Poboljšana memorija za prepoznavanje objekata korištenjem ponavljajuće transkranijalne magnetne stimulacije nakon kodiranja, 2. dio

3. Rezultati

Koristili smo ORT sa kašnjenjem od {{0}}h između faze uzorkovanja i testiranja kako bismo procijenili efikasnost rTMS-a na memoriju. Nije bilo razlike u OFT aktivnosti i vremenima istraživanja objekta u uzorkovanju i testiranju između SHAM v TMS (p > 0,05, slika 1BD).

Pamćenje je suštinski dio života, pomaže nam da zabilježimo, prisjetimo se i zaključimo prošla iskustva, a također utiče na naše odluke o budućnosti.

Pamćenje se često smatra jednom od manifestacija ljudske inteligencije i može se mijenjati u skladu s različitim učenjem i iskustvima s kojima se pojedinac susreće. Za većinu ljudi, pamćenje ima tendenciju blagog opadanja kako ljudi stare, ali to se može poboljšati stalnim vježbanjem i treningom.

Efikasnost pamćenja je takođe veoma važan aspekt. Učinkovito pamćenje nam može pomoći da bolje razumijemo svoja iskustva i znanja i bolje komuniciramo s drugima. Također nam može pomoći da se bolje nosimo s izazovima i pritiscima, te da budemo uspješniji u učenju i radu.

Stoga moramo naučiti kako poboljšati učinkovitost i snagu našeg pamćenja. To uključuje razvijanje dobrih navika pamćenja, kao što je uspostavljanje efikasnih metoda vođenja bilješki i stvaranje efikasnog memorijskog okruženja. Također možemo poboljšati pamćenje vodeći se zdravim načinom života, kao što je dovoljno sna i pravilno vježbanje.

Ukratko, efikasnost i snaga pamćenja su veoma važne za naše živote. Koristeći pozitivne metode i pristupe za poboljšanje pamćenja i efikasnosti, možemo se bolje nositi sa svakodnevnim životom i uspješnije ostvariti svoje lične i profesionalne ciljeve. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer je Cistanche tradicionalni kineski ljekoviti materijal sa brojnim jedinstvenim efektima, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelovanje Cistanchea dolazi od različitih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga na više načina.

Kliknite na Know Ways to Improve Memory

Osim toga, nije bilo pristranosti za lokaciju objekta u probi akvizicije (p > {{0}}.05, podaci nisu prikazani). Miševi koji su primili TMS tokom 72-h imali su značajan indeks diskriminacije novog objekta (jednosmjerni t-test t(9) ¼ 3.067, p ¼ 0,0134), dok su SHAM miševi imali nije (jednosmjerni t-test t(10) ¼ 0,705, p ¼ 0,496).

Upoređujući dva indeksa diskriminacije, TMS je bio značajno veći od SHAM (Studentov t-test t(19) ¼ 2,77, p ¼ 0.0122, slika 1E). Osim toga, samo grupa koja je primila TMS imala je značajan t- Također smo analizirali razliku unutar svake grupe tretmana u istraživanju novog i poznatog objekta i pronašli značajnu razliku između istraženog objekta i datog tretmana (Dvosmjerna ponovljena ANOVA F(1 ,19) ¼ 8.305, p ¼ 0.0096, hp2 ¼.304 Slika 1F).

Post-hoc analiza je pokazala da je TMS grupa imala značajan porast u istraživanju novih objekata (p ¼ 0.0092), ali nije bilo razlike u SHAM grupi (p > 0,05), što ukazuje da rTMS između učenje i pronalaženje bolje su konsolidovali pamćenje.

Prateći ovaj rezultat, bili smo zainteresirani za razumijevanje neurobioloških promjena povezanih s poboljšanim performansama pamćenja kod miševa koji su primili rTMS. Koristili smo Western Blot da analiziramo količinu CREB, CAMKII i ERK i njihovu fosforilaciju koristeći puni homogenat iz hipokampusa i FC (slika 2).

U hipokampusu, generalno, došlo je do promjene u količini CREB (jednosmjerna ANOVA F(2,15) ¼ 6.20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Slika 2a). Post-hoc analiza je otkrila da je ovo izvedeno iz povećanja CREB-a u obje grupe koje su radile test ponašanja, SHAM (p=0,048) i TMS (p=0,016) u poređenju sa kontrolnom grupom.

