Zróżnicowane skutki krótkotrwałego wzbogacenia środowiska po izolacji społecznej szczurów, część 3

Aktywność neuronalna

Określiliśmy ilościowo liczbę komórek c-Fos+ w każdym interesującym regionie, wzięliśmy średnią arytmetyczną dla każdego zwierzęcia i dokonaliśmy porównań na poziomie grupy (ryc. 6). Badane skrawki uzyskano na podobnych poziomach rostra-ogonowych (od -3,0 do -3,6 od punktu Bregma; Paxinos i Watson, 2006), aby zminimalizować wpływ zmienności topograficznej na aktywność neuronalną.

Neurony są najbardziej podstawowymi jednostkami neuronalnymi w mózgu i odgrywają kluczową rolę w organizmie człowieka. Aktywność neuronów odgrywa kluczową rolę w ludzkiej pamięci, myśleniu, podejmowaniu decyzji i stanie świadomości. Poniżej zagłębimy się w związek pomiędzy aktywnością neuronową a pamięcią.

Po pierwsze, wpływ aktywności neuronów w mózgu na pamięć można zaobserwować poprzez połączenia synaptyczne neuronów. Pomiędzy neuronami mogą powstać tysiące połączeń synaptycznych, a połączenia te są ważnymi drogami przekazywania informacji w mózgu. Kiedy neuron jest aktywowany, uwalniane są neuroprzekaźniki, które wpływają na stan aktywności sąsiadujących neuronów. Te połączenia synaptyczne można wzmocnić poprzez ciągłe używanie, poprawiając w ten sposób zatrzymywanie i odzyskiwanie pamięci.

Po drugie, aktywność neuronalną można podzielić na dwie kategorie: pobudzenie i hamowanie. Kiedy neurony są wzbudzone, generowane przez nie sygnały elektryczne mogą rozprzestrzeniać się do sąsiednich neuronów, wzmacniając aktywność pobudzającą neuronu. Ta stymulująca aktywność jest ważna dla poprawy zatrzymywania i odtwarzania pamięci, ponieważ pomaga ludziom lepiej zapamiętywać i rozumieć informacje. Natomiast gdy neurony są hamowane, wytwarzane przez nie sygnały elektryczne tłumią aktywność sąsiadujących neuronów, osłabiając w ten sposób zdolność mózgu do przetwarzania informacji. Dlatego powinniśmy starać się unikać niektórych niezdrowych nawyków i środowiska, takich jak nadmierne picie i brak snu. Te nawyki mogą zakłócać aktywność neuronów oraz utrudniać uczenie się i zapamiętywanie.

Wreszcie powinniśmy stawić czoła wyzwaniom życia z optymistycznym nastawieniem. Dzieje się tak, ponieważ optymistyczny stan emocjonalny może promować połączenia między neuronami i dodatkowo wzmacniać pamięć. Wręcz przeciwnie, negatywne stany emocjonalne mogą zakłócać połączenia między neuronami, powodując, że ludzka pamięć staje się bardziej krucha.

Krótko mówiąc, aktywność neuronów jest ściśle powiązana z pamięcią. Wzmacniając połączenia synaptyczne między neuronami, utrzymując aktywność pobudzającą neuronów, unikając niezdrowych nawyków i środowiska oraz zachowując optymistyczne nastawienie, możemy stale doskonalić naszą pamięć i osiągać większe sukcesy w nauce i życiu. Widać, że musimy poprawić pamięć, a Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola to tradycyjny chiński materiał leczniczy, który ma wiele unikalnych efektów, 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 10 sposobów na poprawę pamięci

Jak pokazano na reprezentatywnych przedstawieniach znakowania immunologicznego c-Fos (ryc. 6), odkryliśmy, że liczba komórek c-Fos+ w RSC była znacząco różna dla ciągłego SI (M= 2356.5, SD=438.4 ) i zwierzęta z SI do EE (M=3443.7, SD=856.3; t (10)=2.77, p=0.02, d {{17 }}.6, test t dla próbek niezależnych; rys. 7). Podobnie w ChRL ciągłe zwierzęta SI (M=739.7, SD=201.4) miały znacząco niższą liczbę komórek c-Fos+ w porównaniu z grupą eksperymentalną (M=2398.3, SD=1070,6; t (10)=3,73, p=0,004,d=2,15, test t dla próbek niezależnych; rys. 7).

