Reaktivering av Hippocampus-medierte minner under rekonsolidering for å forstyrre frykt, del 1

Minner lagres i hjernen når cellulære ensembler aktiveres under læring og reaktiveres under henting. Ved å bruke Tet-tag-systemet i mus, velmerker dorsal dentate gyrus-nevroner aktivert av positive, nøytrale eller negative erfaringer med kanalrodopsin-2.

Cellegrupper er de grunnleggende enhetene til ulike organer i menneskekroppen og er også svært samarbeidende og komplekse biologiske systemer. Cellegrupper spiller en svært viktig rolle i dannelsen av hukommelse.

Hukommelse er delt inn i korttidshukommelse og langtidshukommelse. Ulike typer minner krever forskjellige cellegrupper å lagre og behandle. Korttidshukommelsen er hovedsakelig lagret i nerveceller på overflaten av hjernebarken. I motsetning til dette krever langtidshukommelsen kontinuerlig styrking og styrking av forbindelser mellom nevroner og lagres til slutt i cellegrupper dypt i hjernebarken.

Mengden og kvaliteten på cellepopulasjoner spiller en avgjørende rolle for å forbedre hukommelsen. I livet kan vi aktivere og styrke hjernecellegrupper på mange måter, som å lese, lære språk, trene og leve dagliglivet.

I tillegg kan noen sunne livsstilsvaner, som å spise riktig, få nok søvn og unngå overdreven drikking og røyking, også bidra til å opprettholde helsen til cellegruppene, og dermed fremme hukommelsesforbedring.

Kort sagt er det et uatskillelig forhold mellom cellepopulasjoner og hukommelse. Vi bør aktivt dyrke og beskytte cellepopulasjonene våre for å holde hjernen sunn og fleksibel, og forbedre hukommelsen og kognitive evner. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche deserticola er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale som har mange unike effekter, hvorav en er å forbedre hukommelsen. Effekten av Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingrediensene den inneholder, inkludert garvesyre, polysakkarider, flavonoidglykosider, etc. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse gjennom en rekke forskjellige veier.

Klikk vet 10 måter å forbedre hukommelsen

Etter fryktkondisjonering er disse cellene kunstig reaaktivert under tilbakekalling av fryktminne. Optisk stimulering av et konkurrerende positivt minne er tilstrekkelig til å oppdatere minnet under rekonsolidering, og dermed redusere betinget frykt akutt og varig.

Dessuten viser mus operant respons for reaktivering av et positivt minne, og bekrefter dets givende egenskaper. Disse resultatene viser at forstyrrelser fra en givende opplevelse kan motvirke negative affektive tilstander.

Mens hukommelsesoppdatering, indusert av minnereaktivering, involverer et relativt lite sett med nevroner, finner vi også at aktivering av en stor populasjon av tilfeldig merkede dorsal dentate gyrus-nevroner er effektiv for å fremme rekonsolidering.

Viktigere, minneoppdatering er spesifikk for fryktminnet. Disse funnene impliserer den dorsal dentate gyrus som en potensiell terapeutisk node for modulering av minner for å undertrykke frykt.

Maladaptiv betinget frykt, forårsaket av dysregulerte fryktkretser, spiller en betydelig rolle i etiologien til angstlidelser som spesifikke fobier og posttraumatisk stresslidelse (PTSD).

PTSD kan utvikle seg hos personer som har opplevd en traumatisk hendelse og den mykner preget av vedvarende minner om traumet1. Følgelig har kontekstuell fryktkondisjonering (CFC), som er sterkt bevart på tvers av arter2, blitt brukt som en representativ modell hos dyr for å studere visse aspekter av PTSD, som fryktgeneralisering, overdrevne fryktresponser og forbedret stressreaktivitet3–5.
De mest brukte CFC-paradigmene involverer sammenkobling av en følelsesmessig nøytral betinget stimulus (CS) som en treningskontekst, med en aversiv ubetinget stimulus (US) som et fotsjokk som typisk fremkaller aktivitetsutbrudd som fører til betingede fryseresponser hos gnagere. Erfarne assosiasjoner dukker opp, og CS får aversive egenskaper som letter gjenfinning av det betingede fryktminnet i fravær av USA.

