Tulokset
LFS indusoi lyhytaikaista masennusta vapaasti liikkuvien rottien CA1-alueella. LFS:n aiheuttaman LTD:n asteen tiedetään riippuvan rotankannasta (20). Tässä tutkimuksessa käytetty rotankanta, Harlan Winkelmann Wistar, osoitti johdonmukaisesti synaptisen siirron masennusta 1 Hz:n LFS:n jälkeen, joka kesti ≈45 min (Kuva 1; n = 16, P < 0.001).
LFS ei aiheuta LTD:tä. (a) LFS: n soveltaminen (nuoli) indusoi lyhytaikaista masennusta verrattuna testipulssilla stimuloituihin kontrolleihin. Viivakatkot osoittavat muutoksia aika-asteikossa. (b) Analogiset jäljet keskimääräisistä fEPSP: istä, jotka on otettu t = 5 min, t = 5 min ja t = 24 h LFS: n jälkeen. (Ylempi) Lähtötason kontrollit. (Alempi) LFS-kokeilu. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0,5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Esineitä sisältävän reikätaulun tutkiminen LFS: n aikana indusoi vankan LTD: n. Vähintään 8 päivää kontrolli-LFS-kokeiden jälkeen tutkittiin uutuusaltistuksen vaikutusta LFS-indusoituihin vasteisiin. Aiemmat kokeet osoittivat, että Hooded Lister -rotat ilmentävät LTD:tä, kun LFS annetaan samanaikaisesti uutuusaltistuksen kanssa (17, 20). Toistimme tämän protokollan Harlan Winkelmann Wistar -rotilla. Eläinten annettiin tutkia reikätaulua, jossa oli neljä erilaista esinettä LFS: n aikana (Kuva 2, n = 10). Reikälevyn asettaminen aiheutti tehostettua eksploratiivista käyttäytymistä, ja vain yhdessä tapauksessa havaittiin merkkejä stressistä eli jäätymiskäyttäytymisestä. Tämä rotta jätettiin pois tietojen analysoinnista. Esineen sisältävän reikälevyn tutkiminen muutti lyhytaikaisen masennuksen LTD:ksi, joka kesti vähintään 25 h . Yksittäisten aikapisteiden erot arvioitiin t-testianalyysillä LFS:n antamisesta yksinään ja LFS:n antamisesta samanaikaisesti reikätaulualtistuksen kanssa. Tämä paljasti merkitsevästi lisääntyneen masennuksen reikätauluryhmässä alkaen t = 15 min (P < 0.05).
Altistuminen uudelle reikätaululle, jossa on esineitä, helpottaa LTD: tä. (a) LFS, joka annettiin samanaikaisesti reikätaulualtistuksen kanssa (merkitty mustalla laatikolla), helpotti LTD: tä ensimmäisellä altistuskerralla (□) tai jos esineet sijoitettiin uudelleen (▴). Helpotusta ei tapahtunut, kun reikätaulu, joka sisälsi saman objektikokoonpanon kuin ensimmäisellä altistuskerralla (▪), altistettiin uudelleen. (b) Analogiset jäljet, jotka edustavat uutuuden etsintää (ylhäällä), uudelleenaltistusta (keskellä) ja uuden objektin konfiguraatiota (alhaalla). Ne havainnollistavat (oikealta vasemmalle) tasoja ennen LFS:ää, LFS:n jälkeen ja 24 h LFS:n jälkeen. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0,5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Tutkiaksemme, johtuiko uutuuden etsinnän helpottava vaikutus LTD: hen todella uutuuden hankkimisesta eikä muusta kuin muistinvaraisesta vaikutuksesta, kuten lisääntyneestä lokomotorisesta aktiivisuudesta (joka voisi saada aikaan aivojen lämpötilaan liittyviä muutoksia potentiaalien suuruudessa) (21), altistimme myöhemmin eläimet uudelleen samalle reikätaululle, jossa oli sama objektien konstellaatio sen jälkeen, kun LTD oli palannut LFS: ää edeltäviin tasoihin (Kuva 2, uudelleen altistaminen; n = 5). Altistuminen nyt tutulle reikätaululle LFS-sovelluksen aikana ei enää herättänyt LTD:tä. Tapahtui kuitenkin ohimenevä masennus, joka laski nopeammin kuin LFS-sovelluksen jälkeen kontrollikokeissa (t = 45 min; P < 0.05, t-testi; n = 5). Vuodesta t = 60 min, oli merkittävä ero, joka esiintyi ensimmäisen kerran altistumisen ja reikätaulun uudelleen altistumisen välillä (P < 0.0019, t-testi). ANOVA paljasti erittäin merkittävän tottumisvaikutuksen reikätauluun .