Međutim, činilo se da je na fosforilaciju CREB utjecao isključivo rTMS u hipokampusu (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 11.813 p ¼ 0.00 1, hp2=.645 Slika 2a), aspost-hoc analiza je pokazala da su miševi koji su primili rTMS imali značajno veće nivoe pCREB od CONTROL (p=0,001) i SHAM grupe (p=0,041).

Dodatno, pronašli smo efekat na nivoe pCAMKII (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 4.817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, slika 2d), gdje je slično pCREB post-hoc testiranja su pokazala da je rTMS povećao količinu pCAMKII u poređenju sa kontrolnom grupom (p ¼ 0.027). U frontalnom korteksu, činilo se da je fosforilacija CREB-a pod utjecajem rTMS-a (Jednosmjerna ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, slika 2b).

Post-hoc analiza je pokazala da su miševi koji su primili rTMS imali značajno veće nivoe pCREB od CONTROL grupe (p ¼ 0.002)/Postojao je i efekat na pCAMKII u FC ( One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 6.452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, slika 2e), međutim posthoc analiza je pokazala da je to bilo bez obzira na tretman i kao SHAM (p=0,016) i TMS(0,035) grupe su imale povećan pCAMKII u poređenju sa CONTROL grupom.

U FC povećani pCAMKII je uzrokovan povećanom fosforilacijom postojećeg CAMKII, jer je udio pCAMKII prema CAMKII također povećan testom ponašanja (One-WayANOVA F(2,15) ¼ 7.387 p ¼ 0.{{11 }}07, hp2¼.532, sl. 2e). Post-hoc ispitivanja su pokazala da su i SHAM (p=0,026) i TMS (0,010) imali značajno veći udio od CONTROL. I u hipokampusu i u FC nismo vidjeli nikakve značajne promjene u ERK ili njegovoj fosforilaciji nakon rTMS-a.

Koristili smo Western Blot na sinaptičkim homogenatima iz hipokampusa i FC da odredimo učinak rTMS-a na različite sinaptičke receptore uključene u učenje i pamćenje.

Ispitivali smo promjenu podjedinica AMPA receptora GluR1 i GluR2, kao i BDNF receptora TrkB. U hipokampusu je postojala razlika u nivoima GluR2 (Welchov test F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, slika 3g) i pGluR2 (jednosmjerna ANOVA F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp2¼,461, sl.

Post-hoc analiza je pokazala da su SHAM miševi imali manje GLUR2 od CONTROLS (Games-Howell p ¼ 0.022), a miševi koji su primili rTMS tretman imali su značajno više nivoe obaGluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) i pGluR2 (p < 0,05) od miševa SHAM. U hipokampusu smo takođe pronašli promjene u pTrKB(One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 8,449 p ¼ 0,005, hp2 ¼,585, slika 3J).

Aspost-hoc testiranje je pokazalo da i SHAM miševi (p ¼ 0.008) i TMS miševi (p ¼ 0,013) imaju manje pTRKb od CONTROL što sugerira da je ovaj efekat povezan s testom ponašanja i neovisno o tretmanu .

Ovaj efekat je također bio posljedica promjene udjela ukupnog TrkB koji je fosforiliran (Jednosmjerna ANOVA F(2,15) ¼ 8.882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, slika 3J), i SHAM (p=0,042) i TMS (p=0,004) bili su značajno niži od CONTROL.

Jedini efekat na GluR1 pronađen je u FC gdje je došlo do promjene udjela GluR1 fosforiliranog na mjestu S845, pGluR1(845) (Jednosmjerna ANOVA F(2,15) ¼ 4,170 p ¼ 0,040 , hp2¼.391, sl. 3e), ali ne i lokacija S831.

Post-hoc analiza je pokazala da je došlo do smanjenja nakon rTMS-a u odnosu na CONTROLS (p ¼ 0.038). TrkB (Jednosmjerni ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼,712, sl. 3K) i pTrkB (Welch test F(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,001, sl. ).

Post-hoc analiza je pokazala da je ovaj efekat bio samo zbog povećanja nivoa nakon rTMS tretmana u poređenju sa kontrolama i za TrkB (p ¼ 0.001) i za pTrKB (Games-Howell p ¼ 0,037) .

Kako nije bilo razlike u odnosu pTrKb prema TrkB (slika 3K), to sugerira da je za razliku od hipokampusa, promjena u pTrkB rezultat ukupnog povećanja TrKB.

