Szok zimnego zakłóca masową pamięć wywołaną treningiem u Drosophila

Abstrakcyjny:

Konsolidacja pamięci jest procesem zależnym od czasu, zachodzącym w ciągu godzin, dni lub dłużej u różnych gatunków i wymagającym syntezy białek. Oczywistym wyjątkiem jest typ pamięci u Drosophila wywołany pojedynczym epizodem warunkowania węchowego, który rzekomo szybko się konsoliduje, czyniąc ją odporną na zakłócenie przez znieczulenie na zimno kilka godzin po treningu. Ta pamięć odporna na znieczulenie (ARM) jest niezależna od syntezy białek. Pamięć niezależną od syntezy białek można również wywołać u Drosophila poprzez wielokrotne masowe cykle warunkowania węchowego, co doprowadziło do panującego poglądu, że oba te operacyjnie odrębne reżimy treningowe dają ARM. Co istotne, pokazujemy, że w przeciwieństwie do działającego w dobrej wierze ARM, zmasowana pamięć wywołana warunkowaniem pozostaje wrażliwa na leczenie amnestyczne dwie godziny po treningu, a zatem nie jest to ARM. Dlatego u Drosophila istnieją dwa typy pamięci niezależne od syntezy białek.

Pamięć odnosi się do zdolności ludzkiego mózgu do odbierania, przetwarzania, przechowywania, odtwarzania i wykorzystywania informacji zewnętrznych w aspektach fizycznych i psychologicznych. Konsolidacja pamięci odnosi się do procesu wzmacniania i stabilizowania nowych informacji za pomocą różnych metod i technik, aby ułatwić ich zapamiętanie i wydobycie. Istnieje nierozerwalny związek pomiędzy konsolidacją pamięci a pamięcią.

Po pierwsze, konsolidacja pamięci może poprawić pamięć. Proces zapamiętywania w mózgu człowieka jest złożonym procesem aktywności neuronów, który wymaga wzmocnienia i stabilizacji połączeń między neuronami, aby zapewnić niezawodny zapis informacji. Dlatego też, dzięki różnym metodom i technikom konsolidacji pamięci, możliwe jest wzmocnienie tego połączenia między neuronami, poprawiając w ten sposób pamięć.

Po drugie, konsolidacja pamięci może uratować „zapomnienie”. W życiu codziennym ludzie często zapominają z różnych powodów, takich jak brak przeglądu przez długi czas, przeciążenie pamięci i tak dalej. Dzięki konsolidacji pamięci można skutecznie uniknąć tego rodzaju zapominania, pomagając ludziom lepiej zapamiętywać informacje i utrzymywać pamięć długoterminową.

Ponadto konsolidacja pamięci może również sprzyjać uczeniu się. W procesie uczenia się często konieczne jest zapamiętanie wielu informacji, a utrwalenie pamięci może sprawić, że informacje będą głębiej zakorzenione w ludzkich sercach, uświadomią sobie przeskokowe powiązania między punktami wiedzy, a tym samym poprawią ogólną efektywność uczenia się.

Podsumowując, istnieje ścisły związek pomiędzy konsolidacją pamięci a pamięcią, która jest dla ludzi jednym z ważnych sposobów poprawy pamięci, wzmocnienia efektu uczenia się i uniknięcia zapominania. Dlatego powinniśmy zwracać uwagę na stosowanie różnych metod i umiejętności konsolidacji pamięci, stale utrwalać pamięć i doskonalić pamięć. Trzeba więc poprawić swoją pamięć, a cistanche może znacznie poprawić twoją pamięć, ponieważ pasta mięsna jest tradycyjną medycyną chińską i ma wiele unikalnych właściwości, z których jedną jest poprawa twojej pamięci. Zalety mięsa mielonego wynikają z wielu zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasów, polisacharydów, flawonoidów itp., które na różne sposoby mogą promować zdrowie mózgu.

Kliknij Wiedz, aby poprawić pamięć krótkotrwałą

Słowa kluczowe:

Pamięć; pamięć odporna na znieczulenie; kondycjonowanie węchowe; kondycjonowanie masowe; Drosophila.

