Диференціальні ефекти короткочасного збагачення середовища після соціальної ізоляції у щурів. Частина 3

Нейронна активність

Ми кількісно визначили кількість клітин c-Fos+ у кожній цікавій області, взяли середнє арифметичне для кожної тварини та провели порівняння на рівні групи (рис. 6). Досліджувані зрізи були отримані на подібних ростра-каудальних рівнях (від -3.0 до -3,6 від точки Брегма; Paxinos & Watson, 2006), щоб мінімізувати вплив топографічної варіабельності на нейронеактивність.

Нейрони є основними нейронними одиницями в мозку, і вони відіграють життєво важливу роль в організмі людини. Активність нейронів відіграє ключову роль у людській пам’яті, мисленні, прийнятті рішень і стані свідомості. Нижче ми глибше заглибимося у зв’язок між активністю нейронів і пам’яттю.

По-перше, вплив нейронної активності в мозку на пам'ять може здійснюватися через синаптичні зв'язки нейронів. Між нейронами можуть утворюватися тисячі синаптичних зв’язків, і ці зв’язки є важливими шляхами для передачі інформації в мозку. Коли нейрон активується, вивільняються нейромедіатори, що впливає на стан активності сусідніх нейронів. Ці синаптичні зв’язки можна зміцнити шляхом постійного використання, тим самим покращуючи збереження та відновлення пам’яті.

По-друге, активність нейронів можна розділити на дві категорії: збудження та гальмування. Коли нейрони збуджені, генеровані ними електричні сигнали можуть поширюватися на сусідні нейрони, посилюючи збудливу активність нейрона. Ця стимулююча діяльність важлива для покращення збереження та відновлення пам’яті, оскільки допомагає людям запам’ятовувати та краще розуміти інформацію. Навпаки, коли нейрони пригнічуються, електричні сигнали, які вони виробляють, пригнічують активність сусідніх нейронів, тим самим послаблюючи здатність мозку обробляти інформацію. Тому ми повинні намагатися уникати деяких нездорових звичок і середовища, таких як надмірне вживання алкоголю та недосипання. Ці звички можуть негативно впливати на діяльність нейронів і перешкоджати навчанню та пам’яті.

Зрештою, ми повинні з оптимізмом зустрічати труднощі в житті. Це пояснюється тим, що оптимістичний емоційний стан може сприяти зв’язкам між нейронами та ще більше зміцнювати пам’ять. Навпаки, негативні емоційні стани можуть заважати зв’язкам між нейронами, внаслідок чого пам’ять людей стає більш крихкою.

Одним словом, активність нейронів тісно пов’язана з пам’яттю. Зміцнюючи синаптичні зв’язки між нейронами, підтримуючи збудливу активність нейронів, уникаючи шкідливих звичок і середовища, зберігаючи оптимістичний настрій, ми можемо постійно покращувати свою пам’ять і досягати більших успіхів у навчанні та житті. 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 м’ясного фаршу пов’язана з різними активними інгредієнтами, які він містить, включаючи кислоти, полісахариди, флавоноїди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними способами.

Клацніть дізнатися про 10 способів покращити пам’ять

Як показано на репрезентативних зображеннях імунологічного маркування c-Fos (рис. 6), ми виявили, що кількість клітин c-Fos+ у RSC значно відрізнялася для безперервного SI (M= 2356.5, SD=438).4 ) і SI до EE тварин (M=3443.7, SD=856.3; t (10)=2.77, p=0.02, d {{17 }}.6, t-критерій незалежних вибірок; рис. 7). Подібним чином у КНР безперервні тварини (M=739.7, SD=201.4) мали значно меншу кількість клітин c-Fos+ порівняно з експериментальною групою (M=2398.3, SD=1070.6; t (10)=3.73, p=0.004,d=2.15, t-тест незалежних вибірок; рис. 7).

Такої різниці не спостерігалося в LA (безперервний SI: M=823.6, SD=225.6 проти SI до EE: M=957, SD =584.4; t (8)=0.48, p=0.647, t-критерій незалежних вибірок; рис. 7) або BL (безперервний SI: M=588.2, SD {{16 }}.5 проти SI до EE: M=1176.4, SD=677.7; t (8)=1.66, p=0.136, незалежний t-критерій зразків (рис. 7).

