Wytrzymałość czasowa korzyści wywołanych wysiłkiem fizycznym w zakresie pamięci zależnej od hipokampa i plastyczności synaptycznej u samic myszy Część 3

3.4. Poziom BDNF w hipokampie nie jest podwyższony po pobraniu OLM

Sygnalizacja BDNF jest kluczowym mechanizmem leżącym u podstaw poprawy plastyczności synaptycznej hipokampa i uczenia się poprzez ćwiczenia (Cotman i in., 2007; Intlekofer i in., 2013; S. Vaynmanet in., 2004; SS Vaynman i in., 2006). Dlatego badamy ekspresję mRNA Bdnf w hipokampie podczas pobierania, 1 godzinę po teście behawioralnym. Zdecydowaliśmy się ocenić poziom BDNF w tym momencie z dwóch głównych powodów.

Hipokamp jest ważną strukturą neuronową w mózgu, która odgrywa kluczową rolę w procesie zapamiętywania i uczenia się. Plastyczność synaptyczna hipokampa odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że połączenia między neuronami mogą się zmieniać w zależności od aktywności między neuronami. Ta plastyczność jest kluczowym czynnikiem w procesach zapamiętywania i uczenia się w mózgu.

W ostatnich latach coraz większa liczba badań wykazała ścisły związek między plastycznością synaptyczną hipokampa a pamięcią. W szczególności, gdy zdobywana jest nowa wiedza, połączenia między neuronami zmieniają się, tworząc nowe połączenia synaptyczne. Te nowe połączenia prowadzą do zmian w sieciach neuronowych, które poprawiają zdolności pamięci. Plastyczność synaptyczna hipokampa leży zatem u podstaw wymaganego przechowywania pamięci długotrwałej.

Ponadto badania wykazały, że istnieje związek między plastycznością synaptyczną hipokampa a chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona. Choroby te powodują utratę połączeń między neuronami, wpływając na pamięć i zdolność uczenia się. Dlatego zrozumienie plastyczności synaptycznej hipokampa ma ważne implikacje dla zapobiegania i leczenia tych schorzeń neurodegeneracyjnych.

Podsumowując, plastyczność synaptyczna hipokampa jest ważnym zjawiskiem neuronowym ściśle związanym z pamięcią. Zrozumienie tego ma kluczowe znaczenie dla wspierania rozwoju pamięci i zdolności uczenia się, a także zapobiegania i leczenia chorób neurodegeneracyjnych. Powinniśmy zwracać większą uwagę na plastyczność synaptyczną hipokampa i ją badać, aby promować rozwój nauki o mózgu i leczenia chorób neurologicznych. Widać, że musimy poprawić naszą pamięć. Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola to tradycyjny chiński materiał leczniczy o wielu unikalnych efektach, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność mięsa mielonego wynika z różnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasów, polisacharydów, flawonoidów itp. Składniki te mogą na różne sposoby promować zdrowie mózgu.

Kliknij Poznaj suplementy poprawiające pamięć

Po pierwsze, ten okres po odzyskaniu obejmuje regulację w górę kilku bezpośrednich wczesnych genów (IEG) w hipokampie grzbietowym (Keiser i in., 2017). Po drugie, biorąc pod uwagę nowe umiejscowienie obiektu podczas sesji testowej, może również nastąpić nowa nauka. Zatem 1 godzina po uczeniu się stanowi część okna konsolidacyjnego obejmującego konsolidację komórkową i stabilizację śladu pamięciowego (McGaugh, 2000), podczas którego IEG kluczowe dla konsolidacji są silnie zwiększone (np. Lonergan i in., 2010; Radulovic i in. , 1998).

Po trzecie, nową lokalizację obiektów można włączyć do poprzedniego śladu pamięciowego poprzez rekonsolidację, a nie nowe uczenie się (Kwapis i in., 2020). BDNF jest niezbędny do ponownej konsolidacji (Radiske i in., 2015), a poziomy białka BDNF są znacząco podwyższone w ciągu 3–4 godzin po pobraniu (Radiske i in., 2015, Radiske i in., 2017). Zatem regulacja w górę mRNA Bdnf może nastąpić we wcześniejszym punkcie czasowym. Wspólnie doszliśmy do wniosku, że 1 godzina po pobraniu najlepiej uchwyci zmiany w ekspresji BDNF.

