Forudgående indlæring af relevant ikke-naversiv information er en grænsebetingelse for at undgå hukommelsesrekonsolidering i rottehippocampus

For mere information:ali.ma@wecistanche.com

Genaktiverede minder kan modificeres under rekonsolidering, hvilket gør denne proces til et potentielt terapeutisk mål for posttraumatisk stresslidelse (PTSD), en psykisk sygdom karakteriseret ved den tilbagevendende undgåelse af situationer, der fremkalder traumerelateret frygt. Dog undgåelsehukommelserekonsolidering afhænger af et sæt stadig løst definerede randbetingelser, der begrænser den translationelle værdi af grundforskning. Især involvering af hippocampus i frygt-motiveret undgåelsehukommelserekonsolidering er fortsat kontroversiel. Ved at kombinere adfærdsmæssige og elektrofysiologiske analyser hos Wistar-hanrotter fandt vi ud af, at tidligere læring af relevant ikke-aversiv information er afgørende for at fremkalde hippocampus' deltagelse i undgåelsehukommelserekonsolidering, som er forbundet med en stigning i theta- og gamma-oscillationskraft og krydsfrekvenskobling i dorsale CA1 under reaktivering af undgåelsesresponsen. Vores resultater indikerer, at hippocampus er involveret ihukommelserekonsolidering kun, når reaktivering resulterer i modstridende repræsentationer vedrørende konsekvenserne af undgåelse og antyder, at robust indlejring af hippocampus theta-gamma-rytmer på tidspunktet for genfinding er en specifik rekonsolideringsmarkør.

Nøgleord: undgåelse; frygt; gamma-oscillationer; hippocampus; rekonsolidering; theta-oscillationer

XAndressa Radiske,* Maria Carolina Gonzalez,* Sergio A. Conde-Ocazionez, XAnatildes Feitosa, Cristiano A. Ko¨hler, Lia R. Bevilaqua og XMartín Cammarota

Memory Research Laboratory, Brain Institute, Federal University of Rio Grande do Norte, RN 59056-450 Natal, Brasilien

Betydningserklæring

Posttraumatisk stresslidelse (PTSD) er karakteriseret ved utilpassede undgåelsesreaktioner på stimuli eller adfærd, der repræsenterer ligheder med nogle aspekter af den atraumatiske oplevelse. Afbrydelse af rekonsolidering, den proces, hvorved reaktiverede hukommelser bliver modtagelige for modifikationer, er en lovende tilgang til behandling af PTSD-patienter. Men meget af det, man ved om frygt-motiveret undgåelsehukommelserekonsolidering stammer fra undersøgelser baseret på frygtkonditionering i stedet for undvigelses-læringsparadigmer. Ved at bruge en nedtrapningshæmmende undgåelsesopgave hos rotter fandt vi ud af, at hippocampus er involveret ihukommelserekonsolidering kun, når dyrene opnåede undgåelsesreaktionen i et miljø, som de tidligere havde lært som sikkert og viste, at øget theta- og gamma-oscillationskobling under reaktivering er en elektrofysiologisk signatur af denne proces.

Introduktion

Undgåelse er en normal defensiv adfærd, der har til formål at undgå ubehagelige eller frygtelige situationer. Men hos patienter med posttraumatisk stresslidelse (PTSD) er undgåelse af følelser, tanker og stimuli, der symboliserer eller ligner traumatiske begivenheder, forværret og ude af proportioner. Reaktivering kan gøre hukommelser forbigående labile, og for at bestå, skal disse hukommelser gennemgå en gen-ekspressions- og proteinsynteseafhængig restabiliseringsproces kaldet rekonsolidering, hvorunder de også kan opdateres eller forbedres (Misanin et al., 1968; Spear, 1973; Lewis, 1979; Przybyslawski og Sara, 1997; Nader et al., 2000, Haubrich og Nader, 2016). Derfor er det blevet foreslået, at terapeutiske interventioner baseret på interferensen af ​​frygtmotiveret undgåelseshukommelsesrekonsolidering kan hjælpe PTSD-patienter med at rekontekstualisere påtrængende erindringer og håndtere angst (Schwabe et al., 2014; Dunbar og Taylor, 2017). Ikke desto mindre, måske fordi betinget frygt længe har været forbundet med forstærkning af frygt-motiverede undgåelsesreaktioner (Mowrer og Lamoreaux, 1946; Miller, 1948), er de fleste undersøgelser af rekonsolideringens relevans for behandling af stressor-relaterede lidelser blevet udført vha. frygtbetingende læringsparadigmer (Johansen et al., 2011; Reichelt og Lee, 2013). Der er imidlertid vigtige neuroanatomiske og neurokemiske forskelle mellem frygtkonditionering og frygtmotiveret undgåelseshukommelsesbehandling (Wilensky et al., 2000; Tinsley et al., 2004; Alberini, 2005), og flere rapporter har klart adskilt frygtinduceret undgåelse fra udtryk for betinget frygt (Riccio og Silvestri, 1973; Overmier og Brackbill, 1977; Mineka, 1979). Faktisk er der en mangel på information om de adfærdsmæssige forhold, der begrænser frygt-induceret undgåelsesrekonsolidering og de fysiologiske egenskaber, der adskiller denne proces fra andre fænomener, der afhænger af hukommelsesreaktivering.