Konačno, istražili smo učinak rTMS stimulacije na povećanje i održavanje sinaptičkih veza u područjima mozga koja su uključena u ORT. Koristili smo imunohistohemiju da odredimo kolokaliziranu presinaptičku (SV2A) i postsinaptičku (PSD95) punktu kako bismo ukazali na udio aktivnih, povezanih sinapsi u ovim područjima.

Sve u svemu, došlo je do promjene u broju kolokaliziranih sinapsi u CA1 regiji hipokampusa (OneWay ANOVA F(2,16) ¼ 4.231 p ¼ 0.038, hp2¼.377, slika 4a ), EC(One-Way ANOVA F(2,16) ¼ 4.658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, slika 4c) i PC (Jednosmjerna ANOVA F(2,16) ¼ 7.895 , p=0,006, hp2=0,548, sl.

I u CA1 regiji iu PC-u došlo je do povećane kolokalizacije u TMS grupi za KONTROLU (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), međutim, u EC je došlo do povećanja od CONTROL u grupama SHAM (p=0,047) i TMS (p=0,022), što sugerira ukupan učinak testa ponašanja u ovoj regiji sa malim efektom tretmana. Nismo vidjeli značajnije promjene u FK.

4. Diskusija

Naši rezultati pokazuju da rTMS, ako se daje između kodiranja i preuzimanja, poboljšava memoriju u ORT kod miševa. Ovi rezultati odražavaju studije na ljudima koje su pokazale sličan učinak post-kodiranja gTMS-a ili drugih oblika neinvazivne moždane stimulacije, na poboljšanje pamćenja [2,3].

Studije pretežno na glodarima su se fokusirale na prethodno kodiranje rTMS-a za poboljšanje pamćenja u prošlosti[29e32], stoga neurobiološki mehanizmi konsolidacije ciljani na rTMS, iako je za specifično poboljšanje pamćenja učinkovitiji od drugih vremenskih tačaka stimulacije [1], nisu istraženi.

Indikator uporne LTM je formiranje jakih, stabilnih sinaptičkih veza. I u PC i CA1 samo su miševi koji su imali rTMS imali povećane sinaptičke veze u poređenju sa CONTROL miševima, dok SHAM miševi nisu.

PC i dorzalni CA1 su važni u memoriji za prepoznavanje objekata kroz različite mehanizme [33]. Dok je PC uključen u prepoznavanje objekata na osnovu njihove novosti ili poznatosti, hipokampus je uključen u kodiranje specifičnih informacija o objektu iz senzornih podražaja u memoriju [33e35]. Kako su obje regije imale povišene sinaptičke veze kod rTMS miševa, što je poboljšalo pamćenje, to sugerira da je stimulacija održavala obje važne veze u ovim područjima koje kodiraju i informacije o objektu i poznatost.

Jedna od najupečatljivijih bioloških promjena koje smo primijetili je povećanje ekspresije GluR2 u sinapsi hipokampusa nakon rTMS tretmana poboljšalo je pamćenje u poređenju sa smanjenjem kod SHAM miševa.

Ovo je bilo u suprotnosti s vrlo malom promjenom GluR1 ekspresije. Prethodne studije su pokazale da su GluR2 receptori važni za LTM skladištenje i uklanjanje GluR2 receptora iz sinapse je uključeno u zaboravljanje [36]. Suprotno tome, blokiranje GluR2 endocitoze sprečava zaboravljanje neeksperimentalnih postavki [37].

Bilo je samo nekoliko studija koje su pokazale oprečne dokaze o efektu rTMS-a na GluR2 receptore [26,38,39]. Vjerujemo da naši rezultati pokazuju jedinstveni učinak jer je rTMS uparen sa zadatkom učenja što je rezultiralo zaboravljanjem i gubitkom GluR2 receptora kod SHAM miševa.

Stoga su po prvi put pokazali da rTMS može promovirati stabilnost GluR2 receptora u sinapsi u vezi zadatka prepoznavanja objekata, što je, kako je pokazano u prethodnoj literaturi, važno za održavanje pamćenja [36,37].

Zanimljivo je u FC, rTMS je bio povezan sa povećanjem TrkB i fosforilacijom TrKB, dok je u hipokampusu zadatak pamćenja smanjio ekspresiju pTrkB. Kinetika TrkB u sinapsi zavisi od mnogih faktora, jer TrkB može biti internizovan u sinapsi kada se BDNF veže [40].