U myszy gen Bdnf składa się z wspólnego egzonu kodującego 3′ (ekson IX) i ośmiu eksonów niekodujących 5′ (ekson I-VIII) (Aid i in., 2007). Każdy niekodujący ekson 5′ jest przyłączany do wspólnego egzonu 3′ w celu wygenerowania wielu transkryptów Bdnf (Aid i in., 2007), czyniąc ekson IX markerem całkowitych transkryptów Bdnf. Ćwiczenia selektywnie regulują także eksony I, IV i VI poziomu pokampa Bdnf (Baj i in., 2012; Intlekofer i in., 2013; Sleiman i in., 2016); dlatego oceniliśmy hipokampową ekspresję tych eksonów Bdnf.

Różne schematy ćwiczeń nie wpływają w różny sposób na ekspresję hipokampa eksonu XI Bdnf (ryc. 4D; jednokierunkowa ANOVA, F (3,25)=0.18, p=0.90), eksonu I ( Ryc. 4A; jednokierunkowa ANOVA, F(3,26)=0.90, p=0.45), ekson IV (ryc. 4B; jednokierunkowa ANOVA, F (3,26 )=0.03, p=0.99), orekson VI (ryc. 4C; jednokierunkowa ANOVA, F (3,26)=0.57, p {{30} }.63).

4. Dyskusja

W niniejszym badaniu zbadano wpływ ćwiczeń na uczenie się zależne od hipokampa i plastyczność synaptyczną u samic myszy. Ustaliliśmy, że dobrowolny okres ćwiczeń wynoszący 14 minut uniemożliwia uczenie się i tworzenie pamięci długotrwałej w warunkach podprogowych zadania OLM zależnego od hipokampa. Po początkowym wysiłku, 7-dniowe opóźnienie w prowadzeniu siedzącego trybu życia spowodowało zmniejszoną wydajność, co zostało ponownie złagodzone, gdy zwierzęta otrzymały 2 dni ćwiczeń reaktywujących po opóźnieniu w trybie siedzącym.

Samice myszy wykazywały zwiększoną aktywność biegową w fazie rui w porównaniu z fazą diestrusu i nie zaobserwowano żadnego wpływu fazy rujowej na wydajność OLM. Na poziomie synaptycznym ćwiczenia ułatwiły LTP w regionie CA1 hipokampa, które utrzymywało się przez cały okres opóźnienia w pozycji siedzącej i po sesji ćwiczeń reaktywujących.

Ocena ekspresji Bdnf w hipokampie po testach behawioralnych nie ujawnia różnic między grupami. Łącznie nasze badanie dostarcza dowodów na to, że dobrowolne ćwiczenia mogą angażować i utrzymywać korzyści z uczenia się i neuroplastyczności wywołane ćwiczeniami u kobiet.

Nasze dane dostarczają dowodów na uczenie się wzmocnione ćwiczeniami u samic myszy, co jest zgodne z wcześniejszymi raportami wykazującymi zdolność ćwiczeń do poprawy wydajności samic w krótkotrwałej fazie zależnej od hipokampa (Kim i in., 2010; Marosi i in., 2012; Siette i in., 2013) oraz zadania pamięci długotrwałej (Aguiar i in., 2011; Harburger i in., 2007; Kim i in., 2010; Marlatt i in., 2012; Marosi i in., 2012 ;Van Praag, Christie i in., 1999). Większość badań oceniających wpływ ćwiczeń na uczenie się zależne od hipokampa u samic gryzoni wskazuje na dłuższy czas trwania ćwiczeń, który może wynosić od 6 tygodni do 8 miesięcy (patrz Barha i in., 2017; Uysal i in., 2014).