I gnagermodeller resulterer dette i en betinget fryktrespons ved gjeneksponering for konteksten som viser dette lærte forholdet6. Hos mennesker kan patologisk betinget frykt oppstå i flere tiår selv i fravær av den eksakte konteksten den traumatiske hendelsen fant sted i.

Selv om angstlidelser er ekstremt utbredt i befolkningen generelt, og mange individer opplever patologisk angst som en form for en overdreven frykttilstand, er det få måter å dempe maladaptiv betinget frykt på.

Rekonsolidering har imidlertid potensial som en terapeutisk mekanisme for å redusere Pavlovianfrykt7. Rekonsolideringsteori antyder at minner blir destabiliserte under tilbakekalling når de går inn i en forbigående form av formbarhet hvor de kan moduleres når det tar dem å restabiliseres7,8.

Til tross for den lange historien med eksperimentelle rekonsolideringsrelaterte intervensjoner ved bruk av en rekke farmakologiske midler, atferdsbehandlinger og stimuleringsprotokoller for å forstyrre eller forbedre hukommelsen9–11, har disse studiene gitt blandede resultater.
Først nylig har potensialet for å utvikle forbedrede rekonsolideringsbaserte behandlinger og nye intervensjoner blitt anerkjent12,13. Ikke desto mindre er de mest effektive terapiene for PTSD traumefokuserte, noe som betyr at behandlingen fokuserer på minnet om den traumatiske hendelsen14.

Minne antas å være lagret i de sparsomme aktivitetsmønstrene til nevronale populasjoner i et distribuert nettverk15–17, eller som WilderPenfield beskrev minne som "skrivingen som ble etterlatt hjernen ved bevisst opplevelse"18.

Vi refererer ofte til disse ensemblene, aktive under minnekoding, som minnespor eller engrammer19,20, og disse engrammene reaktiveres under henting17,21. Funn fra flere studier har vist at spesifikke minner, inkludert fryktminner, kan forstyrres ved hemming av assosierte engrams15,22–26. Spesielt er den dorsale dentate gyrus (dDG) i hippocampus viktig for å kode kontekstuelle fryktminner27–30 og har blitt implisert i patofysiologien til flere angstlidelser28,31.

Av spesiell relevans for PTSD kan kontekstuell informasjon, som inkluderer mer enn romlig informasjon, modulere frykt og sikkerhet4. Valens (f.eks. negative minner) kan betraktes som et aspekt av kontekst, som har potensial til å fremme overdrevne fryktresponser og fryktgeneralisering gjennom assosiasjoner dannet i hippocampus .

Viktigere, GD spiller også en rolle i disambiguating trauma-relatert og ikke-traumerelatert kontekstuell informasjon32,33 så vel som i ekstinksjonslæring34 og PTSD-pasienter viser svekkelser i begge3. Dessuten har vi tidligere vist at kunstig reaktivering av et positivt minne lagret i dDG kan akutt redde stressindusert, depresjonsrelatert atferd35.

Her foreslår vi en innovativ intervensjon basert på hypotesen om at bruk av optogenetikk for å kunstig reaktivere et tidligere dannet, dDG-mediert minne under rekonsolidering vil permanent endre og forstyrre det opprinnelige fryktminnet. Vi brukte Tet-tag-systemet36 for å merke dDG-neuroner aktivert ved eksponering for positive, nøytrale eller negative erfaringer med kanalrodopsin-2 (ChR2).

Mus ble deretter fryktkondisjonert og gitt en fryktminnegjenkallingstest der disse merkede nevronene ble optisk reaktivert. Vi antok at denne intervensjonen under rekonsolideringsvinduet ville oppdatere fryktminnet med attributter fra det konkurrerende engrammet, og dermed redusere atferdsuttrykket for betinget frykt.