Tämän tutkimuksen taustalla oleva hypoteesi on, että LTD korreloi uutuuden hankinnan tietyn osan kanssa, kuten kohteen sijainnin havaitseminen tilassa, toisin kuin allokentrisen tilan tutkiminen tai kohteen tunnistaminen. Testataksemme, onko tämä totta, teimme rotilla uuden kokeen. Tallennuskammioon asetettiin sama reikätaulu, mutta esineet sijoitettiin nyt satunnaisesti reikäkokoonpanoon, joka poikkesi edellisestä kokoonpanosta. Näin ollen tällä kertaa ainoa uusi muuttuja oli esineiden erilainen sijainti; tottuminen reikätauluun oli jo tapahtunut (kuva 2, uusi esinekokoonpano). Tällä konfiguraatiolla, kiehtovalla tavalla, LTD saatiin jälleen kerran aikaan . Kentän EPSP (fEPSP) kaltevuusarvot 5 min LFS: n jälkeen olivat 49.0% ± 3.5%, mikä oli merkittävästi alhaisempi kuin arvot, jotka nähtiin ensimmäisen reikätaulun altistumisen jälkeen (P < 0.05, t-testi). Näin ollen LTD: n induktio, jonka aiheutti altistuminen tuttujen objektien uudenlaiselle avaruudelliselle konstellaatiolle, oli voimakkaampi kuin uudenlaisten objektien uudenlaisen konstellaation aiheuttama induktio. LTD:n profiilissa ei kuitenkaan havaittu muita eroja, eikä LTD:n ylläpito muuttunut. Nämä havainnot viittaavat vahvasti siihen, että LTD liittyy esineiden spatiaaliseen kartoitukseen eikä spatiaaliseen eksploraatioon sinänsä.
Spatiaalinen eksploraatio ei riitä käynnistämään LTD:tä. Seuraava kysymys, jota tarkastelimme, oli se, oliko esineiden tutkiminen ainoa havaitun LTD:n aiheuttaja. Tämän tutkimiseksi annoimme lopuille eläimillemme reikätaulun uudenlaisen tutkimisen ilman esineitä. Siten pystyimme tutkimaan, mikä vaikutus tuntemattoman ympäristön (eli reikätaulun) uudella hankkimisella on LTD: hen ilman, että esineiden ja niiden avaruudellisen konfiguraation tutkimisella olisi peittäviä vaikutuksia. Kun LFS:ää sovellettiin tyhjän reikätaulun läsnäolon aikana, se johti heikentyneeseen masennustasoon (Kuva 3a , n = 6); masennusta oli huomattavasti vähemmän, kun tyhjä reikätaulu oli läsnä LFS:n aikana, kuten kontrolli-LFS-kokeessa havaittiin . Näin ollen tyhjän reikätaulun tutkiminen esti lyhytaikaisen masennuksen induktiota (kolme ensimmäistä tallennusta LFS: n jälkeen, P < 0.01). Tässä tapauksessa LFS ei vain ollut riittämätön LTD: n induktioon, vaan uuden reikätaulun tutkiminen myös kumosi LFS: n vaikutuksen. Seuraavassa kokeessa sama eläinryhmä altistettiin nyt tutulle reikätaululle, mutta tällä kertaa esineiden läsnä ollessa (kuva 3, reikätaulu esineiden kanssa, n = 6). Näissä olosuhteissa LFS helpotti LTD:n induktiota. Syntynyt LTD ei eronnut merkittävästi siitä, mitä havaittiin, kun rotat saivat tutkia tuntematonta reikätaulua, jossa oli uusia esineitä, ensimmäistä kertaa. Tämä merkitsee sitä, että tottuminen pelkkään reikätauluun ei vaikuttanut LTD-induktioon ja tukee edelleen todennäköisyyttä, että LTD liittyy uusien esineiden tutkimiseen.