Dlatego nasze dane sugerują, że krótszy czas trwania ćwiczeń, na przykład 2 tygodnie (14d), wystarczy, aby uzyskać trwałe korzyści w zakresie uczenia się i pamięci u kobiet. Jest to zgodne z naszym wcześniejszym badaniem na samcach myszy (Butler i in., 2019), które również wykazało, że 2 tygodnie dobrowolnych ćwiczeń stanowią próg uczenia się wspomaganego ćwiczeniami, podczas gdy sam 1 tydzień lub 2 dni ćwiczeń nie powoduje poprawy funkcji poznawczych. W naszym badaniu nie sprawdzaliśmy wpływu ćwiczeń trwających 1 tydzień lub 2 dni na funkcje poznawcze u kobiet, dlatego istnieje możliwość, że jeszcze krótszy czas trwania ćwiczeń może zapoczątkować korzyści poznawcze u kobiet. Oprócz korzyści wynikających z początkowej dobrowolnej sesji ćwiczeń trwającej 14 dni, nie zaobserwowano poprawy wydajności pamięci u zwierząt, które przeszły 7-dniowy siedzący tryb życia po wysiłku.

Jednakże ćwiczenia reaktywujące a2D po opóźnieniu w siedzącym trybie życia ponownie ułatwiły uczenie się, co sugeruje, że korzyści poznawcze wywołane ćwiczeniami mogą się utrzymać i utrzymywać przez cały okres opóźnienia w siedzącym trybie życia oraz mogą zostać ponownie aktywowane poprzez ponowne wystawienie zwierząt na krótszy czas trwania ćwiczeń. Jest to podobne do ustaleń z badania Butler i wsp., 2019 na samcach myszy, co wykazało, że sesja ćwiczeń reaktywujących 2D może ponownie ułatwić uczenie się po 7D opóźnieniu w wyniku siedzącego trybu życia. W przyszłych badaniach konieczne będzie sprawdzenie, czy same ćwiczenia 2d, bez początkowej sesji ćwiczeń, mogą przynieść korzyści w zakresie funkcji poznawczych.

Co więcej, Butler i in., 2019 wykazali również, że po 14 dniach opóźnienia w siedzącym trybie życia nie obserwuje się ponownego zaangażowania korzyści wywołanych wysiłkiem fizycznym, proponując hipotezę, że ćwiczenia inicjują „okno pamięci czasowej”, podczas którego kolejna podprogowa sesja ćwiczeń może wykorzystać ustaloną adaptację neuronalną. poprzez początkowe ćwiczenia ułatwiające naukę. W naszym badaniu nie badaliśmy dalej, czy 2 dni ćwiczeń reaktywujących mogą w dalszym ciągu ponownie zwiększyć korzyści płynące z ćwiczeń po 14 dniach opóźnienia w prowadzeniu siedzącego trybu życia po ćwiczeniach u kobiet.

Dlatego w przyszłych badaniach można będzie wykorzystać dłuższy siedzący tryb życia, aby zbadać zakres tego „okna pamięci czasowej” u kobiet. Łącznie nasze odkrycia wskazują, że 14 dni dobrowolnych ćwiczeń może ułatwić tworzenie pamięci długotrwałej w warunkach podprogowych zadania OLM zależnego od hipokampa, a korzyści te utrzymują się przez cały 7 dzień w przypadku siedzącego trybu życia i mogą zostać ponownie włączone przez 2 dni ćwiczeń reaktywujących.

Nasze dane wskazują również na podobną aktywność biegową we wszystkich fazach cyklu rujowego, przy znacznym wzroście całkowitego dystansu biegu podczas rui w stosunku do diestrusu. U samic gryzoni cykl rujowy składa się z fazy folikularnej (zwanej metestrusem i diestrusem), podczas której poziom estradiolu stopniowo wzrasta. Szczytowy poziom estradiolu występuje, gdy zwierzęta znajdują się w fazie przedowulacyjnej (tzw. proestrus), po czym następuje gwałtowny wzrost progesteronu, gdy zwierzęta wchodzą w fazę rui, podczas której zwierzęta są podatne na zmiany behawioralne (Becker i in., 2017; Becker i Koob, 2016; Nilsson i in. in., 2015).