Međutim, duži periodi aktivacije BDNF-a rezultiraju stabilnom regulacijom TrkB dok prolazni BDNF samo privremeno povećava TrkB [41]. Stoga različita ekspresija FC i TrkB hipokampusa može biti indikacija efekata BDNF-a specifičnih za regiju.

U hipokampusu, TrkB internalizacija se možda dogodila i kod miševa SHAM i kod TMS kao odgovor na test ponašanja, budući da je provođenje testne faze moglo uzrokovati određeni nivo događaja učenja ponovne konsolidacije u obje ove grupe, što bi aktiviralo kratak BDNF odgovor [42e44 ]. Dok su u FC, prethodne studije pokazale direktno povećanje BDNF-a od rTMS-a[18e20], uporno povećanje BDNF-a od stimulacije tokom tri dana moglo je podstaći regulaciju i translokaciju TrkB u sinapsu [41].

Dodatno, efekat testa ponašanja koji uzrokuje internalizaciju TrkB ne bi se dogodio u FC kao u hipokampusu, jer FC nije uključen u memoriju prepoznavanja [45e47]. Ovo je također pokazano u našoj studiji jer nije bilo promjene u sinaptičkim vezama u ovoj regiji. Buduće studije bi trebale detaljnije istražiti rTMS u odnosu na efekte testova ponašanja kako bi se utvrdio ovaj tačan mehanizam.

Iz naših rezultata, čini se da postoji jaka veza između CREB-a i poboljšanih performansi memorije kod miševa koji su primili TMS. Sve u svemu, vidjeli smo povišene razine CREB-a i njegove fosforilacije iu hipokampusu i u FC. Ovaj rezultat se može povezati sa prethodnim istraživanjima koja su takođe pokazala sposobnost rTMS-a da poveća ekspresiju CREB-a i njegovu fosforilaciju [20,21].

Povećani pCREB je važan za aktivnost transkripcije potrebnu za pretvaranje kratkoročne memorije u stabilnu LTM [48e50], a blokiranje CREB-a sprečava konsolidaciju memorije u satima nakon događaja učenja [51]. Stoga, u fazi konsolidacije, bilo bi važno da rTMS može povećati pCREB. Međutim, uloga produžene aktivacije CREB-a je manje jasna.

Ova studija pokazuje da je fosforilacija CREB-a povezana s poboljšanom memorijom i stoga može biti važna u poboljšanim performansama pamćenja koje smo vidjeli kod miševa tretiranih rTMS-om.

Aktivacija CREB može doći iz mnogih sinaptičkih puteva. Nažalost, ova studija nije utvrdila tačan put koji bi rezultirao povišenim pCREB. Fosforilacija CAMKII je bila povećana i u hipokampusu i u FC, što bi moglo uzrokovati povećanu fosforilaciju CREB [9e11].

Kako rTMS mijenja nivoe Ca2 u neuronima [18], ova aktivacija CAMKII je možda obezbijedila direktan put za aktivaciju CREB-a, osim toga, aktivacija CAMKII je direktno povezana sa aktivnošću GluR2 [52].

Međutim, u FC SHAM miševi su također imali povišen CAMKII, ali ne i CREB iliGluR2. Sinaptičko bojenje je otkrilo da hipokampus igra veću ulogu u memoriji prepoznavanja objekata nego FC, tako da su možda uključeni i drugi regulatorni putevi koji podržavaju aktivaciju CREB-a iz CAMKII nakon rTMS-a u hipokampusu, a ne u FC. Iz ove studije, teško je utvrditi razlikovati da li su poboljšanja od rTMS-a bila isključivo rezultat stimulacije date 3 h nakon kodiranja ili stimulacija datih unutar 72- h.

Pojedinačni konsolidujući stimulansi su efikasni u poboljšanju pamćenja u pokusima na ljudima [3], međutim u studijama na glodarima, konzistentna reaktivacija puteva pamćenja je neophodna za održavanje LTM-a [17].

Osim toga, iz rezultata u ovoj studiji, ne možemo identificirati da li su poboljšano pamćenje ili neurobiohemijske promjene rezultat rTMS stimulacije tijekom faze konsolidacije koja poboljšava konsolidaciju pamćenja ili je postojao sekundarni mehanizam koji je mijenjao povraćaj pamćenja neovisno o konsolidaciji.

