Rezultate
LFS induce depresia pe termen scurt în regiunea CA1 a șobolanilor care se deplasează liber. Se știe că gradul de LTD provocat de LFS depinde de tulpina șobolanilor (20). Tulpina de șobolani utilizată în acest studiu, Harlan Winkelmann Wistar, a prezentat în mod constant o depresie a transmisiei sinaptice după LFS la 1 Hz, care a durat ≈45 min (Fig. 1; n = 16, P < 0.001).
LFS nu induce LTD. (a) Aplicarea LFS (săgeată) a indus o depresie pe termen scurt în comparație cu controalele stimulate de impulsuri de test. Întreruperile de linie indică modificări ale scalei temporale. (b) Urme analogice ale fEPSP-urilor medii luate la t =-5 min, t = 5 min și t = 24 h după LFS. (Sus) Controale de bază. (Inferioară) Un experiment LFS. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
Explorarea unui Holeboard care conține obiecte în timpul LFS induce LTD robust. La cel puțin 8 zile după experimentele LFS de control, a fost examinat efectul expunerii la noutăți asupra răspunsurilor declanșate de LFS. Experimentele anterioare au arătat că șobolanii Hooded Lister exprimă LTD atunci când LFS este administrat simultan cu expunerea la noutăți (17, 20). Am repetat acest protocol folosind șobolani Harlan Winkelmann Wistar. Animalele au fost lăsate să exploreze o tablă cu găuri cu patru obiecte diferite în timpul LFS (Fig. 2, n = 10). Introducerea plăcii cu găuri a provocat un comportament de explorare îmbunătățit și, într-un singur caz, s-au observat semne de stres, adică un comportament de înghețare. Acest șobolan a fost exclus din analiza datelor. Explorarea plăcii cu găuri care conținea un obiect a transformat depresia pe termen scurt într-o LTD care a durat cel puțin 25 h . Diferențele punctelor de timp individuale au fost evaluate prin analiza testului t a LFS administrat singur și LFS administrat concomitent cu expunerea la holeboard. Acest lucru a relevat o depresie semnificativ îmbunătățită în grupul holeboard de la t = 15 min (P < 0.05).
Expunerea la un holeboard nou cu obiecte facilitează LTD. (a) LFS administrat simultan cu expunerea holeboard-ului (indicat prin caseta neagră) a facilitat LTD la prima expunere (□) sau dacă obiectele au fost repoziționate (▴). Nu a avut loc nicio facilitare la reexpunerea la holeboard-ul care conținea aceeași configurație de obiecte ca la prima expunere (▪). (b) Urme analogice reprezentând explorarea noutății (sus), reexpunerea (mijloc) și configurația obiectelor noi (jos). Acestea ilustrează (de la dreapta la stânga) nivelurile înainte de LFS, după LFS și 24 h după LFS. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
Pentru a investiga dacă efectul de facilitare a explorării noutății asupra LTD s-a datorat într-adevăr achiziției noutății și nu unui efect nonmnemonic, cum ar fi o activitate locomotorie sporită (care ar putea provoca modificări legate de temperatura creierului în magnitudinea potențialelor) (21), am reexpus ulterior animalele la același holeboard cu aceeași constelație de obiecte după ce LTD a revenit la nivelurile de dinainte de LFS (Fig. 2, reexpunere; n = 5). Expunerea la un holeboard acum familiar în timpul aplicării LFS nu a mai declanșat LTD. Cu toate acestea, a apărut o depresie tranzitorie, care a scăzut mai repede decât după aplicarea LFS în experimentele de control (t = 45 min; P < 0.05, testul t; n = 5). De la t = 60 min, a existat o diferență semnificativă care a avut loc între prima expunere și reexpunerea la placa de găuri (P < 0.0019, testul t). ANOVA a relevat un efect de obișnuință foarte semnificativ la holeboard .