Tyhjän reikätaulun tutkiminen estää LTD:n. (a) Samanaikaisesti LFS: n kanssa eläimet altistettiin joko tyhjälle reikätaululle (valkoinen laatikko) tai esineitä sisältävälle reikätaululle (musta laatikko). (b) Analogiset jäljet (ylhäällä) edustavat tasoja ennen, jälkeen ja 24 h LFS: n jälkeen tyhjälle reikätaululle altistetulta rotalta. (Alempi) Jäljet, jotka on tallennettu kokeesta, jossa on esineitä sisältävä reikätaulu. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0,5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Spatial Exploration, mutta ei Object Exploration Facilitates LTP. Meitä kiehtoi ilmeisesti estävä vaikutus, joka spatiaalisella eksploraatiolla oli LTD-induktioon. Tutkiaksemme tätä vaikutusta tarkemmin toistimme edellä mainitun kokeen uudella eläinsarjalla, mutta LFS: n sijasta annoimme nyt heikon HFT: n (100-pulssit 100 Hz: llä), joka normaaliolosuhteissa tuotti lyhytaikaista potentiaatiota (Kuva 4a ). HFT:tä käytettiin välittömästi sen jälkeen, kun rotat esiteltiin reikätaululle (ts. t = 0 min); eläinten annettiin tutkia reikätaulua 15 minuutin ajan, jotta se olisi vertailukelpoinen vastaavan LFS-kokeen kanssa. Altistuminen reikätaululle helpotti merkittävästi LTP:tä (n = 9) verrattuna kontrolleihin (n = 9) . Kaksikymmentäneljä tuntia myöhemmin eläimillä, joita ei ollut altistettu reikätaululle, ei ollut havaittavissa potentiaatiota. Kuitenkin fEPSP-arvot olivat edelleen potentoituneet reikätaululle altistuneissa eläimissä (P < 0.01, t-testi). Siten havaitsemamme tilallisen eksploraation estävä vaikutus LTD: hen voi korreloida siirtymiseen kohti suurempaa alttiutta LTP: lle.
Tyhjän reikätaulun eksploraatio helpottaa LTP:tä. (a) Heikko HFT (100 pulssia 100 Hz:llä), joka annetaan nuolen osoittamassa ajankohdassa, indusoi lyhytaikaista potentiaatiota. Heikko HFT, joka annetaan 15 minuutin tyhjän reikätaulun tutkimisen alussa (valkoinen laatikko), helpottaa lyhytaikaista potensointia LTP:ksi. (b) Analogiset jäljet (ylhäällä) edustavat potentiaaleja, jotka on tallennettu ennen HFT:tä, 20 min HFT:n jälkeen ja 24 h HFT:n jälkeen HFT-kokeessa. (Alempi) fEPSP: t, jotka havaittiin ennen HFT: tä, 5 minuuttia reikälevyn poistamisen jälkeen (eli 20 minuuttia HFT: n jälkeen) ja 24 h HFT: n jälkeen. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0.5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Jos uuden ympäristön tutkiminen ja vihjeiden tutkiminen tässä ympäristössä perustuu vastakkaisiin synaptisen voimakkuuden muutoksiin, voitaisiin olettaa, että LTP: n induktiokynnys nousee uusien kohteiden tutkimisen aikana. Tutkimme tätä mahdollisuutta antamalla voimakkaan HFT: n (4 junaa 30-pulsseja 100 Hz: n taajuudella, 5-minuutin junien välisillä väleillä) reikätaulun tutkimisen aikana (kuva 5a ). Tetanus aiheutti LTP:n rotilla kontrolliolosuhteissa. Kun reikätaulu oli läsnä, se johti LTP:n depotentoitumiseen. Mielenkiintoista on, että tämä ei tapahtunut välittömästi. Ensimmäisten 10 minuutin aikana reikälevyn poistamisen jälkeen ei ollut merkittävää eroa kontrollin HFT-vasteiden ja HFT-vasteiden välillä reikälevyn tutkimisen yhteydessä. fEPSP:t olivat aluksi potentoituneet 146,7 % ± 13,8 %: iin perusarvosta ilman reikälevyä (n = 9) ja 123,0 % ± 9,7 %: iin reikälevyn eksploraation kanssa (5 min HFT: n jälkeen, n = 6). Kun rotat olivat altistuneet holeboardille, nopea depotentiaatio tapahtui 15 min HFT: n jälkeen (P < 0.001, t-testi). Tämä depotentiaatio oli pitkäaikainen, ja 24 h HFT: n jälkeen arvo oli 100.5% ± 5.7%. ANOVA paljasti reikätaulun eksploraation merkittävän vaikutuksen HFT:n aiheuttamaan LTP:hen .
