Forbedret objektgjenkjenningsminne ved bruk av post-encoding repeterende transkraniell magnetisk stimulering del 2

3. Resultater

Vi brukte ORT med en forsinkelse på {{0}} timer mellom prøvetakings- og testfasen for å vurdere effektiviteten til rTMS på minnet. Det var ingen forskjell i OFT-aktivitet og objektutforskningstider i prøvetakingen og testforsøket mellom SHAM v TMS (p > 0,05, fig. 1BD).

Hukommelse er en viktig del av livet, og hjelper oss med å registrere, huske og utlede tidligere erfaringer, og også påvirke våre beslutninger om fremtiden.

Hukommelse blir ofte sett på som en av manifestasjonene av menneskelig intelligens, og den kan endre seg i henhold til de ulike læringene og erfaringene som et individ møter. For de fleste har hukommelsen en tendens til å avta litt etter hvert som folk blir eldre, men dette kan forbedres gjennom konstant trening og trening.

Effektiviteten til minnet er også et veldig viktig aspekt. Effektiv hukommelse kan hjelpe oss bedre å forstå våre erfaringer og kunnskap, og bedre kommunisere med andre. Det kan også hjelpe oss å takle utfordringer og press bedre, og bli mer vellykket i læring og arbeid.

Derfor må vi lære å forbedre effektiviteten og styrken til hukommelsen vår. Dette inkluderer å utvikle gode hukommelsesvaner, som å etablere effektive notatmetoder og skape et effektivt minnemiljø. Vi kan også forbedre hukommelsen ved å engasjere oss i en sunn livsstil, som å få nok søvn og trene riktig.

Kort sagt, effektiviteten og styrken til hukommelsen er svært viktig for livene våre. Ved å bruke positive metoder og tilnærminger for å forbedre hukommelsen og effektiviteten vår, kan vi bedre takle våre daglige liv og mer vellykket oppnå våre personlige og profesjonelle mål. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale med mange unike effekter, hvorav en er å forbedre hukommelsen. Effekten av Cistanche kommer fra de ulike aktive ingrediensene den inneholder, inkludert garvesyre, polysakkarider, flavonoidglykosider, etc. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse på flere måter.

Klikk på Kjenn måter å forbedre hukommelsen på

I tillegg var det ingen skjevhet for objektplassering i anskaffelsesforsøket (p > {{0}}.05, data vises ikke). Musene som mottok TMS over 72- timer hadde en signifikant diskrimineringsindeks for det nye objektet (Enveis t-test t(9) ¼ 3.067, p ¼ 0,0134), mens SHAM-mus gjorde det ikke (Enveis t-test t(10) ¼ 0,705,p ¼ 0,496).

Ved å sammenligne de to diskrimineringsindeksene var TMS betydelig større enn SHAM (Student t-test t(19) ¼ 2.77,p ¼ 0.0122, Fig. 1E). I tillegg hadde bare gruppen som mottokTMS en signifikant t- Vi analyserte også forskjellen innenfor hver behandlingsgruppe for utforskning av det nye og kjente objektet og fant en signifikant forskjell mellom det utforskede objektet og behandlingen som ble gitt (Toveis gjentatte tiltak ANOVA F(1) ,19) ¼ 8,305, p ¼ 0,0096, hp2¼,304 Fig. 1F).

Post-hoc-analyse viste at TMS-gruppen hadde en signifikant økning i ny objektutforskning (p ¼ 0.0092), men ingen forskjell i SHAM-gruppen (p > 0,05), noe som indikerer at rTMS mellom læring og gjenfinning befestet minnet bedre.

Etter dette resultatet var vi interessert i å forstå de nevrobiologiske endringene assosiert med forbedret minneytelse hos mus som mottok rTMS. Vi brukte Western Blot for å analysere mengden av CREB, CAMKII og ERK og deres fosforylering ved å bruke Full homogenatet fra hippocampus og FC (fig. 2).

I hippocampus, totalt sett, var det en endring i mengden CREB (Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Fig. 2a). Post-hoc analyse avslørte at dette var avledet fra en økning i CREB i begge gruppene som gjorde atferdstesten, SHAM (p ¼ 0,048) og TMS (p ¼ 0,016) sammenlignet med KONTROLLgruppen.