Ipoteza care stă la baza acestui studiu este că LTD se corelează cu o parte specifică a achiziției noutății, cum ar fi detectarea locației obiectului în spațiu, spre deosebire de explorarea spațiului alocentric sau recunoașterea obiectelor. Pentru a testa dacă acest lucru este adevărat, am supus șobolanii la un alt experiment. Aceeași placă cu găuri a fost introdusă în camera de înregistrare, dar obiectele au fost acum poziționate aleatoriu într-o constelație de găuri care era diferită de constelația anterioară. Astfel, cu această ocazie, singura variabilă nouă a fost amplasarea diferită a obiectelor; familiarizarea cu placa cu găuri avusese deja loc (Fig. 2, configurația nouă a obiectelor). Cu această configurație, în mod intrigant, LTD a fost din nou indusă . Valorile pantei EPSP de câmp (fEPSP) 5 min după LFS au fost de 49,0% ± 3,5%, semnificativ mai mici decât valorile observate după prima expunere la holeboard (P < 0,05, test t). Astfel, inducerea LTD provocată de expunerea la o constelație spațială nouă de obiecte familiare a fost mai puternică decât cea provocată de o constelație nouă de obiecte noi. Cu toate acestea, nu au fost observate alte diferențe în profilul LTD, iar menținerea LTD nu a fost modificată. Aceste constatări indică puternic faptul că LTD este asociată cu cartografierea spațială a obiectelor și nu cu explorarea spațială în sine.
Explorarea spațială nu este suficientă pentru a declanșa LTD. Următoarea întrebare pe care am abordat-o a fost dacă explorarea obiectelor a fost singurul factor care a contribuit la LTD observată. Pentru a explora acest lucru, am repartizat restul animalelor noastre la explorarea nouă a plăcii cu găuri în absența obiectelor. Astfel, am putut examina efectul pe care achiziția nouă a unui mediu nefamiliar (adică, holeboard) îl are asupra LTD, fără efecte de mascare a explorării obiectului și a configurației lor spațiale. Atunci când LFS a fost aplicat în timpul prezenței holeboard-ului gol, a dus la un nivel deteriorat de depresie (Fig. 3a , n = 6); a existat o depresie semnificativ mai mică atunci când holeboard-ul gol a fost prezent în timpul LFS, așa cum s-a observat în experimentul de control-LFS . Astfel, explorarea holeboard-ului gol a inhibat inducerea depresiei pe termen scurt (primele trei înregistrări după LFS, P < 0.01). În acest caz, nu numai că LFS a fost insuficientă pentru inducerea LTD, dar explorarea holeboard-ului nou a contracarat, de asemenea, efectul LFS. În experimentul următor, același grup de animale a fost expus la gaura de bord acum cunoscută, dar de data aceasta în prezența obiectelor (Fig. 3, gaura de bord cu obiecte, n = 6). În aceste condiții, LFS a facilitat inducerea LTD . LTD declanșată nu a fost semnificativ diferită de cea observată atunci când șobolanilor li s-a permis să exploreze pentru prima dată un holeboard nefamiliar cu obiecte noi. Acest lucru implică faptul că obișnuința doar cu placa cu găuri nu a afectat inducerea LTD și susține în continuare probabilitatea ca LTD să fie asociată cu explorarea obiectelor noi.
Explorarea holeboard-ului gol inhibă LTD. (a) Concomitent cu LFS, animalele au fost expuse fie la un holeboard gol (cutie albă), fie la un holeboard care conținea obiecte (cutie neagră). (b) Urmele analogice (Upper) reprezintă nivelurile înainte, după și 24 h după LFS de la un șobolan expus la holeboard-ul gol. (Inferioară) Trasee înregistrate dintr-un experiment cu o tablă cu găuri care conținea obiecte. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
Explorarea spațială, dar nu și explorarea obiectelor, facilitează LTP. Am fost intrigați de efectul aparent inhibitor pe care explorarea spațială l-a avut asupra inducerii LTD. Pentru a examina în continuare acest efect, am repetat experimentul de mai sus cu un nou set de animale, dar în loc de LFS am dat acum o HFT slabă (100 de impulsuri la 100 Hz), care în condiții normale a produs potențare pe termen scurt (Fig. 4a ). HFT a fost aplicat imediat după ce șobolanii au fost introduși la holeboard (adică, t = 0 min); animalelor li s-a permis să exploreze holeboard-ul timp de 15 min pentru a face acest experiment comparabil cu experimentul LFS corespunzător. Expunerea la holeboard a facilitat în mod semnificativ LTP (n = 9) în comparație cu controalele (n = 9) . Douăzeci și patru de ore mai târziu, nu a fost evidentă nicio potențare la animalele care nu fuseseră expuse la placa cu găuri. Cu toate acestea, valorile fEPSP au fost încă potențate la animalele expuse la holeboard (P < 0,01, test t). Astfel, efectul inhibitor al explorării spațiale asupra LTD, pe care l-am observat, poate fi corelat cu o schimbare spre o susceptibilitate mai mare pentru LTP.
