Гіпокамп, префронтальна кора та периринальна кора мають вирішальне значення для пам’яті випадкового порядку

Для отримання додаткової інформації:ali.ma@wecistanche.com

Анотація

Численні дослідження на гризунах і людях вказують на те, що гіпокамп і префронтальна кора є важливими для запам’ятовування тимчасових зв’язків між подразниками, а накопичення доказів свідчить про те, що периринальна кора також може бути залучена. Однак експериментальні параметри суттєво відрізняються в різних дослідженнях, що обмежує нашу здатність повністю зрозуміти фундаментальний внесок цих структур. Попередні дослідження різняться за типом тимчасовихпам'ятьвони підкреслюють (наприклад, порядок, послідовність або відокремлення в часі), стимули та відповіді, які вони використовують (наприклад, унікальні або повторювані послідовності, а також випадкову або винагороджену поведінку), а також ступінь, до якого вони контролюють потенційні фактори, що вводять в оману ( наприклад, первинний і останній ефект або порядокдефіцит пам'ятівторинний щодо пунктупорушення пам'яті).Щоб інтегрувати ці висновки, ми розробили нове тестування парадигмивипадкова пам'ятьдля унікальної для дослідження серії подій і одночасної оцінки порядку та пам’яті предметів у тварин із пошкодженням гіпокампу, префронтальної або периринальної кори головного мозку. Ми виявили, що цей новий підхід призвів до надійного порядку тапам'ять предмета, а також вибірково пошкодження гіпокампу, префронтальної та періринальної зонипорушений пам'ять замовлення. Ці знахідки свідчать про те, що гіпокамп, префронтальна кора та периринальна кора є частиною широкої мережі структур, необхідних для випадкового вивчення порядку подій уепізодична пам'ять.

Лейла М. Аллен, Рейчел А. Лесишин, Стівен Дж. О'Делл, Тімоті А. Аллен, Норберт Дж. Фортін

1Центр нейробіології навчання та пам’яті Каліфорнійського університету, Ірвайн, Каліфорнія 92697 2Кафедра нейробіології та поведінки, Каліфорнійський університет, Ірвайн, Каліфорнія 92697 3Програма когнітивної нейронауки, Департамент психології, Міжнародний університет Флориди , Маямі, Флорида 33199

ВСТУП

Здатність тимчасово організовувати особистий досвід у пам’яті є визначальним аспектом епізодичної пам’яті. Було розроблено декілька підходів для дослідження пам’яті на те, «коли» відбуваються події у гризунів і людей (наприклад, Hannesson та ін., 2004a,b; Dere та al., 2005; Babb and Crystal, 2006; Kart-Teke et al., 2006; Barker et al., 2007; Fouquet et al., 2010; Allen et al., 2014) і значні докази вказують на те, що гіпокамп (HC) відіграє центральну роль у цій якості (Eichenbaum, 2013; Davachi & DuBrow, 2015). Наприклад, у гризунів ураження HC порушують пам’ять тимчасового порядку, але не пам’ять предметів (Chiba та ін., 1994; Fortin та ін., 2002; Kesner та ін., 2002; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker & Warburton, 201l; 2013). Нейрони HC зміцнюють і відтворюють просторові послідовності в тому порядку, в якому вони запускалися під час навчання, вказуючи на пам’ять для послідовностей просторових місць (Skaggs & McNaughton, 1996; Farooq et al., 2019). Також було виявлено, що нейрони HC надійно спрацьовують у певні моменти. під час проміжків між стимулами («комірки часу»; Pastalkova et al., 2008; MacDonald et al., 2013) і для розрізнення елементів, представлених у правильній чи неправильній послідовній позиції («комірки послідовності»; Allen et al.., 2016) . Подібним чином у людей дослідження МРТ показали, що HC значно активується під час кодування або пошуку різних форм тимчасової інформації про свій досвід (Cabeza та ін., 1997; Hayes та ін., 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).

Клацніть на стебло Cistanche і Cistanche для пам'яті

Префронтальна кора (PFC) — ще одна структура, яка, як вважають, відіграє ключову роль у тимчасовій організації спогадів. У гризунів ураження та тимчасова інактивація медіального PFC порушують розрізнення об’єктів і просторових положень у часовому порядку (Mitchell & Laiacona, 1998; Hannesson, et al. 2004a,b; Barker, et al., 2007; DeVito & Eichenbaum, 2011; Jayachandran et al., 2019). Крім того, медіальні нейрони PFC виявляють постійну активацію в проміжку між стимулами, що може допомогти подолати асоціації стимулів у часі (наприклад, Cowen & McNaughton, 2007; Gilmartin & McEchron, 2005). Існує також багато доказів із досліджень на людях, які вказують на те, що PFC виконує порівняльні функції (див. St. Jacques та ін., 2008; Jenkins & Ranganath, 2010; Preston & Eichenbaum; 2013; Hsieh & Ranganath, 2015; Reeders та ін., 2018).