Klik til Cistanche tubulosa dosering for hukommelse

Især hippocampus' rolle, som er veldokumenteret i frygtkonditionerende hukommelsesrekonsolidering (de Oliveira Alvares et al., 2008; Besnard et al., 2013; Ishikawa et al., 2016), forbliver uhåndgribelig i tilfælde af undgåelse og nogle undersøgelser, herunder vores egen, har ikke fundet beviser for, at de novo hippocampus proteinsyntese er nødvendig for restabilisering af frygtinduceret undgåelseshukommelse efter reaktivering (Taubenfeld et al., 2001; Cammarota et al., 2004; Power et al. , 2006; Arguello et al., 2013). En mulig forklaring på disse negative resultater er, at undgåelseshukommelsen aldrig gennemgår rekonsolidering, hvilket er højst usandsynligt, fordi det er blevet rapporteret, at systemisk administration af proteinsynteseblokkere efter frygtinduceret undgåelseshukommelseshentning forårsager amnesi (Taubenfeld et al., 2001). En anden mulighed er, at reaktivering inducerer rekonsolidering af undgåelseshukommelsen, men hippocampus spiller ingen rolle i denne proces, hvilket også virker usandsynligt, fordi hippocampus er essentiel, ikke kun for konsolidering, genfinding og udryddelse af den frygt-inducerede undgåelsesreaktion (Bernabeu et al., 1995; Cammarota et al., 2005; Bonini et al., 2006), men også til rekonsolidering af hukommelse til undgåelse af udryddelse (Radiske et al., 2015). Denne sidste observation antyder en tredje hypotese, som vi undersøgte i denne undersøgelse, at hippocampus kun er involveret i frygt-motiveret undgåelseshukommelsesrekonsolidering, når reaktivering resulterer i modstridende forudsigelser vedrørende de mulige resultater af undgåelsesreaktionen.

Ændringer i hippocampus oscillerende aktivitet er forbundet med hukommelsesbehandling (Lisman, 2005). Især er øgede theta-gamma-interaktioner forbundet med hukommelseshentning (Gruber et al., 2004; Montgomery og Buzsaki, 2007), og disse svingninger tjener til at beregne usikkerhedssignaler (Garrido et al., 2015) og til at skelne mellem korrekte og forkerte svar (Sederberg et al., 2007), som alle har været relateret til nogle aspekter af hukommelsesrekonsolidering i forskellige præparater (Ferna´ndez et al., 2016).

Derfor hævdede vi også, at sporkonkurrence ved begyndelsen af ​​rekonsolidering forbedrer theta-gamma-koblingen i hippocampus. For at teste disse antagelser brugte vi step-down inhibitory avoidance (SD-IA) paradigmet, en en-forsøgs, hippocampus-afhængig læringsopgave, der er egnet til at studere tidsafhængige ændringer forbundet med hentning af lært undgåelse hos rotter.

Materialer og metoder

Emner. Vi brugte 3-måned gamle naive Wistar-hanrotter, der vejede 300 – 350 g til eksperimenterne. Dyrene blev anbragt i grupper på fem og holdt i en 12:12 timers lys/mørke-cyklus (lys tændt kl. 6:00) ved 23 grader med ad libitum adgang til mad og vand. Vi udførte eksperimenterne under lyscyklussen. Dyrene blev kun trænet og testet én gang. Alle procedurer fulgte National Institutes of Health's vejledning til pleje og brug af laboratoriedyr og blev godkendt af den lokale institutionelle etiske komité (Comissa˜o de E´tica no Uso de Animais, CEUA). Forsøgene blev udført blindet for dyrenes behandlingstilstand.

Kanyle og multielektrode array implantater. Vi implanterede dyr med {{0}}-gauge rustfri stålstyr rettet mod CA1-regionen af ​​den dorsale hippocampus (stereotaksiske koordinater, i millimeter: anteroposterior, 4.2; anterolateral, 3.0; dorsoventral, 3 .0). Seks dyr blev kronisk implanteret med 16-kanalelektrodearrays i venstre dorsale hippocampus (stereotaksiske koordinater, i millimeter: anteroposterior, 3,6; anterolateral, 2,4; dorsoventral, 3,6 mm) og to epidurale skruer lokaliseret i parietalbenet. elektroder. Elektrodearrays blev lavet af 50 m stumptskårne, PFA-belagte wolframmikrotråde (AM Microsystems) placeret i en 2 8 konfiguration med en afstand på 250 m mellem tilstødende elektroder. Implantater blev udført under ketamin (80 mg/kg)/xylazin (10 mg/kg) anæstesi, og umiddelbart efter operationen modtog dyrene en enkelt subkutan dosis af meloxicam (0,2 mg/kg) som et smertestillende middel. Efter operationen blev rotter med elektrodeimplantater anbragt individuelt. Adfærdsmæssige procedurer begyndte 7-10 dage efter operationen.