1. Wstęp

U wszystkich badanych zwierząt nieskonsolidowane wspomnienia są labilne i zakłócane przez środki amnestyczne [1,2]. U Drosophila krótki szok zimny bezpośrednio po negatywnie wzmocnionym warunkowaniu węchowym powoduje całkowitą utratę pamięci skojarzenia. Jednakże, jeśli zostanie dostarczony kilka godzin po treningu, nie jest całkowicie destrukcyjny, a pamięć resztkowa nazywana jest pamięcią odporną na znieczulenie (ARM), ponieważ utrzymuje się w pozornie znieczulającym, unieruchamiającym szoku zimnym [3] i jest niezależna od syntezy białek [2 ,4]. Wydaje się, że ARM konsoliduje się stosunkowo szybko, ponieważ jest częściowo niestabilny w kilka minut po kondycjonowaniu [5] i stabilny przez 2 godziny po treningu [3,6]. Pamięć niezależna od syntezy białek pojawia się także po wielu kolejnych rundach (masowe kondycjonowanie – MC) ujemnie wzmocnionego warunkowania węchowego [3]. Chociaż szok zimny po pojedynczej rundzie kondycjonowania jest zwykle stosowany do badania pamięci 3-h, ​​a protokół MC jest używany do oceny pamięci 24-h, przypuszczalna niezależność syntezy białek doprowadziła do powstania tych dwóch typów pamięci nazywa się ARM.

Pomimo dowodów sugerujących, że oba te operacyjnie i czasowo odrębne typy pamięci angażują wspólne lub podobne mechanizmy [4,7,8], nie jest jasne, czy odzwierciedlają te same wyniki poznawcze oceniane w różnych punktach czasowych, czy też są odrębnymi typami pamięci.

Chociaż szok zimny i protokoły MC składające się z pięciu lub dziesięciu rund są szeroko stosowane w odpowiedzi na pytania dotyczące ARM [3,4,7], dane uzyskane jedną metodą treningową nie są zazwyczaj sprawdzane krzyżowo z drugą. Aby wyjaśnić, czy obie metody tworzą pamięć o tych samych właściwościach, postawiliśmy hipotezę, że jeśli ARM jest równoważny lub taki sam, jak MC dało 24-h pamięci, szok zimny zastosowany 2 godziny po treningu powinien mieć podobny efekt zarówno. Jednakże pogląd ten nie byłby potwierdzony, gdyby leczenie amnestyczne osłabiało pamięć 24-h MC. W tym celu uwarunkowaliśmy Drosophilę typu dzikiego, aby kojarzyła nieprzyjemny zapach z porażeniem prądem stopy, trenując z pięcioma rundami MC. Poddaliśmy ich jednorazowemu szokowi zimnemu przed testem lub 2 godziny po treningu. Używaliśmy pięciorundowego MC [4], ponieważ w naszych rękach zapewnia on wyższą rozdzielczość niż bardziej intensywne protokoły, które mogą dawać efekty „sufitowe”. Podajemy, że 2 godziny po treningu pięciorundowe MC zapewnia pamięć i ARM wrażliwą na szok termiczny.

2. Wyniki
Kondycjonowanie przeprowadzono przy użyciu klasycznego paradygmatu warunkowania awersyjnego, który łączy nieprzyjemny zapach (bodziec warunkowy – CS+) z elektrycznymi wstrząsami stóp (bodziec bezwarunkowy – USA), podczas gdy drugi równie nieprzyjemny zapach wyraźnie niesparowany z szokiem stopy (CS−) służy jako kontrola [9]. Pamięć bezpośrednio po jednej rundzie kondycjonowania zawiera komponent ARM [5,10]. Jednak, według naszej wiedzy, krótki szok zimny, zwykle używany do ujawnienia nielabilnego komponentu pamięci ARM 3 godziny po pojedynczej rundzie kondycjonowania [3,11], nie został zastosowany po pięciu rundach MC. Szok zimny bezpośrednio po jednej rundzie treningu całkowicie zaburza pamięć [11]. Jednakże w naszych eksperymentach nie można uwzględnić tego natychmiastowego efektu, ponieważ czas potrzebny na wykonanie pięciu rund szkoleniowych nieuchronnie prowadzi do przeprowadzenia testu dwadzieścia minut po skojarzeniu szoku/zapachu wywołanego pierwszą stopą. Dlatego we wszystkich naszych eksperymentach szok termiczny następuje we wskazanych momentach po ostatniej rundzie treningu.

