Balansuotas dopaminas yra kritinis modelio užbaigimui asociatyvios atminties priminimo metu

PLoS One ". 2010; 5(10): e15401.

Skelbiama internete 2010 spalio 27. doi:  10.1371 / journal.pone.0015401
 

Abstraktus

Modelio užbaigimas, galimybė atkurti išsamius prisiminimus, kuriuos inicijuoja daliniai nurodymai, yra kritinė atminties proceso ypatybė. Tačiau mažai žinoma apie molekulinius ir ląstelinius mechanizmus, kuriais grindžiamas šis procesas. Norėdami ištirti dopamino vaidmenį prisimenant atmintį, mes išanalizavome dopamino pernešėjo heterozigotines išmušimo peles (DAT+/−) ir nustatė, kad nors šios pelės turi normalų mokymąsi, konsolidaciją ir prisimena atmintį esant visoms žymėjimo sąlygoms, joms būdingas specifinis modelio užpildymo trūkumas esant daliniam žanro sąlyčiui. Šią atminties atminties deficitą pelių dopamino pernešėjo heterozigotinėmis išmušimo pelėmis galima pakeisti maža dopamino antagonisto haloperidolio doze, dar kartą patvirtindamas, kad nesugebėjimas atgauti atminties yra dopamino disbalanso padarinys. Todėl mūsų rezultatai rodo, kad subtili smegenų dopamino lygio kontrolė yra kritinė, norint užpildyti modelį asociatyvinės atminties metu.

Įvadas

Atminties prisiminimas apima anksčiau gautos informacijos pakartojimą [1], [2]. Priklausomai nuo prisiminimo sąlygų, atmintis gali būti atgaunama naudojant daugumą ar visus anksčiau pastebėtus užuominas, susijusius su mokymusi (pvz., Matant žmogų ir kartu girdint jo balsą arba peržiūrint gimtąjį miestą, kuris beveik nepasikeitė ir pan.). Kita vertus, daugeliu atvejų atmintis atliekama dažniausiai tik tada, kai yra tik pradiniai nurodymai (pvz., Rekonstruojant senus gimtojo miesto gatvių žemėlapius, kai tik keli seni orientyrai liko nepakitę). Tai vadinama modelio užbaigimu, kai smegenys rekonstruoja ir atgauna visą atminties struktūrą iš dalinių išorinių nurodymų arba savarankiškai inicijuotų vidinių procesų. Šiuo metu mažai žinoma apie faktinius molekulinius ir ląstelinius mechanizmus, kuriais grindžiamas atminties atminties užbaigimas. Tačiau kylantys tyrimai rodo, kad monoamino signalizacija gali turėti įtakos atminčiai atkurti [3].

Šiame tyrime mes siekėme ištirti, kaip moduliacinis neuromediatorius dopaminas vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant atminties modelį, kai dalinis užuominos apie tai primena. Dopaminas yra pagrindinis neuromediatorius, galintis daryti įtaką pažinimui, emocijoms ir judėjimui. Nenormalus dopaminerginis perdavimas buvo susijęs su daugeliu psichinių ir neurologinių sutrikimų, įskaitant dėmesio trūkumo ir hiperaktyvumo sutrikimą (ADHD), šizofreniją ir Parkinsono ligą. [4]-[8]. Nors dopaminerginiai neuronai yra kilę tik iš ventralinės pagrindinės srities ir pagrindinės nigra compacta, jų išvestis beveik visur vyksta smegenyse, įskaitant prefrontalinę žievę, medialinę laikinąją skiltį ir hipokampą - regionus, kurie, kaip žinoma, suaktyvinami atmintis.l [3], [9]-[14].