Eksperimentelt design og statistisk analyse. Før træning i SD-IA (se nedenfor), blev rotter underkastet en af ​​tre forskellige procedurer som følger. Kontroldyr blev håndteret i 5 min/d i løbet af 5 d (kontrolgruppe). Åbent felt (OF) gruppedyr fik lov til at udforske en 60 * 6{{30}} * 60 cm lysegrå OF arena i 5 min/d i 5 d. Træningsboks (TB) gruppedyr blev sat på SD-IRA TB platformen og fik lov til at udforske apparatet frit i 5 min/d i løbet af 5 d. En dag eller 28 dage efter afslutningen af ​​disse procedurer blev rotter trænet i SD-IA-opgaven. SD-IA-apparatet var en 50 25 25 cm plexiglaskasse med en 5-cm høj, 8-bred, 25-cm lang platform i venstre ende af en række bronzestænger der udgjorde gulvet i kassen. Til træning (en enkelt session udført mellem 8:00 AM og 11:00 AM) blev dyrene placeret på platformen vendt mod det venstre bageste hjørne af SD-IRA-apparatet. Da de trådte ned og placerede deres fire poter på gitteret, modtog de et 0,8 mA (stærk træning) eller et 0,4 mA (svag træning) scrambled fodchok i løbet af 2 s og blev straks returneret til deres hjemmebur. For at genaktivere undgåelseshukommelsessporet, 24 timer efter SD-IA-træning, blev dyrene placeret igen på TB-platformen i 40 s. I løbet af disse 40 s udforskede rotterne platformen og undgik at træde ned fra den. Retention blev vurderet under anvendelse af uafhængige grupper af dyr 3 timer, 1 dag eller 14 dage efter SD-IA-hukommelsesreaktivering. For at gøre det blev dyr anbragt på SD-IA TB-platformen, og latensen til at træde ned fra den blev målt. Denne session sluttede, når dyret trådte ned til gitteret eller efter 500 s. Der blev ikke givet fodchok. På grund af 500 s-loftet, der er pålagt ventetiden for retentionstestsessioner og det faktum, at der ikke er nogen valideret multifaktoriel ANOVA-test for ikke-parametriske variabler, udtrykkes data som medianer (interkvartilintervaller) og analyseres ved to-halet Mann-Whitney U-test eller Kruskal- Wallis test efterfulgt af Dunns post hoc sammenligninger, når det er relevant. Data fra præeksponering og træningssessioner (intet pålagt loft) er udtrykt som gennemsnitlig SEM og blev analyseret ved hjælp af ANOVA efterfulgt af Bonferronis multiple-sammenligningstest. Signifikansen blev sat til p 0,05. Dataanalyser blev udført ved hjælp af GraphPad Prism 6-softwaren (RRID: SCR_002798).

In vivo elektrofysiologi. Neurofysiologiske signaler blev erhvervet kontinuerligt ved hjælp af Cerebus Neural Signal Processor-systemet (Black Rock Microsystems). Data blev forstærket, filtreret ved afskæringsfrekvenser på 0,3 og 150 Hz, samplet ved 1000 Hz og analyseret offline i MATLAB (RRID: SCR_001622) ved hjælp af indbyggede og specialskrevne rutiner ( Signalbehandlingsværktøjskasse). CA1 pyramideformede cellelag blev identificeret ved stereotaksiske koordinater og standard elektrofysiologiske parametre såsom maksimal theta-styrke ved hippocampus fissur og fasevending af theta-aktivitet på tværs af stratum radiatum (Brankack et al., 1993; Bragin et al., 1995). Vi brugte Welch periodogram-metoden (5 s Hamming-vinduer, 75 procent overlap) til effektspektreberegning. Effektforhold angiver effekt pr. frekvensenhed normaliseret af effekt under basislinjeepoken (de første 40 s stabil optagelse i optageburet). Baseline feltpotentialer blev erhvervet i registreringsburet 1 time før hukommelsesreaktivering. Båndeffekten af ​​theta, langsom gamma og hurtig gamma blev defineret som den gennemsnitlige effekt i frekvensområdet på henholdsvis 5-10, 35-55 og 55-100 Hz. Til krydsfrekvenskoblingsanalyse blev langsomme og hurtige gamma-amplituder og theta-faserne langs optagelsen beregnet ud fra Hilbert-transformationen af ​​de filtrerede versioner af hvert frekvensbånd. Theta-faser blev gemt i 18 intervaller på 20 grader. Den gennemsnitlige amplitude af gammabånd blev beregnet for hver thetafase-bin og normaliseret med summen af ​​amplitudeværdier over alle bins. Modulationsstyrken mellem frekvensbånd blev udtrykt ved modulationsindekset (MI), som angiver Kullback-Leiber-afstanden mellem den ensartede fordeling og sandsynlighedsfunktionen afledt af middelamplitude pr. fasefordeling (Tort et al., 2010). Komodulationskort blev opnået ved at udtrykke MI for flere frekvensbåndspar (4 Hz båndbredder, 1 Hz trin for fasefrekvenser; 10 Hz båndbredder, 5 Hz trin for amplitudefrekvenser) i et todimensionalt pseudofarveplot (Tort et al., 2010) . Gennemsnitlig MI blev opnået ved at tage et gennemsnit af de tilsvarende MI-værdier i regionerne (5-10 Hz) (35-55 Hz) eller (5-10 Hz) (55-100 Hz) i co-modulationskortene. MI'er blev beregnet ud fra enkelte elektroder ved hjælp af 40-s lange sammenhængende LFP-optagelser fra reaktiveringssessionen. Hændelser med langsom og hurtig gamma-amplitude blev identificeret, og den associerede theta-fase blev bestemt. Disse hændelser blev defineret som tidsintervaller, når gammastyrke oversteg med 2 SD'er deres respektive tidsgennemsnitlige effekt som i Colgin et al. (2009). For at undgå analysen af ​​artefaktuelle gammahændelser tog vi ikke hensyn til tidsintervaller med power 6 SD'er i beregningerne. Hændelser adskilt af 100 ms blev slået sammen og betragtet som en enkelt hændelse. Theta-fasen på tidspunkterne svarende til maksimum af hver gamma-hændelse blev ekstraheret, og det cirkulære middel blev beregnet, hvilket opnåede en enkeltfaseværdi forbundet med forekomsten af ​​høj gamma-amplitude. Digitale videokameraer fastgjort over SD-IA-apparatet og optagelsesbure blev brugt til at spore dyrets position. Videodata blev indsamlet ved 30 billeder/s og analyseret ved hjælp af TopScan-systemet (CleverSys). Data er udtrykt som gennemsnitlig SEM og blev analyseret ved hjælp af uparret Students t-test eller en-prøve t-test med teoretisk middelværdi 1. Elektrodeplacering blev verificeret postmortem. Rotter blev dybt bedøvet og perfunderet intrakardialt først med saltvand, pH 7,2, og derefter med 4 procent paraformaldehyd, pH 7,2. Hjerner blev fjernet, efterladt i 30 procent saccharose i 48 timer og skåret koronalt (50 m sektioner). Relevante sektioner blev udvalgt og farvet med cresylviolet for at bekræfte elektrodeplacering. eksperimenter blev 1 l 4% methylenblåt infunderet som beskrevet ovenfor, og forlængelsen af ​​farvestoffet 30 minutter derefter blev taget som en indikation af den tidligere injicerede vehikel/lægemiddeldiffusion. Kun data fra dyr med korrekte kanyleimplantater (96 procent) blev inkluderet i de statistiske analyser.