Te hormonalne oscylacje powodują codzienną zmienność aktywności fizycznej. Poprzednie raporty wykazały zmienność w zaangażowaniu w ćwiczenia w całym cyklu rujowym, przy czym najwyższa aktywność podczas biegania występowała w fazie proestrus, kiedy poziom estrogenów osiąga szczyt (Aguiar i in., 2018; Anantharaman-Barr i Decombaz, 1989; Manzanares i in., 2018). u szczurów po wycięciu jajników codzienne bieganie na kołach jest znacznie zmniejszone i przywracane po zastąpieniu estrogenem, co sugeruje rolę estrogenu w modulowaniu wydajności wysiłkowej u samic (Berchtold i in., 2001). Dlatego nasze ustalenia wskazujące na zwiększoną pracę kół podczas rui są niezgodne z tymi doniesieniami, biorąc pod uwagę niski poziom estradiolu w fazie rui (Nilsson i in., 2015). Nasze dane są jednak zgodne z innymi badaniami, w których zaobserwowano zwiększoną pracę kół w fazie rui (Dixon i in., 2003; Eckel i in., 2000). Wcześniejsze badanie Steinera i in. (1981) wskazuje, że koło szczytowe bieganie miało miejsce w nocy pomiędzy proestrusem a rują, co sugeruje specyficzny moment, w którym zwierzęta wykazywały podwyższoną aktywność, a nie efekt pojedynczej fazy rui.

Dlatego niespójne wyniki mogą wynikać ze zmienności punktów czasowych badania rui pomiędzy badaniami. W tym badaniu ocenę rui przeprowadzono, gdy zwierzęta znajdowały się w fazie jasnej (10:00 ± 1 godz.). Biorąc pod uwagę, że myszy są bardziej aktywne w nocy, a przejście między etapami rui może nastąpić szybko, nasze dane cytologiczne mogą nie uchwycić tego przejścia w fazie ciemnej, a zatem nie w pełni odzwierciedlają aktywność biegową w ciągu 24 godzin. W związku z tym przyszłe badania będą mogły ocenić fazę rujową zwierząt bliższą lub w trakcie fazy ciemnej, kiedy aktywność zwierząt osiąga kulminację i najlepiej odzwierciedla codzienną wydajność ćwiczeń.

Wahania poziomu estradiolu modulują fizjologię hipokampa u kobiet. W trakcie cyklu rujowego morfologia dendrytów i gęstość kręgosłupa piramidalnych neuronów CA1 są różne, przy czym gęstość kręgosłupa jest najwyższa w okresie proestrus (González-Burgos i in., 2005; Gould i in., 1990; Kato i in., 2013; Prange-Kiel i in., 2008; Woolley i in., 1990; Woolley i McEwen, 1992). Zmiany w gęstości synaptycznej hipokampa zależą od syntezy estradiolu w hipokampie (Prange-Kiel i in., 2009), która dodatnio koreluje z poziomem estradiolu w osoczu podczas cyklu rujowego (Kato i in., 2013). Proestrus jest również powiązany ze wzmocnionym LTP w neuronach CA1 w odpowiedzi na dodatkowe bodźce Schaffera (Biet in., 2001; Good i in., 1999; Warren i in., 1995), w czym mogą pośredniczyć zmiany niewrażliwości na glutaminian i GABA (Hamson i in., 2016).

Łącznie dane te dostarczają informacji o roli endogennego estradiolu w modulowaniu aktywności sieci hipokampa (Hamson i in., 2016), co może wyjaśniać różne zachowania behawioralne w całym cyklu rujowym, gdy poziomy estrogenów się zmieniają (Triviño-Paredes i in., 2016; Walf i in. , 2006; Warren i Juraska, 1997). W naszym badaniu, korelując etapy rujowe w dniu nabycia lub testu z wynikami OLM w grupach leczonych, nie zaobserwowaliśmy znaczącego wpływu wydajności OLM estruzonu. Biorąc pod uwagę, że wielkość naszej próby jest niewielka, a liczba myszy w określonej fazie rui była przypadkowa, przyszłe badania mogą poprawić moc statystyczną poprzez zwiększenie wielkości próby, aby uwzględnić wiele zwierząt w każdej fazie rui w momencie pozyskiwania i badania.