Обговорення

Ми показуємо, що коротка ЕЕ після 30 днів соціальної ізоляції призвела до протилежних результатів у поведінці, схожій на депресію та тривогу. Порівняно з контрольною групою, тварини, переведені з SI на EE, продемонстрували підвищений поведінковий відчай у FST. Навпаки, ми виявили значний анксіолітичний ефект у тій же групі після 5 днів збагачення.

Коротко кажучи, тварини, які отримували збагачений тест SI, показали кращу продуктивність просторової робочої пам’яті протягом перших 2 днів WYM порівняно з групою безперервного SI, що свідчить про швидше навчання. Коротке збагачення було пов’язане зі змінами рівнів активності нейронів у ретроспленіальній та періринальній корі. Тварини від SI до EE мали значно більшу кількість клітин c-Fos+ у цих областях кори порівняно з контрольними тваринами.

Відтворюючи попередні дослідження, які вказували на падіння ваги в EE (Harati та ін., 2011; Moncek та ін., 2004; Zaias та ін., 2008), маса тіла тварин від SI до EE значно зменшувалася після збагачення. Це було на відміну від інших робіт, які повідомляли про відсутність впливу хронічного (Glueck та ін., 2017; Grimmet ін., 2016, 2018) або короткочасного збагачення (Beale та ін., 2011) на вагу.

Ходове колесо в клітці для збагачення (Augustsson et al., 2002; Harati et al., 2011; Steinet al., 2016) і початкове короткочасне пригнічення годування, яке спостерігалося у тварин, які утримувалися парами, після ізоляції (Lopak & Eikelboom, 2000; O «Connor & Eikelboom, 2000; Weisinger та ін., 1989), можливо, пояснили цю різницю.

Довготривала ізоляція не змінює споживання їжі (Hellemans та ін., 2004) або масу тіла (Fone & Porkess, 2008), у тварин з безперервною SI такої зміни ваги не спостерігалося.

Слід зазначити, що поведінковий відчай, який спостерігався в групі від SI до EE, не був відображенням змін у метаболічних відмінностях, оскільки загальна рухова активність у OFT не відрізнялася між групами. Цей висновок заслуговує на увагу, враховуючи, що хронічний або субхронічний СІ сам по собі може бути використаний як модель депресії у гризунів (Djordjevic та ін., 2015; Stanisavljević та ін., 2019).

Навпаки, існують суперечливі результати щодо впливу ЕЕ на поведінковий відчай. Деякі дослідження повідомляють про відсутність значного ефекту (Cui та ін., 2006; Simpsonet ін., 2012), тоді як інші виявили збільшення рухливості в тестовій фазі FST, що вказує на антидепресивний ефект (Brenes та ін., 2008; Cui та ін., 2006). Порсолт та ін., 1977).

Однією з причин пригнічувальних ефектів короткочасної ЕЕ, які спостерігалися в нашому дослідженні, міг бути стрес від новизни, спричинений кліткою для збагачення після відносно тривалої ізоляції з мінімальною стимуляцією навколишнього середовища (Hennessy & Foy, 1987; Miura et al., 2002). Феномен, який також спостерігався у людей, стрес новизни був пов’язаний зі змінами рівнів синаптичних моноамінів і підвищеною активністю осі HPA (Miuraet al., 2002). Однак депресивний ефект короткої ЕЕ в нашому дослідженні супроводжувався значним анксіолітичним ефектом, який спостерігався в ЕПМ (рис. 4).

Збагачення навколишнього середовища також може функціонувати як соціальний стрес, викликаючи стрес скупченості, особливо у маленьких щурів, які не знайомі один з одним (Brown & Grunberg, 1995).

Слід зазначити, що вісім тварин у групі від SI до EE спочатку походили з чотирьох різних домашніх клітин, що робить більшість інших тварин у клітці EE незнайомими. Скупченість, як ізоляційний стрес, корелює з підвищеними рівнями адренокортикотропного гормону (АКТГ) і кортикостерону (КОРТ) у плазмі крові (Dronjak et al., 2004).