Resultater

Gentagen ikke-forstærket fortræningseksponering for træningsapparatet fremkalder hippocampus' deltagelse i undgåelseshukommelseskonsolidering

For at bestemme effekten af ​​tidligere læring på frygtmotiveret undvigelseshukommelsesrekonsolidering blev han-Wistar-rotter (3 måneder gamle; 300 –350 g) håndteret (kontrolgruppe) eller lov til frit at udforske enten en OF-arena (OF-gruppe) eller SD-IA TB (TB-gruppen) i 5 minutter en gang dagligt i 5 dage. Fireogtyve timer senere blev dyrene trænet i SD-IA (0.8 mA/2 s fodchok) og 1 dag derefter underkastet en 40-s lang ikke-forstærket hukommelsesreaktiveringssession. Umiddelbart derefter modtog rotter bilaterale injektioner af vehikel (VEH; 0,9 procent saltvand), gentranskriptionsblokkeren AMA (45 ng/side) eller proteinsyntesehæmmeren ANI (160 g) /side) ind i CA1-regionen af ​​den dorsale hippocampus. Kontrol- og OF-dyr viste normal SD-IA-hukommelsesbevarelse under en testsession udført 24 timer efter reaktivering uanset behandling. TB-dyr, der modtog VEH, viste også normal retention, men dem, der fik AMA eller ANI, havde hukommelsestab (Fig. 1B; kontrolgruppe: H 0.8501, p 0.6537; OF-gruppe: H 0,1925, p 0,9082; TB-gruppe: H 12,23, p 0,0022, VEH vs AMA p 0,05, VEH vs ANI p 0,01 i Dunns multiple sammenligninger efter Kruskal–Wallis test).

Postreaktivering Intra-CA1 administration af AMA og ANI forårsagede også amnesi hos TB-dyr trænet i SD-IA ved hjælp af et svagt fodchok (0.4 mA/2 s; Fig. 1C; kontrolgruppe: H {{7} }.2679, p 0.8747; TB-gruppe: H 14,96, p 0.0006, VEH vs AMA p 0,05, VEH vs ANI p 0,001 in Dunns multiple sammenligninger efter Kruskal-Wallis test).

I overensstemmelse med den opfattelse, at forudgående indlæring af modstridende ikke-naversiv information er en nødvendig betingelse for involvering af hippocampus i undgåelseshukommelsesrekonsolidering, varede amnesien forårsaget af AMA og ANI i mindst 14 dage (fig. 1D; H 15.43, s { {4}}.0004, VEH vs AMA p 0.001, VEH vs ANI p 0,05 tommer Dunns multiple sammenligninger efter Kruskal-Wallis test) og blev ikke observeret, når AMA og ANI blev injiceret 6 timer efter (fig. 1E; H 2.376, s. 0.3049) eller i fravær af hukommelsesreaktivering (fig. 1F; H 2.282, s. 0,3196) ), da vi testede dyrene for retention 3 timer i stedet for 24 timer efter reaktivering (Fig. 1G; H 1.959, s. 0.3754), eller da vi underkastede dyrene en enkelt TB-præeksponeringssession (Fig. 1H; H 1.478, s. 0,4776).