Uczenie się angażuje dynamiczne zdarzenia neuronowe, aby ułatwić komunikację neuronalną w synapsie w procesie zwanym długotrwałym wzmocnieniem (LTP). Dlatego indukcja i utrzymanie LTP w hipokampie ma kluczowe znaczenie dla uczenia się i konsolidacji pamięci (Elgersma i Silva, 1999; MA Lynch, 2004; Pastalkova i in., 2006). Poprzednie badania wykazały, że wzmożone LTP w hipokampie jest powiązane z poprawą funkcji poznawczych (np. Keizer i in., 2021; Kwapis i in., 2018; Tang i in., 1999). Zgodnie z tymi badaniami nasze ustalenia pokazują, że 14 dni dobrowolnych ćwiczeń wzmocniło LTP w podpolu CA1 hipokampu w porównaniu z kontrolą siedzącego trybu życia, co odpowiada naszym odkryciom behawioralnym dotyczącym zwiększonego tworzenia pamięci długotrwałej w warunkach akwizycji podprogowej podczas ćwiczeń.

Liczba badań dotyczących plastyczności synaptycznej za pośrednictwem ćwiczeń w regionie CA1 jest niewielka, zwłaszcza u kobiet, i często dostarcza sprzecznych wyników. U samców gryzoni ćwiczenia odwracają zaburzenia LTP w CA1 spowodowane stresem (Dahlin i in., 2019), brakiem snu (Zagaar i in., 2012, Zagaar i in., 2013) oraz w mysich modelach choroby Alzheimera (Dao i in. ., 2013, Dao i in., 2015). U samic ćwiczenia również osłabiają zaburzenia LTP u szczurów pozbawionych snu (Saadati i in., 2014, 2015). Jednakże w tych badaniach ćwiczenia u zdrowych osób kontrolnych nie wzmacniają dalej CA1 LTP w porównaniu z grupą kontrolną prowadzącą siedzący tryb życia, co sugeruje, że ćwiczenia wywierają jedynie ułatwiony LTP w regionie CA1 w nieprawidłowych warunkach. W przeciwieństwie do tych doniesień i zgodnie z naszymi ustaleniami, ostatnie badania na samcach gryzoni wykazały zwiększoną aktywność CA1 LTP u zdrowych zwierząt po wysiłku fizycznym w porównaniu z siedzącym trybem życia (D'Arcangelo i in., 2017; Ivy i in., 2020; Tsai i in., 2018). ). Biorąc pod uwagę rozbieżność między tymi badaniami, zmienność rodzaju, długości i intensywności paradygmatów ćwiczeń może mieć wpływ na różne wyniki.

Na przykład w wielu z tych badań wykorzystuje się ćwiczenia wymuszone (Dao i in., 2013, 2015; D'Arcangelo i in., 2017; Saadati i in., 2015; Tsai i in., 2018; Zagaar i in., 2012, Zagaar i in., 2013) z różnymi protokołami, podczas gdy tylko w kilku badaniach zastosowano dobrowolne bieganie na kołach (Ivy i in., 2020; Saadati i in., 2014) z różnym czasem trwania ćwiczeń. Pod warunkiem, że ćwiczenia dobrowolne i wymuszone nie są równoważne pod względem ich działania metodologii, a zatem mogą w różny sposób modulować neurogenezę hipokampa, czynniki neurotroficzne, markery plastyczności synaptycznej i zachowanie (Barha i in., 2017; Leasure & Jones, 2008), konieczne staje się, aby przyszłe badania nad ćwiczeniami były bardziej jednorodne pod względem protokołów ćwiczeń, aby umożliwić dla porównywalnych wyników.

Oprócz tego różnice w wieku i obciążeniu zwierząt doświadczalnych mogą również sugerować różną ilość ćwiczeń wymaganych do uzyskania określonych korzyści płynących z ćwiczeń, co dodatkowo przyczynia się do dynamicznej regulacji korzyści wynikających z ćwiczeń. W sumie nasze badanie jako pierwsze wykazało, że 2 tygodnie dobrowolnych ćwiczeń rzeczywiście mogą ułatwić LTP w regionie CA1 hipokampa u samic myszy.

