Výsledky

LFS vyvolává krátkodobou depresi v oblasti CA1 volně se pohybujících potkanů. Je známo, že stupeň LTD vyvolaný LFS závisí na kmeni potkanů (20). Kmen potkanů použitý v této studii, Harlan Winkelmann Wistar, konzistentně vykazoval depresi synaptického přenosu po LFS o frekvenci 1 Hz, která trvala ≈45 min (obr. 1; n = 16, P < 0,001).

Zkoumání děrné desky obsahující objekty během LFS indukuje robustní LTD. Nejméně 8 dní po kontrolních experimentech s LFS byl zkoumán vliv expozice novince na odpovědi vyvolané LFS. Předchozí experimenty ukázaly, že potkani s kapucí Lister exprimují LTD, pokud je LFS podáván současně s expozicí novince (17, 20). Tento protokol jsme zopakovali za použití potkanů Harlan Winkelmann Wistar. Zvířata mohla během LFS prozkoumat děrovanou tabuli se čtyřmi různými objekty (obr. 2, n = 10). Vložení děrovací desky vyvolalo zvýšené explorační chování a pouze v jednom případě byly pozorovány známky stresu, tj. zmrazovací chování. Tento potkan byl z analýzy dat vyloučen. Průzkum děrné desky obsahující předmět přeměnil krátkodobou depresi na LTD, která trvala nejméně 25 h . Rozdíly v jednotlivých časových bodech byly hodnoceny analýzou t-testem u LFS podávaného samostatně a u LFS podávaného současně s expozicí děrné desce. Ta odhalila signifikantně zvýšenou depresi ve skupině s holeboardem od t = 15 min (P < 0,05).

Abychom zjistili, zda usnadňující účinek zkoumání novosti na LTD byl skutečně způsoben získáním novosti, a nikoliv nemonickým účinkem, jako je zvýšená lokomoční aktivita (která by mohla vyvolat změny velikosti potenciálů související s teplotou mozku) (21), následně jsme zvířata znovu vystavili stejné děrné desce se stejnou konstelací objektů poté, co se LTD vrátila na úroveň před LFS (obr. 2, opětovné vystavení; n = 5). Expozice nyní již známé děrné tabuli během aplikace LFS již LTD nevyvolala. Došlo však k přechodné depresi, která klesala rychleji než po aplikaci LFS v kontrolních experimentech (t = 45 min; P < 0,05, t test; n = 5). Od t = 60 min došlo k významnému rozdílu, který se projevil mezi první expozicí a opakovanou expozicí děrné desce (P < 0,0019, t test). ANOVA odhalila vysoce významný efekt habituace na děrnou tabuli .

Hypotéza, z níž tato studie vychází, je, že LTD koreluje se specifickou částí získávání novosti, jako je detekce umístění objektu v prostoru, na rozdíl od zkoumání alocentrického prostoru nebo rozpoznávání objektů. Abychom ověřili, zda je to pravda, podrobili jsme potkany dalšímu experimentu. Do záznamové komory byla vložena stejná deska s otvory, ale objekty byly nyní náhodně rozmístěny v konstelaci otvorů, která se lišila od předchozí konstelace. Tentokrát tedy jedinou novou proměnnou bylo odlišné umístění objektů; k seznámení s děrnou tabulí již došlo (obr. 2, nová konfigurace objektů). Při této konfiguraci bylo zajímavé, že LTD bylo opět vyvoláno . Hodnoty sklonu EPSP v poli (fEPSP) 5 min po LFS byly 49,0 % ± 3,5 %, tedy významně nižší než hodnoty pozorované po prvním vystavení děrovací tabuli (P < 0,05, t test). Indukce LTD vyvolaná expozicí nové prostorové konstelace známých objektů byla tedy silnější než indukce vyvolaná novou konstelací nových objektů. Žádné další rozdíly v profilu LTD však nebyly zaznamenány a udržování LTD se nezměnilo. Tato zjištění silně naznačují, že LTD souvisí s prostorovým mapováním objektů, a nikoli s prostorovým zkoumáním jako takovým.