Gentagen præeksponering for TB reducerede nedtrapningsforsinkelsen ved træning, men påvirkede ikke SD-IA-hukommelsesstyrke eller vedholdenhed (fig. 2A, venstre: F(2,47) 26.46, s 0.0 01 præeksponeringseffekt; t(47) 2.144, p 0.05 for kontrolgruppe vs. OF-gruppe; t(47) 7.1{{30}} 6, s 0.001 for kontrolgruppe vs TB-gruppe; t(47) 4.994, s. 0.001 for OF-gruppe vs TB-gruppe i Bonferroni's multiple-sammenligningstest efter envejs ANOVA; Fig. 2A, højre, dag 1: H 0,4478, p 0,7994; dag 14: H 0,2072, p 0,9016). Desuden påvirkede ikke-forstærket reaktivering ikke styrken af ​​den indlærte undgåelsesreaktion uanset fodchokintensiteten ved træning (Fig. 2B, C; U 24.50, s. 0.9999, no-RA-gruppe vs RA-gruppe for stærk træning og U 20.00, p 0,5594, ingen-RA-gruppe vs RA-gruppe, for svag træning).

Ekspression af transkriptionsfaktoren Zif268 er en selektiv hippocampus rekonsolideringsmarkør (Lee et al., 2004), og farmakologisk aktivering af -adrenerg receptorsignalering øger frygthukommelsesrekonsolidering (men se også Muravieva og Alberini, 2010; De˛biec et al., 2011). Hos TB-dyr, men ikke i kontroldyr, fremkaldte intra-CA1-infusion af Zif268 antisense-oligodeoxynukleotider (2 nmol/side) 90 minutter før hukommelsesreaktivering amnesi 24 timer senere (fig. 3A; kontrolgruppe: U 49,5{ {55}}, p 0.9999, MSO vs ASO; TB-gruppe: U 7,50, p 0.0007, MSO vs. ASO i Mann-Whitney-test), hvorimod intraperitoneal administration af den -adrenerge receptoragonist ISO (5 mg/kg) umiddelbart efter reaktivering bremsede hukommelsesforfald (fig. 3B; U 15.{{80}}{{ 89}}, s 0.0{{100}}73, VEH vs ISO i Mann–Whitney-test). Desuden påvirkede administration af AMA og ANI efter SD-IA-hukommelsesreaktivering ikke retention hos dyr, der modtog NMDAr-antagonisten AP5 (5 g/side) i dorsale CA1 efter hver præeksponeringssession (fig. 4A, venstre: F(4.196) 5,472, p 0,0003 for behandlingseffekt; F(1,49) 15,81, p 0,0002 for sessionseffekt; F(4,196) 5,248, p 0,0005 for interaktion; session 4-AP5: t(245) 4,038, p. session 4-VEH; session 5-AP5:t(245) 4.179, p 0.001 vs session 5-VEH i Bonferronis multiple-sammenligningstest efter tovejs ANOVA; Fig. 4A, højre: VEH efter gentagen præeksponering: H 12,96, p 0,0015, VEH vs AMAp 0,01, VEH vs ANI p 0,05; AP5 efter gentagen præeksponering: H 2,046, p 0,3595 i Dunns multiple sammenligninger efter Kruskals-testen) eller når Wallis-testen sidste gang. præeksponeringssession og træningssessionen blev øget fra 1 til 28 dage. Geneksponering for SD-IA TB, men ikke til en OF-arena, 27 dage efter den sidste præeksponeringssession genoprettede imidlertid den amnesiske effekt af AMA og ANI (fig. 4C til venstre: behandlet gruppe: H 0,07045, p. 0,9654; OF-gruppe: H 3,214, p 0,2005; geneksponeret gruppe: H 19,20, p 0,0001, VEH vs AMAp 0,001, VEH vs ANI p 0,001 i Dunns multiple sammenligninger efter Kruskal-Wallis test)

Undgåelse af hukommelsesrekonsolidering øger hippocampus theta-gamma-kobling

Hukommelsesrekonsolidering er blevet karakteriseret i vid udstrækning på farmakologiske og molekylære niveauer (Alberini, 2005; Tronson og Taylor, 2007; Haubrich og Nader, 2016). Der mangler dog elektrofysiologiske analyser af denne proces, hvilket hidtil har hindret beskrivelsen af ​​definitive rekonsolidering elektrofysiologiske signaturer.