Taip pat reikėtų pažymėti, kad manoma, jog dopaminas yra ypač svarbus dėmesio ir darbinės atminties, susijusios su smegenų regionais, valdymui [15]-[18], kurie abu buvo numanomi atminties išieškojimo procese dalinėmis žymėjimo sąlygomis [19]. Kaip pirminis ląstelių mechanizmas, nutraukiantis signalą apie dopamino signalus, dopamino pernešėjas (DAT), esantis neuronų presinapsiniuose terminaluose, vėl paima dopaminą iš sinapsinio plyšio atgal į dopaminerginius neuronus. Taigi DAT yra kritinė molekulė, reguliuojanti sinapsinius dopamino lygius ir atitinkamai nustatanti dopamino poveikio vietinėms nervų grandinėms laiką. Iš tiesų, dopamino transporterio geno genetinis išmušimas sukelia didžiulius sutrikimus. Homozigotinės DAT-KO pelės kenčia nuo akivaizdžių anomalijų, įskaitant augimo sulėtėjimą, tvirtą lokomotorinio hiperaktyvumo ir daugelio kitų sutrikimų, įskaitant pripratimo ir socialinės sąveikos trūkumus, taip pat sutrikusį žarnų judrumą, kvėpavimo kontrolę ir kt. [6], [20], [21]. Dėl bendrų homozigotinių DAT-KO pelių trūkumų tapo mažiau tinkama nustatyti dopamino vaidmenį reguliuojant atminties procesus.

Įdomu tai, kad heterozigotinės išmuštos pelės (DAT+/− pelės), vis dar turinčios funkcinio DAT geno alelį, atrodo, kad jų elgesys yra normalus [6], [20], [21]. Taigi, DAT+/− Pelės gali būti vertingas modelis tiriant kai kuriuos subtilius, tačiau svarbius fenotipus, tokius kaip asociatyvinės atminties procesai ir susiję mechanizmai, kuriuos reguliuoja dopaminerginė schema. Čia mes panaudojome elgesio paradigmų rinkinį, kad įvertintume dopamino disbalanso funkcines pasekmes modelio užbaigimui asociatyviosios atminties prisiminimo metu.

rezultatai

Norėdami ištirti dopamino vaidmenį atkuriant atmintį, panaudojome heterozigotines dopamino pernešimo peles (DAT)+/−). Mes panaudojome daugybę pagrindinių elgesio matavimų, kad įvertintume jų atvirojo lauko lokomotorinę veiklą (Pav. 1A), rotarodiniai pasirodymai (1B ir 1C paveikslai) ir nustatė, kad šios heterozigotinės išmuštos pelės yra visiškai normalios. Mes taip pat patvirtinome, kad DAT+/− pelių nerimo lygis, matuojant padidintu plius labirintu (1D pav).

1 pav 

Normalus DAT atlikimas+/− pelės pagrindiniame elgesyje.

Be to, mes įvertinome pagrindines mokymosi ir atminties funkcijas DAT+/− pelės. Pirmiausia mes panaudojome naują objektų atpažinimo testą ir pastebėjome, kad 1 dienos sulaikymo bandymuose šios pelės elgėsi visiškai normaliai, palyginti su jų laukinio tipo pakratų kontrole (1E pav). Be to, šioms pelėms taip pat būdingas normalus 1 dienos baimės sąlygotas susilaikymas, neatskiriamas nuo jų laukinio tipo kontrolinių pelių (1F pav). Todėl šie rezultatai rodo, kad DAT+/− Pelės turi normalų mokymąsi ir atminties funkciją atliekant šias dvi pirminės atminties testų formas.

Erdvinės etaloninės atminties testas anksčiau buvo naudojamas vertinant atminties iškvietimo modelio pabaigą. Mes taikėme DAT+/− pelės ir laukinio tipo kontrolės priemonės šiai užduočiai atlikti. Naudojant erdvinės atskaitos protokolą, kuris buvo aprašytas anksčiau [22], šias peles mokėme paslėptos platformos vandens labirinte. Mokymą sudarė keturi bandymai per dieną, vienos valandos intervalas tarp bandymų. Mes nustatėme, kad tiek DAT+/− Pelės ir laukinio tipo pelės parodė panašų mokymąsi ir atminties sutvirtėjimą per 10 dienos seansus ir panašiu plaukimo greičiu (2A ir 2B pav).