На додаток до HC і PFC, периринальна кора (PER) також може відігравати важливу роль. Хоча PER найчастіше асоціюється з пам’яттю предметів (Murray et al, 2000, Bussey et al, 2002; Murray et al, 2007; Barker & Warburton, 2011; Feinberg et al, 2012), накопичення доказів свідчить про те, що воно також може сприяти порядку. пам'ять. Наприклад, вважається, що PER сприяє уніфікованому представленню подій, які відбуваються в часі, об’єднуючи часові розривні характеристики в єдиний об’єкт сприйняття в пам’яті (Allen та ін., 2007; Kholodar-Smith та ін., 2008a; Kent & Brown, 2012). Нейрони PER демонструють постійну активацію, викликану синаптичною стимуляцією у Vitra, і можуть тривати більше хвилини після припинення стимуляції, що свідчить про те, що нейрони PER здатні зв’язувати події через тимчасові проміжки (Navaroli et al., 2012). Нещодавно було показано, що придушення синаптичної активності в медіальних проекціях PFC-PER скасовує пам’ять для добре навчених послідовностей запахів (Jayachandran та ін, 2019).

Однак важливо зазначити, що існують значні варіації в парадигмах, які використовуються в наведених вище експериментах, що ускладнює повне розуміння конкретного внеску HC, PFC і PER. По-перше, парадигми різняться за типом тимчасової пам’яті, який вони наголошують, включаючи пам’ять про відносний порядок подій (наприклад, B відбулося перед D) для певної послідовності, в якій вони відбувалися (наприклад, A слідує B, потім C, потім D) або для тимчасового розділення між елементами (наприклад, A відбулося ~5 хвилин тому, B~1 хвилину тому; див. Friedman, 1993; Allen & Fortin, 2013). По-друге, деякі парадигми включають випадкові

навчання, ключовий аспект епізодичної пам’яті (Zhou et al., 2012), тоді як інші (переважно у гризунів) винагороджують презентації стимулів або наказують судження. По-третє, деякі парадигми включають унікальну серію подій, що є ключовою особливістю епізодичної пам’яті, тоді як інші включають повторювані презентації тих самих подій. Нарешті, деякі парадигми, також зазвичай у гризунів, включають короткі списки стимулів (2 або 3 елементи), тому зонди порядку повинні включати перші та/або останні елементи зразка. У таких випадках часові оцінки пам’яті не можуть контролювати ефект первинності чи нещодавності, що може призвести до відмінностей у силі пам’яті між елементами, а також той факт, що вони можуть вирішити, запам’ятовуючи лише один із зразків елементів (наприклад, тварина могла запам’ятати лише останній елемент, а потім уникайте його в пробному тесті).

Мета цього дослідження полягає в тому, щоб допомогти інтегрувати попередні висновки шляхом одночасної оцінки внеску HC, PFC і PER як у порядок, так і в пам’ять предметів, використовуючи нову парадигму у щурів. По-перше, ґрунтуючись на попередніх спонтанних підходах до переваг, ми розробили завдання, яке перевіряє випадковий порядок і пам’ять елементів для серії подій, унікальних для проб. Примітно, що в завданні використовується довгий ряд подій (5 презентацій запахів), що пом’якшує вплив ефектів первинності та нещодавності, зменшує можливість використання пам’яті лише для одного елемента в порядку суджень, а також пропонує кращу паралель із дослідженнями на людях. По-друге, ми виконали вибіркове пошкодження HC, PFC або PER і безпосередньо порівняли продуктивність кожної групи щодо замовлення та пам’яті предметів для однієї серії подій. Ми виявили, що наш новий підхід призвів до надійної пам’яті замовлень і елементів, а HC, PFCor PER пошкоджують вибірково порушували пам’ять замовлень. Ці висновки свідчать про те, що широка мережа структур має вирішальне значення для випадкового вивчення порядку подій в епізодичній пам’яті.

МЕТОДИ

Предмети

Суб’єктами були самці щурів Long Evans вагою 250-300 г на момент прибуття (n= 52). Щурів окремо тримали в прозорих прямокутних клітках з полікарбонату та витримували в 12-годинному циклі світло-темрява (світло вимикається о 8:00 ранку). Усі поведінкові тести відбувалися під час темної фази (активного періоду) в умовах навколишнього червоного освітлення. До операції доступ до їжі та води був необмежений. Після операції щурам було дещо обмежено їжу, щоб вони підтримували 85 відсотків від їхньої маси тіла, що харчувалися, з вільним доступом до води протягом усього тестування. Усі хірургічні та поведінкові методи відповідають вимогам Комітету з догляду та використання тварин Каліфорнійського університету в Ірвайні.

хірургічні операції

Ексайтотоксичні ураження були викликані місцевими інфузіями NMDA (Sigma, St. Louis, MO). Загальну анестезію індукували (5 відсотків) і підтримували ізофлураном (1-2.5 відсотків), змішаним з киснем (800 мл/хв). Потім щурів поміщали в стереотаксичний апарат (Stoelting Instruments, Wood Dale, IL) і шкіру голови анестезували маркаїном ⑧ (7,5 мг/мл, {{10}},5 мл, підшкірно). Череп був відкритий після розрізу по серединній лінії, і були зроблені коригування, щоб переконатися, що брегма, лямбда та ділянки ±0,2 мм збоку від серединної лінії були на одному рівні. Під час операції всім щурам вводили глікопіролат (0,2 мг/мл, 0,5 мг/кг, підшкірно), щоб запобігти утрудненню дихання, і 5 мл розчину Рінгера з 5-відсотковою декстрозою (підшкірно) для гідратації. Після видалення кістки, що перекриває місця інфузії ( див. нижче), NMDA вводили в мозок за допомогою 33-шприца розміром 10 мк（Hamilton Company, Reno, NV）, що приводиться в дію моторизованим інфузійним насосом (World Precision Instruments, Сарасота, Флорида), встановленим на руці стереотаксичного маніпулятора. Голка залишалася в місці ін’єкції протягом 5 хвилин після інфузії препарату, щоб забезпечити дифузію. Дорсовентральні (DV) координати вимірювали з твердої мозкової оболонки. Суб'єкти були випадковим чином розподілені в одну з п'яти груп: HClesion, PFC ураження PER ураження, вторинні ураження зорової кори (V2) контрольної групи або фіктивно оперовані контрольні.

