Forbedret objektgenkendelseshukommelse ved hjælp af post-encoding repetitiv transkraniel magnetisk stimulering, del 2

3. Resultater

Vi brugte ORT med en forsinkelse på {{0}} timer mellem prøvetagnings- og testfasen for at vurdere effektiviteten af ​​rTMS på hukommelsen. Der var ingen forskel i OFT-aktivitet og objektudforskningstider i prøvetagningen og testforsøget mellem SHAM v TMS (p > 0,05, fig. 1BD).

Hukommelse er en væsentlig del af livet, der hjælper os med at registrere, genkalde og udlede tidligere oplevelser og også påvirke vores beslutninger om fremtiden.

Hukommelse ses ofte som en af ​​manifestationerne af menneskelig intelligens, og den kan ændre sig i henhold til de forskellige læring og erfaringer, som et individ møder. For de fleste mennesker har hukommelsen en tendens til at falde lidt efterhånden som folk bliver ældre, men dette kan forbedres gennem konstant motion og træning.

Effektiviteten af ​​hukommelsen er også et meget vigtigt aspekt. Effektiv hukommelse kan hjælpe os til bedre at forstå vores erfaringer og viden og bedre kommunikere med andre. Det kan også hjælpe os til bedre at klare udfordringer og pres og få mere succes med læring og arbejde.

Derfor er vi nødt til at lære, hvordan vi forbedrer effektiviteten og styrken af ​​vores hukommelse. Dette omfatter udvikling af gode hukommelsesvaner, såsom etablering af effektive notemetoder og skabelse af et effektivt hukommelsesmiljø. Vi kan også forbedre hukommelsen ved at engagere os i en sund livsstil, såsom at få nok søvn og træne ordentligt.

Kort sagt er hukommelsens effektivitet og styrke meget vigtig for vores liv. Ved at bruge positive metoder og tilgange til at forbedre vores hukommelse og effektivitet, kan vi bedre klare vores daglige liv og med større succes nå vores personlige og professionelle mål. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale med mange unikke effekter, hvoraf den ene er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche kommer fra de forskellige aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglykosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på flere måder.

Klik på Kend måder at forbedre hukommelsen

Derudover var der ingen skævhed for objektplacering i anskaffelsesforsøg (p > {{0}}.05, data ikke vist). Musene, der modtog TMS i løbet af 72- timer, havde et signifikant diskriminationsindeks for det nye objekt (envejs t-test t(9) ¼ 3.067, p ¼ 0,0134), hvorimod SHAM-mus gjorde ikke (Envejs t-test t(10) ¼ 0,705,p ¼ 0,496).

Ved at sammenligne de to diskriminationsindekser var TMS signifikant større end SHAM (Student t-test t(19) ¼ 2,77,p ¼ 0.0122, fig. 1E). Derudover havde kun den gruppe, der modtog TMS en signifikant t- Vi analyserede også forskellen inden for hver behandlingsgruppe for udforskning af det nye og velkendte objekt og fandt en signifikant forskel mellem det udforskede objekt og den behandling, der blev givet (Two Way Repeated Measures ANOVA F(1) ,19) ¼ 8,305, p ¼ 0,0096, hp2¼,304 Fig. 1F).

Post-hoc-analyse viste, at TMS-gruppen havde en signifikant stigning i ny objektudforskning (p ¼ 0.0092), men ingen forskel i SHAM-gruppen (p > 0,05), hvilket indikerer, at rTMS mellem læring og genfinding befæstede hukommelsen bedre.

Efter dette resultat var vi interesserede i at forstå de neurobiologiske ændringer forbundet med forbedret hukommelsesydelse hos mus, der modtog rTMS. Vi brugte Western Blot til at analysere mængden af ​​CREB, CAMKII og ERK og deres phosphorylering ved hjælp af det fulde homogenat fra hippocampus og FC (fig. 2).

I hippocampus var der samlet set en ændring i mængden af ​​CREB (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Fig. 2a). Post-hoc-analyse afslørede, at dette var afledt af en stigning i CREB i både de grupper, der udførte adfærdstesten, SHAM (p ¼ 0,048) og TMS (p ¼ 0,016) sammenlignet med KONTROL-gruppen.