2 pav 

Normalus erdvinės atskaitos atminties gavimas ir įtvirtinimas DAT+/− išmuštos pelės be greičio skirtumo.

Tada mes ištyrėme jų prisiminimus apie paslėptą platformos vietą, naudodami zondo testą (P1) 11 dieną, praėjus vienai dienai po paskutinės treniruotės pabaigos. Išmatuota pagal kvadrantų užimtumą, tiek DAT+/− pelės ir jų kontroliniai vados draugai galėjo sutelkti savo paiešką tiksliniame kvadrante, esant visiškoms žymėms (Pav. 3A). Be to, DAT+/− pelės taip pat turėjo didelę pirmenybę fantominės platformos srityje ir nebuvo jokio skirtumo, palyginti su valdymo platformos užimtumu (Pav. 3B). Be to, kaip tikėtasi, tiek DAT+/− pelėms ir laukinio tipo pakratų šunims žymiai padidėjo kirtimų skaičius (Pav. 3C). Taigi visi šie matavimai rodo, kad DAT+/− pelės gali paprastai išmokti šios užduoties ir atgauti šią asociacinę atmintį paprastai, kai būna visa žyma.

3 pav 

Atrankiniai modelio užpildymo trūkumai, gaunant erdvinę atskaitos atmintį iš DAT+/− išmuštos pelės.

Norėdami nustatyti, ar subtilus dopamino balansas yra būtinas norint užpildyti modelį dalinio žanro sąlygomis, kitą dieną atlikome antrą zondo testą (P2), pašalindami tris iš keturių distalinių ženklų (diena 12). Norint išvengti galimo ankstesnės atšaukimo sesijos išnykimo, 4 valandą po P1 zondo bandymo buvo pristatytas dar vienas mokymų blokas (1 tyrimai). Šio dalinio taško zondo tyrimo metu, kol kontrolinės pelės toliau koncentruodavo savo paieškos laiką tiksliniame kvadrante, o ne kituose kvadrantuose, DAT+/− pelės parodė tik atsitiktinumo lygį, matuojant pagal tikslinį kvadranto užimtumą (3D pav). Be to, fantominės platformos plotų užimtumo įvertinimas dar patvirtino, kad šie DAT+/− pelėms buvo sunku atsiminti platformos vietą (3E pav). Šį atrankos deficitą taip pat parodė tai, kad perono pervažų skaičius nepadidėjo (3F pav), o laukinio tipo pakratai visiškai sugebėjo iš dalies prisiminti atmintį. Todėl šie duomenys leidžia manyti, kad DAT+/− pelėms trūksta erdvinių referencinių atsiminimų dalinio žodžio sąlygomis.

Galiausiai paklausėme, ar galime atkurti modelio užpildymą šiuose DAT+/− pelės, naudojant farmakologinius metodus. Buvo pranešta, kad maža dopamino antagonisto haloperidolio dozė gali būti naudinga palengvinant tam tikrus dopamino sutrikimus. [20]. Priežastis yra ta, kad maža haloperidolio dozė gali šiek tiek sušvelninti padidėjusio dopamino poveikį heterozigotinėms pelėms, kurių dopamino reabsorbcija yra nepakankama dėl vieno alelio praradimo normaliame dopamino transporterio gene. Gelbėjimo eksperimentui pritaikėme tą patį pelių rinkinį. 13 ir 14 dienomis aukščiau nurodytoms pelėms atlikome trečiąjį zondo bandymą (P3), esant visam žymeniui, ir ketvirtąjį bandymą (P4), esant daliniam žymėjimui. Vėlgi, norėdami neutralizuoti bet kokį išnykimą, kuris galėjo įvykti zondo tyrimo metu, mes atlikome dar vieną bloką (4 tyrimai), skirtą mokyti 1 valandą po to, kai buvo atliktas arba P2, arba P3 zondo testas. Mūsų P3 zondo testo tikslinio kvadranto užimtumo matavimai rodo, kad ir DAT+/− pelės ir kontroliniai pakratai sukoncentruoti paiešką tiksliniame kvadrante, esant visiškoms žymėms (Pav. 4A). Be to, normalų jų atminties prisiminimą vėl patvirtino platformos užimtumo įvertinimas (Pav. 4B), taip pat platformos kirtimų skaičių (Pav. 4C). Taigi, šios mutantinės pelės buvo visiškai pajėgios atgauti erdvinę atmintį viso taško sąlygomis.