LTP depotentoituu kohteen eksploraation avulla. (a) LTP indusoitiin voimakkaalla HFT: llä (4 junaa 30-pulsseja 100 Hz: n taajuudella 5-minuutin junien välisillä väleillä, alaspäin suuntautuva nuoli) eläimissä tutussa tallennuskammiossa. Uuden objektin sisältävän reikätaulun tutkiminen depotentoi LTP: n (▪). LFS, jota käytettiin 120 minuuttia HFT:n jälkeen (merkitty katkoviivoitetulla ylöspäin osoittavalla nuolella), ei aiheuttanut synaptista masennusta (▴). (b) Analogiset jäljet (ylhäällä) edustavat fEPSP: tä kokeesta ilman reikätaulun tutkimista ennen HFT: tä, HFT: n jälkeen ja 24 h HFT: n jälkeen. (Alempi) Analogiat, jotka on saatu samankaltaisina ajankohtina, kun uutta eksploraatiota oli tapahtunut. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0.5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Jos havaittu depotentiaatio jakaa mekanistisia ominaisuuksia kohteen aiheuttaman LTD: n kanssa, voitaisiin odottaa, että depotentiaation jälkeen sovellettu LFS ei aiheuttaisi lisää synaptista masennusta. Sovelsimme LFS:ää2 h sen jälkeen, kun depotentiaatio oli indusoitu reikätaulun tutkimisella HFT-eläimissä. Tämä ajankohta LFS:n levittämiselle valittiin, koska depotentiaatio vakiintui tuolloin (n = 5). LFS ei aiheuttanut merkittävää LTD:tä näissä olosuhteissa , mikä viittaa siihen, että reikälevyaltistuksen aiheuttama LTD ja depotentiaatio jakavat yhteiset mekanismit.
LTD Induced by Object Exploration Is Modulated by 5-HT4 Receptors. 5-HT4-reseptorien aktivoinnilla on estävä vaikutus sähköisesti indusoituun LTD: hen (julkaisemattomat tiedot). Lisäksi 5-HT4-reseptorin rooli on kuvattu useissa kognitiivisissa toiminnoissa aivoissa (22-25). Näin ollen 5-HT4-reseptorien aktivointi voi myös heikentää esine-paikka-assosiaatioiden oppimista. Ryhmä rottia (n = 5) sai aivonsisäisen injektion 5 μl RS67333:a (2 μg/μl), selektiivistä 5-HT4-agonistia, 30 minuuttia ennen kuin ne esiteltiin esineitä sisältävälle reikätaululle. Kontrolliryhmä (n = 5) sai saman määrän suolaliuosta. 5-HT4-reseptorien aktivointi esti täysin eksploraation aiheuttaman LTD:n ilmentymisen (Kuva 6a ) .