Jak pokazano na rysunku 1A, 8-min. pamięć po pięciu rundach MC jest również w dużej mierze nietrwała i zakłócana przez krótki szok zimny. Nieoczekiwanie 2-min. szok zimny 2 godziny po pięciu rundach MC spowodował znaczne zmniejszenie pamięci 3-h (Rysunek 1B). Efekt ten nie jest specyficzny dla szczepu w 1118, ponieważ identyczny spadek pamięci wykryto u much Canton S (Rysunek 1B). Dlatego pamięć wywołana przez pięć rund MC nie daje wyłącznie ARM, ale raczej komponenty pamięci wrażliwe i niewrażliwe na szok zimny. Wynika z tego, że skonsolidowana pamięć po MC nie jest taka sama, jak ta po pojedynczej rundzie treningu. Nic dziwnego, biorąc pod uwagę kinetykę pamięci długoterminowej wrażliwej na syntezę białek (LTM) [3], pięć rund warunkowania przestrzennego, paradygmat, w którym rundy treningowe są oddalone od siebie o piętnaście minut, co prowadzi do powstania LTM [2,3, 6], również dały skonsolidowany i labilny komponent pamięci 3 godziny po treningu (Rysunek 1C). Sugeruje to, że zarówno wspomnienia wywołane warunkowaniem zbiorowym, jak i przestrzennym składają się z labilnych składników nawet 3 godziny po treningu. Pamięć resztkowa utrzymująca się po leczeniu amnestycznym po treningu interwałowym to prawdopodobnie ARM, jak sugerowano wcześniej [3].

Czy skonsolidowane wspomnienia 2 godziny po kondycjonowaniu po jednej lub pięciu rundach MC są równoważne lub proporcjonalne do intensywności treningu? Aby bezpośrednio porównać poziomy pamięci, trenowaliśmy muchy jedną rundą lub pięcioma rundami MC i podaliśmy szok zimny 2 godziny później. Pamięć 3-h pięciu nieleczonych zwierząt wyszkolonych MC znacząco różniła się od pamięci muszek wytrenowanych w jednej rundzie (Rysunek 1D), co wskazuje, że intensywny trening MC prowadzi do solidniejszej pamięci trzygodzinnej. Jednakże wspomnienia odporne na szok termiczny nie różniły się znacząco, co sugeruje, że intensywność treningu nie ma wpływu na skonsolidowany komponent ARM. Powyższe obserwacje były także widoczne, gdy obliczono względną nieskonsolidowaną pamięć po szoku zimnem, co wykazało, że choć nie ma statystycznie istotnej różnicy między obydwoma paradygmatami, to średnia bezwzględna wartość pogorszenia pamięci jest wyższa niż ta uzyskana przez pięcio- okrągły MC (Rysunek 1E). Prawdopodobnie odzwierciedla to podwyższoną pamięć labilną uzyskaną przez MC.

Postawiliśmy hipotezę, że składnik wrażliwy na szok zimna po MC może odzwierciedlać konsolidację pamięci z powolną kinetyką. Dlatego też na 1 godzinę przed 24-godzinną oceną pamięci po MC zastosowano szok zimny, aby zbadać stabilność pamięci w tym momencie. Ten szok termiczny, który przeprowadzono przed testem, nie wpłynął na pamięć, ponieważ wyniki nie różniły się od wyników uzyskanych w przypadku podobnie wyszkolonych much, które nie zostały poddane leczeniu amnestycznemu (Rysunek 2A). Wynik ten pokazuje, że pamięć wywołana przez MC została skonsolidowana 23 godziny po treningu i potwierdza, że ​​leczenie szokiem zimnem generalnie nie wpływa na przypominanie. Z kolei szok zimny zastosowany 2 godziny po pięciorundowym MC spowodował znaczne zmniejszenie pamięci 24-h w porównaniu z pamięcią much lub zwierząt nie poddanych szokowi zimnemu, poddanych leczeniu amnestycznemu na 1 godzinę przed badaniem (Rysunek 2B) . Dlatego pamięć wywołana przez pięciorundowe MC zawiera znaczący składnik labilny 2 godziny po treningu, który po zablokowaniu znajduje odzwierciedlenie w upośledzonej węchowej pamięci skojarzeniowej. Łącznie wyniki te zdecydowanie sugerują, że pięciorundowe MC daje typ pamięci, który konsoliduje się powoli i jest labilny po 3 godzinach, podczas gdy ARM nie jest [3].