Nie zaobserwowano takiej różnicy w LA (ciągłySI: M=823,6, SD=225,6 vs. SI do EE: M=957, SD =584,4; t (8)=0.48, p=0.647, test t dla próbek niezależnych;ryc. 7) lub BL (ciągły SI: M=588.2, SD {{16 }}.5 vs.SI do EE: M=1176.4, SD=677.7; t (8)=1.66, p=0.136, niezależne test t próbek; rys. 7).

Dyskusja

Pokazujemy, że krótki EE po 30 dniach izolacji społecznej przyniósł odwrotne skutki w postaci zachowań przypominających depresję i lęk. W porównaniu z grupą kontrolną, zwierzęta przełączone z SI na EE wykazywały zwiększoną rozpacz behawioralną w FST. Natomiast w tej samej grupie po 5 dniach wzbogacania stwierdziliśmy znaczny efekt przeciwlękowy.

W skrócie, zwierzęta wzbogacone po SI wykazywały lepszą wydajność pamięci pracy przestrzennej podczas pierwszych 2 dni WYYM w porównaniu z grupą otrzymującą ciągły SI, co wskazuje na szybsze uczenie się. Krótkie wzbogacenie było związane ze zmianami w poziomach aktywności neuronalnej w korze pozaśledzianowej i okołonosowej. Zwierzęta z SI do EE miały znacząco większą liczbę komórek c-Fos+ w tych obszarach korowych w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi.

Powtarzając wcześniejsze badania stwierdzające spadek masy ciała w EE (Harati i in., 2011; Moncek i in., 2004; Zaias i in., 2008), masa ciała zwierząt z SI do EE znacznie spadła po wzbogaceniu. Kontrastuje to z innymi pracami, w których nie stwierdzono wpływu przewlekłego (Glueck i in., 2017; Grimmet in., 2016, 2018) lub krótkotrwałego wzbogacenia (Beale i in., 2011) na masę ciała.

Koło jezdne umieszczone w klatce wzbogacającej (Augustsson i in., 2002; Harati i in., 2011; Steinet al., 2016) oraz początkowe krótkotrwałe zahamowanie karmienia obserwowane u zwierząt trzymanych w parach po izolacji (Lopak i Eikelboom, 2000; O „Connor i Eikelboom, 2000; Weisinger i in., 1989) mogli wyjaśnić tę różnicę.

Długoterminowa izolacja nie zmienia spożycia pokarmu (Hellemans i in., 2004) ani masy ciała (Fone i Porkess, 2008). Nie zaobserwowano takiej zmiany masy ciała u zwierząt z ciągłym SI.

Należy zauważyć, że rozpacz behawioralna obserwowana w grupie od SI do EE nie była odzwierciedleniem zmian w różnicach metabolicznych, ponieważ ogólna aktywność lokomotoryczna w OFT nie różniła się pomiędzy grupami. Odkrycie to jest godne uwagi, biorąc pod uwagę, że przewlekłe lub podprzewlekłe MS mogą same w sobie służyć jako model depresji u gryzoni (Djordjevic i in., 2015; Stanisavljević i in., 2019).

Natomiast istnieją sprzeczne wyniki dotyczące wpływu EE na rozpacz behawioralną. Niektóre badania nie wykazały znaczącego efektu (Cui i in., 2006; Simpsonet al., 2012), podczas gdy inne wykazały zwiększoną mobilność w fazie testowej FST, co wskazuje na działanie przeciwdepresyjne (Brenes i in., 2008; Cui i in., 2006 ;Porsolt i in., 1977).

Jednym z powodów depresyjnego działania krótkiego EE obserwowanego w naszym badaniu może być stres związany z nowością wywołany klatką wzbogacającą po stosunkowo długotrwałej izolacji przy minimalnej stymulacji środowiskowej (Hennessy i Foy, 1987; Miura i in., 2002). Zjawisko obserwowane również u ludzi: stres nowości był powiązany ze zmianami w poziomach synaptykmonoamin i podwyższoną aktywnością osi HPA (Miuraet al., 2002). Jednakże depresyjnemu działaniu krótkiego EE w naszym badaniu towarzyszył znaczny efekt przeciwlękowy obserwowany w EPM (ryc. 4).

Wzbogacenie środowiska może również działać jako stresor społeczny, wywołując stres związany z zatłoczeniem, szczególnie u maleratów, które nie znają się nawzajem (Brown i Grunberg, 1995).

Należy zauważyć, że osiem zwierząt z grupy od SI do EE pierwotnie pochodziło z czterech różnych klatek domowych, przez co większość pozostałych zwierząt w klatce EE była nieznajoma. Stłoczenie, podobnie jak stres izolacyjny, jest skorelowane z podwyższonym poziomem hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) i kortykosteronu (CORT) w osoczu (Dronjak i in., 2004).