Videre, siden vi tidligere har vist at stressindusert atferd kan reddes ved å optisk reaktivere dDG-celler som tidligere var aktive under en positiv opplevelse35 og andre har vist at positive følelser motvirker en undergruppe av ettervirkninger av negative følelser37, foreslo vi at denne effekten ville være mer uttalt når de konkurrerende engram ble assosiert med en positiv opplevelse sammenlignet med en nøytral eller negativ opplevelse.

Her viser vi at rekonsolideringsbasert hippocampus-interferens indusert av optisk reaktivering av et konkurrerende, positivt minne er tilstrekkelig til å oppdatere et fryktminne på ensemblenivå, noe som resulterer i en demping av maladaptiv betinget frykt.

Resultater

Kunstig reaktivering av hippocampus-medierte minner under rekonsolidering av fryktminne reduserer frykten akutt og varig

Vi brukte en viral, aktivitetsavhengig og induserbar neuronal taggingstrategi i villtype c57BL/6-mus (fig. 1a). Hannmus ble injisert med et virus (enten ChR2 eller eYFP) og implantert med bilaterale optiske fibre før de ble tatt av DOX for å åpne et merkevindu17,38.

De ble delt inn i tre grupper, og hver tildelt en differensielt valensert atferdsopplevelse (fig. 1a). Alle mus ble plassert i et nytt rent bur og enten etterlatt uforstyrret (nøytral)21, plassert med en kvinnelig (positiv) 35,39, eller plassert i et fastholdingsrør med lufthull (negativ)35 og deretter plassert i buret. Mus ble returnert til hjemmeburene 1 time senere tilbake på DOX for å lukke taggingsvinduet.

Dagen etter ble mus fryktkondisjonert (FC) i kontekst A og 24 h senere gitt en 20 minutters tilbakekallingstest i samme kontekst. Under denne testen, der vi vurderte betinget frykt (dvs. frysing) som en proxy for gjenfinning av det assosiative fryktminnet, stimulerte vi samtidig de merkede dDG-ensemblene under den første (F10) eller siste halvdelen (L10) av økten i stedet for hele økten, da vi ikke ønsket å risikere varmeskader på hjernen40 og ønsket å sammenligne lys på og lys av perioder på en innen-subjekt måte.

Vi antok opprinnelig at reaktivering av et positivt minne i løpet av siste halvdel av tilbakekallingsøkten ville fremme rekonsolidering siden fryktminnet allerede ville være online. Dette vil potensielt endre fryktminneensemblet, og oppdatere det med positive attributter fra opplevelsen, noe som resulterer i redusert frysing ved påfølgende tidspunkter.

Vi hadde som mål å spesifikt svekke styrken til CS-US assosiasjonen ved å dempe den ervervede aversjonen mot CS41 og endre det opprinnelige fryktminnet gjennom rekonsolidering. Derfor valgte vi en øktlengde som ikke var lengre enn 20 minutter for å sikre at vår optiske manipulasjon ville bli introdusert under det korte vinduet etter reaktivering av minnet når rekonsolidering skjer42 og ikke under ekstinksjonslæring43.

Denne strategien tillater oss å måle sanntidsreduksjoner i frysing med optisk stimulering under tilbakekalling. Dessuten tillater det oss å måle alle langvarige effekter av manipulasjonen vår, og vi utvidet derfor vår vurdering til å inkludere to utryddelsesøkter for å teste for stressindusert gjenoppretting etter et øyeblikkelig sjokk i kontekst B.

Sjokket ble levert i en ny kontekst på under 2 sekunder, slik at mus ikke ville danne en kontekstuell representasjon av miljøet, og derfor ikke danne et nytt assosiativt fryktminne, men likevel oppleve stress.

