الدوبامين المتوازن أمر حاسم لإكمال الأنماط خلال الذاكرة التذكارية

ملخص

المُقدّمة

يتضمن استدعاء الذاكرة إعادة تلخيص للمعلومات التي تم الحصول عليها مسبقًا [1], [2]. اعتمادًا على حالة ظروف الاسترجاع ، يمكن أن يحدث استرجاع الذاكرة مع معظم أو كل الإشارات التي تمت مواجهتها سابقًا والمرتبطة بالتعلم (على سبيل المثال ، رؤية شخص وسماع صوته في وقت واحد ، أو إعادة زيارة مسقط رأسه الذي لم يتغير كثيرًا ، إلخ). من ناحية أخرى ، في كثير من الحالات ، عادةً ما يتم استرجاع الذاكرة عند وجود مجموعات فرعية فقط من الإشارات الأولية (على سبيل المثال إعادة بناء خرائط الشوارع القديمة لموطن الفرد عندما بقي عدد قليل من المعالم القديمة دون تغيير). يُعرف هذا بإكمال النمط حيث يقوم الدماغ بإعادة بناء واستعادة أنماط الذاكرة بالكامل من الإشارات الخارجية الجزئية أو العمليات الداخلية ذاتية البدء. في الوقت الحالي ، لا يُعرف الكثير عن الآليات الجزيئية والخلوية الفعلية الكامنة وراء إتمام نمط استدعاء الذاكرة. ومع ذلك ، تشير الدراسات الناشئة إلى أن إشارات أحادي الأمين قد تلعب دورًا في استعادة الذاكرة [3].

في هذه الدراسة ، شرعنا في دراسة الكيفية التي يلعب بها الدوبامين الناقل العصبي التوليفي دوراً في تنظيم عملية إكمال نمط الذاكرة أثناء استدعاء جديلة جزئي. الدوبامين هو ناقل عصبي رئيسي يمكن أن يؤثر على الإدراك والعاطفة والحركة. تورط انتقال الدوبامين غير الطبيعي في عدد من الاضطرابات النفسية والعصبية بما في ذلك نقص الانتباه واضطراب فرط النشاط (ADHD) ، والفصام ، ومرض باركنسون [4]-[8]. على الرغم من أن الخلايا العصبية الدوبامينية تنشأ فقط من المنطقة القطبية البطنية والأورام الصغرى ، فإن نواتجها تتطور في كل مكان تقريبا في الدماغ ، بما في ذلك القشرة الفص الجبهي ، الفص الصدغي الإنسي ، وهرمون الحصين ، وهي مناطق معروفة لتنشيطها أثناء استعادة الذاكرةl [3], [9]-[14].

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الدوبامين كان يُعتبر مهمًا بشكل حاسم للاهتمام والذاكرة العاملة التي تتوسطها مناطق فوق الدماغ [15]-[18]، وكلاهما ضمني في عملية استرجاع الذاكرة تحت شروط جديلة جزئية [19]. كآلية خلوية أساسية لإنهاء إشارات الدوبامين ، فإن ناقلة الدوبامين (DAT) ، الموجودة في المطابع العصبية قبل المشبكية ، تستعيد الدوبامين من الشق المشبكي إلى الخلف في الخلايا العصبية الدوبامينية. على هذا النحو ، DAT هو جزيء حاسم في تنظيم مستويات متشابك من الدوبامين ، وبالتالي تحديد المدة الزمنية للإجراءات الدوبامين على الدوائر العصبية المحلية. في الواقع ، يؤدي الضربة الوراثية لجين الدوبامين الناقل إلى ضعف شديد. تعاني الفئران DAT-KO المتماثلة اللواقح من تشوهات علنية بما في ذلك تأخر النمو ، وفرط النشاط الحركي القوي ، والعديد من العاهات الأخرى بما في ذلك العجز في التعود والتفاعل الاجتماعي وكذلك ضعف حركة الأمعاء ، والتحكم في الجهاز التنفسي ، إلخ. [6], [20], [21]. وقد جعلت العيوب العامة في الفئران DAT-KO متماثل الزيوت أقل ملاءمة لدراسة دور الدوبامين في تنظيم عمليات الذاكرة.