Незважаючи на ці потенційні зміни, коротке збагачення цього дослідження спричинило глибокий анксіолітичний ефект, як спостерігалося в більшості попередніх досліджень (Galani et al., 2007; Haratiet al., 2013; Leal-Galicia et al., 2008; Leal-Galicia et al. .,2007; Peña та ін., 2006; Sampedro-Piquero та ін., 2014; але див. Goes та ін., 2015; Mann & Gervais, 2011). Довга термінова ізоляція, навпаки, часто призводить до анксіогенного ефекту в EPM (Djordjevic та ін., 2015; Hall, 1998), а також до інших показників поведінки, подібної до тривоги (Spasojevic та ін., 2007; Zlatković та ін., 2014).

Подібно до дизайну цього дослідження, Ravenelle et al. (2013) показали, що щури, вирощені для демонстрації високої тривожності та піддані EE після відлучення, проводили більше часу в відкритих обіймах EPM порівняно зі збіднілими щурами з високою тривожністю.

Ці результати показують, що, на відміну від поведінкового відчаю, зв’язок між умовами життя (середовищем) і тривогою є прямим: збільшення рівня збагачення зменшує тривогу (Benaroya-Milshtein та ін., 2004; Ravenelle та ін., 2014; Sampedro-Piquero та ін., 2013). ). Згідно з поточними висновками, інші короткі експерименти ЕЕ повідомляли про анксіолітичні ефекти протягом лише 2 тижнів збагачення (BrionesAranda та ін., 2020). Тривалість та інтенсивність збагачення могли бути недостатніми в кількох дослідженнях, які не повідомляли про анксіолітичний ефект збагачення (див. Goes та ін., 2015; Simpson & Kelly, 2012). Клітка EE у поточному дослідженні включала бігове колесо для довільних вправ, що ще більше зменшує поведінку, подібну до тривоги, у EPM (Binderet al., 2004; Burghardt et al., 2004).

Щоб оцінити когнітивні ефекти короткого збагачення, ми обрали просте, але універсальне завдання на пам’ять, тест спонтанного чергування WYM. Ця міра просторової робочої пам’яті залежить від кількох структур, включаючи префронтальну кору, гіпокамп і базальний передній мозок. Погані житлові умови та соціальна ізоляція призводять до кількох пов’язаних із пластичністю змін кори головного мозку (Gregory & Szumlinski, 2008; Ieraci et al., 2016; Popa et al., 2020), що супроводжується порушенням завдань просторової робочої пам’яті (Gregory & Szumlinski, 2008; Мелендес та ін., 2004).

Збагачення, навпаки, часто створює протилежний ефект на рівні нейронів і поведінки (Sampedro-Piquero et al., 2013). Наші результати показують, що 5 днів збагачення було достатньо сильним, щоб підвищити продуктивність просторової робочої пам’яті після 30 днів стресу SI. Ця різниця не зберігалася на третій день тесту, коли обидві групи продемонстрували значне зменшення часу затримки, щоб знайти правильну платформу. Напружений характер WYM міг сприяти таким результатам.

Завдання WYM, як і інші водні лабіринти, покладається на внутрішню мотивацію тварини уникнути аверсивного стану (тобто води). Різниця в рівнях тривоги може вплинути на продуктивність пам’яті на перших сесіях, перш ніж тварини дізнаються, що існує платформа для втечі. Такий диференційований ефект був би тимчасовим, оскільки було шість послідовних випробувань на день, і тварин, які не змогли знайти платформу протягом 60 секунд, обережно направляли до неї в кінці кожного випробування.

Ми співвіднесли ці різні поведінкові дані з імуногістохімією c-Fos. Оскільки піковий рівень експресії с-фоспротеїну спостерігається приблизно за 90 хвилин до перфузії, відмінності на груповому рівні, що спостерігаються в нейрональній активності, в основному відображають різні умови навколишнього середовища.