Det var imidlertid fosforyleringen av CREB som så ut til å være påvirket utelukkende av rTMS i hippocampus(Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 11.813 p ¼ 0.00 1, hp2¼.645 Fig. 2a), viste aspost-hoc-analyse at musene som mottok rTMS hadde signifikant høyere nivåer av pCREB enn KONTROLL (p¼ 0,001) og SHAM-gruppen (p¼ 0,041).

I tillegg fant vi en effekt på nivåene av pCAMKII (Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, Fig. 2d), der det ligner på pCREB post-hoc testing viste at rTMS økte mengden pCAMKII sammenlignet med KONTROLLgruppen (p ¼ 0.027). I frontal cortex så det ut til at fosforyleringen av CREB var påvirket av rTMS (One-Way ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, fig. 2b).

Post-hoc-analyse viste at musene som mottok rTMS hadde signifikant høyere nivåer av pCREB enn KONTROLLgruppen (p ¼ 0.002)/Det var også en effekt på pCAMKII i FC ( Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, Fig. 2e), men posthoc analyse viste at det var uavhengig av behandlingen som både SHAM (p ¼ 0,016) og TMS(0,035)-gruppene hadde økt pCAMKII sammenlignet med CONTROL-gruppen.

I FC skyldtes den økte pCAMKII økt fosforylering av eksisterende CAMKII, ettersom andelen pCAMKII til CAMKII også ble økt med atferdstesten (One-WayANOVA F(2,15) ¼ 7.387 p ¼ 0.{{11 }}07, hp2¼.532, fig. 2e). Post-hoc-testing viste at både SHAM (p ¼ 0,026) og TMS (0,010) hadde en betydelig større andel enn KONTROLL. I både hippocampus og FC så vi ingen signifikante endringer i ERK eller dets fosforylering etter rTMS.

Vi brukte Western Blot på de synaptiske homogenatene fra hippocampus og FC for å bestemme effekten av rTMS på forskjellige synaptiske reseptorer involvert i læring og hukommelse.

Vi undersøkte endringen i AMPA-reseptorunderenhetene GluR1 og GluR2, så vel som BDNF-reseptoren TrkB. I hippocampus var det en forskjell i nivåene av GluR2 (Welch Test F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, Fig. 3g) og pGluR2 (Enveis ANOVA F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp2¼,461, fig.

Post-hoc-analyse viste at SHAM-mus hadde mindre GLUR2 enn KONTROLLENE (Games-Howell p ¼ 0.022) og musene som mottok rTMS-behandling hadde betydelig høyere nivåer av bådeGluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) og pGluR2 (p < 0.05) enn SHAM-musene. I hippocampus fant vi også endringer i pTrKB(Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 8.449 p ¼ 0.005, hp2¼.585, Fig. 3J).

Aspost-hoc-testing viste at både SHAM-musene (p ¼ 0.008) og TMS-musene (p ¼ 0,013) hadde mindre pTRKb enn CONTROL, det antyder at denne effekten var relatert til atferdstesten og uavhengig av behandling .

Denne effekten skyldtes også en endring i andelen totalTrkB som ble fosforylert (Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 8.882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, Fig. 3J), både SHAM (p ¼ 0,042) og TMS (p ¼ 0,004) var signifikant lavere enn KONTROLL.

Den eneste effekten på GluR1 ble funnet i FC der det var en endring i andelen GluR1 fosforylert på S845-stedet, pGluR1(845) (Enveis ANOVA F(2,15) ¼ 4,170 p ¼ 0,040 , hp2¼.391, Fig. 3e), men ikke S831-stedet.

Post-hoc-analyse viste at det var en reduksjon etter rTMS sammenlignet med KONTROLLER (p ¼ 0.038). Det var ingen endring i GluR2-reseptorer i FC, men vi fant en effekt på nivåene av TrkB (Enveis ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼,712, Fig. 3K) og pTrkB (Welch TestF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, Fig. ).

Post-hoc-analyse viste at denne effekten bare skyldtes en økning i nivåer etter rTMS-behandling sammenlignet med kontroller for både TrkB (p ¼ 0.001) og pTrKB(Games-Howell p ¼ 0,037) .

Siden det ikke var noen forskjell i andelen pTrKb til TrkB (Fig. 3K), antyder dette at i motsetning til i hippocampus, var endringen i pTrkB et resultat av den totale økningen i TrKB.

