Risultati

LFS induce una depressione a breve termine nella regione CA1 dei ratti in movimento libero. Il grado di LTD suscitato da LFS è noto per dipendere dal ceppo di ratto (20). Il ceppo di ratto utilizzato in questo studio, Harlan Winkelmann Wistar, costantemente mostrato una depressione della trasmissione sinaptica dopo LFS a 1 Hz, che ha resistito per ≈45 min (Fig. 1; n = 16, P < 0.001).

Esplorazione di un Holeboard contenente oggetti durante LFS induce LTD robusto. Almeno 8 giorni dopo gli esperimenti LFS controllo, l’effetto di esposizione novità su LFS-elicitato risposte è stato esaminato. Esperimenti precedenti hanno dimostrato che i ratti Lister incappucciati esprimere LTD quando LFS è dato contemporaneamente con l’esposizione novità (17, 20). Abbiamo ripetuto questo protocollo utilizzando ratti Harlan Winkelmann Wistar. Gli animali sono stati autorizzati a esplorare una buca con quattro oggetti diversi durante LFS (Fig. 2, n = 10). L’inserimento del holeboard causato migliorato comportamento esplorativo, e in un solo caso sono stati segni di stress, cioè, il comportamento di congelamento, osservato. Questo ratto è stato escluso dall’analisi dei dati. L’esplorazione dell’oggetto contenente holeboard convertito depressione a breve termine in un LTD che è durato per almeno 25 h . Individuale tempo-punto le differenze sono state valutate mediante analisi t test di LFS dato da solo e LFS dato in concomitanza con l’esposizione holeboard. Questo ha rivelato una depressione significativamente migliorata nel gruppo holeboard da t = 15 min (P < 0.05).

Per indagare se l’effetto facilitatore di esplorazione novità su LTD era davvero dovuto all’acquisizione di novità e non a un effetto non mnemonico come una maggiore attività locomotoria (che potrebbe suscitare la temperatura del cervello legati cambiamenti nella grandezza dei potenziali) (21), abbiamo successivamente riesposto gli animali alla stessa holeboard con la stessa costellazione di oggetti dopo LTD era tornato ai livelli pre-LFS (Fig. 2, riesposizione; n = 5). L’esposizione a un ormai familiare holeboard durante l’applicazione LFS non più suscitato LTD. Una depressione transitoria si è verificato, tuttavia, che è diminuito più velocemente che dopo l’applicazione LFS in esperimenti di controllo (t = 45 min; P < 0,05, t test; n = 5). Da t = 60 min, c’era una differenza significativa che si è verificato tra la prima volta l’esposizione e la riesposizione alla buca (P < 0.0019, t test). L’ANOVA ha rivelato un effetto di assuefazione altamente significativo alla holeboard.

L’ipotesi alla base di questo studio è che LTD correla con una parte specifica di acquisizione di novità, come il rilevamento della posizione dell’oggetto all’interno dello spazio, in contrasto con l’esplorazione dello spazio allocentrico o il riconoscimento degli oggetti. Per verificare se questo è vero, abbiamo sottoposto i ratti a un ulteriore esperimento. La stessa tavola di fori è stata inserita nella camera di registrazione, ma gli oggetti erano ora posizionati in modo casuale in una costellazione di fori che differiva dalla costellazione precedente. Così, in questa occasione, l’unica variabile nuova era la diversa posizione degli oggetti; la familiarizzazione con la tavola era già avvenuta (Fig. 2, nuova configurazione degli oggetti). Con questa configurazione, curiosamente, LTD è stato ancora una volta indotto. Il campo EPSP (FEPSP) valori di pendenza 5 min dopo LFS erano 49.0% ± 3.5%, significativamente inferiore ai valori visti dopo la prima esposizione al holeboard (P < 0.05, t test). Così, l’induzione della LTD suscitata dall’esposizione a una nuova costellazione spaziale di oggetti familiari era più forte di quella suscitata da una nuova costellazione di oggetti nuovi. Non sono state notate altre differenze nel profilo della LTD, tuttavia, e il mantenimento della LTD non è stato modificato. Questi risultati indicano fortemente che LTD è associato con la mappatura spaziale degli oggetti e non l’esplorazione spaziale di per sé.