Pomimo tych potencjalnych zmian, krótkie wzbogacenie tego badania spowodowało głęboki efekt przeciwlękowy, jak zaobserwowano w większości wcześniejszych badań (Galani i in., 2007; Haratiet in., 2013; Leal-Galicia i in., 2008; Leal-Galicia i in. .,2007; Peña i in., 2006; Sampedro-Piquero i in., 2014; ale zob. Goes i in., 2015; Mann i Gervais, 2011). Natomiast długoterminowa izolacja często prowadzi do efektu lękowego w EPM (Djordjevic i in., 2015; Hall, 1998), a także do innych wskaźników zachowań przypominających lęk (Spasojevic i in., 2007; Zlatković i in., 2014).

Podobnie jak w niniejszym badaniu, Ravenelle i in. (2013) wykazali, że szczury hodowane w celu wykazania wysokiego poziomu lęku i narażone na EE po odsadzeniu spędzały więcej czasu w otwartych ramionach EPM w porównaniu z zubożałymi szczurami o wysokim poziomie lęku.

Odkrycia te pokazują, że w przeciwieństwie do rozpaczy behawioralnej związek między warunkami życia (środowiskowymi) a lękiem jest prosty: wzrost wzbogacenia zmniejsza lęk (Benaroya-Milshtein i in., 2004; Ravenelle i in., 2014; Sampedro-Piquero i in., 2013 ). Zgodnie z obecnymi ustaleniami, inne krótkie eksperymenty EE wykazały działanie przeciwlękowe już po 2 tygodniach wzbogacenia (BrionesAranda i in., 2020). Długość i intensywność wzbogacania mogły być niewystarczające w kilku badaniach, w których nie odnotowano przeciwlękowego efektu wzbogacenia (patrz Goes i in., 2015; Simpson i Kelly, 2012). Klatka EE w bieżącym badaniu zawierała kołowrotek do dobrowolnych ćwiczeń, co dodatkowo zmniejsza zachowania lękowe w EPM (Binderet al., 2004; Burghardt i in., 2004).

Aby ocenić skutki poznawcze krótkiego wzbogacenia, wybraliśmy proste, ale wszechstronne zadanie pamięciowe, test spontanicznej przemiany WYM. Ta przestrzenna miara pamięci roboczej zależy od kilku struktur, w tym kory przedczołowej, hipokampu i podstawy przodomózgowia. Zubożone warunki mieszkaniowe i izolacja społeczna prowadzą do szeregu zmian w korze mózgowej związanych z plastycznością (Gregory i Szumlinski, 2008; Ieraci i in., 2016; Popa i in., 2020), którym towarzyszy upośledzenie zadań przestrzennej pamięci roboczej (Gregory i Szumlinski, 2008; Melendez i in., 2004).

W przeciwieństwie do tego wzbogacanie często daje odwrotny efekt na poziomie neuronalnym i behawioralnym (Sampedro-Piquero i in., 2013). Nasze odkrycia pokazują, że 5 dni wzbogacania było wystarczająco silne, aby zwiększyć wydajność przestrzennej pamięci roboczej po 30 dniach stresu SI. Różnica ta nie utrzymała się trzeciego dnia testu, kiedy obie grupy wykazały znaczne zmniejszenie opóźnienia w zlokalizowaniu właściwej platformy. Stresujący charakter ŚDM mógł przyczynić się do tych wyników.

Zadanie WYM, podobnie jak inne labirynty wodne, opiera się na wrodzonej motywacji zwierzęcia do ucieczki przed niekorzystnym stanem (tj. wodą). Różnice w poziomach lęku mogą wpływać na wydajność pamięci podczas pierwszych sesji, zanim zwierzęta dowiedzą się, że istnieje platforma ucieczki. Taki efekt różnicowy byłby przejściowy, ponieważ przeprowadzono sześć kolejnych prób dziennie, a zwierzęta, które nie były w stanie zlokalizować platformy w ciągu 60 sekund, były delikatnie prowadzone w jej stronę na końcu każdej próby.

Skorelowaliśmy te różne wyniki behawioralne z immunohistochemią c-Fos. Ponieważ szczytowy poziom ekspresji c-fosproteiny występuje około 90 minut przed perfuzją, różnice na poziomie grupy obserwowane w aktywności neuronalnej odzwierciedlają głównie różne warunki środowiskowe.