Til slutt undersøkte vi effekten av rTMS-stimulering på å øke og opprettholde synaptiske forbindelser i områder av hjernen som er involvert i ORT. Vi brukte immunhistokjemi for å bestemme kolokaliserte presynaptiske (SV2A) og postsynaptiske (PSD95) puncta for å indikere andelen aktive, tilkoblede synapser i disse områdene.

Totalt sett var det endring i antall kolokaliserte synapser i CA1-regionen av hippocampus (OneWay ANOVA F(2,16) ¼ 4.231 p ¼ 0.038, hp2¼.377, Fig. 4a ), EC(Enveis ANOVA F(2,16) ¼ 4.658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, Fig. 4c) og PC-en (Enveis ANOVA F(2,16) ¼ 7.895 , p ¼ 0,006, hp2¼.548, fig. 4d).

Både i CA1-regionen og PC-en var det økt kolokalisering i TMS-gruppen til CONTROL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), men i EC var det en økning fra CONTROL i både SHAM (p ¼ 0,047) og TMS (p ¼ 0,022) gruppene, noe som tyder på en samlet effekt av atferdstesten i denne regionen med liten effekt av behandlingen. Vi så ingen vesentlige endringer i FC.

4. Diskusjon

Resultatene våre viser at rTMS hvis det gis mellom koding og henting, forbedrer hukommelsen i ORT hos mus. Disse resultatene gjenspeiler menneskelige studier som har vist en lignende effekt av post-encodingrTMS eller andre former for ikke-invasiv hjernestimulering, som forbedrer hukommelsen [2,3].

Overveiende gnagerstudier har fokusert på forhåndskoding av rTMS for å forbedre hukommelsen i fortiden [29e32], derfor har de nevrobiologiske mekanismene for konsolideringsmålrettet rTMS, selv om det for spesifikk hukommelsesforbedring er mer effektivt enn andre stimuleringstidspunkter [1], ikke blitt undersøkt.

En indikator på vedvarende LTM er dannelsen av sterke, stabile synaptiske forbindelser. I både PC og CA1 hadde bare musene som hadde rTMS økte synaptiske forbindelser sammenlignet med CONTROL-musene, mens SHAM-musene ikke hadde det.

PC-en og dorsal CA1 er viktige i objektgjenkjenningsminne gjennom distinkte mekanismer [33]. Mens PC-en er involvert i gjenkjennelsen av objekter basert på deres nyhet eller kjennskap, er hippocampus involvert i å kode den spesifikke objektinformasjonen fra sensoriske stimuli inn i minnet [33e35]. Siden begge regionene hadde forhøyede synaptiske forbindelser i rTMS-musene, som hadde forbedret hukommelse, antyder dette at stimuleringen opprettholdt begge de viktige forbindelsene i disse områdene som koder for både objektinformasjon og fortrolighet.

En av de mest slående biologiske endringene vi observerte var økningen i uttrykket av GluR2 ved synapsen til hippocampus etter at rTMS-behandling forbedret hukommelsen sammenlignet med en reduksjon i SHAM-musene.

Dette var i motsetning til svært liten endring i GluR1-uttrykk. Tidligere studier har vist at GluR2-reseptorer er viktige for LTM-lagring, og fjerning avGluR2-reseptorer fra synapsen er involvert i å glemme [36]. I motsetning til dette forhindrer blokkering av GluR2-endocytose å glemme ineksperimentelle innstillinger [37].

Det har bare vært noen få studier som har vist motstridende bevis på effekten av rTMS på GluR2-reseptorer [26,38,39]. Vi tror resultatene våre viser en unik effekt ettersom rTMS ble paret med læringsoppgaven som resulterte i glemsel og tap av GluR2-reseptorer i SHAM-musene.

Vi har derfor for første gang vist at rTMS kan fremme stabiliteten til GluR2-reseptorer ved synapsen om objektgjenkjenningsoppgaven, som som vist i tidligere litteratur er viktig for å opprettholde et minne [36,37].

Interessant nok i FC var rTMS assosiert med en økning i TrKB og fosforylering av TrKB, mens i hippocampus reduserte minneoppgaven pTrkB-uttrykk. Kinetikken til TrkB ved synapsen er avhengig av mange faktorer, da TrkB kan internaliseres ved synapsen når BDNF binder seg [40].