Esplorazione spaziale non è sufficiente per innescare LTD. La prossima domanda che abbiamo affrontato era se l’esplorazione degli oggetti era l’unico contributore alla LTD osservata. Per esplorare questo, abbiamo assegnato il resto dei nostri animali per l’esplorazione romanzo del holeboard in assenza di oggetti. Così, abbiamo potuto esaminare l’effetto che l’acquisizione romanzo di un ambiente non familiare (cioè, holeboard) ha su LTD, senza effetti di mascheramento da esplorazione dell’oggetto e la loro configurazione spaziale. Quando LFS è stato applicato durante la presenza del holeboard vuoto, ha portato ad un livello alterato di depressione (Fig. 3a, n = 6), c’era significativamente meno depressione quando il holeboard vuoto erano presenti durante LFS come osservato nel controllo-LFS esperimento. Così, l’esplorazione del holeboard vuoto inibito l’induzione della depressione a breve termine (prime tre registrazioni dopo LFS, P < 0.01). In questo caso, non solo la LFS era insufficiente per l’induzione di LTD, l’esplorazione del holeboard romanzo anche contrastato l’effetto della LFS. Nell’esperimento successivo, lo stesso gruppo di animali è stato esposto alla holeboard ora familiare, ma questa volta in presenza di oggetti (Fig. 3, holeboard con oggetti, n = 6). In queste condizioni, LFS facilitato l’induzione di LTD. Il LTD suscitato non differiva significativamente da quello osservato quando i ratti sono stati autorizzati a esplorare un holeboard non familiare con oggetti nuovi per la prima volta. Ciò implica che l’assuefazione al holeboard da solo non ha influenzato l’induzione LTD e supporta ulteriormente la probabilità che LTD è associato con l’esplorazione di oggetti nuovi.

Esplorazione spaziale ma non l’esplorazione dell’oggetto facilita LTP. Siamo stati incuriositi dall’effetto apparentemente inibitorio che l’esplorazione spaziale ha avuto sull’induzione della LTD. Per esaminare ulteriormente questo effetto, abbiamo ripetuto l’esperimento di cui sopra con un nuovo set di animali, ma invece di LFS ora abbiamo dato un debole HFT (100 impulsi a 100 Hz), che in condizioni normali prodotto potenziamento a breve termine (Fig. 4a). HFT è stato applicato immediatamente dopo i ratti sono stati introdotti al holeboard (cioè, t = 0 min), gli animali sono stati autorizzati a esplorare il holeboard per 15 min per renderlo comparabile con il corrispondente esperimento LFS. L’esposizione alla holeboard significativamente facilitato LTP (n = 9) rispetto ai controlli (n = 9). Ventiquattro ore dopo, nessun potenziamento era evidente negli animali che non erano stati esposti alla holeboard. Tuttavia, i valori FEPSP erano ancora potenziati negli animali esposti alla buca (P < 0.01, t test). Così, l’effetto inibitorio di esplorazione spaziale su LTD, che abbiamo osservato, può essere correlato ad uno spostamento verso una maggiore suscettibilità per LTP.

Se l’esplorazione di un nuovo ambiente e l’esplorazione di spunti all’interno di questo ambiente si basa su cambiamenti opposti nella forza sinaptica, si potrebbe ipotizzare che la soglia per l’induzione di LTP è aumentato durante l’esplorazione di oggetti nuovi. Abbiamo indagato questa possibilità dando un forte HFT (4 treni di 30 impulsi a 100 Hz, a 5-min intervalli intertrain) durante l’esplorazione del holeboard (Fig. 5a ). Il tetano ha indotto l’LTP nei ratti in condizioni di controllo. Quando la holeboard era presente, ha provocato un depotenziamento dell’LTP. È interessante notare che questo non è avvenuto immediatamente. Nei primi 10 minuti dopo la rimozione della lavagna, non c’era alcuna differenza significativa tra le risposte HFT di controllo e le risposte HFT sotto esplorazione della lavagna. Le FEPSP erano inizialmente potenziate al 146,7% ± 13,8% del valore basale senza holeboard (n = 9) e 123,0% ± 9,7% con l’esplorazione holeboard (5 min dopo HFT, n = 6). Quando i ratti erano stati esposti all’holeboard, un rapido depotenziamento si è verificato 15 min dopo l’HFT (P < 0.001, t test). Questo depotenziamento era di lunga durata, e 24 ore dopo l’HFT il valore era 100.5% ± 5.7%. ANOVA ha rivelato un effetto significativo di esplorazione buca-scheda sulla LTP indotta da HFT .

Se il depotenziamento osservato condivide proprietà meccanicistiche con oggetto indotto LTD, ci si potrebbe aspettare che LFS applicato dopo depotenziamento non causerebbe ulteriore depressione sinaptica. Abbiamo applicato LFS2 h dopo depotenziamento era stato indotto da esplorazione holeboard in animali HFT. Questo punto di tempo per l’applicazione di LFS è stato scelto perché c’era una stabilizzazione del depotenziamento in quel momento (n = 5). Nessun LTD significativo è stato indotto da LFS in queste condizioni, suggerendo che i meccanismi comuni sono condivisi da LTD e depotenziamento indotta dall’esposizione holeboard.