Ураження HC （n{{0}}）.一Ділянку кістки, що перекриває сім місць інфузії HC, було резецовано двосторонньо та залишалося зволоженим у стерильному фізіологічному розчині під час інфузій. Частину кістки повернули після інфузій. Три двосторонні дорсальні сайти HC були націлені таким чином:-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. Чотири двосторонні вентральні сайти HC були націлені таким чином: -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. У кожне місце HC вводили 200-225 nL NMDA (85 мМ; 50 мг/мл) зі швидкістю 200-250 нл/хв.

Ураження ПФК (n {{0}}).— Невеликі отвори просвердлювали дорсально до місць інфузії, спрямованих на прелімбічну кору ПФК. ПФК вводили двосторонньо з 25{{10}} нл NMDA (85 мМ; 50 мг/мл) при 200 л/хв (3,2 A/R, ±0,75 M/л, -3.0 D/V від твердої мозкової оболонки), подібно до Sharpe and Killcross (2012). Ураження PER （n=11）. 一Були просвердлені двосторонні отвори (~-4 і -7 мм A/P, ~1 мм медіально від скроневого валика) для анкерних гвинтів для кріплення розкладача тканин (Kholodar-Smith et al. 2008a) . Потім скроневі м’язи відтягували, щоб оголити скроневу та тім’яну кістки, поки не стала видно виличну дугу. Між анкерними гвинтами та внутрішньою поверхнею скроневих м'язів закріплювали тканинний розкладач. Кістку, що перекриває скроневу кору (~2 мм × 5 мм), було видалено, а фрагмент поміщено в стерильний фізіологічний розчин. Фрагмент кістки повернули після інфузій. Шприц (голка без серцевини; Hamilton Company, Reno, NV) розташовували під кутом 45 градусів від вертикальної поверхні скроневої кори головного мозку, вушко голки було спрямоване вентрально та ззаду, щоб спрямувати потік NMDA до PER. Інфузії NMDA (85 мМ; 50 мг/мл) проводили в 7-8 ділянках (80 нл на інфузію; 70 нл/хв; рівномірно через ~0,5 мм), охоплюючи рострокаудальний обсяг PER від -2.8 до -7.6 A/Relativeto bregma (Burwell, 2001). Сім ін’єкцій було зроблено, коли в передбачуваному місці інфузії була присутня велика кровоносна судина. Кінчик голки вводили на ~1,5 мм у кору відносно твердої мозкової оболонки.

Контроль вторинної зорової кори (V2) (n=8). - Невеликі отвори просвердлювали дорсально до місць інфузії V2. У місця інфузії V2 вводили 250 нл NMDA (85 мМ) зі швидкістю 200 л/хв (-4 .5 A/P, ±2,5 M/L; -0.8 D/V від твердої мозкової оболонки). Фіктивно оперовані контрольні групи (n=10).— Ці суб’єкти пройшли ті самі хірургічні процедури, що й відповідна група уражень (кількість: HC,4; PFC,4; PER,2), за винятком того, що інфузія NMDA не проводилася. Після уражень розрізи зашивали та зав’язували місцевим антибіотиком. Щурів повернули до їхніх домашніх кліток і спостерігали, поки вони не прокинулися. Через день після операції щурам давали анальгетик (флуніксин, 50 мг/мл, 2,5 мг/кг підшкірно), а на місце розрізу наносили місцевий антибіотик. Щурам давали відновитися після операції приблизно за два тижні до тестування поведінки.

Подразники запаху

Аромати були представлені на круглих дерев’яних намистинах розміром 1 дюйм (Woodworks Ltd. Халтом-Сіті, штат Техас), кожна з яких була ароматизована побутовою спецією (див. Feinberg et al., 2012). Для кожного щура запахи вибиралися псевдовипадково, щоб врівноважити запахи послідовними позиціями для суб’єктів і уникнути повторення запахів. Запахи вибирали з наступного списку: запашний перець, аніс, базилік, лавровий лист, кардамон, селера, кориця, гвоздика, коріандр , кмин, кріп, фенхель, імбир, лимонна цедра, мускатний горіх, розмарин, шавлія, майоран, м’ята, апельсинова цедра, паприка, чебрець і куркума. Пісок був доданий, щоб розбавити ароматизатори та служити рівномірним фоновим запахом для всіх намистин Перелік запахів, а також концентрацію запахів у піску було визначено емпірично за допомогою незалежної когорти неактивних щурів, щоб допомогти забезпечити однакові рівні вроджених переваг щодо окремих запахів (дані не показані). Перед тестуванням щурів ознайомили з дерев’яними намистинами. за помістивши кілька кульок без запаху в їхні домашні клітини принаймні на два дні перед поведінковим тестуванням (Spinetta et al., 2008; О'Делл та ін., 2011; Фейнберг та ін., 2012). Знайомство з дерев’яними намистинами забезпечило те, що під час тестування тварини зосередили своє дослідження на запаху, доданому до експериментальних намистин.