ومن المثير للاهتمام ، الفئران بالضربة القاضية متخالف (DAT^{+ / -} الفئران) ، لا تزال تمتلك أليل من الجينات DAT الوظيفية ، ويبدو أن تكون طبيعية تماما في سلوكياتهم الإجمالية الشاملة [6], [20], [21]. وبالتالي ، فإن DAT^{+ / -} قد توفر الفئران نموذجًا قيمًا لدراسة بعض الطرز الظاهرية الدقيقة ، ولكنها مهمة ، مثل عمليات الذاكرة الترابطية ، والآليات ذات الصلة التي تنظمها دارات الدوبامين. هنا ، استخدمنا مجموعة من النماذج السلوكية لتقييم النتائج الوظيفية لعدم توازن الدوبامين في نمط الانتهاء خلال استدعاء الذاكرة النقابي.

النتائج

وللتحقق من دور الدوبامين في استرجاع الذاكرة ، استخدمنا فئران قاضية ناقلة الدوبامين متغايرة الزيجوت (DAT)^{+ / -}). قمنا بتوظيف بطارية من القياسات السلوكية الأساسية لتقييم نشاطهم الحركي الميداني المفتوح (الشكل شنومكسا) ، عروض rotarod (الشكل 1B و 1C) ، ووجدت أن هذه الفئران بالضربة القاضية المتجانسة طبيعية تماما. نحن أيضا أكد أن DAT^{+ / -} تعرض الفئران أداءًا لا يمكن تمييزه في مستوى القلق وفقًا لقياس مستوى المتاهة المرتفع (الشكل 1D).

 

الشكل 1

الأداء الطبيعي لـ DAT^{+ / -} الفئران في السلوكيات الأساسية.

بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بتقييم وظائف التعلم الأساسية والذاكرة في DAT^{+ / -} الفئران. أولاً ، استخدمنا اختبار التعرف على الأجسام الجديد ولاحظنا أن هذه الفئران عرضت أداءً سلوكيًا تمامًا في اختبارات الاحتفاظ بيوم 1 مقارنةً بالتحكم في الانتان من النوع البري (الشكل 1E). علاوة على ذلك ، تظهر هذه الفئران أيضًا احتباسًا عاديًا للاحتفال في يوم 1 والذي لا يمكن تمييزه بفئران التحكم البرية من النوعالشكل 1F). لذلك ، فإن هذه النتائج تشير إلى أن DAT^{+ / -} الفئران لديها وظيفة التعلم والذاكرة العادية في هذين الشكلين من اختبارات الذاكرة الأولية.

تم استخدام اختبار الذاكرة المرجعية المكانية سابقًا لتقييم إكمال نمط استدعاء الذاكرة. نحن نخضع DAT^{+ / -} الفئران وعناصر التحكم من النوع البري لهذه المهمة. استخدام بروتوكول الذاكرة المرجعية المكانية الموضح سابقًا [22]، قمنا بتدريب هذه الفئران في متاهة المياه منصة مخفية. تألف التدريب من أربع تجارب في اليوم ، مع ساعة واحدة بين التجارب. وجدنا أن كل من DAT^{+ / -} عرضت الفئران والفئران من النوع البري التعلم قابلة للتكامل وتوحيد الذاكرة على مدى دورة اليوم 10 ومع سرعات السباحة مماثلة (الشكل 2A و 2B).

 

الشكل 2

اكتساب طبيعي ودمج الذاكرة المرجعية المكانية في DAT^{+ / -} الفئران بالضربة القاضية دون فرق السرعة.

بعد ذلك ، فحصنا ذكرياتهم عن موقع النظام الأساسي المخفي باستخدام اختبار الفحص (P1) في يوم 11 ، بعد يوم واحد من انتهاء آخر جلسة تدريب. كما تم قياسه بواسطة إشغال رباعي ، كل من DAT^{+ / -} تمكنت الفئران والراقصات السيطرة عليها من تركيز البحث في الربع المستهدفة في وجود العظة كاملة (الشكل شنومكسا). علاوة على ذلك ، DAT^{+ / -} أظهرت الفئران أيضًا تفضيلًا قويًا في منطقة المنصة الوهمية ، ولم يكن هناك فرق مقارنة بإشغال منصة التحكم (الشكل شنومكسب). علاوة على ذلك ، كما هو متوقع ، كل من DAT^{+ / -} أظهرت الفئران والورود من النوع البري زيادة كبيرة في عدد المعابر (الشكل شنومك). وبالتالي ، كل هذه القياسات تشير إلى أن DAT^{+ / -} يمكن الفئران تعلم هذه المهمة بشكل طبيعي واسترداد هذه الذاكرة النقابي عادة في ظل ظروف كاملة.