Oprócz zdolności ćwiczeń do zwiększania plastyczności synaptycznej w podpolu CA1 hipokampa, wykazujemy również utrzymywanie się wzmocnienia LTP po zaprzestaniu ćwiczeń, ustanawiając pierwszy dowód na czasową trwałość korzyści wywołanych wysiłkiem na neuroplastyczność u kobiet. Odkrycie długotrwałego wzmocnienia LTP jest zaskakujące, biorąc pod uwagę zmniejszoną wydajność OLM po siedzącym trybie opóźnienia. Biorąc pod uwagę, że nasz protokół stymulacji składa się z 5 impulsów theta i wykazano, że indukuje stabilne wzmocnienie u myszy prowadzących siedzący tryb życia (Acharya i in., 2019; Keizer i in., 2021; Kwapis i in., 2018; Vogel-Ciernia i in., 2013 ; White i in., 2016), stymulacja podprogowa może składać się z 3 impulsów theta (López i in., 2016), które mogą dokładniej naśladować aktywność hipokampa w warunkach akwizycji podprogowej, może być w stanie uchwycić brak wysiłku fizycznego indukowane korzyści na poziomach synaptycznych podczas siedzącego trybu opóźnienia.

Warto zauważyć, że LTP rejestrowano z tkanek hipokampa zebranych 1 h po nabyciu podprogowego OLM, podczas którego produkty związane z plastycznością synaptyczną ulegają zwiększeniu (Carulli i in., 2011; Irvine i in., 2006; Wang i Peng, 2016), co może zrekompensować redukcję i/lub utratę czynników wymaganych do wzmocnienia LTP, które występują podczas siedzącego trybu życia. Dlatego nagrania LTP od myszy, które nie przeszły przez podprogową akwizycję OLM, mogą dać wyniki bardziej zgodne z naszymi danymi behawioralnymi. Niemniej jednak utrzymywanie się zwiększonego LTP u samic myszy podczas siedzącego trybu życia w stosunku do kontroli sugeruje utrzymanie korzyści w zakresie funkcji synaptycznych wynikających z początkowych ćwiczeń.

Ćwiczenia indukują hipokampową ekspresję neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF), aby ułatwić neuroplastyczność i uczenie się (Cotman i in., 2007; Cotman i Engesser-Cesar, 2002; Loprinzi i Frith, 2018; S. Vaynman i in., 2004) . Sygnalizacja BDNF sprzyja zmianom strukturalno-synaptycznym, które z kolei modulują transmisję synaptyczną i LTP (Kramár i in., 2004; Lu i Chow, 1999; Soulé i in., 2006). Ekspresja BDNF jest kluczowa dla tworzenia pamięci długotrwałej (Bekinschtein i in., 2008; Lubin, 2011), a indukcja BDNF jest wymagana do poprawy funkcji poznawczych poprzez ćwiczenia (Gomez-Pinilla i in., 2008; Intlekofer i in., 2013). Łącznie BDNF stanowi potencjalny mechanizm leżący u podstaw utrzymania korzyści wywołanych ćwiczeniami u kobiet. Ku naszemu zdziwieniu ekspresja mRNA Bdnf z tkanki hipokampa zebranej 1 godzinę po teście OLM nie różniła się istotnie między warunkami ćwiczeń a kontrolą siedzącego trybu życia, co sprawia, że ​​nasze ustalenia są niespójne z innymi raportami, które pokazują znaczną indukcję mRNA Bdnf hipokampa po dobrowolnych ćwiczeniach u kobiet (Berchtold i in. , 2001; Gallego i in., 2015; Uysal i in., 2014).