Однак деякі з цих відмінностей можуть бути наслідком тривалих змін у нейронних ланцюгах, спричинених короткочасним ЕЕ та диференціальним ефектом подальшого поведінкового тестування. Теоретично коротка ЕЕ могла сформувати нові ланцюги та модифікувати старі в певних регіонах, що призвело б до відмінностей у кількості активних нейронів за однакових умов (Nikolaev et al., 2002; Zorzoet al., 2019). У нашому дослідженні не вдалося відокремити ці стійкі зміни в активності нейронів від тимчасових відмінностей, що відображають активність приблизно за 90 хвилин до перфузії.

У тварин від SI до EE ми зареєстрували значно більше клітин c-Fos+ у ретроспленіальній корі, корі асоціацій, яка бере участь в алоцентричній просторовій навігації та пам’яті серед кількох інших функцій (Hindley et al., 2014; Vann & Aggleton, 2002). Крім того, ці тварини мали більше c-Fos+клітин у периринальній корі, кортикальній області, що лежить в основі розпізнавання об’єктів та асоціативної пам’яті (Samarthet al., 2017; Unal et al., 2012). Ця структура, що забезпечує найщільніший аферент енторинальної кори, також потрібна для просторової робочої пам’яті (Liu & Bilkey, 2001). Обидва результати доповнюють швидше навчання, що спостерігається серед тварин від SI до EE на ранній фазі WYM.

Не було різниці на груповому рівні в імуномаркуванні c-Fos у латеральному та базолатеральному ядрах мигдалини. Попереднє дослідження імунореактивності FosB/DFosB у базолатеральному мигдалевому комплексі (BLA) і медіально-префронтальній корі (mPFC) після перемикання SI на EE (4 тижні кожен) виявило значно більше імунологічне мічення в BLA ізольованих тварин і mPFC SI на EEтварин (Watanasriyakul та ін., 2019). Більша кількість клітин c-Fos+, виявлених у ретроспленіальній та періринальній корі у тварин від SI до EE, згідно з нашими висновками, узгоджується з вищезгаданим спостереженням, зробленим у mPFC. Навпаки, ми не спостерігали істотної різниці в LA або BL. Цілком імовірно, що імунореактивність c-Fos, яка спостерігається в мигдалеподібному тілі, здебільшого відображає тимчасові зміни нейронеактивності: нейрони з високим рівнем активації приблизно за 90 хвилин до перфузії. Отже, диференціальні поведінкові результати, що спостерігаються у FST та EPM, не корелюють із стійкою різницею в активності нейронів.

Незважаючи на його популярність у поведінковій нейронауці, існує велика дискусія щодо валідності FST як моделі клінічної депресії на гризунах. Одна лінія критики розглядає нерухомість у FST як адаптивну поведінку, а не як ознаку поведінкового відчаю (Anyan & Amir, 2018; Borsini et al., 1986; Molendijk & de Kloet, 2015, 2019). Згідно з цією точкою зору, підвищена FST-2 нерухомість групи SI до EE може не вказувати на поведінковий відчай; але відображають кращу поведінкову адаптацію (або навчання) коротко збагаченої групи. Цю можливість не можна повністю виключити (див. Unal & Canbeyli, 2019 для детального огляду теорії поведінкової адаптації FST). Однак, якби підвищена нерухомість експериментальної групи виникала виключно через їхню збільшену здатність до адаптації, це, ймовірно, відобразилося б на їхній загальній продуктивності WYM. FST-2 проводився з чотирма днями збагачення, тоді як останній сеанс WYM був виконано після 10 днів перебування в клітці EE. Тому ймовірно, що більша частина, якщо не вся, різниці в нерухомості в FST відображає відмінності на груповому рівні в афективній обробці.

Одним з обмежень цього дослідження було виняткове використання самців щурів. Лабораторні щури різних штамів, як і люди, виявляють статеві відмінності в сприйнятливості до тривоги та різних депресивних симптомів, таких як ангедонія (Unal & Moustafa, 2021). Що стосується більшості нейробіологічних досліджень з використанням моделей гризунів, це технічне обмеження обмежує узагальнення наших висновків. Ще одним обмеженням була відсутність вимірювань гормонів стресу. Наш дизайн обмежувався поведінковими вимірюваннями стресу та оцінкою недавньої активності нейронів ex vivo за допомогою імуногістохімії c-Fos.