Prostorové zkoumání nestačí ke spuštění LTD. Další otázkou, kterou jsme se zabývali, bylo, zda průzkum objektů byl jediným faktorem, který přispěl k pozorovanému LTD. Abychom to prozkoumali, přiřadili jsme zbytek našich zvířat k novému zkoumání děrné desky v nepřítomnosti objektů. Mohli jsme tak prozkoumat vliv, který má na LTD nové osvojení neznámého prostředí (tj. děrné desky), bez jakýchkoli maskujících účinků ze zkoumání objektů a jejich prostorové konfigurace. Když byla LFS aplikována během přítomnosti prázdné děrné tabule, vedla ke zhoršené úrovni deprese (obr. 3a , n = 6); když byla během LFS přítomna prázdná děrná tabule, byla deprese výrazně menší, než bylo pozorováno v experimentu s kontrolní LFS . Zkoumání prázdné děrné desky tedy inhibovalo vyvolání krátkodobé deprese (první tři záznamy po LFS, P < 0,01). V tomto případě byl LFS nejen nedostatečný pro indukci LTD, ale zkoumání nové děrové desky také působilo proti účinku LFS. V dalším experimentu byla stejná skupina zvířat vystavena nyní již známé děrové tabuli, tentokrát však v přítomnosti objektů (obr. 3, děrová tabule s objekty, n = 6). Za těchto podmínek LFS usnadnil indukci LTD . Vyvolaný LTD se významně nelišil od LTD pozorovaného v případě, že potkani mohli poprvé prozkoumat neznámou děrovanou tabuli s novými předměty. To znamená, že samotná habituace na děrovanou tabuli neměla vliv na indukci LTD, a dále podporuje pravděpodobnost, že LTD je spojena se zkoumáním nových předmětů.

Prostorové zkoumání, ale ne zkoumání objektů usnadňuje LTP. Zaujal nás zjevně inhibiční účinek prostorového průzkumu na indukci LTD. Abychom tento efekt dále prozkoumali, zopakovali jsme výše uvedený experiment s novou sadou zvířat, ale místo LFS jsme nyní podávali slabou HFT (100 pulzů o frekvenci 100 Hz), která za normálních podmínek vyvolala krátkodobou potenciaci (obr. 4a ). HFT byla aplikována ihned poté, co byly potkany zavedeny k děrné tabuli (tj. t = 0 min); zvířata mohla děrnou tabuli zkoumat 15 min, aby byl experiment srovnatelný s odpovídajícím experimentem LFS. Expozice děrné desce významně usnadnila LTP (n = 9) ve srovnání s kontrolami (n = 9) . O 24 hodin později nebyla u zvířat, která nebyla vystavena holeboardu, patrná žádná potenciace. Hodnoty fEPSP však byly u zvířat vystavených holeboardu stále potencovány (P < 0,01, t test). Inhibiční účinek prostorového zkoumání na LTD, který jsme pozorovali, tedy může souviset s posunem směrem k vyšší náchylnosti k LTP.

Pokud průzkum nového prostředí a průzkum narážek v tomto prostředí závisí na opačných změnách synaptické síly, lze předpokládat, že během průzkumu nových objektů se zvyšuje práh pro indukci LTP. Tuto možnost jsme zkoumali tak, že jsme během zkoumání děrné tabule (obr. 5a ) podávali silnou HFT (4 vlaky po 30 impulsech o frekvenci 100 Hz, v intervalech 5 minut mezi vlaky). Tetanus vyvolal u potkanů LTP za kontrolních podmínek. Když byla přítomna děrová tabule, vedlo to k depotenciaci LTP. Zajímavé je, že k tomu nedošlo okamžitě. V prvních 10 minutách po odstranění děrovací desky nebyl mezi kontrolními odpověďmi HFT a odpověďmi HFT při zkoumání děrovací desky žádný významný rozdíl. FEPSP byly zpočátku potencovány na 146,7 % ± 13,8 % výchozí hodnoty bez holeboard (n = 9) a 123,0 % ± 9,7 % při exploraci holeboard (5 min po HFT, n = 6). Když byli potkani vystaveni holeboardu, došlo k rychlé depotenciaci 15 min po HFT (P < 0,001, t test). Tato depotenciace byla dlouhodobá a 24 h po HFT činila 100,5 % ± 5,7 %. ANOVA odhalila signifikantní vliv explorace děrné desky na LTP vyvolanou HFT .