Det var imidlertid fosforyleringen af ​​CREB, der så ud til udelukkende at være påvirket af rTMS i hippocampus(One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 11.813 p ¼ 0.00 1, hp2¼.645 Fig. 2a), viste aspost-hoc-analyse, at musene, der modtog rTMS, havde signifikant højere niveauer af pCREB end KONTROL- (p¼ 0,001) og SHAM-gruppen (p¼ 0,041).

Derudover fandt vi en effekt på niveauerne af pCAMKII (Envejs ANOVA F(2,15) ¼ 4.817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, Fig. 2d), hvor det svarer til pCREB post-hoc test viste, at rTMS øgede mængden af ​​pCAMKII sammenlignet med KONTROL-gruppen (p ¼ 0.027). I frontal cortex så phosphoryleringen af ​​CREB ud til at være påvirket af rTMS (One-Way ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, fig. 2b).

Post-hoc-analyse viste, at de mus, der modtog rTMS, havde signifikant højere niveauer af pCREB end KONTROL-gruppen (p ¼ 0.002)/Der var også en effekt på pCAMKII i FC ( One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 6.452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, Fig. 2e), men posthoc analyse viste, at det var uanset behandlingen som både SHAM (p ¼ 0,016) og TMS(0,035)-grupper havde øget pCAMKII sammenlignet med CONTROL-gruppen.

I FC skyldtes den øgede pCAMKII øget fosforylering af eksisterende CAMKII, da andelen af ​​pCAMKII til CAMKII også blev øget med adfærdstesten (One-WayANOVA F(2,15) ¼ 7.387 p ¼ 0.{{11 }}07, hp2¼.532, fig. 2e). Post-hoc testing viste, at både SHAM (p ¼ 0,026) og TMS (0,010) havde en signifikant større del end KONTROL. I både hippocampus og FC så vi ingen signifikante ændringer i ERK eller dets phosphorylering efter rTMS.

Vi brugte Western Blot på de synaptiske homogenater fra hippocampus og FC til at bestemme effekten af ​​rTMS på forskellige synaptiske receptorer involveret i indlæring og hukommelse.

Vi undersøgte ændringen i AMPA-receptorunderenhederne GluR1 og GluR2 såvel som BDNF-receptoren TrkB. I hippocampus var der en forskel i niveauerne af GluR2 (Welch Test F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, Fig. 3g) og pGluR2 (Envejs ANOVA F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp2¼,461, fig.

Post-hoc-analyse afslørede, at SHAM-mus havde mindre GLUR2 end CONTROLS (Games-Howell p ¼ 0.022), og de mus, der modtog rTMS-behandling, havde signifikant højere niveauer af bådeGluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) og pGluR2 (p < 0,05) end SHAM-musene. I hippocampus fandt vi også ændringer i pTrKB(One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 8,449 p ¼ 0,005, hp2¼.585, Fig. 3J).

Aspost-hoc-testing viste, at både SHAM-musene (p ¼ 0.008) og TMS-musene (p ¼ 0,013) havde mindre pTRKb end KONTROL, det tyder på, at denne effekt var relateret til adfærdstesten og uafhængig af behandling .

Denne effekt skyldtes også en ændring i andelen af ​​totalTrkB, der blev phosphoryleret (One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 8.882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, Fig. 3J), både SHAM (p ¼ 0,042) og TMS (p ¼ 0,004) var signifikant lavere end KONTROL.

Den eneste effekt på GluR1 blev fundet i FC, hvor der var en ændring i andelen af ​​GluR1 phosphoryleret på S845-stedet, pGluR1(845) (Envejs ANOVA F(2,15) ¼ 4,170 p ¼ 0,040 , hp2¼.391, fig. 3e), men ikke S831-stedet.

Post-hoc-analyse viste, at der var et fald efter rTMS sammenlignet med KONTROL (p ¼ 0.038). Der var ingen ændring i GluR2-receptorer i FC, men vi fandt en effekt på niveauerne af TrkB (Envejs ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼,712, Fig. 3K) og pTrkB (Welch TestF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, Fig. ).

Post-hoc-analyse viste, at denne effekt kun skyldtes en stigning i niveauer efter rTMS-behandling sammenlignet med kontroller for både TrkB (p ¼ 0.001) og pTrKB(Games-Howell p ¼ 0,037) .

Da der ikke var nogen forskel i andelen af ​​pTrKb til TrkB (fig. 3K), tyder dette på, at i modsætning til i hippocampus var ændringen i pTrkB et resultat af den samlede stigning i TrKB.