Rezultati ove studije pokazuju kako kratkoročne promjene u fosforilaciji proteina potrebne od sinaptičke konsolidacije, tako i dugoročne promjene stabilnih sinaptičkih veza potrebnih za održavanje memorije. Stoga će za buduća istraživanja biti važno da se uporede efekti različitih vremenskih tačaka stimulacije i kontrolnih grupa bez sonde kako bi se utvrdili tačni mehanizmi.

5. Zaključak

Zajedno, rezultati sugeriraju da promicanjem većeg sinaptičkog GluR2 i sprječavanjem njegove endocitoze, kao i održavanjem sinaptičkih veza u PC-u i hipokampalnom CA1, rTMS može poboljšati memoriju u testu prepoznavanja objekata.

Pronašli smo dokaze da su ove promjene moguće povezane sa CAMKII i CREB putevima u neuronima hipokampusa. Ovi rezultati dodatno učvršćuju isporuku rTMS-a u fazi konsolidacije za LTM i promjenu sinaptičke plastičnosti, što bi moglo imati veće implikacije u kliničkom polju neuromodulacije, ne samo za poboljšanje pamćenja, već i u slučajevima kada je veće zadržavanje informacija korisno, na primjer, psihoterapija [53].

Buduće studije bi mogle koristiti slične metode za upoređivanje konsolidacije i stimulacije održavanja kako bi se direktno odredio molekularni mehanizam koji doprinosi efektu, kao i da bi se utvrdilo da li se ovaj efekat može produžiti uz produženo održavanje rTMS-a.

CrediT izjava o autorskom doprinosu

AM Heath: konceptualizacija, formalna analiza, istraga, pisanje originalnog nacrta. M. Brewer: Istraga. J. Yesavage: Nadzor, pisanje i recenzija i uređivanje. MW McNerney: Nadzor, Resursi, Pribavljanje sredstava, Pisanje e recenzija i uređivanje.

Priznanja

Autori žele da se zahvale dr. Eugeniji Poh što je dala svoju figuru za upotrebu u rukopisu. Autori bi također željeli da Ass. Prof. Jennifer Roger za pružanje prilagođene TMS zavojnice korištene u ovoj studiji.

Ovaj rad je podržao Odjel za boračka pitanja [dotacija broj 5IK2BX004105-2]. Informacije u ovom dokumentu ne predstavljaju stavove Vlade Sjedinjenih Država, Odeljenja za pitanja veterana ili Medicinskog fakulteta Univerziteta Stanford.

Reference

[1] Yeh N, Rose NS. Kako se transkranijalna magnetna stimulacija može koristiti za modulaciju epizodnog pamćenja?: sistematski pregled i meta-analiza. FrontPsychol 2019;10:993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Poboljšanje performansi pamćenja uz rTMS kod zdravih subjekata i osoba sa blagim kognitivnim oštećenjem: uloga desnog dorsolateralnog prefrontalnog korteksa. Front Hum Neurosci 2012;6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Cenzor N, Mishoe J, Cohen LG. Uzročna uloga prefrontalnog korteksa u jačanju epizodnih sjećanja kroz rekonsolidaciju. Curr Biol2013;23:2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Stimulacija posteriorne kortikalno-hipokampalne mreže povećava preciznost prisjećanja. Curr Biol 2017;27:465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Perzistentnost skladištenja dugotrajne memorije zahtijeva kasnu sintezu proteina i fazu zavisnu od BDNF u hipokampusu. Neuron 2007;53:261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturne komponente sinaptičke plastičnosti i konsolidacije memorije. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015;7:a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. O ulozi sinteze proteina hipokampusa u konsolidaciji i ponovnoj konsolidaciji memorije za prepoznavanje objekata. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. Jednostavna uloga BDNF-a u učenju i pamćenju? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W, et al. CaMKII posredovana CREB fosforilacija je uključena u Ca(2þ)-indukovanu transkripciju BDNF mRNA i izrast neurita podstaknut električnom stimulacijom. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalizacija od sinapse do nukleusa: postsinaptička CREB fosforilacija tijekom višestrukih oblika sinaptičke plastičnosti hipokampusa. Neuron 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Fosforilacija CaMKII, MAP-kinaza i CREB tokom kasnog LTP-a u rezovima hipokampusa pacova in vitro, specifična za plastičnost. Neuropharmacology 2005;49:477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC, et al. Mehanizam Ca2þ/kalmodulin-zavisne kinaze II regulacije ulaza AMPAreceptora. Nat Neurosci 2011;14:727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com