Imidlertid resulterer lengre aktiveringsperioder av BDNF i en stabil oppregulering av TrkB, mens forbigående BDNF øker TrkB bare midlertidig [41]. Derfor kan det forskjellige uttrykket av FC og hippocampus TrkB være en indikasjon på de regionspesifikke effektene av BDNF.

I hippocampus kan TrkB-internalisering ha skjedd i både SHAM- og TMS-musene som svar på atferdstesten, ettersom gjennomføring av testfasen kan ha forårsaket et visst nivå av rekonsolideringslæringshendelse i begge disse gruppene, noe som ville ha aktivert en kort BDNF-respons [42e44 ]. Mens tidligere studier i FC har vist direkte økninger i BDNF fra rTMS[18e20], kan den vedvarende økningen i BDNF fra stimuleringen over de tre dagene ha fremmet oppreguleringen og translokasjonen av TrkB til synapsen [41].

I tillegg ville ikke effekten av atferdstesten som forårsaker TrkB-internalisering ha skjedd i FC slik den gjorde i hippocampus, siden FC ikke er involvert i gjenkjennelsesminne [45e47]. Dette ble også demonstrert i vår studie ettersom det ikke var noen endring i synaptiske forbindelser i denne regionen. Fremtidige studier bør utforske rTMS versus atferdstesteffekter mer detaljert for å bestemme denne eksakte mekanismen.

Fra resultatene våre ser det ut til å være en sterk sammenheng mellom CREB og forbedret minneytelse hos musene som mottok TMS. Totalt sett så vi forhøyede nivåer av CREB og dets fosforylering i både hippocampus og FC. Dette resultatet kan relateres til tidligere forskning som også har vist evnen til rTMS til å øke CREB-uttrykk og dets fosforylering [20,21].

Økt pCREB er viktig for den transkripsjonelle aktiviteten som er nødvendig for å konvertere korttidshukommelsen til en stabil LTM [48e50] og blokkering av CREB forhindrer konsolidering av minnet i timene etter læringshendelsen [51]. Derfor, på konsolideringsstadiet, ville det være viktig om rTMS kunne øke pCREB. Rollen til den langvarige aktiveringen av CREB er imidlertid mindre klar.

Denne studien viser at fosforylering av CREB var assosiert med forbedret hukommelse og derfor kan være viktig i den forbedrede hukommelsesytelsen vi så hos rTMS-behandlede mus.

CREB-aktivering kan komme fra mange synaptiske veier. Dessverre bestemte denne studien ikke den nøyaktige veien som ville resultere i forhøyet pCREB. Fosforyleringen av CAMKII ble økt i både hippocampus og FC, noe som kunne forårsake økt CREB-fosforylering [9e11].

Ettersom rTMS endrer Ca2þ-nivåer i nevroner [18], kan denne aktiveringen av CAMKII ha gitt en direkte vei for å aktivere CREB, i tillegg har CAMKII-aktivering blitt direkte knyttet til GluR2-aktivitet [52].

Imidlertid hadde SHAM-musene i FC også forhøyet CAMKII, men ikke CREB ellerGluR2. Den synaptiske fargingen avslørte at hippocampus spiller en større rolle i objektgjenkjenningsminnet enn FC, så det kan være andre regulatoriske veier involvert som støttet aktiveringen av CREB fra CAMKII etter rTMS i hippocampus og ikke FC. Fra denne studien er det vanskelig å skille om forbedringene fra rTMS utelukkende skyldtes stimuleringen gitt 3 hpost-koding eller stimuleringene gitt innenfor 72-h.

Enkeltkonsoliderende stimuli er effektive for å forbedre hukommelsen i menneskelige forsøk [3], men i gnagerstudier er konsekvent reaktivering av hukommelsesveier avgjørende for LTM-vedlikehold [17].

I tillegg, fra resultatene i denne studien, kan vi ikke identifisere om den forbedrede hukommelsen eller de nevrobiokjemiske endringene var et resultat av at rTMS-stimuleringen under konsolideringsfasen forbedret minnekonsolideringen eller om det var en sekundær mekanisme som endret gjenfinningen av minnet uavhengig av konsolidering.