Endelig undersøgte vi effekten af ​​rTMS-stimulering på at øge og opretholde synaptiske forbindelser i områder af hjernen, der er involveret i ORT. Vi brugte immunhistokemi til at bestemme kolokaliserede præsynaptiske (SV2A) og postsynaptiske (PSD95) puncta til at angive andelen af ​​aktive, forbundne synapser i disse områder.

Samlet set var der ændring i antallet af kolokaliserede synapser i CA1-regionen af ​​hippocampus (OneWay ANOVA F(2,16) ¼ 4.231 p ¼ 0.038, hp2¼.377, Fig. 4a ), EC(One-Way ANOVA F(2,16) ¼ 4.658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, Fig. 4c) og pc'en (One-Way ANOVA F(2,16) ¼ 7.895 , p ¼ 0,006, hp2¼,548, fig.

I både CA1-regionen og PC var der øget kolokalisering i TMS-gruppen til CONTROL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), i EF var der dog en stigning fra CONTROL i både SHAM (p ¼ 0,047) og TMS (p ¼ 0,022) grupper, hvilket tyder på en samlet effekt af adfærdstesten i denne region med ringe effekt af behandlingen. Vi så ingen væsentlige ændringer i FC.

4. Diskussion

Vores resultater viser, at rTMS, hvis det gives mellem kodning og hentning, forbedrer hukommelsen i ORT hos mus. Disse resultater afspejler menneskelige undersøgelser, som har vist en lignende effekt af post-encodingrTMS eller andre former for ikke-invasiv hjernestimulering, der forbedrer hukommelsen [2,3].

Overvejende gnaverundersøgelser har tidligere fokuseret på præ-kodning af rTMS til forbedring af hukommelsen[29e32], derfor er de neurobiologiske mekanismer for konsolideringsmålrettet rTMS, selvom det til specifik hukommelsesforbedring er mere effektivt end andre stimuleringstidspunkter [1], ikke blevet undersøgt.

En indikator for vedvarende LTM er dannelsen af ​​stærke, stabile synaptiske forbindelser. I både pc'en og CA1 havde kun musene, der havde rTMS, øgede synaptiske forbindelser sammenlignet med CONTROL-musene, mens SHAM-musene ikke havde.

Pc'en og dorsale CA1 er vigtige i objektgenkendelseshukommelse gennem forskellige mekanismer [33]. Mens pc'en er involveret i genkendelsen af ​​objekter baseret på deres nyhed eller kendskab, er hippocampus involveret i at indkode den specifikke objektinformation fra sensoriske stimuli til hukommelsen [33e35]. Da begge regioner havde forhøjede synaptiske forbindelser i rTMS-musene, som havde forbedret hukommelse, tyder dette på, at stimuleringen bibeholdt begge de vigtige forbindelser i disse områder, der koder for både objektinformation og fortrolighed.

En af de mest slående biologiske ændringer, vi observerede, var stigningen i ekspressionen af ​​GluR2 ved synapsen af ​​hippocampus, efter at rTMS-behandling forbedrede hukommelsen sammenlignet med faldet i SHAM-musene.

Dette var i modsætning til meget lille ændring af GluR1-ekspression. Tidligere undersøgelser har vist, atGluR2-receptorer er vigtige for LTM-lagring, og fjernelse afGluR2-receptorer fra synapsen er involveret i at glemme [36]. Modsat forhindrer blokering af GluR2-endocytose at glemme ineksperimentelle indstillinger [37].

Der har kun været få undersøgelser, der har vist modstridende beviser for effekten af ​​rTMS på GluR2-receptorer [26,38,39]. Vi mener, at vores resultater viser en unik effekt, da rTMS blev parret med læringsopgaven, hvilket resulterede i glemsel og tab af GluR2-receptorer i SHAM-musene.

Vi har derfor for første gang vist, at rTMS kan fremme stabiliteten af ​​GluR2-receptorer ved synapsen om objektgenkendelsesopgaven, som som vist i tidligere litteratur er vigtig for at bevare en hukommelse [36,37].

Interessant nok i FC var rTMS forbundet med en stigning i TrKB og phosphoryleringen af ​​TrKB, hvorimod hukommelsesopgaven i hippocampus reducerede pTrkB-ekspression. Kinetikken af ​​TrkB ved synapsen er afhængig af mange faktorer, da TrkB kan internaliseres ved synapsen, når BDNF binder [40].