 

الشكل 3

عيوب انتقائية في إكمال الأنماط أثناء استعادة الذاكرة المرجعية المكانية في DAT^{+ / -} الفئران بالضربة القاضية.

لتحديد ما إذا كان التوازن الدقيق للدوبامين ضروريًا لاستكمال الأنماط تحت ظروف جديلة جزئية ، أجرينا اختبار الفحص الثاني (P2) في اليوم التالي عن طريق إزالة ثلاثة من الإشارات القاصية الأربعة (اليوم 12). لتجنب أي انقراض محتمل من جلسة الاسترجاع السابقة ، تم تسليم كتلة واحدة أخرى (تجارب 4) للتدريب 1 ساعة بعد اختبار اختبار P1. خلال تجربة المسبار الجزئي هذه ، في حين استمرت أجهزة التحكم في تركيز وقت البحث في الربع المستهدف بدلاً من الأرباع الأخرى ، فإن DAT^{+ / -} أظهرت الفئران أداء مستوى الفرصة فقط قياسها من قبل إشغال رباعي الهدف (الشكل 3D). وعلاوة على ذلك ، فإن قياس إشغال مناطق المنصة الوهمية يؤكد كذلك أن هذه DAT^{+ / -} تم ضعف الفئران في تذكر موقع المنصة (الشكل 3E). كما تم إظهار هذا العجز في الاسترجاع بسبب عدم وجود زيادة في عدد معابر المنصة (الشكل 3F) ، في حين أن الأنواع الليمفاوية من النوع البري كانت قادرة تمامًا على استرجاع الذاكرة بشكل جزئي. لذلك ، تشير هذه البيانات إلى أن DAT^{+ / -} الفئران هي ناقصة في استرداد ذكريات مرجعية مكانية في ظل ظروف جديلة جزئية.

وفي النهاية ، سألنا عما إذا كان بإمكاننا استعادة إكمال النمط في DAT هذه^{+ / -} الفئران باستخدام الطرق الدوائية. تم الإبلاغ عن أن جرعة منخفضة من مضادات الدوبامين ، هالوبيريدول ، يمكن أن تكون مفيدة في التخفيف من بعض اضطرابات الدوبامين [20]. الأساس المنطقي هو أن الجرعة المنخفضة من هالوبيريدول قد تكون قادرة إلى حد ما على تخفيف تأثير الدوبامين المرتفع في الفئران المتغايرة التي ليس لديها ما يكفي من امتصاص الدوبامين بسبب فقدان أحد الأليل لجين ناقل الدوبامين العادي. طبقنا نفس مجموعة الفئران لتجربة الإنقاذ. في اليوم 13 واليوم 14 ، عرضنا الفئران أعلاه لمحاكمة المجس الثالث (P3) تحت شروط كاملة وجائزة المحاكمة الرابعة (P4) تحت شروط جديلة جزئية. مرة أخرى ، من أجل مواجهة أي انقراض حدث أثناء تجربة الفحص ، أجرينا كتلة واحدة أخرى (تجارب 4) من تدريب 1 ساعة بعد الانتهاء من اختبار P2 أو P3. وتبين قياساتنا لشغل حيز رباعي الهدف في اختبار اختبار P3 أن كلا من DAT^{+ / -} الفئران والسيطرة على littermates مركزة بحثهم في الربع المستهدفة في وجود العظة كاملة (الشكل شنومكسا). علاوة على ذلك ، ظهر مرة أخرى استدعاء الذاكرة العادية من خلال قياس شغل المنصة (الشكل شنومكسب) وكذلك عدد معابر المنصة (الشكل شنومك). وهكذا ، كانت هذه الفئران الطافرة قادرة تماما على استرجاع الذاكرة المكانية في ظل ظروف كاملة.

 

الشكل 4

عكس عجز الانتهاء من النمط في DAT^{+ / -} الفئران باستخدام haloperiodol بعد اختبارات مسبار P1 و P2.