Тестування запаху та пам’яті предметів

Неактивних щурів ненадовго обробляли протягом 3-5 днів після першого прибуття та під час поведінкових процедур. Усі поведінкові сеанси проводили в домашній клітці кожного окремого щура. Поведінкове тестування розпочалося після післяопераційного відновлення та проходило під час темної фази (активного періоду) в умовах навколишнього червоного освітлення. Під час поведінкового тестування щурів підтримували на рівні 85 відсотків від їхньої ваги при вільному харчуванні, оскільки ми виявили, що пілотні щури довше й послідовніше досліджували кульки, якщо їм було помірно обмежено їжу (див. також Feinberg, et al. 2012). За годину до поведінкового тестування бункери з їжею та пляшки з водою були видалені, щоб щури звикли до умов тестування. Серія з п’яти запахів була представлена ​​як послідовність подій, при цьому кожне представлення запаху розділялося 20-хвилинним інтервалом (див. Малюнок IA). Кожну кульку помістили в центр переднього квадранта клітки, а час дослідження (визначений як нюхання та збивання в межах ~1 см від кульки) реєстрували на портативному комп’ютері за допомогою програмного забезпечення ODLog. Важливо, щоб забезпечити еквівалентний відбір проб усіх запахів у серії, час, витрачений на відбір проб першого запаху (доступний протягом загальних 30 с), визначав, скільки часу кожному щуру було дозволено відбирати кожен наступний запах (наприклад, якщо щур витратили 4 с на дослідження запаху А, ми переконалися, що запахи від В до Е відбиралися протягом 4 с). Сеанси тестування, під час яких щур не досліджував запах жодного зразка на тому ж рівні, що й перший запах (протягом 5-хвилинного вікна), не були включені в аналіз. Щоб запобігти перехресному забрудненню, кожну кульку викидали після будь-якої презентації під час відбору зразків або тестування, а експериментатор змінював рукавички щоразу, коли використовувалась нова кулька.

Пам’ять про порядок, у якому були представлені запахи, і пам’ять про самі запахи потім оцінювали за допомогою зонда порядку та зонда предмета (див. Малюнок IA). Зонд порядку вводили через 60 хвилин після списку зразків і передбачали представлення двох запахів зі списку (B проти D). Наша пілотна робота показала, що щури також можуть виконувати інші зонди порядку вище рівня випадковості (наприклад, A проти C, C проти D), але ця продуктивність може змінюватися (подібно до висновків Fortin та ін., 2002). Таким чином, тут було обрано одну пару запахів, щоб максимізувати статистичну потужність. Згідно з попередньою роботою (наприклад, Dere et al., 2005), ми очікували, що тварини виражатимуть пам’ять про порядок, у якому відбувалися події, переважно досліджуючи предмет, який з’явився раніше в серії. Дослідження пам’яті предмета було введено через 20 хвилин після замовленого дослідження (приблизно через 80 хвилин після списку зразків) і передбачало представлення двох запахів: середнього запаху зі списку та нового запаху (C проти X). Дослідження предметів є важливим контролем, щоб переконатися, що щури запам’ятали запахи, представлені в списку, що виражається як переважне дослідження нового/запаху (над попереднім запахом). Зауважте, що як для зондів порядку, так і для елемента, кульки поміщали в той самий квадрант клітки, що й кулька зразка, і розташовували приблизно на 3 см одна від одної (див. Малюнок 1B), при цьому ліве/праве положення було врівноважено для щурів. Час дослідження для кожної кульки реєструвався в ODLog.

Швидко представлена ​​умова послідовності

Ми також протестували ті самі групи в більш складній версії парадигми, в якій послідовність елементів представлена ​​швидше (~45 секунд між елементами). Усі процедури, включно з інтервалами зберігання перед замовленням і зондами пам’яті предметів (60 і 80 хвилин відповідно), були ідентичними.

Умова контролю міцності пам'яті

Ми провели контрольний експеримент в окремій когорті неактивних тварин, щоб пояснити ймовірність того, що ефективність замовленого дослідження просто залежить від відмінностей у силі пам’яті відібраних елементів. Тут щурам давали серію з п’яти запахів, причому кожен запах відокремлювався 20-хвилинним інтервалом, що відповідав основним параметрам завдання. Згодом кожному щуру було представлено запах із послідовності поряд із новим запахом (наприклад, As.V, VBS.W, Cvs.X, Dvs.Y, E.vs.Z). Інтервал між запахом останнього зразка та запахом пробний тест становив 60 хв. Кожен щур отримав п’ять сеансів (збалансованим способом), під час яких проводилися всі порівняння (одне порівняння на сеанс). Лише одна позиція послідовності тестувалася за сеанс, на день, з принаймні одним днем ​​перерви між сеансами тестування. Кожен сеанс включав новий набір запахів, що не перекривався.