Загалом ми показали, що короткої процедури ЕЕ було достатньо, щоб отримати значний анксіолітичний ефект після SIstress. Вражаюче, але це дало протилежний результат у поведінковому відчаї. Тварини від SI до EE продемонстрували значно більшу нерухомість у тестовій фазі FST, тоді як безперервний SI мав відносний антидепресивний ефект. Короткого періоду збагачення було достатньо, щоб прискорити продуктивність просторової робочої пам’яті на ранній фазі WYM. Значно більша експресія білка c-Fos у ретроспленіальній та периринальній корі головного мозку тварин SI до EE доповнила це спостереження. Оскільки соціальна ізоляція вийшла за рамки свого використання як лабораторної моделі та стала звичайною частиною повсякденного життя під час пандемії COVID-19 (Unal, 2021), збагачення навколишнього середовища привернуло увагу як потенційна транслювана парадигма проти людської ізоляції (Davim та ін., 2020; Рохас-Карвахаль та ін., 2021). Наші результати виявили диференційовані ефекти в поведінці, подібній до депресії та тривоги, збагачення після відносно тривалої ізоляції. Це вказує на те, що, на відміну від когнітивних ефектів, афективні наслідки переходу від збідненого стану до збагаченого не є однозначними. Важливим питанням є те, чи ці висновки стосуються людей, які піддаються відносно збагаченим умовам після тривалої соціальної ізоляції.

Подяка Автори дякують Айбеніз Ече Четін за розробку імуногістохімії c-Fos, а також Джему Севінчу, Еге Кінгіру та Саліху Чаїру за аналіз підрахунку клітин. Це дослідження було підтримано грантами від EMBO (Грант на установку для GU) і Науково-технологічної дослідницької ради Туреччини (проект №: 121K260).

Список літератури

Аллева, Е., Сантуччі, Д. (2001). Психосоціальні та «фізичні» стресові ситуації у гризунів і людей: роль нейротрофінів. Фізіологія та поведінка, 73 (3), 313–320.https://doi.org/10.1016/S0031-9384(01)00498-X

Аньян, Дж., і Амір, С. (2018). Занадто пригнічений, щоб плавати, чи занадто боїтеся зупинитися? Переосмислення тесту на примусове плавання як вимірювання поведінки, подібної до тривоги. Нейропсихофармакол. 43, 931–933.https://doi.org/10.1038/npp.2017.260

Ашокан А., Хегде А., Баласінгем А. та Мітра Р. (2018). Житлове середовище впливає на гіпокампальні субстрати, пов’язані зі стресом, і поведінку, подібну до депресії. Дослідження мозку, 1683, 78–85.https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.01.021

Аугустссон, Х., Ліндберг, Л., Хеглунд, А.У., і Дальборн, К. (2002). Взаємодія людини з тваринами та добробут тварин у звичайних щурів і щурів у загонах. Лабораторні тварини, 36 (3), 271–281.https://doi.org/10.1258/002367702320162388

Біл, КЕЛ, Мерфі, К.Г., Харрісон, Е.К., Кертон, А.Дж., Гатей, Массачусетс, Блум, С.Р., і Сміт, К.Л. (2011). Точне вимірювання маси тіла та споживання їжі самцями щурів Вістар, збагаченими навколишнім середовищем. Ожиріння, 19 (8), 1715–1721.https://doi.org/10.1038/oby.2010.331

Белл, Дж. А., Лівсі, П. Дж. та Мейєр, Дж. Ф. (2009). Збагачення навколишнього середовища впливає на рівень виживання та покращує дослідження та навчання, але викликає різні реакції на радіальний лабіринт у старих щурів. Психобіологія розвитку, 51 (7), 564–578.https://doi.org/10.1002/dev.20394

For more information:1950477648nn@gmail.com