Resultatene fra denne studien viser både kortsiktige endringer i fosforyleringen av proteiner som trengs fra synaptisk konsolidering og langsiktige endringer til stabile synaptiske forbindelser som trengs for vedlikehold av minne. Derfor vil det være viktig for fremtidige studier å sammenligne effekten av forskjellige stimuleringstidspunkter og kontrollgrupper for ikke-probeforsøk for å bestemme de eksakte mekanismene.

5. Konklusjon

Sammen antyder resultatene at ved å fremme større synaptiskGluR2 og forhindre endocytose, samt opprettholde synaptiske forbindelser i PC-en og hippocampus CA1, kan rTMS forbedre minnet i objektgjenkjenningstesten.

Vi fant bevis på at disse endringene muligens var knyttet til CAMKII- og CREB-veier i hippocampale nevroner. Disse resultatene stivner ytterligere og leverer rTMS i konsolideringsfasen for LTM og endre synaptisk plastisitet, noe som kan ha større implikasjoner i det kliniske nevromodulasjonsfeltet, ikke bare for å forbedre hukommelsen, men også i tilfeller der større oppbevaring av informasjon er fordelaktig, for eksempel psykoterapi [53].

Fremtidige studier kan bruke lignende metoder for å sammenligne konsolidering og vedlikeholdsstimulering for direkte å bestemme den molekylære mekanismen som bidrar til effekten, samt avgjøre om denne effekten kan forlenges med forlenget vedlikehold rTMS.

CRediT forfatterbidragserklæring

AM Heath: konseptualisering, formell analyse, etterforskning, skrive det originale utkastet. M. Brewer: Etterforskning. J. Yesavage: Supervision, Writing e review & editing. MW McNerney: Tilsyn, ressurser, anskaffelse av finansiering, skriving av e-gjennomgang og redigering.

Anerkjennelser

Forfatterne vil gjerne takke Dr. Eugenia Poh for å ha gitt hennes figur til bruk i manuskriptet. Forfatterne vil også gjerne Ass. Prof. Jennifer Roger for å gi den tilpassede TMS-en som ble brukt i denne studien.

Dette arbeidet ble støttet av Department of Veteran's Affairs [tilskuddsnummer 5IK2BX004105-2]. Informasjonen i dette dokumentet representerer ikke synspunktene til USAs regjering, Department of Veteran's Affairs eller StanfordUniversity School of Medicine.

Referanser

[1] Yeh N, Rose NS. Hvordan kan transkraniell magnetisk stimulering brukes til å modulere episodisk minne?: En systematisk gjennomgang og metaanalyse. FrontPsychol 2019;10:993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Forbedring av minneytelse med rTMS hos friske personer og individer med mild kognitiv svikt: rollen til høyre dorsolateral prefrontal cortex. Front Hum Neurosci 2012;6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Censor N, Mishoe J, Cohen LG. Årsaksrollen til prefrontal cortex i styrking av episodiske minner gjennom rekonsolidering. Curr Biol2013;23:2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Stimulering av det bakre kortikale-hippocampus-nettverket øker presisjonen til minnet. Curr Biol 2017;27:465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Vedvarende langtidsminnelagring krever en sen proteinsyntese og BDNF-avhengig fase i hippocampus. Neuron 2007;53:261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturelle komponenter av synaptisk plastisitet og minnekonsolidering. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015;7:a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. Om rollen til hippocampus proteinsyntese i konsolidering og konsolidering av objektgjenkjenningsminne. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. En enkel rolle for BDNF i læring og hukommelse? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W, et al. CaMKII-mediert CREB-fosforylering er involvert i Ca(2þ)-indusert BDNF mRNA-transkripsjon og nevrittutvekst fremmet av elektrisk stimulering. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalering fra synapse til kjerne: postsynaptisk CREB-fosforylering under flere former for hippocampus synaptisk plastisitet. Neuron 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Plastisitetsspesifikk fosforylering av CaMKII, MAP-kinaser og CREB under sen-LTP i rottehippocampale skiver in vitro. Neuropharmacology 2005;49:477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC, et al. Mekanisme for Ca2þ/calmodulin-avhengig kinase II-regulering av AMPAreseptorport. Nat Neurosci 2011;14:727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com