Аналіз даних

Значення DI коливаються від плюс 100 до -100 відсотків. Позитивні значення відповідають наданню переваги попередньому запаху в замовленому дослідженні та новому запаху в досліджуваному предметі. Негативні бали відповідають наданню переваги пізнішому запаху в замовленому дослідженні або запаху, який зустрічався раніше в досліджуваному предметі. Нульова оцінка вказує на те, що жодному із запахів не надається перевага (шанс"). Оцінки DI, що значно відрізняються від нуля, інтерпретуються як свідчення порядку чи пам’яті предметів, відповідно. Кожну тварину тестували тричі для кожного завдання (з використанням різних наборів запахів) і середній бал кожного щура використовували для аналізу даних.

Статистику проводили за допомогою Prism 8. Групові дані аналізували за допомогою дисперсійного аналізу (ANOVA) з постфактумними тестами, які контролювали кількість виконаних порівнянь (за допомогою тестів Холма-Сідака або поправки Бонферроні). Групові дані виражені як середнє ± стандартна помилка середнього (SEM). Статистичну значущість визначали за допомогою с<>

гістологія

Щурам вводили передозування пентобарбіталу натрію (евтазол, 390 мг/мл, 150 мг/кг, внутрішньовенно) і проводили транскардіальну перфузію 100 мл PBS, а потім 200 мл 4% параформальдегіду (pH 7,4; Sigma-Aldrich, St. Louis). , MO), мозок постфіксували на ніч у 4-відсотковому параформальдегіді, а потім помістили в 30-відсотковий розчин сахарози для кріозахисту. Заморожений мозок розділяли на ковзному мікротомі (50 мкм; корональна орієнтація) на чотири групи безпосередньо суміжних зрізів для фарбування клітинного тіла крезил-фіолетовим і нейрон-специфічного фарбування NeuN. Точні методи для кожного фарбування детально описані в іншому місці (див. Додаткові матеріали від Kholodar-Smith et al., 2008a).

Аналіз уражень

Використовуючи програмне забезпечення Image J та Photoshop (версія CS6), ступінь нейротоксичного пошкодження HC, PER, PFC та V2, а також латеральної енториналної кори, інфралімбічної кори та передньої поясної кори було оцінено на основі серійних NeuN-забарвлених зрізів .

РЕЗУЛЬТАТИ

Ступінь ураження

Ураження HC. У пацієнтів з ураженням HC були великі та повні ураження всього HC, тоді як навколишні волокна були збережені (Малюнок 3A). Був явний брак тканини HC по всьому рострально-каудальному обсязі мозку. Двовимірний аналіз площі ураження проводили за допомогою зрізів, пофарбованих NeuN. Загалом уражено 85,5±2,52% гіпокампу. Не було різниці в пошкодженні лівої півкулі (85,72±2,77 відсотка) порівняно з правою півкулею (85,36±2,26 відсотка;tio=0.17,p=0.87, парні зразки t -тест).

Ураження PFC. Суб’єкти з ураженнями PFC мали великі ураження прелімбічної кори (PL) і меншою мірою інфралімбічної кори (IL; рис. 3B). PL, IL та ACC були включені в кількісний двовимірний аналіз площі ураження. PL був найбільш пошкоджений (40,34 ± 3,25 відсотка), потім IL (18,23 ± 5,85 відсотка), і було дуже незначне пошкодження ACC (5,03 ± 1,60 відсотка). Рівень пошкодження PL подібний до того, що було раніше виявлено за допомогою подібної методики ураження (DeVito & Eichenbaum, 2011), однак ступінь пошкодження екстра-PL регіонів був значно зменшений у цьому дослідженні. Таким чином, незважаючи на незначні пошкодження за межами регіону, будь-які наслідки цих уражень, ймовірно, в першу чергу відображають функцію PL. Використовуючи t-критерій для парних зразків, ми не виявили суттєвої різниці в пошкодженні PL лівої півкулі (37,96±3,55 відсотка) порівняно з правою півкулею (42,72±3.86 відсотка; t{{26} }.40,p=0.09).

Ураження PER. У суб’єктів з ураженням PER пошкодження було зосереджено в кортикальній тканині, що оточує середньо-задню ринову борозну (рис. 3C) з 58,32±4,27 відсотками повного ступеня ураження PER (A/P-2). 0 до -7.2). Більшість пошкоджень виникла в задньому відділі PER(A/P-4.0 до -7.2), де середнє загальне пошкодження становило 80,23±4,54 відсотка. Використовуючи t-критерій для парних зразків, ми виявили, що не було різниці в пошкодженні задньої PER у лівій півкулі (76,34±5,30 відсотка) порівняно з правою півкулею (84,13 ±5,08 відсотка; t10=-1).62 ,p=0.14). Було також незначне пошкодження частини латеральної енторинальної кори (LEC), розташованої безпосередньо вентрально від області 35 PER (36,71±4,21 відсотка). Обсяг пошкодження подібний до того, що було раніше виявлено при використанні цієї методики ураження (Kholodar-Smith et al., 2008a; Feinberg et al. 2012).

Ураження V2. Щури з ураженням V2 служили негативним контролем, щоб продемонструвати, що пошкодження кори головного мозку, що покриває HC, в області, яка раніше не була пов’язана з пам’яттю послідовності, не впливає на продуктивність нашого завдання. Пошкодження були в основному обмежені V2, із 40,38±3,27 відсотками загальних пошкоджень у щурів. У чотирьох щурів було незначне одностороннє пошкодження CAl, а у двох щурів було незначне двобічне пошкодження CAl. Однак ця шкода, здається, не вплинула на їх продуктивність ні під час тестування замовлення, ні предмета.