في اليوم 14 ، أزلنا ثلاثة من الإشارات القاصية الأربعة وأجريت تجارب المسبار الرابع (P4) تحت حالة الجزئي. نحن حقن DAT^{+ / -} الفئران intraperitoneally مع جرعة منخفضة من هالوبيريدول (0.002 ملغم / كغم من وزن الجسم) 30 دقيقة قبل اختبارات الاحتفاظ. استقبلت العصبّات من النوع البري حقنة ملحية كسيطرة. وجدنا أن DAT^{+ / -} تركز الفئران وقتهم البحث في الربع المستهدفة وأظهرت أداء مماثل إحصائيا بالمقارنة مع نظرائهم من النوع البري (الشكل 4E). أيضا ، فإن قياس شغل مناطق المنصة الوهمية أثبتت كذلك أن هذه DAT^{+ / -} يمكن الفئران تذكر موقع المنصة (الشكل 4F). تم التأكيد مرة أخرى على استدعاء الذاكرة العادية من خلال زيادة عدد معابر النظام الأساسي ، والتي كانت عند نفس مستوى الفئران من النوع البري (الشكل 4G). وبالتالي ، تشير هذه التجارب إلى وجود عجز في إتمام النمط تمت ملاحظته في الأصل في DAT^{+ / -} قد يكون سبب الفئران عدم التوازن الدوبامين.

من أجل استبعاد احتمال أن تكون نتائج النمط الظاهري الذي تم حقنه مع هالوبيريدول في تجربة مسبار P4 بسبب الإفراط في الاختبار أثناء اختبارات الفحص المتكررة ، استخدمنا مجموعة أخرى من DAT^{+ / -} والسيطرة على littermates وتكرار التجربة بأكملها. كما هو متوقع ، كل من DAT^{+ / -} عرضت الفئران وفئرانها البرية نوعا جيدا من معدلات التعلم على مدار الدورات التدريبية يوم 10 (الشكل شنومكسا). في اليوم 11 ، قمنا بعد ذلك بإخضاع هذه الفئران لاختبارات استدعاء الاستدعاء الكامل ، ولا يوجد فرق كبير في نتائج اختبار الاحتفاظ بالذاكرة بين DAT^{+ / -} الفئران والرقائق السيطرة كما تقاس إشغال رباعي (الشكل شنومكسب) ، الإشغال رباعي الهدف (الشكل شنومك) ، وعدد معابر المنصة (الشكل 5D). بعد ساعة واحدة من الانتهاء من اختبار التحقيق الكامل ، قمنا بإعادة تدريب هذه الفئران مع كتلة واحدة أخرى من التدريب لمنع أي تأثير انقراض. في يوم 12 ، تم إخضاع هذه الفئران لاختبارات استدعاء جزئي. تم حقن جرعة منخفضة من هالوبيريدول (أو محلول ملحي) لعناصر التحكم في الفئران قبل إجراء الاختبار الجزئي. وجدنا أن هذا العلاج أدى بالفعل إلى الأداء الطبيعي في الفئران الطافرة. أظهرت فئران المتحولة والسيطرة أداء مماثل في إشغال رباعي (الشكل 5E) ، الإشغال رباعي الهدف (الشكل 5F) ، وعدد معابر المنصة (الشكل 5G). كما أظهر قياس سرعة السباحة الخاصة بهم عدم وجود اختلافات (الشكل 5H). لذلك ، أظهرت هذه البيانات بوضوح أن العجز في استرداد جزئية انقاذ جزئية في DAT^{+ / -} الفئران التي هالوبيريدول لم يكن بسبب تكرار overtraining خلال محاكمات متعددة التحقيق.

 

الشكل 5

إنقاذ العجز في إنجاز النمط باستخدام هالوبيريودول في DAT^{+ / -} الفئران التي لم تتلق اختبارات فحص متعددة.