3. Dyskusja

Warunkowanie masowe (MC) w zadaniu warunkowania węchowego wzmocnionego ujemnie daje niezależną od tłumaczenia pamięć 24-h. Od 1995 r., kiedy po raz pierwszy opublikowano protokół, zakładano, że zmasowana pamięć uzyskana w wyniku warunkowania jest równoważna 3- h pamięci uzyskanej w wyniku pojedynczej rundy warunkowania i ujawnionej jako odporna na szok zimny 2 godziny po treningu . Pamięć 3-h ARM i {9}}h wywoływana przez MC są niezależne od syntezy białek [2,3] i według doniesień angażują standardowe składniki molekularne [3,4,12]. Jednak w przeciwieństwie do ARM, pięciorundowa pamięć wywołana MC nie jest odporna na leczenie amnestyczne 2 godziny po treningu (Rysunek 1E). Co więcej, leczenie amnestyczne 2 godziny po treningu prawie eliminuje 24-h pamięci zdarzenia, co dodatkowo potwierdza pogląd, że w przeciwieństwie do ARM, pamięć wywołana przez MC nie jest w tym czasie skonsolidowana.

Dlatego MC wywołuje odrębny typ wolno konsolidującej się pamięci, która pozostaje wrażliwa na amnestyczny szok zimny dwie godziny po kondycjonowaniu, w przeciwieństwie do pamięci odpornej na amnestyk, występującej dwie godziny po pojedynczej rundzie kondycjonowania. Twierdzimy zatem, że te dwie pamięci są odrębne i że pięciorundowe MC rzekomo nie daje samego ARM, ale także pamięci labilnej. Aby je rozróżnić, sugerujemy określenie pamięć niezależna od syntezy białek (PSIM) dla pamięci labilnej wywoływanej przez protokoły MC oraz ARM dla pamięci 3-h odpornej na szok termiczny po jednej rundzie treningu. Zbiorcze dowody przedstawione w niniejszym dokumencie zdecydowanie sugerują, że jedna runda treningowa wywołała ARM nie jest równoważna pamięci uzyskanej przez pięć rund i najprawdopodobniej dziesięć rund MC, które dają ARM i PSIM; dlatego też terminów nie należy używać zamiennie

Chociaż doniesiono, że w ARM funkcjonuje kilka genów i szlaków molekularnych, dowody potwierdzające ich udział pochodzą głównie z jednego z dwóch testów: albo pamięci 3-h po szoku zimnym (ARM), albo po MC, przy czym niewiele z nich przetestowano w obu testach [4,7,13] odkrywając podobne defekty. Jednakże w przypadku tych i innych, które zostały scharakteryzowane wyłącznie za pomocą protokołów MC, nie oceniono wpływu szoku zimnego 2 godziny po treningu na pamięć 24-h, zatem pozostaje otwartym pytanie, czy defekty w tych mutanty wynikają ze składnika ARM lub PSIM. Archetypowe mutanty, takie jak rzodkiewka z wyraźnymi deficytami ARM [12,14] nie zostały objęte naszą wiedzą na temat leczenia amnestycznego po MC, dlatego ich zgłoszony 24-h deficyt pamięci po 10-rundzie MC [3] , może również wiązać się z deficytem PSIM. Co więcej, interesujące byłoby zbadanie, czy PSIM ma wpływ na pamięć labilną upośledzoną u mutantów, takich jak osoby cierpiące na amnezję, czy też jest z nią porównywalny [15,16]. Wspólne składniki molekularne PSIM i innych typów pamięci labilnej sugerowałyby przynajmniej częściowo nakładające się mechanizmy molekularne, ale być może na tyle odrębne, aby rozróżnić te dwa procesy, co jest obecnie badaną hipotezą.