Удавані ураження. У щурів HC, PFC і PER (n=4, 4 і 2 відповідно) не виявлено жодних помітних ознак пошкодження мозку за допомогою гістологічного фарбування NeuN. Таким чином, під час усіх поведінкових експериментів фальшиві інтерпретувалися як такі, що мають повні та нормальні нейронні здібності, і їх об’єднували для наступних аналізів.

Пам'ять замовлень і предметів

Як і очікувалося, результативність була однаково високою як у тварин, прооперованих так, і у V2. уражених тварин, тому ми об’єднали їх, щоб сформувати контрольну групу.

Продуктивність на замовлення зондів пам'яті.

Односторонній дисперсійний аналіз використовувався для вивчення відмінностей в індексі дискримінації (DI) на впорядкованому зонді між групами уражень. Був значний основний ефект групи (Fy, 48=5.084, p=0.0039), а постфактум порівняння показало, що контрольна група значно відрізнялася від груп HC, PFC та PER (Holm -Сідак перевіряє 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="">

Продуктивність зондів пам'яті елементів.

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). Використовуючи t-тести на вибірку випадковості (DI=0), усі групи продемонстрували значну перевагу новому запаху (запаху X) порівняно із запахом, представленим у послідовності (запахи; усі p<0.001). see="" figure="" 2b="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Пряме порівняння зондів замовлення та позиції.

Для порівняння продуктивності груп за різними типами зондів використовувався двосторонній дисперсійний аналіз повторних вимірювань. Ми виявили значні основні ефекти групи (F,48=5.80,p=0.002) і зонда (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="">

Умови контролю та аналізи

Швидке представлення списку зразків.

Щоб відокремити продуктивність між групами, ми перевірили тих самих тварин на складнішій версії завдання, у якій список зразків представлявся швидше (~45 секунд між елементами). Ми виявили, що всі групи продемонстрували сильну пам’ять про предмет (незначний груповий ефект: F3,41=1.48,p=0.24; усі групи показали одновибіркові t-тести вище 0 , р<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 пам'яті.

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). Таким чином, дуже малоймовірно, що сила пам’яті може пояснити судження порядку пам’яті в нашій парадигмі.

Відбір проб запаху.

Перша кулька запаху фази зразка була доступна щуру протягом 30 секунд. Загалом щури активно досліджували його протягом 4,14±1,49 с (середнє значення±1 стандартне значення; усереднене за 3 сеанси для кожного суб’єкта). Цей час вибірки порівнювали між сеансами та групами уражень за допомогою дисперсійного аналізу повторних вимірювань. Ми виявили, що щури зменшили час вибірки протягом трьох сеансів (середнє значення 4,82 с, 4,67 с і 4,13 с відповідно; значний основний ефект часу вибірки; F, 138=24.06, стор<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). Ця невелика різниця в групі навряд чи вплинула на наші результати; хоча це могло призвести до дещо вищого порядку та продуктивності пам’яті елементів у групі PFC. Важливо, що цей ефект по суті враховується різницею балів, показаних на рис. 2C. Ключовим контролем тут є те, що для кожної тварини ми прирівняли час дослідження в рамках представлення послідовності.

Обговорення

Використовуючи нову парадигму випадкової пам’яті, ми оцінили вплив вибіркового пошкодження HC, PFC або PER на пам’ять замовлень і елементів. Ми виявили, що кожна з трьох уражених груп була суттєво порушена пам'яттю порядку порівняно з контрольною групою, і що дефіцит був порівнянної величини. Важливо, що ми також виявили, що всі групи ураження показали нормальну пам’ять предметів, що вказує на те, що їхня здатність запам’ятовувати представлені предмети залишилася незмінною (тобто їх дефіцит був характерним для нездатності запам’ятати їх порядок). Хоча раніше було показано, що ці структури є важливими для різних форм тимчасової пам’яті, існували значні відмінності у вимогах до завдань у різних дослідженнях і, отже, необхідно оцінити їхні внески в рамках одного експерименту. Це дослідження допомагає об’єднати ці попередні висновки, демонструючи, що HC, PFC і PEReach відіграють ключову роль у запам’ятовуванні унікальних послідовностей подій, що є фундаментальною особливістю епізодичної пам’яті.

Інтеграція ключових особливостей епізодичної пам’яті в єдину парадигму

Епізодична пам’ять передбачає запам’ятовування серії досвіду нашого повсякденного життя, який випадково кодується та відновлюється за потреби (Tulving, 1972; Allen & Fortin, 2013). Таким чином, моделюючи епізодичну пам’ять у тварин, важливо вловити випадковий характер епізодичного кодування (наприклад, Dere та ін., 2005; Zhou та ін, 2012). Для цього ми розробили випадкову версію парадигми, яку раніше використовувався для оцінки порядку та запам’ятовування предметів, у якому тварини явно винагороджувалися під час відбору зразків предметів та пробних тестів (Фортін та ін., 2002).