Jednak niektóre z tych różnic mogą wynikać z utrzymujących się długoterminowych zmian w obwodach neuronalnych spowodowanych krótkim EE i zróżnicowanymi skutkami późniejszych testów behawioralnych. Teoretycznie krótki EE mógł utworzyć nowe obwody i zmodyfikować stare w określonych regionach, co skutkowałoby różnicami w liczbie aktywnych neuronów w tych samych warunkach (Nikolaev i in., 2002; Zorzoet al., 2019). W naszym badaniu nie było możliwe wyizolowanie trwałych zmian w aktywności neuronów z przejściowych różnic odzwierciedlających aktywność około 90 minut przed perfuzją.

U zwierząt z SI do EE zarejestrowaliśmy znacznie więcej komórek Fos+ w korze retrosplenialnej, korze asocjacyjnej zaangażowanej w allocentryczną nawigację przestrzenną i pamięć, a także kilka innych funkcji (Hindley i in., 2014; Vann i Aggleton, 2002). Ponadto zwierzęta te miały więcej komórek c-Fos+ w korze okołonosowej, regionie korowym leżącym u podstaw rozpoznawania obiektów i pamięci skojarzeniowej (Samarthet al., 2017; Unal i in., 2012). Struktura ta, zapewniająca najgęstszy przewód doprowadzający kory śródwęchowej, jest również wymagana dla przestrzennej pamięci roboczej (Liu i Bilkey, 2001). Obydwa wyniki uzupełniają szybsze uczenie się obserwowane wśród zwierząt z SI do EE we wczesnej fazie WYM.

Nie było różnicy na poziomie grupy w znakowaniu immunologicznym c-Fos w jądrach bocznych i podstawno-bocznych ciała migdałowatego. Wcześniejsze badanie dotyczące immunoreaktywności FosB/DFosB w kompleksie podstawno-bocznym ciała migdałowatego (BLA) i przyśrodkowej korze przedczołowej (mPFC) po zmianie SI na EE (po 4 tygodnie) wykazało znacznie większe znakowanie immunologiczne w BLA izolowanych zwierząt i mPFC SI na EEanimals (Watanasriyakul i in., 2019). Większa liczba komórek c-Fos+ stwierdzona w korze zaśledzionowej i okołonosowej zwierząt z SI do EE w naszych odkryciach jest zgodna z wyżej wspomnianą obserwacją poczynioną w mPFC. Natomiast nie zaobserwowaliśmy znaczącej różnicy w LA lub BL. Jest prawdopodobne, że immunoreaktywność c-Fos obserwowana w ciele migdałowatym głównie odzwierciedla przejściowe zmiany w aktywności neuronalnej: neurony o wysokim poziomie odpalania około 90 minut przed perfuzją. Zatem zróżnicowane wyniki behawioralne obserwowane w FST i EPM nie korelują z utrzymującą się różnicą w aktywności neuronalnej.

Pomimo jego popularności w neurobiologii behawioralnej, toczy się poważna dyskusja na temat ważności FST jako gryzoniowego modelu depresji klinicznej. Jedna z linii krytyki traktuje bezruch w FST jako zachowanie adaptacyjne, a nie przejaw behawioralnej rozpaczy (Anyan i Amir, 2018; Borsini i in., 1986; Molendijk i de Kloet, 2015, 2019). Zgodnie z tym punktem widzenia zwiększona bezruch-2 FST w grupie SI do EE może nie wskazywać na behawioralną rozpacz; ale odzwierciedlają lepszą adaptację behawioralną (lub naukę) grupy krótko wzbogaconej. Nie można całkowicie wykluczyć tej możliwości (szczegółowe badanie teorii adaptacji behawioralnej w FST można znaleźć w Unal i Canbeyli, 2019). Jeśli jednak zwiększony brak ruchu w grupie eksperymentalnej wynikałby wyłącznie z ich zwiększonej zdolności adaptacyjnej, prawdopodobnie znalazłoby to odzwierciedlenie w ich ogólnych wynikach WYM. FST-2 przeprowadzono z czterema dniami wzbogacania, podczas gdy ostatnia sesja WYM zrobione po spędzeniu 10 dni w klatce EE. Jest zatem prawdopodobne, że większość, jeśli nie cała, różnica w bezruchu w FST odzwierciedla różnice w przetwarzaniu afektywnym na poziomie grupy.