Denne metoden tillot oss å modellere fryktgeneralisering og økt stressreaktivitet som et eksempel på maladaptiv kondisjonering siden stressoren ble levert i en annen kontekst 44–46. Basert på tidligere studier39,41,47, ble mus først FC ved å bruke en 4- sjokkprotokoll (fig. 1b) hvor de viste frysing på en trinnvis måte, økende med hvert påfølgende sjokk presentert (tilleggsfig. 1a-c).

Vi så dette frysemønsteret for alle eksperimenter (Supplerende Fig. 1a–h). Mus ble returnert til konteksten neste dag for en frykthukommelsestest (fig. 1c). Med L10-stimulering demonstrerte mus inpositive og negative ChR2-grupper en sanntidsreduksjon i frysing sammenlignet med mus i henholdsvis den nøytrale ChR2-gruppen og eYFP-kontrollene.

Mens det var en naturlig nedgang som fryser over hele økten på grunn av fravær av sjokk, viste disse musene en betydelig brattere nedgang. Mens frysenivåene generelt gikk ned over utryddelsesdager, ble det ikke observert gruppeforskjeller under utryddelse (fig. 1d og tilleggsfig. 1a) eller umiddelbar sjokk (fig. 1e). Under gjeninnsetting (fig. 1f), så vi mindre frysende innegative-ChR2-mus sammenlignet med nøytral-eYFP-mus, og generelt frøs eYFP-kontrollmus mer enn eksperimentelle ChR2-mus ved gjeninnsetting sammenlignet med umiddelbar sjokk (fig. 1g).

I kontrast ble postsjokkfrysing etter fryktkondisjonering (fig. 1h) redusert i F10-tilstanden (fig. 1i), bare for positive ChR2-mus sammenlignet med eYFP-kontroller, som skjedde spesifikt i de siste 10 minuttene av økten. Her, nøytral -ChR2-mus ble slukket raskere; imidlertid ble nokgruppeforskjeller observert under ekstinksjon (fig. 1j og tilleggsfig. 1b).

Som forventet var det ingen gruppeforskjeller under umiddelbar sjokk (fig. 1k). Under gjeninnsetting viste både positive og nøytrale ChR2-grupper redusert frykt sammenlignet med toeYFP-kontroller, mens negative ChR2-mus ikke gjorde det (fig. 1l).

Igjen frøs kontrollmus mer enn eksperimentelle mus ved gjeninnsetting sammenlignet med umiddelbar sjokk (fig. 1m), og dette var en mer uttalt effekt. Derfor tok vi i bruk F10-protokollen for alle påfølgende eksperimenter.

Som en ekstra kontroll la vi imidlertid til et eksperiment for å vurdere hvor effektiv kunstig reaktivering av et positivt minne under den midtre delen av økten (M10) ville være sammenlignet med F10- eller L10-stimulering under tilbakekalling (Supplerende Fig. 2a). Under anskaffelsen av FC-responsen viste mus i alle tre tilstander større frysing etter sjokk (tilleggsfig. 2b-g).

Under tilbakekalling forårsaket stimuleringen sanntidsnedgang i frysing i ChR2-gruppen i F10- og L10-forholdene, men ikke i M10-tilstanden (tilleggsbilde 2h–j). F10 ChR2-mus fortsatte å vise redusert frysing i siste halvdel av tilbakekallingsøkten i fravær av stimulering (Supplerende Fig. 2j).

Alle de tre stimuleringsprotokollene ga redusert frysing i ChR2-mus i de første 3 minuttene etter utryddelse, men gruppeforskjeller ble bare sett med F10-stimulerte mus (tilleggsfigur 2k–m).

På tvers av den første ekstinksjonsøkten ble fryktuttrykk redusert i F10- eller M10 ChR2-grupper (Supplerende Fig. 2n–p). Det var ingen forskjeller i umiddelbar sjokk (Supplerende Fig. 2q–s). Til slutt så vi igjen redusert frysing for både F10 og M10 ChR2-grupper under gjeninnsetting (tilleggsbilde 2t–y).

For more information:1950477648nn@gmail.com