Ця парадигма виходить за рамки попередніх спроб, об’єднуючи в єдиний підхід ключові характеристики інших моделей епізодичної пам’яті (наприклад, Chiba та ін., 1994; Mitchell та Laiacona, 1998; Fortin та ін, 2002; Kesner та al, 2002; Hannesson et al., 2004a,b; Babb and Crystal, 2006; DeVito & Eichenbaum, 2011; Barker & Warburton, 2011; Warburton et al, 2013). По-перше, щоб зосередитися на випадковому кодуванні та пошуку, презентації запаху не винагороджувалися під час списку зразків або пробних тестів. Замість цього ми скористалися тенденцією гризунів переважно досліджувати нові стимули для оцінки пам’яті, підхід, розроблений і підтверджений іншими (див. Ennaceur, 2010). Якщо говорити більш конкретно, ми виявили, що контрольні тварини переважно досліджували попередній із двох предметів на замовленому зонді та новий запах на зонді предмета, який ми використовували як індикатор порядку та пам’яті предмета відповідно. Ми вважаємо, що перевага більш ранньому запаху є етологічно релевантною стратегією, пов’язаною з оптимальною поведінкою пошуку їжі (наприклад, щур, швидше за все, знайде їжу або воду, поповнену раніше, ніж пізніше, оскільки минуло більше часу; див. Allen & Fortin ,2013). Така поведінка може бути підтримана шляхом асоціювання конкретних елементів з їх послідовним положенням або представленням часового контексту або через послідовні парні асоційовані елементи (наприклад, Allen et al.2014. Jayachandran et al., 2019; Long & Kahana, 2019). По-друге, щоб зосередити кодування на нюховому стимулі, запахи були представлені на дерев’яних бусах, які в іншому випадку ідентичні за всіма іншими сенсорними атрибутами, і кожну кульку використовували лише один раз, щоб уникнути зараження твариною або підстилкою (див. Feinberg, et al., 2012). ; O'Dell, et al.2012; Spinetta, et al., 2008).Крім того, усі кульки були представлені в тому самому місці, а конфігурації ліворуч-праворуч у тестах із зондом були збалансовані між тваринами та сеансами, щоб зробити просторове розташування, яке не має значення для продуктивності. По-третє, щоб контролювати можливість того, що запам’ятовування порядку може бути просто пов’язане з різницею в силі пам’яті між двома елементами, ми гарантували, що час дослідження був еквівалентним для різних запахів (для кожного списку та тварини). Нарешті, ми використали довший список зразків, ніж інші парадигми (у цьому випадку, 5 презентацій запахів). Використання п’яти елементів у списку вибірки дозволило нам зосередити наші зонди порядку та предметів на середніх трьох елементах, які, як було показано в нашому контрольному експерименті, мають порівнянну силу пам’яті (Dl ~0,6), і уникнути перевірок порядку, що включають перший або останній зразок елементів (які можуть бути змішані ефектом первинності або нещодавності).

Однією несподіваною поведінковою знахідкою було те, що швидка версія завдання (~45 с між елементами під час вибірки) не показала надійної пам’яті порядку в контролі. Хоча наша пілотна робота показала, що ця швидка версія може призвести до виявленої пам’яті порядку, контрольна група в цьому дослідженні суттєво не відрізнялася від випадковості. Глибший погляд на продуктивність окремих контрольних тварин свідчить про те, що підмножина поводилася як наші пілотні тварини, тоді як решта не показали ефекту, що призвело до збільшення мінливості. Майбутнє використання цього завдання може отримати вигоду від систематичного варіювання довжини інтервалів, щоб допомогти прояснити зв’язок між затримками елементів і надійністю/міцністю кінцевої пам’яті замовлень.

Внески HC, PFC і PER у пам’ять для порядку подій

У замовленому дослідженні ми виявили, що контрольна група, яка об’єднує HC, PFC та PER імітацію, а також ураження V2 (негативний контроль), продемонструвала значну перевагу запаху, який з’явився раніше в послідовності (запах B), що свідчить про наявність що вони мають непорушену пам'ять про порядок подій. Проте щури, які отримали ураження або HC, PFC, або PER, показали відсутність переваги запаху B або D, і, отже, не було доказів пам’яті порядку. Під час тестування предметів усі групи продемонстрували значну перевагу новому запаху (запаху X), що свідчить про те, що вони мали порівнянну пам’ять щодо предметів, представлених у списку, і, таким чином, дефіцит пам’яті про замовлення був не просто наслідком невдачі запам'ятати представлені запахи. Цей висновок про збереження пам’яті предметів після пошкодження HC, PFC або PER узгоджується з попередніми звітами. Наприклад, раніше було показано, що HC або PFC не є необхідними для визначення новизни (Feinberg та ін., 2012; Barker та ін., 2007; Fortin та ін., 2002; Mitchell & Laicona, 1998). Крім того, у пов’язаному з цим завданням ураження PER не призвели до дефіциту пам’яті розпізнавання запахів для типу одорантів, які тут використовуються (домашні запахи) за жодного з перевірених інтервалів утримання (від 5 хвилин до 48 годин), хоча розпізнавання соціальних/запахів був порушений при тривалих інтервалах утримання (Feinberg, et al. 2012).