Imidlertid resulterer længere aktiveringsperioder af BDNF i en stabil opregulering af TrkB, hvorimod forbigående BDNF kun øger TrkB midlertidigt [41]. Derfor kan den forskellige ekspression af FC og hippocampus TrkB være en indikation af de regionspecifikke virkninger af BDNF.

I hippocampus kan TrkB-internalisering være forekommet i både SHAM- og TMS-musene som svar på adfærdstesten, da udførelse af testfasen kan have forårsaget et vist niveau af rekonsolideringsindlæringsbegivenhed i begge disse grupper, hvilket ville have aktiveret en kort BDNF-respons [42e44 ]. Mens tidligere undersøgelser i FC har vist direkte stigninger i BDNF fra rTMS[18e20], kan den vedvarende stigning i BDNF fra stimuleringen over de tre dage have fremmet opreguleringen og translokationen af ​​TrkB til synapsen [41].

Derudover ville virkningen af ​​adfærdstesten, der forårsager TrkB internalisering, ikke have fundet sted i FC, som den gjorde i hippocampus, da FC ikke er involveret i genkendelseshukommelse [45e47]. Dette blev også demonstreret i vores undersøgelse, da der ikke var nogen ændring i synaptiske forbindelser i denne region. Fremtidige undersøgelser bør undersøge rTMS versus adfærdsmæssige testeffekter mere detaljeret for at bestemme denne nøjagtige mekanisme.

Ud fra vores resultater ser der ud til at være en stærk sammenhæng mellem CREB og forbedret hukommelsesydelse hos de mus, der modtog TMS. Samlet set så vi forhøjede niveauer af CREB og dets phosphorylering i både hippocampus og FC. Dette resultat kan relateres til tidligere forskning, som også har vist evnen af ​​rTMS til at øge CREB-ekspression og dets phosphorylering [20,21].

Øget pCREB er vigtig for den transkriptionelle aktivitet, der er nødvendig for at konvertere korttidshukommelsen til en stabil LTM [48e50], og blokering af CREB forhindrer konsolidering af hukommelsen i timerne efter læringsbegivenheden [51]. Derfor ville det på konsolideringsstadiet være vigtigt, hvis rTMS kunne øge pCREB. Rollen af ​​den forlængede aktivering af CREB er imidlertid mindre klar.

Denne undersøgelse viser, at phosphorylering af CREB var forbundet med forbedret hukommelse og derfor kan være vigtig i den forbedrede hukommelsesydelse, vi så hos de rTMS-behandlede mus.

CREB-aktivering kan komme fra mange synaptiske veje. Desværre bestemte denne undersøgelse ikke den nøjagtige vej, der ville resultere i forhøjet pCREB. Fosforyleringen af ​​CAMKII var øget i både hippocampus og FC, hvilket kunne forårsage den øgede CREB-phosphorylering [9e11].

Da rTMS ændrer Ca2þ-niveauer i neuroner [18], kan denne aktivering af CAMKII have givet en direkte vej til at aktivere CREB, desuden er CAMKII-aktivering blevet direkte forbundet med GluR2-aktivitet [52].

Men i FC havde SHAM-musene også forhøjet CAMKII, men ikke CREB ellerGluR2. Den synaptiske farvning afslørede, at hippocampus spiller en større rolle i objektgenkendelseshukommelsen end FC, så der er muligvis andre regulatoriske veje involveret, der understøttede aktiveringen af ​​CREB fra CAMKII efter rTMS i hippocampus og ikke FC. Fra denne undersøgelse er det svært at skelne mellem, om forbedringerne fra rTMS udelukkende skyldtes stimuleringen givet 3 hpost-kodning eller stimulationerne givet inden for 72-h.

Enkelte konsoliderende stimuli er effektive til at forbedre hukommelsen i humane forsøg [3], men i gnaverundersøgelser er konsekvent reaktivering af hukommelsesveje afgørende for LTM-vedligeholdelse [17].

Derudover kan vi ud fra resultaterne i denne undersøgelse ikke identificere, om den forbedrede hukommelse eller neurobiokemiske ændringer var resultatet af rTMS-stimuleringen under konsolideringsfasen, der forbedrede hukommelseskonsolideringen, eller om der var en sekundær mekanisme, der ændrede hentning af hukommelsen uafhængig af konsolidering.