Jednym z ograniczeń niniejszego badania było wykorzystanie wyłącznie samców szczurów. Szczury laboratoryjne różnych szczepów, podobnie jak ludzie, wykazują różnice płciowe pod względem podatności na stany lękowe i różne objawy depresyjne, takie jak anhedonia (Unal i Moustafa, 2021). Jeśli chodzi o większość badań neurobiologicznych z wykorzystaniem modeli gryzoni, to ograniczenia techniczne utrudniają uogólnianie naszych ustaleń. Kolejnym ograniczeniem był brak pomiarów hormonu stresu. Nasz projekt ograniczał się do behawioralnych pomiarów stresu i oceny ex vivo ostatniej aktywności neuronów przy użyciu immunohistochemii c-Fos.

Ogólnie rzecz biorąc, wykazaliśmy, że krótka procedura EE wystarczyła, aby wywołać znaczny efekt przeciwlękowy po SIstres. Co zaskakujące, spowodowało to odwrotny skutek w postaci behawioralnej rozpaczy. Zwierzęta z SI do EE wykazywały znacząco wyższy bezruch w fazie testowej FST, podczas gdy ciągłe SI miało względne działanie przeciwdepresyjne. Krótki okres wzbogacania był wystarczający do przyspieszenia wydajności przestrzennej pamięci roboczej we wczesnej fazie WYM. Znacząco wyższa ekspresja białka c-Fos w korze pozaśledzianowej i okołonosowej zwierząt z SI do EE uzupełnia tę obserwację. Ponieważ izolacja społeczna przestała być stosowana jako model laboratoryjny i stała się zwyczajną częścią życia codziennego wraz z pandemią-19 (Unal, 2021), uwagę zwróciło wzbogacenie środowiska jako potencjalny, możliwy do przetłumaczenia paradygmat przeciwko izolacji człowieka (Davim i in., 2020; Rojas-Carvajal i in., 2021). Nasze wyniki ujawniły zróżnicowany wpływ na zachowania depresyjne i lękowe związane ze wzbogaceniem po stosunkowo długotrwałej izolacji. Wskazuje to, że w przeciwieństwie do efektów poznawczych, afektywne konsekwencje przejścia ze stanu zubożonego do wzbogaconego nie są proste. Ważnym pytaniem jest, czy te ustalenia odnoszą się do ludzi, którzy są narażeni na stosunkowo wzbogacone warunki po długotrwałej izolacji społecznej.

Podziękowania Autorzy dziękują Aybenizowi Ece Çetinowi za opracowanie immunohistochemii c-Fos oraz Cemowi Sevinçowi, Ege Kingirowi i Salihowi Çayırowi za analizy zliczania komórek. Badania te były finansowane z grantów EMBO (Grant instalacyjny dla GU) oraz Tureckiej Rady ds. Badań Naukowych i Technologicznych (nr projektu: 121K260).

Bibliografia

Alleva, E. i Santucci, D. (2001). Sytuacje stresowe psychospołeczne i „fizyczne” u gryzoni i ludzi: Rola neurotrofin. Fizjologia i zachowanie, 73 (3), 313–320.https://doi.org/10.1016/S0031-9384(01)00498-X

Anyan, J. i Amir, S. (2018). Zbyt przygnębiony, aby pływać lub zbyt przestraszony, aby się zatrzymać? Reinterpretacja testu wymuszonego pływania jako miary zachowań przypominających lęk. Neuropsychofarmakol. 43, 931–933.https://doi.org/10.1038/npp.2017.260

Ashokan, A., Hegde, A., Balasingham, A. i Mitra, R. (2018). Środowisko mieszkaniowe wpływa na związane ze stresem substraty hipokampa i zachowania przypominające depresję. Badania mózgu, 1683, 78–85.https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.01.021

Augustsson, H., Lindberg, L., Höglund, AU i Dahlborn, K. (2002). Interakcje człowiek-zwierzę i dobrostan zwierząt u szczurów trzymanych w konwencjonalnych i kojcach. Zwierzęta laboratoryjne, 36(3), 271–281.https://doi.org/10.1258/002367702320162388

Beale, KEL, Murphy, KG, Harrison, EK, Kerton, AJ, Ghatei, MA, Bloom, SR i Smith, KL (2011). Dokładny pomiar masy ciała i spożycia pokarmu u samców szczurów Wistar wzbogaconych środowiskowo. Otyłość, 19(8), 1715–1721.https://doi.org/10.1038/oby.2010.331

Bell, JA, Livesey, PJ i Meyer, JF (2009). Wzbogacanie środowiska wpływa na przeżywalność oraz usprawnia eksplorację i uczenie się, ale u starych szczurów powoduje zmienne reakcje na labirynt promieniowy. Developmental Psychobiology, 51(7), 564–578.https://doi.org/10.1002/dev.20394

For more information:1950477648nn@gmail.com