مناقشة

في حين أن نظام الدوبامين معروف جيداً أنه ضروري لتنظيم العديد من العمليات المعرفية [8], [16]-[18], [23]-[25]، تقدم دراستنا الحالية دليلاً لأول مرة على أن عدم توازن الدوبامين ، الناتج عن فقدان أحد الأليل لجين ناقل الدوبامين العادي ، تسبب في عجز محدد في إتمام النمط أثناء استدعاء الذاكرة المكانية الترابطية. هذا عجز تذكر الذاكرة هو واضح فقط تحت الظروف الجزئية-جديلة ، ولكن ليس تحت ظروف كاملة. علاوة على ذلك ، يبدو أن عجز تذكر الذاكرة هذا يعكس شكلاً محددًا للغاية من عجز الذاكرة لأن الجوانب الواسعة للسلوكيات الأساسية (الحركة في الميدان المفتوح ، الدوار ، والقلق) وأشكال أخرى من الذاكرة مثل تكييف الخوف السياقي والتعرف على الأشياء الجديدة تبقى طبيعية.

هناك العديد من الجزيئات المحتملة والسيناريوهات الخلوية التي يمكن أن تسهم بشكل جماعي في عجز الاسترجاع المكاني الجزئي المثير للمشاهدة ، والذي يعتقد أن الدوبامين هو جزيء مرشح رئيسي يكمن في عملية الذاكرة ، وهذا يرجع إلى الاهتمام والذاكرة العاملة ، التي يتحكم بها في المقام الأول الإشارات الدوبامين ، وذكرت أن تكون حاسمة لاستعادة الذكريات المكانية [15]-[18], [26]. من المعروف جيدا أن الخلايا العصبية الدوبامينية ، التي تنشأ فقط من المنطقة tegmental البطنية والمادة السوداء ، في كل مكان تقريبا في الدماغ ، بما في ذلك قشرة الفص الجبهي ، الفص الصدغي الإنسي ، و hippocampus [5], [19], [27]-[28]المناطق المعروفة بتنشيطها أثناء استرجاع الذاكرة بالإضافة إلى عمليات الانتباه [3], [9]-[14], [29], [30]. بالنظر إلى الأدلة العريضة على أن الدوبامين ضروري للاهتمام والذاكرة العاملة [15]-[18] وأن تعدد الأشكال الوراثي في ​​جين DAT يعتقد أنه متورط في ADHD [31]-[33]، من الممكن أن يلعب كل من الانتباه والذاكرة العاملة دورًا في إكمال نمط استرجاع الذاكرة في ظل ظروف الإشارات الجزئية من خلال تنظيم الدوبامين بوساطة DAT. وبالتالي ، قد يكون العجز في إكمال نمط الذاكرة الذي لوحظ في الفئران الطافرة غير المتجانسة DAT ناتجًا عن عدم قدرة الماوس على تلبية الطلبات المتزايدة أثناء الذاكرة الجزئية المستندة إلى جديلة نتيجة اضطراب الدوبامين المشبكي.

إن اكتشافنا بأن خلل الدوبامين أدى إلى نقص استرجاع الذاكرة مثير للاهتمام أيضًا في ضوء الخرف السريري الذي لوحظ في مرضى باركنسون. يبدو أن هؤلاء المرضى عادة ما يحتفظون بالقدرة على التعلم ودمج وتخزين ذاكرة جديدة ولكنهم يعانون من ضعف شديد في استعادة الذكريات خاصة في ظل الإشارات الخارجية الجزئية أو الاستدعاء الذاتي [34], [35]. هذا العجز هو عميق بشكل خاص عندما كانت العظة واضحة غائبة [8], [23], [34]-[36]، مما يشير كذلك إلى أن الدوبامين قد يشارك في عملية استدعاء الذاكرة. تتعارض هذه الأنواع من العيوب في استدعاء الذاكرة في مرضى باركنسون بشكل صارخ مع عجز الذاكرة في أنظمة الناقلات العصبية الأخرى [37] أو الخرف المبكر لدى مرضى الزهايمر الذين يعانون من ضعف في التعلم ودمج الذكريات الجديدة مع الحفاظ على القدرة على تذكر الذكريات القديمة [34], [35]. وهذا يوضح الحاجة إلى تطوير استراتيجيات علاجية مختلفة بسبب الاختلافات المختلفة في العمليات الجزيئية والزمنية الواضحة داخل دوائر الذاكرة.