Наші висновки узгоджуються з попередніми дослідженнями уражень у гризунів, які залучили HC до пам’яті порядку за допомогою різноманітних парадигм (Kesner & Novak, 1982; Chiba та ін., 1994; Mitchell & Laiacona, 1998; Fortin та ін., 2002; Kesner , et al.2002; DeVito & Eichenbaum, 201l; Barker & Warburton, 2011; 2013) і з нейропсихологічними та нейровізуалізаційними дослідженнями на людях (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; для огляду Long & Kahana,2019). Наші висновки ґрунтуються на цих попередніх дослідженнях, показуючи, що HC відіграє ключову роль у кодуванні inceidentale та відновленні послідовностей непросторових епізодів, після контролю за змішуючим впливом ефектів первинності та нещодавності. Як HC виконує цю функцію, ще належить визначити. Показано, що нейрони HC надають інформацію про часовий контекст, у якому відбулися події (наприклад, Manns та ін., 2007; MacDonald та ін., 2013; Allen та ін., 2016), і вважається, що HC використовує цей тип просторово-часового сигналу. формувати епізодичні спогади шляхом зв’язування інформації про окремі події з просторовим і часовим контекстом, у якому вони відбулися (Allen & Fortin, 2013; Knierim, 2015; Eichenbaum, 2017). З’ясування цього процесу потребує реєстрації електрофізіологічної активності під час випадкового кодування та пошуку послідовності подій.

PFC також бере участь у запам’ятовуванні порядку як у просторових завданнях, так і в задачах розрізнення об’єктів у гризунів (Barker та ін., 2007; Hannesson та ін, 2004a, b; DeVito та Eichenbaum, 2011; Mitchell та Laicona, 1998; Fuster, 2001) та людей. (Staresina & Davachi, 2009; Jenkins & Ranganath, 2010; Tubridy & Davachi, 2011; Allen & Fortin, 2013). Наші дані узгоджуються з цим і сприяють зростанню кількості доказів того, що PFC необхідний для випадкової пам’яті для послідовностей непросторові епізоди. Останні результати показують, що PFC може брати участь у контролі того, як послідовності витягуються зі сховищ пам’яті HC залежно від поточних поведінкових вимог (Jayachandran та ін., 2019: Шмідт та ін., 2019). Майбутні дослідження з використанням тимчасової інактивації в цьому завданні можуть бути корисними для з’ясування конкретної ролі PFC у кодуванні та отриманні унікальних для випробувань послідовностей подій.

Незважаючи на те, що було показано, що глушіння терміналів медалі PFC у PER порушує пам’ять послідовностей (Jayachandran та ін., 2019), це перший звіт, який показує, що пошкодження PER викликають дефіцит, характерний для випадкової пам’яті порядку. Цей ефект узгоджується з попередніми доказами того, що PER бере участь у поєднанні тимчасових спогадів у кондиціонуванні слідів страху та об’єднанні непостійних стимулів (Холодар-Сміт та ін., 2008a,b; Наваролі, 2012). Крім того, Barker et al. (2007) повідомили, що щури з ураженнями PER мають дефіцит пам’яті порядку, але вибірковість цього ефекту була незрозумілою, оскільки вони також виявили значні дефіцити пам’яті розпізнавання. Існує також занепокоєння, що їхнє дослідження спиралося на розпізнавання об’єктів, яке чутливе до уражень PER (наприклад, Murray & Richmond.2001; Bussey et al., 2005), і що їхня послідовність складалася лише з двох елементів, які можна сплутати. за ефектами первинності та нещодавності. Ефекти PER, які спостерігаються тут, уточнюють, що роль PER у пам’яті виходить за межі сприйняття багатофункціонального об’єкта, показуючи, що ефекти пошкоджень можуть бути специфічними для пам’яті для порядку, відомо, що PER бере участь у модулюванні потоку інформації між HC, PFC , і енторинальні області (наприклад, Paz et al 2007), і ця модуляційна роль може бути ключовою для кодування та пошуку послідовностей подій.

Висновки

Ми розробили нову парадигму випадкової пам’яті замовлень і предметів, яка об’єднує ключові функції інших моделей епізодичної пам’яті, і продемонстрували, що HC, PFC і PER є критичними для пам’яті замовлень. Незважаючи на те, що це важливі висновки, основним недоліком дослідження є те, що модель результатів не була істотно різною для трьох груп уражень і, таким чином, не пролила світло на відповідний внесок цих структур. Наша нездатність знайти відмінності між групами уражень була насамперед пов’язана з планом експерименту, який включав багато груп. Незважаючи на те, що цей дизайн дозволив нам перевірити роль кожної структури в одному експерименті (ключова мета дослідження), попарні порівняння між групами з ушкодженнями були недоцільними через необхідність контролювати кількість проведених постфактум тестів. Ми сподівалися, що швидко представлена ​​версія цього завдання допоможе розрізнити ролі цих структур у часових масштабах, але, на жаль, ця альтернативна версія не призвела до надійної пам’яті порядку в контрольних суб’єктів. Іншим фактором, який також міг сприяти відсутності диференціації між ефектами HC, PFC і PER, є використання нами ушкоджень перед навчанням, які вплинули на всі етапи пам’яті (тобто консолідація кодування та пошук). Майбутні дослідження з використанням тимчасової інактивації можуть бути більш доречними для виявлення диференціальних порушень, надаючи можливість націлитися на конкретну стадію. У сукупності ці висновки свідчать про те, що HC, PFC і PER є частиною широкої мережі структур, необхідних для випадкового вивчення порядку подій в епізодичній пам'яті. З’ясування конкретного характеру їхнього відповідного внеску, а також їхніх нейронних механізмів потребує подальшого дослідження.