4. Materiały i metody

4.1. Kultura i szczepy Drosophila

Kantonizowane szczepy typu dzikiego w 1118 i Canton S hodowano w żywności zawierającej mąkę pszenną i cukier, jak opisano wcześniej [4] i hodowano w 12-godzinnym cyklu noc/ciemność, w temperaturze 25°C i przy wilgotności 50%.

4.2. Eksperymenty behawioralne

We wszystkich doświadczeniach, które przeprowadzono w temperaturze 25°C i wilgotności 55–65%, w przyćmionym czerwonym świetle, wykorzystano 2–4-dniowe muszki. Awersyjne kondycjonowanie węchowe wykorzystywało elektryczne wstrząsy stóp o napięciu 90 V jako bodźce bezwarunkowe (USA) w połączeniu z jednym z awersyjnych środków zapachowych 5% benzaldehydem (BNZ) lub 50% oktanolem (OCT) rozcieńczonym w mirystynianie izopropylu jako bodźce kondycjonowane (CS). Jeden cykl treningowy składał się z 12 par CS/US trwających 1,25 s z przerwą między bodźcami 4- s, po których następowało 30 s odpoczynku przed wystąpieniem kolejnego zapachu przy braku szoku. Każdy zapach był łączony z szokiem, podczas gdy drugi służył jako kontrola. Kondycjonowanie zbiorowe (MC) obejmowało pięć kolejnych cykli treningowych z 30-sekundowymi przerwami pomiędzy cyklami. Trening interwałowy był identyczny, z tą różnicą, że odstęp między cyklami wynosił 15 minut. Terapię szokiem zimnem zastosowano w sposób opisany wcześniej [4] 1 minutę, 2 lub 23 godziny po ostatniej rundzie treningowej, jak wskazano w każdym eksperymencie. Badanie pamięci polegało na jednoczesnym prezentowaniu obu zapachów przez 90 s, jak opisano [4]. Aby obliczyć ∆, różnicę między pamięcią labilną i skonsolidowaną, dwie grupy zwierząt trenowano jednocześnie w ramach jednej rundy treningu, a połowę poddano szokowi zimna, podczas gdy pozostałe nie. ∆ obliczono jako różnicę wydajności pomiędzy jednocześnie szkolonymi zwierzętami nietraktowanymi i zwierzętami poddanymi szokowi zimna. Podobną metodę zastosowano do obliczenia ∆ dla zwierząt trenowanych 5 rundami MC.

4.3. Analiza danych

Analizę surowych danych przeprowadzono za pomocą oprogramowania JMP7 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Porównania statystyczne przeprowadzono zgodnie z opisem w legendzie ryciny. Porównanie między dwiema grupami przeprowadzono za pomocą ANOVA i kolejnych porównań zaplanowanych w LSM lub, w przypadku różnych wariancji między grupami, niesparowanego parametrycznego testu t Welcha, gdy wariancje pomiarów były nierówne. Szczegóły statystyczne przedstawiono w Tabeli 1. Wykresy utworzono za pomocą oprogramowania GraphPad Prism 8.0.1 i przedstawiono średnie ± SEM.

Autorskie Wkłady

Konceptualizacja, AB i EMCS; metodologia: AB i EMCS; analiza formalna: AB; pisanie – przygotowanie projektu oryginalnego, AB; pisanie – recenzja i redakcja: EMCS; opieka: EMCS Wszyscy autorzy przeczytali i zgodzili się na opublikowaną wersję manuskryptu.
Finansowanie:

Badania te zostały wsparte grantem Fondation Santé dla EMCS.

Oświadczenie Instytucjonalnej Komisji Rewizyjnej:

Nie dotyczy.

Oświadczenie o świadomej zgodzie:

Nie dotyczy.

Oświadczenie o dostępności danych:

Wszystkie istotne dane przedstawiono w niniejszym manuskrypcie.

Podziękowanie:

Autorzy pragną podziękować M. Loizou za pomoc techniczną, Maroulakou za radę i Fondation Santé za wsparcie.