Pokud pozorovaná depotenciace sdílí mechanistické vlastnosti s objektem indukovanou LTD, dalo by se očekávat, že LFS aplikovaná po depotenciaci nezpůsobí další synaptickou depresi. Aplikovali jsme LFS2 h poté, co byla depotenciace vyvolána explorací děrné desky u HFT zvířat. Tento časový bod pro aplikaci LFS byl zvolen proto, že v této době došlo ke stabilizaci depotenciace (n = 5). Za těchto podmínek nebyla LFS vyvolána žádná významná LTD , což naznačuje, že LTD a depotenciace vyvolaná expozicí holeboard mají společné mechanismy.

LTD indukovaná explorací objektů je modulována receptory 5-HT4. Aktivace receptorů 5-HT4 má inhibiční účinek na elektricky indukovaný LTD (nepublikované údaje). Kromě toho byla popsána úloha receptoru 5-HT4 pro řadu kognitivních funkcí v mozku (22-25). Aktivace receptorů 5-HT4 tedy může také zhoršovat učení asociací objekt-místo. Skupina potkanů (n = 5) dostala intracerebrální injekci 5 μl RS67333 (2 μg/μl), selektivního agonisty 5-HT4, 30 minut před tím, než jim byla představena děrná deska obsahující objekty. Kontrolní skupina (n = 5) dostala stejné množství fyziologického roztoku. Aktivace receptorů 5-HT4 zcela zablokovala expresi LTD vyvolanou explorací (obr. 6a ) .

Zvířata byla poté testována na LTD během opětovné expozice děrné desce (nejméně 7 dní po první expozici). Před opětovnou expozicí děrné desce byl všem zvířatům podán fyziologický roztok, aby se napodobily podmínky předchozího experimentu. Zatímco zvířata, která dostala pouze injekce vehikula (před první a opakovanou expozicí), nevykazovala žádné usnadnění LTD podobné účinkům popsaným na obr. 2, skupina, která dostala RS67333 před první expozicí, vykazovala významné LTD . V souladu s naším postulátem, že LTD kóduje nové informace, mohla inhibice LTD pomocí RS67333 narušit kódování asociací objekt-místo. Když jsme tedy zvířata ošetřená přípravkem RS67333 znovu vystavili děrné tabuli se stejnou konstelací objektů jako dříve, zahrnovalo to účinně novou zkušenost, a proto došlo k facilitaci LTD.

Pro získání měření habituace a dalšího potvrzení této možnosti jsme provedli podobný behaviorální experiment v děrné tabuli v otevřeném poli (80 × 80 × 80 cm). Počet couvnutí a ponoření hlavy do otvorů je výrazem explorační aktivity. Pokud dojde k habituaci, lze očekávat, že opětovná expozice by měla vést k podstatně menšímu počtu přetočení a ponoření hlavy. Dvěma skupinám po osmi potkanech bylo 30 minut před prvním pokusem slepě aplikováno buď 10 μg RS67333, nebo fyziologický roztok. Dva pokusy, každý trvající 15 minut, proběhly s odstupem 24 hodin. Kontrolní skupina prováděla významně méně ponořování hlavy a vztyčování při opětovném vystavení děrné desce ve srovnání s jejich výkonem v prvním pokusu (t test, P < 0,05, oba parametry, v rámci skupiny). To znamená, že kontrolní zvířata byla schopna zapamatovat si prostředí 24 hodin po prvním setkání s krabicí. Skupina s drogami však nevykazovala žádný významný habituační efekt na děrnou tabulku (obr. 6b ). Zatímco tedy k habituaci normálně dochází po 15 min zkoumání krabice s otevřeným polem, aktivace receptorů 5-HT4 tento jev inhibovala.

.