Explorarea tabloului gol facilitează LTP. (a) HFT slabă (100 impulsuri la 100 Hz) administrată la momentul indicat de săgeată induce potențarea pe termen scurt. HFT slabă administrată la începutul a 15 minute de explorare a tabloului gol (caseta albă) facilitează potențarea pe termen scurt în LTP. (b) Urmele analogice (Sus) reprezintă potențiale înregistrate înainte de HFT, 20 min după HFT și 24 h după HFT, într-un experiment HFT. (Inferior) fEPSP observate înainte de HFT, 5 min după îndepărtarea plăcii de găuri (adică 20 min după HFT) și 24 h după HFT. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
Dacă explorarea unui mediu nou și explorarea indicilor din acest mediu se bazează pe modificări opuse ale puterii sinaptice, s-ar putea presupune că pragul de inducere a LTP este ridicat în timpul explorării obiectelor noi. Am investigat această posibilitate prin administrarea unui HFT puternic (4 trenuri de impulsuri 30 la 100 Hz, la intervale de 5 minute între trenuri) în timpul explorării plăcii cu găuri (Fig. 5a ). Tetanusul a indus LTP la șobolani în condiții de control. Atunci când a fost prezentă placa cu găuri, aceasta a dus la o depotențializare a LTP. Este interesant faptul că acest lucru nu s-a întâmplat imediat. În primele 10 minute după îndepărtarea holeboard-ului, nu a existat nicio diferență semnificativă între răspunsurile HFT de control și răspunsurile HFT în condițiile explorării holeboard-ului. FEPSP-urile au fost inițial potențate la 146,7% ± 13,8% din valoarea inițială fără holeboard (n = 9) și la 123,0% ± 9,7% cu explorarea holeboard-ului (5 min după HFT, n = 6). Atunci când șobolanii au fost expuși la holeboard, a avut loc o depotențializare rapidă 15 min după HFT (P < 0.001, testul t). Această depotențializare a fost de lungă durată, iar la 24 h după HFT valoarea a fost de 100,5% ± 5,7%. ANOVA a relevat un efect semnificativ al explorării hole-board asupra LTP indusă de HFT .
LTP este depotențiată de explorarea obiectelor. (a) LTP a fost indusă de HFT puternic (4 trenuri de impulsuri 30 la 100 Hz cu intervale 5-min între trenuri, săgeată în jos) la animale într-o cameră de înregistrare familiară. Explorarea unui obiect nou care conținea o placă de găuri depotențiată LTP (▪). LFS aplicat 120 min după HFT (indicat de săgeata ascendentă punctată) nu a provocat nicio depresie sinaptică (▴). (b) Urmele analogice (Upper) reprezintă fEPSPs dintr-un experiment fără explorarea holeboard înainte de HFT, după HFT și 24 h după HFT. (Inferioară) Analogii obținute la momente de timp similare când a avut loc explorarea nouă. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
În cazul în care depotențierea observată împărtășește proprietăți mecanistice cu LTD indusă de obiect, ar putea fi de așteptat ca LFS aplicată după depotențiere să nu provoace o depresie sinaptică suplimentară. Am aplicat LFS2 h după ce depotențierea a fost indusă de explorarea holeboard la animalele HFT. Acest moment pentru aplicarea LFS a fost ales pentru că a existat o stabilizare a depotențializării în acel moment (n = 5). Nici o LTD semnificativă nu a fost indusă de LFS în aceste condiții , sugerând că mecanismele comune sunt împărtășite de LTD și depotențierea indusă de expunerea holeboard.