4 pav 

DAT modelio užpildymo trūkumų panaikinimas+/− pelėms, vartojusiems haloperiodolį, atlikus P1 ir P2 zondo testus.

14 dieną mes pašalinome tris iš keturių distalinių užuominų ir atlikome ketvirtąjį zondo bandymą (P4), esant daliniam laike. Mes suleidome DAT+/− pelėms į pilvaplėvės ertmę su maža haloperidolio doze (0.002 mg / kg kūno svorio) 30 minutes prieš sulaikymo testus. Laukinio tipo pakratai buvo kontroliuojami kaip fiziologinis tirpalas. Mes nustatėme, kad DAT+/− pelės sutelkė savo paieškos laiką tiksliniame kvadrante ir parodė statistiškai panašius rezultatus, palyginti su laukinio tipo partneriais (4E pav). Taip pat fantominių platformų plotų užimtumo matavimas papildomai patvirtino, kad šie DAT+/− pelės gali prisiminti platformos vietą (4F pav). Jų įprastą atmintį dar kartą patvirtino padidėjęs perėjų skaičius, kuris buvo toks pat kaip laukinių pelių (4G pav). Taigi šie eksperimentai rodo, kad modelio užbaigimo deficitas, iš pradžių pastebėtas DAT+/− pelėms gali sukelti dopamino pusiausvyros sutrikimas.

Norėdami atmesti galimybę, kad P4 zondo tyrime fenotipo, įšvirkšto haloperidoliu, rezultatai atsirado dėl pervargimo pakartotinių zondo bandymų metu, mes panaudojome kitą DAT rinkinį+/− ir kontroliuoti vadus bei pakartoti visą eksperimentą. Kaip ir tikėtasi, tiek DAT+/− Pelės ir jų laukinio tipo pelės parodė gerą mokymosi greitį per 10 dienos treniruotes (Pav. 5A). 11 dieną mes atlikome šių pelių bandymą visomis išraiškos priemonėmis. DAT nėra reikšmingo skirtumo atminties išlaikymo testo rezultatuose.+/− pelės ir kontroliniai vados draugai, matuojant kvadranto užimtumu (Pav. 5B), tikslinio kvadranto užimtumas (Pav. 5C) ir platformos kirtimų skaičių (5D pav). Praėjus valandai po to, kai buvo atliktas viso taško zondo testas, mes šias peles perkvalifikavome dar vienu treniruočių bloku, kad išvengtume jokio išnykimo efekto. 12 dieną šioms pelėms buvo atlikti dalinio užuominos į atmintį testai. Pelėms į pilvaplėvės ertmę 30 prieš injekciją buvo įšvirkšta maža haloperidolio (arba fiziologinio tirpalo) dozė. Mes nustatėme, kad šis gydymas pelių mutantais iš tikrųjų leido normalų rezultatą. Mutantų ir kontrolinių pelių rezultatai buvo panašūs, užimant kvadrantą (5E pav), tikslinio kvadranto užimtumas (5F pav) ir platformos kirtimų skaičių (5G pav). Matuojant jų plaukimo greitį taip pat nesiskyrė skirtumai (5H pav). Todėl šie duomenys aiškiai parodė, kad DAT išgelbėtas dalinio žodžio atkūrimo deficitas+/− Pelės, gautos haloperidolio būdu, nebuvo dėl pakartotinio pervargimo daugelio zondo tyrimų metu.

5 pav 

Išsaugoti modelio užbaigimo trūkumai, naudojant DAT haloperiodolį+/− pelės, kurioms nebuvo atlikti keli zondo testai.