I hippocampus er lokale feltpotentiale (LFP) oscillationer i thetabåndet (5-10 Hz) forbundet med kontingentdetektion (Nokia og Wikgren, 2010), hvorimod langsomme (35-55 Hz) og hurtige gamma- (55-100 Hz) oscillationer er involveret i overførslen af ​​information fra og til andre hjerneområder (Fries, 20 09). Langsom gamma stammer fra CA3 og formerer sig til CA1 stratum radiatum via Schaffer-kollateralerne, hvorimod hurtig gamma-aktivitet synes at blive genereret hovedsageligt i den mediale entorhinale cortex og forplanter sig til stratum lacunose-molekylær, selvom den sande oprindelse og natur af denne oscillerende aktivitet forbliver skal være fuldt belyst (Csicsvari et al., 2003; Colgin et al., 2009; Zemankovics et al., 2{{1 06}}13; Laszto´ czi og Klausberger, 2014, 2016). Langsomme og hurtige gammaoscillationer kan også registreres fra CA1-pyramidelaget (Butler et al., 2016), hvor deres kobling til theta afspejler integrationen af ​​ny information med den, der hentes fra langtidshukommelseslagre under indlæring (Fell og Axmacher, 2011; Yaffe et al., 2014). For at bestemme, om reaktiveringsinduceret hippocampus LFP-aktivitet adskiller sig mellem dyr, der netop har hentet undgåelsesresponset (kontrolgruppe) og dyr, der også rekonsoliderede dette svar (TB-gruppe), optog vi LFP'er i det dorsale CA1 pyramidale cellelag og analyserede ændringer i oscillatorerne mønster under SD-IA-hukommelsesgenaktivering ved at måle den relative kraft af theta- og gammabånd. Vi fandt, at amplituden af ​​langsomme gamma-oscillationer steg i både kontrol- og TB-grupper under reaktivering (fig. 5C; kontrolgruppe: t(5) 2,605, p 0,0480; TB-gruppe: t(5) 5,182, p 0,0035 i{{35 }}prøve t-test med teoretisk gennemsnit 1; kontrolgruppe vs TB gruppe: t(10) 1,858, p 0,0928 i uparret t-test), i overensstemmelse med rapporter, der tyder på, at langsom gamma er involveret i hukommelseshentning (Colgin, 2015) . TB-dyr, men ikke kontroldyr, viste også en stigning i theta og hurtig gammastyrke (fig. 5C; TB-gruppe: t(5) 8,754, p 0,0003 for thetabånd; t(5) 3,601, p 0,0155 for hurtigt gammabånd i 1-prøve t-test med teoretisk gennemsnit 1; kontrolgruppe vs TB gruppe: t(10) 2.524, p 0.0302 for theta-bånd; t(10) 2.527, p 0.0300 for hurtigt gammabånd i uparret t-test ). Ved at bruge MI (Canolty et al., 2006; Tort et al., 2010) fandt vi ud af, at langsomme og hurtige gamma-amplituder blev koblet til theta under SD-IA-hukommelsesreaktivering, og at denne modulering var stærkere hos TB-dyr end hos kontroldyr (Fig. 5F; kontrolgruppe vs TB-gruppe: t(10) 3,639, p 0,0045 for theta-langsom gamma; t(10) 3,963, p 0,0027 for theta-hurtig gamma i uparret t-test). For at undersøge, om denne forskel i koblingsstyrke rent faktisk afspejler en aktiv hukommelsesprocessor, var simpelthen resultatet af forbedret faseidentifikation på grund af øget theta-styrke hos TB-dyr (Canolty et al., 2006; Tort et al., 2008), indskrev vi LFP-svar. optaget under den 40-s lange SD-IA-genaktiveringssession i 1-s lange intervaller og udlignede theta-styrken mellem kontrol- og TB-dyr (fig. 5G, venstre: kontrolgruppe vs. TB-gruppe: t( 10) 0,1640, p 0,8730 i uparret t-test) for at genberegne MI ved blot at tage højde for epoker med theta-potensværdier over henholdsvis under 50. percentilen. Vi fandt, at selv under disse stringente betingelser var MI højere i TB end i kontroldyr (fig. 5G, til højre: kontrolgruppe vs TB-gruppe: t(10) 3,006, p 0,0132 for theta-langsom gamma; t(10) 5,409, p 0,0003 for theta-hurtig gamma i uparret t-test).

Analyse af gamma-normaliseret amplitudefordeling over theta-faser viste, at i TB-dyr, men ikke i kontroldyr, forekom maksimal kraft af langsomme og hurtige gamma-komponenter nær toppen af ​​theta-cyklussen under hukommelsesreaktivering (fig. 5H, venstre). Vi bestemte også theta-fasefordelingen af ​​langsomme og hurtige gammahændelser, defineret som perioder, hvor styrken af ​​det valgte gammafrekvensunderbånd oversteg 2 SDs middeleffekten, og fandt ud af, at hos TB-dyr forekom langsomme og hurtige gammahændelser i forskellige faser af theta-cyklus med langsomme gamma-episoder koncentreret om den sent stigende del og hurtige gamma-hændelser på theta-bølgens tidlige faldende fase (fig. 5H, højre: 347,18 grader 5,33 for langsomme gammahændelser og 36,34 grader 13.{{15} }3 for hurtige gammahændelser, middel fasevinkelafvigelse; F(2,10) 7,11, p 0,048 i Hotelling parret prøvetest for lige store vinkelmidler; uensartet fasefordeling p 0,001 i Rayleigh test; 0 grader defineret som toppen af ​​theta-cyklussen).