LTD indusă de explorarea obiectelor este modulată de receptorii 5-HT4. Activarea receptorilor 5-HT4 are un efect inhibitor asupra LTD indusă electric (date nepublicate). În plus, a fost descris un rol pentru receptorul 5-HT4 pentru mai multe funcții cognitive în creier (22-25). Astfel, activarea receptorilor 5-HT4 poate afecta, de asemenea, învățarea asociațiilor obiect-loc. Un grup de șobolani (n = 5) a primit o injecție intracerebrală de 5 μl de RS67333 (2 μg/μl), un agonist selectiv 5-HT4, cu 30 de minute înainte de a fi introdus la panoul cu găuri care conținea obiecte. Un grup de control (n = 5) a primit aceeași cantitate de soluție salină. Activarea receptorilor 5-HT4 a blocat complet expresia LTD indusă de explorare (Fig. 6a ) .
RS67333 inhibă LTD indusă de explorare și obișnuința la un nou holeboard. (a) LFS aplicat în cadrul explorării noi a indus LTD atunci când animalele au fost injectate cu soluție salină, dar nu și atunci când au fost injectate cu 10 μg de RS67333. (b) Reexpunerea la holeboard. Ambele grupuri au fost injectate cu soluție salină, așa cum este indicat de săgeată. Animalele care au fost injectate cu RS67333 înainte de prima expunere au exprimat acum LTD după LFS. Grupul cu vehicul nu a exprimat LTD. (c) Test de obișnuință în holeboard mare. (i) Numărul de reprize la animalele injectate cu 10 μg de RS67333 (medicament) sau cu soluție salină (control). Barele albe cuprind date de la prima expunere, iar barele negre sunt de la reexpunerea 24 h mai târziu. (ii) Numărul de scufundări înregistrate în același experiment ca mai sus. (d) Urme analogice obținute înainte de LFS, după LFS și la 24 h după LFS. (i) Experimentul prezentat în a. (Superior) Experimentul cu vehicul. (Inferior) Injectarea de RS67333. (ii) Urmele cuprind analogii corespunzători din experimentul prezentat în b. Bara de scară verticală corespunde la 0,5 mV, iar bara orizontală corespunde la 5 ms.
Animalele au fost apoi testate pentru LTD în timpul reexpunerii la panoul cu găuri (la cel puțin 7 zile după prima expunere). Înainte de reexpunerea la holeboard, toate animalele au fost injectate cu soluție salină pentru a imita condițiile din experimentul anterior. În timp ce animalele care au primit doar injecții cu vehicule (înainte de prima dată și reexpunere) nu au prezentat nicio facilitare a LTD similară efectelor descrise în Fig. 2, grupul care a primit RS67333 înainte de prima expunere a prezentat LTD semnificativ . În conformitate cu postulatul nostru că LTD codifică informații noi, inhibarea LTD de către RS67333 ar fi putut afecta codificarea asociațiilor obiect-loc. Astfel, atunci când am reexpus animalele tratate cu RS67333 la holeboard cu aceeași constelație de obiecte ca și anterior, aceasta a cuprins efectiv o experiență nouă și, prin urmare, a avut loc facilitarea LTD.
Pentru a obține o măsură a obișnuinței și o confirmare suplimentară a acestei posibilități, am făcut un experiment comportamental similar într-un holeboard în câmp deschis (80 × 80 × 80 × 80 cm). Numărul de replici și de scufundări ale capului în găuri este o expresie a activității exploratorii. În cazul în care are loc o obișnuință, este de așteptat ca reexpunerea să ducă la un număr semnificativ mai mic de întoarceri și scufundări ale capului. Două grupuri de opt șobolani au fost injectate în orb fie cu 10 μg de RS67333, fie cu soluție salină cu 30 de minute înainte de prima încercare. Două încercări, fiecare având o durată de 15 minute, au avut loc la interval de 24 ore. Grupul de control a făcut semnificativ mai puțină scufundare a capului și a făcut mai puțină mișcare de ridicare a capului atunci când a fost expus din nou la holeboard în comparație cu performanța lor în primul proces (test t, P < 0,05, ambii parametri, în cadrul grupului). Acest lucru înseamnă că animalele de control au fost capabile să își amintească mediul la 24 de ore după prima lor întâlnire cu cutia. Cu toate acestea, grupul cu medicamente nu a prezentat niciun efect semnificativ de obișnuință la panoul cu găuri (Fig. 6b ). Astfel, în timp ce obișnuința apare în mod normal după 15 min de explorare a cutiei în câmp deschis, activarea receptorilor 5-HT4 a inhibat acest fenomen.
.