LTD indotta da esplorazione oggetto è modulato da 5-HT4 Recettori. L’attivazione dei recettori 5-HT4 ha un effetto inibitorio sulla LTD indotta elettricamente (dati non pubblicati). Inoltre, un ruolo per il recettore 5-HT4 è stato descritto per molteplici funzioni cognitive nel cervello (22-25). Così, l’attivazione dei recettori 5-HT4 può anche compromettere l’apprendimento delle associazioni oggetto-luogo. Un gruppo di ratti (n = 5) ha ricevuto un’iniezione intracerebrale di 5 μl di RS67333 (2 μg/μl), un agonista selettivo 5-HT4, 30 min prima di essere introdotti alla buca contenente l’oggetto. Un gruppo di controllo (n = 5) ha ricevuto la stessa quantità di soluzione salina. L’attivazione dei recettori 5-HT4 ha completamente bloccato l’espressione indotta dall’esplorazione della LTD (Fig. 6a).

RS67333 inibisce la LTD indotta dall’esplorazione e l’assuefazione al nuovo quadro. (a) LFS applicato sotto esplorazione romanzo indotto LTD quando gli animali sono stati iniettati con la soluzione salina, ma non quando iniettato con 10 μg di RS67333. (B) Riesposizione al holeboard. Entrambi i gruppi sono stati iniettati con la soluzione salina, come indicato dalla freccia. Gli animali che sono stati iniettati con RS67333 prima della prima esposizione ora espresso LTD dopo LFS. Il gruppo veicolo non ha espresso LTD. (c) Test di assuefazione in buca grande. (i) Numero di rears negli animali iniettati con 10 μg di RS67333 (farmaco) o con soluzione salina (controllo). Le barre bianche comprendono i dati dalla prima esposizione, e le barre nere sono dalla riesposizione 24 ore dopo. (ii) Numero di salti registrati nello stesso esperimento come sopra. (D) tracce analogiche ottenute prima LFS, dopo LFS, e 24 ore dopo LFS. (i) Esperimento mostrato in a. (Superiore) esperimento veicolo. (Inferiore) Iniezione di RS67333. (ii) Tracce comprendono gli analoghi corrispondenti dall’esperimento mostrato in b. Barra della scala verticale corrisponde a 0.5 mV, e barra orizzontale corrisponde a 5 ms.

Gli animali sono stati poi testati per LTD durante la riesposizione al holeboard (almeno 7 giorni dopo la prima esposizione). Prima della riesposizione alla buca, a tutti gli animali è stata iniettata una soluzione salina per simulare le condizioni dell’esperimento precedente. Mentre gli animali che avevano ricevuto solo iniezioni di veicolo (prima della prima volta e la riesposizione) non ha mostrato alcuna facilitazione LTD simile agli effetti descritti in Fig. 2, il gruppo che aveva ricevuto RS67333 prima della prima esposizione ha mostrato LTD significativo. In conformità con il nostro postulato che LTD codifica informazioni nuove, l’inibizione di LTD da RS67333 può aver compromesso la codifica delle associazioni oggetto-luogo. Così, quando abbiamo riesposto gli animali trattati con RS67333 alla buca con la stessa costellazione di oggetti come in precedenza, questo comprendeva effettivamente una nuova esperienza, e quindi la facilitazione LTD si è verificato.

Per ottenere una misura di assuefazione e ulteriore conferma di questa possibilità, abbiamo fatto un esperimento comportamentale simile in un campo aperto buca (80 × 80 × 80 cm). Il numero di rincorse e di immersioni della testa nelle buche è un’espressione dell’attività esplorativa. Se si verifica l’assuefazione, ci si può aspettare che la riesposizione dovrebbe portare a un numero significativamente inferiore di rialzi e di tuffi della testa. Due gruppi di otto ratti sono stati iniettati in cieco con 10 μg di RS67333 o salina 30 min prima della prima prova. Due prove, ciascuna della durata di 15 minuti, si sono verificate a distanza di 24 ore. Il gruppo di controllo ha fatto significativamente meno immersione della testa e impennata quando riesposto a holeboard rispetto alle loro prestazioni nella prima prova (t test, P < 0.05, entrambi i parametri, all’interno del gruppo). Ciò significa che gli animali di controllo erano in grado di ricordare l’ambiente 24 ore dopo il loro primo incontro con la scatola. Il gruppo del farmaco non ha mostrato alcun effetto significativo di assuefazione alla buca, tuttavia (Fig. 6b). Così, mentre l’assuefazione si verifica normalmente dopo 15 min di esplorazione del box in campo aperto, l’attivazione dei recettori 5-HT4 ha inibito questo fenomeno.