Konflikt interesów:

Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Bibliografia

1. Alberini, C.; Milekic, M.; Tronel, S. Mechanizmy stabilizacji i destabilizacji pamięci. Komórka Mol. Nauka życia. 2006, 63, 999–1008. [CrossRef] [PubMed]

2. DeZazzo, J.; Tully, T. Rozbiór powstawania pamięci: od farmakologii behawioralnej po genetykę molekularną. Trendy Neurosci. 1995, 18, 212–218. [Odniesienie]

3. Tully, T.; Preat, T.; Boynton, Karolina Południowa; Del Vecchio, M. Genetyczna sekcja skonsolidowanej pamięci u Drosophila. Komórka 1994, 79, 35–47. [Odniesienie]

4. Kotoula, V.; Moressis, A.; Semelidou, O.; Skoulakis, Sygnalizacja za pośrednictwem EMC Drk do kinazy Rho jest wymagana dla pamięci odpornej na znieczulenie u Drosophila. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 2017, 114, 10984–10989. [CrossRef] [PubMed]

5. Bouzaiane, E.; Trannoy, S.; Scheunemann, L.; Placais, Pensylwania; Preat, T. Dwa niezależne obwody wyjściowe korpusu grzyba odzyskują sześć dyskretnych składników pamięci awersyjnej Drosophila. Cell Rep. 2015, 11, 1280–1292. [CrossRef] [PubMed]

6. Margulies, C.; Tully, T.; Dubnau, J. Dekonstrukcja pamięci u Drosophila. Aktualny Biol. 2005, 15, R700–R713. [CrossRef] [PubMed]

7. Lee, Portugalia; Lin, HW; Chang, YH; Fu, TF; Dubnau, J.; Hirsh, J.; Chiang, A. SSobwód ciała grzyba erotycznego modulujący tworzenie pamięci odpornej na znieczulenie u Drosophila. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 2011, 108, 13794–13799. [CrossRef] [PubMed]

8. Noyes, N.; Walkinshaw, E.; Davis, R. Ras działa jako molekularny przełącznik między dwiema formami skonsolidowanej pamięci u Drosophila. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 2020, 117, 2133–2139. [CrossRef] [PubMed]

9. Tully, T.; Quinn, W. Klasyczne kondycjonowanie i zatrzymywanie u normalnej i zmutowanej Drosophila melanogaster. J. komp. Fizjol. 1985, 157, 263–277. [CrossRef] [PubMed]

10. Knapek, S.; Sigrist, S.; Tanimoto, H. Bruchpilot, białko strefy aktywnej synaptycznej dla pamięci odpornej na znieczulenie. J. Neurosci. 2011, 31, 3453–3458. [CrossRef] [PubMed]

11. Quinn, WG; Dudai, Y. Fazy pamięci u Drosophila. Natura 1976, 262, 576–577. [CrossRef] [PubMed]

12. Folkers, E.; Waddell, S.; Quinn, WG Gen rzodkiewki Drosophila koduje białko wymagane do pamięci odpornej na znieczulenie. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 2006, 103, 17496–17500. [CrossRef] [PubMed]

13. Drago, I.; Davis, RL Hamowanie mitochondrialnego Uniportera wapnia podczas rozwoju upośledza pamięć u dorosłych Drosophila. Cell Rep. 2016, 16, 2763–2776. [CrossRef] [PubMed]

14. Folkers, E.; Drenaż, P.; Quinn, WG Radish, mutant Drosophila z niedoborem pamięci skonsolidowanej. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 1993, 90, 8123–8127. [CrossRef] [PubMed]

15. Turrel, O.; Goguel, V.; Preat, T. Amnesiac jest wymagany w ciele dorosłego grzyba do tworzenia pamięci. J. Neurosci. 2018, 38, 9202–9214. [CrossRef] [PubMed]

16. Waddell, S.; Armstrong, JD; Kitamoto, T.; Kaiser, K.; Quinn, WG Produkt genu amnezji ulega ekspresji w dwóch neuronach w mózgu Drosophila, które są krytyczne dla pamięci. Komórka 2000, 103, 805–813. [Odniesienie]

For more information:1950477648nn@gmail.com