Den differentielle modulering af langsomme og hurtige gammabånd observeret i TB-dyr under hukommelsesreaktivering var uafhængig af antallet af gammahændelser (fig. 5I; langsomme gammahændelser: t(10) 2.194, p 0 0,0529, kontrolgruppe vs TB-gruppe; hurtige gammahændelser: t(10) 1,470, p 0,1724, kontrolgruppe vs TB-gruppe; uparret t-test).

Diskussion

Tidligere ikke-naversiv læring er en grænsebetingelse for konsolidering af undgåelseshukommelsen

Rekonsolidering er ikke en nødvendig konsekvens af reaktivering af hukommelsen, men der er eksperimentelle forhold, der begrænser denne proces. Flere af disse grænsebetingelser er allerede blevet beskrevet, selvom der har været modstridende rapporter om hver enkelt af dem, hvilket ikke er overraskende i betragtning af antallet af adfærdsvariabler og fysiologiske interaktioner, der kan påvirke hukommelsesreaktivering og genfinding (Nader og Hardt, 2009). Konstateringen af, at inhibering af hippocampus proteinsyntese efter frygt-undgåelse-reaktivering ikke resulterer i vedvarende amnesi, har været bemærkelsesværdigt konsekvent over tid (Taubenfeld et al., 2001; Cammarota et al., 2004; Power et al., 2006; Arguello et al., 2013), der understøtter ideen om, at hippocampus ikke er involveret i frygtmotiveret undvigelseshukommelsesrekonsolidering. I modstrid med denne opfattelse viser vores eksperimenter, at hippocampus faktisk deltager i rekonsolidering af undgåelseshukommelsen, men kun når dyrene gentagne gange blev præeksponeret for træningsmiljøet, før de erhvervede undgåelseshukommelsessporet. Denne påstand er baseret på resultater, der viser, at intra-CA1-administration af AMA eller ANI umiddelbart efter reaktivering forårsagede tidsafhængig amnesi for SD-IA-hukommelse i præeksponerede dyr (TB-gruppe), men ikke i kontrol-ikke-præ-eksponerede rotter (kontrolgruppe) eller rotter før -eksponeret for en OF-arena, der ikke er relateret til SD-IA TB (OF-gruppen). Desuden forekom den amnesiske effekt af AMA og ANI ikke, når retention blev vurderet 3 timer efter reaktivering og blev efterlignet ved at blokere ekspressionen af ​​rekonsolideringsmarkøren Zif268 i hippocampus. Det er usandsynligt, at latent hæmning kan forklare vores resultater, fordi det gentagne gange er blevet rapporteret, at præ-eksponering for træningskonteksten øger snarere end mindsker frygtens hukommelsesstyrke (Pisano et al., 2012), hvilket igen skulle gøre hukommelsen modstandsdygtig over for rekonsolidering (Suzuki et al., 2004; Wang et al., 2009). Under alle omstændigheder ændrede præeksponering for SD-IA-apparatet ikke styrken eller persistensen af ​​SD-IA-hukommelsen, og effekten af ​​AMA og ANI på rekonsolidering var uafhængig af styrken af ​​undgåelsesreaktionen, hvilket sammen med det faktum, at Gentagen præeksponering gjorde sporet modtageligt i stedet for modstandsdygtigt over for hippocampus-manipulationer, hvilket giver os mulighed for også at kassere enhver mulig påvirkning af en præeksponeringsfaciliteringslignende effekt svarende til den, der er beskrevet for dannelsen af ​​kontekstuel frygtkonditionerende hukommelse (Fanselow, 1990; Barrientos et al., 2002).

Hippocampus understøtter det associative skema, der organiserer tidligere erhvervet viden og beregner mismatchsignaler (Vinogradova, 2001; Lisman og Grace, 2005; Schiller et al., 2015). Derfor er det blevet foreslået, at hippocampus specifikt er involveret i hukommelsesrekonsolidering, når reaktivering sker samtidig med nyheds- eller forudsigelsesfejldetektion (Morris et al., 2006; Rossato et al., 2007; Ferna´ndez et al., 2016). Men i vores eksperimenter lavede hverken kontrol- eller TB-dyr nogen fejl eller lærte nogen ny information under reaktiveringssessionen, men de havde uden tvivl andre forventninger til de mulige resultater af denne session. For kontroldyr var den eneste forudsigelige konsekvens af at træde ned fra den sikre platform under reaktivering et fodchok, hvorimod konsekvenserne af denne handling ikke var entydigt forudsigelige for TB-rotter. Derfor er det fristende at spekulere i, at det, der udløser involveringen af ​​hippocampus i frygt-motiveret undgåelseshukommelsesrekonsolidering, ikke er uoverensstemmelsen mellem fakta og prognoser eller opfattelsen af ​​nyhed, men snarere usikkerheden om eftervirkningerne af undgåelse som følge af sammenligningen. mellem at konkurrere om modstridende repræsentationer.