Nasze ustalenia dotyczące LTP wzmocnionego wysiłkiem fizycznym pomimo braku regulacji w górę Bdnf w hipokampie są zgodne z wynikami Titterness i wsp. (2011), którzy dostarczają dowodów na to, że ćwiczenia mogą wzmacniać DG LTP u samców szczurów i zmniejszać próg indukcji DG LTP u samic brak regulacji w górę BDNF. Ocena przebiegu w czasie mRNA Bdnf po dobrowolnych ćwiczeniach u samców szczurów ujawnia selektywne zwiększenie ekspresji eksonów Bdnf dopiero po 1. i 28. dniu wysiłku, ale nie po 14. dniu wysiłku (Adlard i in., 2004), co jest zgodne z naszą obserwacją braku zmian w Ekspresja mRNA Bdnf w hipokampie po ćwiczeniach 14dof u samic myszy. Donoszono, że poziom białka w hipokampie BDNF u samców szczurów wzrasta po 7 dniach wysiłku i powraca do wartości wyjściowych po 14 dniach wysiłku (Adlardet al., 2005). W przypadku długotrwałych ćwiczeń obserwuje się podwyższony poziom dojrzałego BDNF po 8 miesiącach dobrowolnych ćwiczeń (Marlatt i in., 2012), ale nie po 5 miesiącach ćwiczeń (Venezia i in., 2016).

Chociaż w naszym badaniu nie sprawdzaliśmy poziomów białka BDNF w hipokampie, nasze dane, wraz z wyżej wymienionymi badaniami, sugerują, że trwała regulacja w górę BDNF może nie być wymagana do utrzymania korzyści płynących z ćwiczeń, co dodatkowo wspiera dynamiczne mechanizmy leżące u podstaw korzyści wywołanych wysiłkiem fizycznym. Warto również zauważyć, że tkankę hipokampu pobrano w celu oznaczenia ilościowego Bdnf podczas odzyskiwania pamięci, w teście OLM. Brak regulacji w górę BDNF pomiędzy grupami może wynikać z Bdnf indukowanego uczeniem się (Hall i in., 2000). Ten punkt czasowy reprezentuje również 2 dzień po zakończeniu harmonogramu ćwiczeń, zatem podwyższone poziomy Bdnf mogły powrócić do wartości wyjściowych po zaprzestaniu ćwiczeń przez zwierzęta. Przyszłe badania mogą ocenić przebieg czasowy ekspresji BDNF w hipokampie samicy po ćwiczeniach, co pomoże nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób korzyści wywołane ćwiczeniami utrzymują się w czasie.

Według naszej wiedzy jest to pierwsze badanie oceniające czasową dynamikę ćwiczeń na neuroplastyczność i funkcje poznawcze u samic myszy. Dane te przyczyniają się do hipotezy o „oknie pamięci molekularnej” korzyści wywołanych ćwiczeniami, ustalonym przez próg ćwiczeń, podczas którego korzyści w zakresie neuroplastyczności i funkcji poznawczych są utrzymywane i gotowe do reaktywacji przez przyszłe bodźce ćwiczeń. Nasze dane sugerują również, że korzyści wywołane ćwiczeniami i leżące u ich podstaw mechanizmy mogą się różnić w zależności od odrębnych podregionów hipokampa. Biorąc pod uwagę rosnącą liczbę dowodów podkreślających udział regulacji epigenetycznej w plastyczności synaptycznej i poznaniu za pośrednictwem ćwiczeń (Fernandes i in., 2017; Intlekofer i in., 2013; Keizer i Wood, 2019), korzyści wywołane ćwiczeniami mogą zostać zapoczątkowane i utrzymane przez mechanizmy epigenetyczne. Dlatego też konieczna jest dodatkowa praca, aby zrozumieć, w jaki sposób ćwiczenia modulują i utrzymują korzyści poznawcze u obu płci. Obejmuje to zbadanie zakresu „okna pamięci molekularnej” podczas ćwiczeń u kobiet i leżących u ich podstaw mechanizmów u obu płci w celu opracowania schematów ćwiczeń optymalnie korzystnych dla zdrowia mózgu.

Materiał uzupełniający

Dodatkowe materiały można znaleźć w wersji internetowej w serwisie PubMed Central.