Resultaterne fra denne undersøgelse viser både kortsigtede ændringer i phosphoryleringen af ​​proteiner, der er nødvendige fra synaptisk konsolidering, og langsigtede ændringer til stabile synaptiske forbindelser, der er nødvendige for hukommelsesvedligeholdelse. Derfor vil det være vigtigt for fremtidige undersøgelser at sammenligne effekten af ​​forskellige stimuleringstidspunkter og ikke-probe forsøgskontrolgrupper for at bestemme de nøjagtige mekanismer.

5. Konklusion

Sammen tyder resultaterne på, at ved at fremme større synaptiskGluR2 og forhindre dets endocytose, samt vedligeholde synaptiske forbindelser i pc'en og hippocampus CA1, kan rTMS forbedre hukommelsen i objektgenkendelsestesten.

Vi fandt bevis for, at disse ændringer muligvis var forbundet med CAMKII- og CREB-veje i hippocampale neuroner. Disse resultater størkner yderligere og leverer rTMS i konsolideringsfasen for LTM og ændring af synaptisk plasticitet, hvilket kunne have større implikationer i det kliniske neuromodulationsfelt, ikke kun for at forbedre hukommelsen, men også i tilfælde, hvor større opbevaring af information er gavnlig, for eksempel psykoterapi [53].

Fremtidige undersøgelser kunne anvende lignende metoder til at sammenligne konsolidering og vedligeholdelsesstimulering for direkte at bestemme den molekylære mekanisme, der bidrager til effekten, samt afgøre, om denne effekt kan forlænges med langvarig vedligeholdelse rTMS.

CRediT forfatterskabsbidragserklæring

AM Heath: konceptualisering, formel analyse, undersøgelse, skrivning af det originale udkast. M. Brygger: Efterforskning. J. Yesavage:Supervision, Writing e review & editing. MW McNerney: Supervision, Ressourcer, Finansieringsanskaffelse, Skrivning e anmeldelse og redigering.

Anerkendelser

Forfatterne vil gerne takke Dr. Eugenia Poh for at have leveret hendes figur til brug i manuskriptet. Forfatterne vil også gerne den Ass. Prof. Jennifer Roger for at levere det tilpassede TMS, der blev brugt i denne undersøgelse.

Dette arbejde blev støttet af Department of Veteran's Affairs [bevillingsnummer 5IK2BX004105-2]. Oplysningerne i dette dokument repræsenterer ikke synspunkter fra USA's regering, Department of Veteran's Affairs eller StanfordUniversity School of Medicine.

Referencer

[1] Yeh N, Rose NS. Hvordan kan transkraniel magnetisk stimulation bruges til at modulere episodisk hukommelse?: en systematisk gennemgang og meta-analyse. 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. Forbedring af hukommelsesydelse med rTMS hos raske forsøgspersoner og individer med mild kognitiv svækkelse: rollen af ​​den højre dorsolaterale præfrontale cortex. Front Hum Neurosci 2012;6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Censor N, Mishoe J, Cohen LG. Den kausale rolle af præfrontal cortex i styrkelse af episodiske erindringer gennem rekonsolidering. 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. Stimulering af det posteriore kortikale-hippocampale netværk øger præcisionen af ​​hukommelseserindring. 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. Vedvarende langtidshukommelseslagring kræver en sen proteinsyntese og BDNF-afhængig fase i hippocampus. Neuron 2007;53:261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturelle komponenter af synaptisk plasticitet og hukommelseskonsolidering. 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. Om rollen af ​​hippocampus proteinsyntese i konsolidering og konsolidering af objektgenkendelseshukommelse. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. En simpel rolle for BDNF i læring og hukommelse? 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-medieret CREB-phosphorylering er involveret i Ca(2þ)-induceret BDNF mRNA-transkription og neuritudvækst fremmet af elektrisk stimulering. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalering fra synapse til kerne: postsynaptisk CREB-phosphorylering under flere former for hippocampus synaptisk plasticitet. Neuron 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Plasticitetsspecifik phosphorylering af CaMKII, MAP-kinaser og CREB under sen-LTP i rotte hippocampale skiver in vitro. 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. Mekanisme for Ca2þ/calmodulin-afhængig kinase II-regulering af AMPAreceptor-gating. Nat Neurosci 2011;14:727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com