFP, і загалом контрольні миші eYFP замерзали більше, ніж експериментальні миші ChR2 при відновленні порівняно з негайним шоком (рис. 1g).

Навпаки, постшокове заморожування після кондиціонування страху (рис. 1h) було зменшено в стані F10 (рис. 1i) лише для мишей із позитивним ChR2 порівняно з контролем eYFP, що відбувалося саме в останні 10 хвилин сеансу. Тут нейтрально -ChR2 миші згасають швидше; однак під час вимирання не спостерігалися відмінності між групами (рис. 1j і додаткова рис. 1b).

Як і очікувалося, не було групових відмінностей під час негайного шоку (рис. 1k). Під час відновлення як позитивні, так і нейтральні групи ChR2 продемонстрували зниження страху порівняно з контролем eYFP, тоді як миші з негативним ChR2 цього не зробили (рис. 1l).

Знову ж таки, контрольні миші замерзали більше, ніж експериментальні миші при відновленні порівняно з негайним шоком (рис. 1m), і це був більш виражений ефект. Тому ми прийняли протокол F10 для всіх наступних експериментів.

Однак, як додатковий контроль, ми додали експеримент, щоб оцінити, наскільки ефективна штучна реактивація позитивної пам’яті під час середньої частини сеансу (M10) буде порівнюватися зі стимуляцією F10 або L10 під час відкликання (додаткова рис. 2а). Під час отримання відповіді FC миші в усіх трьох умовах показали більший рівень замерзання після шоку (додаткова рис. 2b–g).

Під час відкликання стимуляція викликала зниження в режимі реального часу заморожування в групі ChR2 в умовах F10 і L10, але не в стані M10 (додатковий рис. 2h–j). Миші F10 ChR2 продовжували демонструвати зниження замерзання в другій половині сеансу відкликання за відсутності стимуляції (додаткова рис. 2j).

Усі три протоколи стимуляції призвели до зниження замерзання у мишей ChR2 у перші 3 хвилини вимирання, але групові відмінності спостерігалися лише у мишей, стимульованих F10- (додатковий рис. 2k–m).

Під час першого сеансу вимирання прояв страху був зменшений у групах F10 або M10 ChR2 (додатковий рис. 2n–p). Не було відмінностей у негайному шоці (додатковий рис. 2q–s). Нарешті, ми знову спостерігали зменшення замерзання як для груп F10, так і для M10 ChR2 під час відновлення (додатковий рис. 2t–y).

For more information:1950477648nn@gmail.com