Podziękowanie:

Praca ta została wsparta środkami finansowymi Narodowego Instytutu Zdrowia (R01 DA047981/NIDA NIHHHS/Stany Zjednoczone, R01 DA047981/NIDA NIH HHS/Stany Zjednoczone, R01 NS083801/NINDS NIH HHS/Stany Zjednoczone, R01 AG051807/NIA NIH HHS/Stany Zjednoczone , R01 DA047441/NIDA NIH HHS/Stany Zjednoczone, R21AG067613/NIA NIH HHS/Stany Zjednoczone, F32 AG071209/NIA NIH HHS/Stany Zjednoczone, NSF GRFP

Dziękujemy wszystkim członkom Laboratorium Wooda za dyskusje naukowe i pomoc techniczną. Ponadto pragniemy podziękować członkom laboratorium Cotman za dyskusje naukowe.

Odniesienie:

1.Acharya MM, Baulch JE, Klein PM, Baddour AAD, Apodaca LA, Kramár EA, Alikhani L, GarciaC, Angulo MC, Batra RS, Fallgren CM, Borak TB, Stark CEL, Wood MA, Britten RA, Soltesz I,& Limoli CL (2019). Nowe obawy dotyczące funkcji neurokognitywnych podczas ekspozycji w głębokiej przestrzeni kosmicznej na chroniczne promieniowanie neutronowe o niskiej dawce. ENeuro, 6(4), ENEURO.0094-19.2019.

2.Adlard PA, Perreau VM i Cotman CW (2005). Wywołana wysiłkiem ekspresja BDNF w hipokampie zmienia się w zależności od długości życia. Neurobiologia starzenia się, 26 (4), 511–520. 10.1016/J.NEUROBIOLAGING.2004.05.006 [PubMed: 15653179]

3.Adlard PA, Perreau VM, Engesser-Cesar C i Cotman CW (2004). Przebieg czasowy indukcji mRNA i białka czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego w hipokampie szczura po dobrowolnym wysiłku fizycznym. Listy neurologiczne, 363 (1), 43–48. 10.1016/J.NEET.2004.03.058 [PubMed:15157993]

4.Adler NT i Zoloth SR (1970). Zachowania kopulacyjne mogą hamować ciążę u samic szczurów. Nauka, 168 (3938), 1480–1482. 10.1126/SCIENCE.168.3938.1480 [PubMed: 5445942]

5.Aguiar AS, Castro AA, Moreira EL, Glaser V, Santos ARS, Tasca CI, Latini A i Prediger RDS (2011). Krótkie ataki ćwiczeń fizycznych o umiarkowanej intensywności poprawiają uczenie się przestrzenne i pamięć u starzejących się szczurów: zaangażowanie plastyczności hipokampa poprzez sygnalizację AKT, CREB i BDNF. Mechanisms of Aging and Development, 132(11–12), 560–567. 10.1016/J.MAD.2011.09.005[PubMed: 21983475]

6.Aguiar AS, Speck AE, Amaral IM, Canas PM i Cunha RA (2018). Różnica płci w ćwiczeniach i wpływ cyklu rujowego na wydajność ćwiczeń u myszy. Raporty naukowe 2018 8:1, 8(1), 1–8.10.1038/s41598-018-29050-0.

7.Aid T, Kazantseva A, Piirsoo M, Palm K i Timmusk T (2007). Ponowna analiza struktury i ekspresji genu BDNF u myszy i szczurów. Journal of Neuroscience Research, 85 (3), 525–535. 10.1002/JNR.21139[PubMed: 17149751]

8. Ajayi AF i Akhigbe RE (2020). Etapowanie cyklu rujowego i indukcja rui u gryzoni eksperymentalnych: aktualizacja. Badania i praktyka w zakresie płodności 2020 6:1, 6(1), 1–15. 10.1186/S40738-020-00074-3.

9. Alomari MA, Khabour OF, Alzoubi KH i Alzubi MA (2013). Wymuszone i dobrowolne ćwiczenia w równym stopniu poprawiają pamięć przestrzenną i poziom BDNF w hipokampie. Badania mózgu behawioralnego, 247, 34–39. 10.1016/J.BBR.2013.03.007 [PubMed: 23499703]

10.Anantharaman-Barr HG i Decombaz J (1989). Wpływ jazdy na kołach i cyklu rujowego na wydatek energetyczny u samic szczurów. Fizjologia i zachowanie, 46(2), 259–263.10.1016/0031-9384(89)90265-5 [PubMed: 2602468]

For more information:1950477648nn@gmail.com