Diskusija

Nors dopamino sistema yra žinoma, kad ji yra labai svarbi daugelio pažinimo procesų reguliavimui [8], [16]-[18], [23]-[25], mūsų tyrimas pirmą kartą pateikia įrodymų, kad dopamino disbalansas, atsirandantis dėl vieno normalaus dopamino pernešėjo geno alelio praradimo, sukėlė specifinį modelio trūkumą asociatyvinės erdvinės atminties prisiminimo metu. Šis atminties prisiminimo deficitas yra akivaizdus tik dalinio-erdvinio lazerio sąlygomis, bet ne viso laivo sąlygomis. Be to, šis atminties prisiminimo deficitas, atrodo, atspindi labai specifinę atminties trūkumo formą, nes plačios pagrindinio elgesio (atvirojo lauko lokomotyvo, rotarodumo ir nerimo) ir kitų atminties formų, tokių kaip kontekstinės baimės nustatymas ir naujų objektų atpažinimas, aspektai išlieka normalūs.

Yra keletas galimų molekulių ir ląstelių scenarijų, kurie gali bendrai prisidėti prie stebimo erdvinio dalinio židinio sukeltos atminties deficito, tarp kurių manoma, kad dopaminas yra pagrindinė molekulė kandidatė, pagrindžianti šį atminties procesą, nes dėmesys ir darbinė atmintis, kurią pirmiausia kontroliuoja Manoma, kad dopamino signalai yra kritiški atkuriant erdvinius prisiminimus [15]-[18], [26]. Gerai žinoma, kad dopaminerginiai neuronai, kilę tik iš ventralinės temininės srities ir substantia nigra compacta, išsikiša beveik į visas smegenų dalis, įskaitant priekinę priekinę žievę, medialinę laikinąją skiltį ir hipokampą. [5], [19], [27]-[28], regionai, apie kuriuos žinoma, kad jie suaktyvinami atkuriant atmintį, taip pat dėmesio procesas [3], [9]-[14], [29], [30]. Atsižvelgiant į daugybę įrodymų, kad dopaminas yra labai svarbus dėmesiui ir darbinei atmintiai [15]-[18] ir manoma, kad DAT geno genetinis polimorfizmas susijęs su ADHD [31]-[33], gali būti, kad tiek dėmesys, tiek darbinė atmintis gali vaidinti tam tikrą vaidmenį atkuriant atmintį dalinio žymėjimo sąlygomis per DAT tarpininkaujantį dopamino reguliavimą. Taigi, DAT heterozigotinių mutantų pelių stebimi atminties modelio trūkumai gali atsirasti dėl pelių nesugebėjimo patenkinti padidėjusio dėmesio poreikio, kai dėl sinapsinio dopamino sutrikimo dalinis atminties prisiminimas atliekama dėl tam tikros priežasties.

Mūsų išvados, kad dopamino disbalansas sąlygojo atminties trūkumą, yra įdomios ir atsižvelgiant į klinikinę demenciją, pastebėtą Parkinsono pacientams. Paprastai atrodo, kad šie pacientai išlaiko gebėjimą išmokti, sutvirtinti ir išsaugoti naują atmintį, tačiau jiems labai sunku atkurti prisiminimus, ypač esant daliniams išoriniams patarimams ar savarankiškam prisiminimui. [34], [35]. Šis deficitas yra ypač didelis, kai nebuvo aiškių nurodymų [8], [23], [34]-[36], taip dar parodydamas, kad dopaminas gali būti susijęs su atminties prisiminimo procesu. Šie Parkinsono pacientams prisimenami atminties trūkumai yra ryškiai priešingi atminties trūkumui kitose neurotransmiterių sistemose. [37] arba ankstyvoji demencija Alzheimerio liga sergantiems pacientams, kuriems paprastai sunku mokytis ir įtvirtinti naujus prisiminimus, išlaikant galimybę prisiminti senus prisiminimus [34], [35]. Tai parodo poreikį kurti skirtingas terapines strategijas dėl skirtingo pažeidžiamumo skirtingiems molekuliniams ir laiko procesams atminties grandinėse.