RS67333 estää eksploraation aiheuttamaa LTD:tä ja tottumista uuteen reikätauluun. (a) LFS, jota sovellettiin uuden eksploraation aikana, aiheutti LTD: n, kun eläimet injektoitiin suolaliuoksella, mutta ei, kun niitä injektoitiin 10 μg RS67333: lla. (b) Uudelleen altistuminen reikätaululle. Molempiin ryhmiin ruiskutettiin suolaliuosta, kuten nuoli osoittaa. Eläimet, joille injisoitiin RS67333 ennen ensimmäistä altistusta, ilmaisivat nyt LTD:tä LFS:n jälkeen. Vehikkeliryhmä ei ilmaissut LTD:tä. (c) Totuttelutesti suurella reikätaululla. (i) Kaartojen lukumäärä eläimillä, jotka ruiskutettiin 10 μg RS67333:lla (lääke) tai suolaliuoksella (kontrolli). Valkoiset palkit sisältävät tiedot ensimmäisestä altistuksesta ja mustat palkit ovat 24 h myöhemmin tapahtuvasta uudelleenaltistuksesta. (ii) Samassa kokeessa kuin edellä kirjattujen sukellusten lukumäärä. (d) Analogiset jäljet, jotka on saatu ennen LFS:ää, LFS:n jälkeen ja 24 h LFS:n jälkeen. (i) Kohdassa a esitetty koe. (Ylempi) Ajoneuvokoe. (Alempi) RS67333:n injektio. (ii) Jäljet sisältävät vastaavat analogit kokeesta, joka on esitetty b. Pystysuora asteikkopalkki vastaa 0,5 mV ja vaakasuora palkki vastaa 5 ms.
Eläimet testattiin sitten LTD: n osalta reikätaulun uudelleen altistamisen aikana (vähintään 7 päivää ensimmäisen altistuksen jälkeen). Ennen uudelleen altistamista reikätaululle kaikille eläimille ruiskutettiin suolaliuosta edellisen kokeen olosuhteiden jäljittelemiseksi. Kun eläimet, jotka olivat saaneet vain injektioita (ennen ensimmäistä kertaa ja uudelleenaltistusta), eivät osoittaneet LTD: n helpottumista, joka oli samanlainen kuin kuvassa 2 kuvatut vaikutukset, ryhmä, joka oli saanut RS67333: n ennen ensimmäistä kertaa altistumista, osoitti merkittävää LTD: tä . Postulaatiomme mukaisesti, jonka mukaan LTD koodaa uutta tietoa, RS67333:n aiheuttama LTD:n esto on saattanut heikentää esine-paikka-assosiaatioiden koodausta. Näin ollen, kun altistimme RS67333-käsitellyt eläimet uudelleen reikätaululle, jossa oli sama objektikonstellaatio kuin aiemmin, tämä sisälsi tehokkaasti uuden kokemuksen, ja siten tapahtui LTD: n helpottuminen.
Saadaksemme tottumuksen mittauksen ja saadaksemme lisävahvistusta tälle mahdollisuudelle, teimme samanlaisen käyttäytymiskokeen avoimen kentän reikätaulussa (80 × 80 × 80 cm). Reikiin upotettujen reikien ja pään upotusten määrä ilmaisee etsivää aktiivisuutta. Jos tottumista tapahtuu, voidaan olettaa, että uudelleen altistamisen pitäisi johtaa huomattavasti pienempään määrään perääntymisiä ja pään upottamisia. Kahdelle kahdeksan rotan ryhmälle ruiskutettiin sokkona joko 10 μg RS67333:a tai suolaliuosta 30 minuuttia ennen ensimmäistä koetta. Kaksi koetta, joista kukin kesti 15 minuuttia, tehtiin 24 tunnin välein. Kontrolliryhmä teki huomattavasti vähemmän pään upottamista ja nousemista, kun se altistettiin uudelleen reikätaululle verrattuna niiden suorituskykyyn ensimmäisessä kokeessa (t-testi, P < 0.05, molemmat parametrit, ryhmän sisällä). Tämä tarkoittaa sitä, että kontrollieläimet pystyivät muistamaan ympäristön 24 tunnin kuluttua siitä, kun ne olivat ensimmäisen kerran kohdanneet laatikon. Lääkeryhmällä ei kuitenkaan ollut merkittävää tottumisvaikutusta reikätauluun (kuva 6b ). Näin ollen, vaikka tottuminen tapahtuu normaalisti 15 minuutin avoimen kentän laatikon tutkimisen jälkeen, 5-HT4-reseptorien aktivointi esti tämän ilmiön.