إن عرضنا لإكمال نموذج الدم يمكن أن يتم إنقاذه بالكامل عن طريق حقن الهالوبيريدومول في وقت الاستعادة يعزز فكرة دور مستويات الدوبامين المتوازنة في استرجاع الذاكرة. توفر تجربة الإنقاذ الدوائي هذه أدلة إضافية للخصوصية الزمنية التي تسبب عجز الاسترجاع الجزئي. وتجدر الإشارة إلى أن اختلال الدوبامين في DAT^{+ / -} تختلف الفئران ومرضى باركنسون تمامًا عن بعضهم البعض ، ولكن كلاهما يؤدي إلى عجز استرجاع النمط. توفر هذه القواسم المشتركة دعمًا جماعيًا لفكرة أن التوازن الدقيق لنظام الدوبامين أمر بالغ الأهمية لاستعادة الذاكرة ، وأن اختلال التوازن في أي من الاتجاهين (لأعلى أو لأسفل) سيؤدي إلى حدوث عجز في إكمال نمط الذاكرة أثناء الاستدعاء. والأهم من ذلك ، نود أن نشير إلى أنه لا ينبغي تفسير تحليلنا الحالي كدليل على استخدام الفئران الطافرة DAT كنموذج لمرض باركنسون. من ناحية أخرى، في الجسم الحي قياس الدوبامين في الفئران بالضربة القاضية المتماثلة اللواقح DAT يظهر انخفاض كبير في إطلاق الدوبامين أثار بواسطة التحفيز انفجار [38]-[40]. هذا يشير إلى أن القدرة على ترجمة انفجار النشاط العصبي إلى إشارات الدوبامين في مناطق الدماغ المختلفة من الفئران بالضربة القاضية قد تكون ناقصة. من المتصور أن انخفاض نسبة الدوبامين يمكن أن يؤدي إلى تغيرات فسيولوجية متغيرة في أنماط الحرق داخل الدوائر العصبية المشاركة في معالجة الذاكرة. حاليا ، من غير المعروف ما إذا كان التغيير مماثل يحدث أيضا في الفئران بالضربة القاضية غير المتجانسة DAT أو في مرضى مرض باركنسون.

على الرغم من أنه لا يُعرف إلا القليل عن الدوائر العصبية التي يتم تنشيطها أثناء استدعاء الذاكرة المكانية ، فمن المرجح أنه يقوم بتجنيد عدة مناطق ، بما في ذلك القشرة المخية قبل الجبهية ، والقشرة المؤقتة للإنسان ، وقرن آمون. وهذا يتناسب بشكل جيد مع الدليل التشريحي على أن مخرجات الدوبامين من المنطقة القطبية البطنية تساهم بشكل كبير في منطقة CA1 البطنية والقشرة المخية الأنفية الداخلية.[13], [28]. قد تلعب هذه الحلقة ما قبل الجبهية-الحصين- VTA دورًا حاسمًا في توليد الألفة السياقية ، والتي بدورها تعزز إتمام النمط خلال استدعاء الذاكرة المكانية المستندة إلى جديلة من خلال تسهيل الانتباه المنظم للدوبامين. [3], [14], [26], [28]. سيكون من المهم في الدراسات المستقبلية أن نحدد بشكل أكبر الموقع التشريحي الذي تنشأ منه عجوزات إتمام النمط المرصودة. سيكون من المثير للاهتمام بالتحديد بالتحقيق في المواقع المرشحة مثل القشرة الأمامية السينية ، والقشرة الصدغية وقرن آمون باستخدام تقنيات التسجيل الدوائي والوراثي والواسع النطاق في الجسم الحي [11], [41]-[44]. من المهم أيضًا تقييم ما إذا كان التعويض الوراثي أو التغيرات البطيئة في الدماغ الطافر يساهم في عجز الاسترجاع المرصود. هناك أيضا مؤشرات على أن أنظمة الناقلات العصبية الأخرى يمكن أيضا أن تشارك بشكل حاسم في تنظيم استرجاع الذاكرة [3], [37], [45], [46]، وسيكون من الممتع جدًا فحص ومقارنة تفاعلاتهم الديناميكية بين إتمام نمط التشغيل الجزئي والاستدلال الكامل للذاكرة المستندة إلى cue. في الختام ، تشير دراستنا إلى أن التوازن الدقيق في مستويات الدوبامين أمر حاسم لإنجاز النمط خلال استدعاء الذاكرة المكانية الترابطية.

مواد وطرق

شكر وتقدير

الحواشي

مراجع حسابات