Oscillerende aktivitet i hippocampus og undgåelse af hukommelsesrekonsolidering Hippocampus theta-oscillationer er forbundet med hentning af valgrelevant information under beslutningstagning (Womelsdorf et al., 2010) og koordinere reaktivering af forskellige input, hvilket øger nøjagtigheden af ​​sammenligninger (Vinogradova, 2001). Vores elektrofysiologiske optagelser viste, at CA1 theta-styrken steg hos TB-dyr, men ikke hos kontroldyr, under hukommelsesreaktivering, hvilket tyder på, at hippocampus theta-aktivitet kan afspejle beregning af modstridende information ved begyndelsen af ​​rekonsolidering. Det er blevet foreslået, at langsomme gammafrekvenser fremmer hukommelseshentning, mens hurtige gammarytmer letter indkodning og genkodning af aktuelle kontekstuelle oplysninger (Colgin, 2016). I overensstemmelse med disse rapporter fandt vi, at både kontrol- og TB-dyr viste øget langsom gammaaktivitet, hvorimod kun TB-dyr viste ændringer i det hurtige gammabånd under reaktivering af hukommelsen. I amygdala er hurtig gammakraft forbundet med sikkerhedssignaler, og det er kendt, at ekspression af aversive og sikkerhedstilstande involverer synkroniseret interaktion af denne struktur med hippocampus (Stujenske et al., 2014). Så er en alternativ forklaring på vores resultater, at den øgede hippocampale hurtige gamma-aktivitet observeret hos TB-dyr afspejler reaktivering af den ikke-aversive repræsentation lært under gentagen præeksponering for træningsapparatet.

Theta-gamma-interaktioner er forbundet med synaptisk plasticitet, hukommelseshentning og kommunikation mellem hjerneregioner (Lisman, 2005; Canolty og Knight, 2010; Jutras og Buffalo, 2010; Lesting et al., 2011). Vi fandt ud af, at theta-fasen kraftigt modulerer amplituden af ​​langsomme og hurtige gammabånd under hukommelsesreaktivering i TB, men ikke i kontroldyr, hvilket tyder på, at styrken af ​​denne krydsfrekvenskobling i hippocampus er en elektrofysiologisk korrelation af hukommelsesrekonsolidering. Selvom hastighedsafhængige variationer i hippocampus LFP-aktivitet er blevet rapporteret (Whishaw og Vanderwolf, 1973; Montgomery et al., 2009; Newman et al., 2013), er det usandsynligt, at forskelle i motorisk aktivitet kan forklare vores resultater, fordi begge kontrollerer og TB-dyr forblev i TB-platformen i en minimal bevægelsestilstand (gennemsnitlig hastighed 1 cm/s) under reaktiveringssessionen.

Konklusioner og mulige konsekvenser

Kliniske interventioner, der sigter mod at dæmpe den vedvarende erindring af traumatiske oplevelser, kan være baseret, ikke kun på afbrydelsen af ​​undgåelseshukommelsesrekonsolidering, men også på forbedringen af ​​undgåelseshukommelsesudryddelse (Vervliet et al., 2013; Schwabe et al., 2014). Ekstinktion er den proces, hvorved sandsynligheden for udsendelse af en indlært respons falder ved gentagen ikke-forstærket reaktivering og medfører dannelsen af ​​en hæmmende hukommelse, der ender med at konkurrere med det oprindelige spor. Rekonsolidering og ekstinktion er gensidigt udelukkende processer (Merlo et al., 2014), og det er blevet foreslået, at om genfinding resulterer i ekstinktionsindlæring eller hukommelsesrekonsolidering afhænger af de randbetingelser, der hersker under reaktiveringssessionen. Men selvom ekstinktion og rekonsolidering er eksklusive hinanden, er det hæmmende hukommelsesspor induceret af ekstinktionslæring modtageligt for rekonsolidering (Rossato et al., 2010). For eksempel gennemgår SD-IA-ekstinktionshukommelsen proteinsynteseafhængig rekonsolidering i hippocampus ved reaktivering, og dens manipulation kan enten genoprette undgåelsesreaktionen eller forbedre ekstinktionshukommelsessporet (Radiske et al., 2015; Rosas-Vidal et al., 2015). Disse resultater, sammen med resultaterne præsenteret i denne undersøgelse, tyder stærkt på, at hippocampus er engageret i hukommelsesrekonsolidering, når modstridende signaler detekteres under reaktiveringssessionen, og at den mnemoniske repræsentation, der faktisk styrer dyrets adfærd i den session, er den, der bliver sårbare over for farmakologisk interferens, som antydet af spordominansteorien (Eisenberg et al., 2003). Inden for denne ramme foreslår vi, at terapier baseret på interferens af hukommelsesrekonsolidering bør foretrækkes til behandling af traumer og fobier forbundet med velkendte kontekster, hvorimod interventioner baseret på facilitering af ekstinktion bør være det foretrukne valg, når de traumatiske begivenheder stammer fra ukendte baggrunde . Sidst, vores resultater tyder også på, at fase-amplitude koblingsanalyser fra EEG-signaler optaget under rekonsolidering-baserede psykoterapier kan være nyttige til at verificere den faktiske forekomst af denne proces og forudsige behandlingens effektivitet.