Mūsų įrodymas, kad modelio užpildymą galima visiškai išgelbėti sušvirkščiant haloperiodolį atšaukimo metu, sustiprina mintį apie subalansuoto dopamino lygio vaidmenį atkuriant atmintį. Šis farmakologinis gelbėjimo eksperimentas suteikia papildomų įrodymų dėl laiko specifiškumo, dėl kurio atsiranda dalinis atmintis, susijęs su lazeriu. Reikėtų pažymėti, kad DAT disfunkcijos+/− Pelės ir Parkinsono pacientai yra gana skirtingi vienas nuo kito, tačiau abu šie atvejai lemia modelio atkūrimo trūkumą. Šis bendras pobūdis suteikia pagrindą nuostatai, kad subtilus dopamino sistemos balansas yra nepaprastai svarbus atminties atkūrimui, o pusiausvyros sutrikimas abiem kryptimis (aukštyn arba žemyn) sukeltų atminties struktūros trūkumų prisiminimo metu. Svarbu, kad norėtume pabrėžti, kad mūsų atlikta analizė neturėtų būti aiškinama kaip įrodymas, kad DAT pelės buvo naudojamos kaip Parkinsono ligos modelis. Iš kitos pusės, in vivo matuojant DAT homozigotines pelių dopaminą, pastebimas reikšmingas dopamino išsiskyrimo sumažėjimas, kurį sukelia sprogimo stimuliacija [38]-[40]. Tai rodo, kad gali būti nepakankamas gebėjimas paversti nervinį aktyvumą dopamino signalais įvairiose nokauto pelių smegenų srityse. Galima įsivaizduoti, kad sumažėję dopamino santykio pokyčiai gali pakeisti fiziologinius pokyčius šaudymo įpročiuose nervų grandinėse, susijusiose su atminties apdorojimu. Šiuo metu nežinoma, ar panašūs pokyčiai pasireiškia ir DAT heterozigotinėmis nokauto pelėmis, ar Parkinsono liga sergantiems pacientams.

Nors apie nervines grandines, suaktyvintas erdvinės atminties atstatymo metu, mažai žinoma, tikėtina, kad ji įtraukia kelis regionus, įskaitant prefrontalinę žievę, laikinąją medialinę žievę ir hipokampą. Tai gerai dera su anatominiais įrodymais, kad dopaminerginiai išėjimai iš ventralinės taktinės srities yra stipriai išsikišę į ventralinę CA1 sritį ir vidinę žievę.[13], [28]. Ši priešfrontalinė hipokampo-VTA kilpa gali vaidinti lemiamą vaidmenį kuriant kontekstinį pažinimą, kuris, savo ruožtu, palengvina dopamino reguliuojamo dėmesio atkūrimą, kai dalinis lazeriu paremtas erdvinis atminimas atsimenamas. [3], [14], [26], [28]. Būsimuose tyrimuose bus svarbu išsamiau apibrėžti anatominius lokusus, iš kurių kilę stebimi modelio užbaigimo trūkumai. Ypač įdomu būtų ištirti kandidatų vietas, tokias kaip priekinė žandikaulio žievė, laikinė žievė ir hipokampas, naudojant farmakologinius, genetinius ir didelio masto in vivo registravimo būdus. [11], [41]-[44]. Taip pat svarbu įvertinti, ar genetinė kompensacija ar lėti pokyčiai smegenų mutantuose prisideda prie stebimo priminimo deficito. Taip pat yra požymių, kad kitos neuromediatorių sistemos taip pat gali būti kritiškai susijusios su atminties atkūrimo reguliavimu [3], [37], [45], [46], ir būtų labai įdomu išnagrinėti ir palyginti jų dinaminę sąveiką tarp dalinio užuominos suaktyvinimo šablono užbaigimo ir visiško lazda pagrįstos atminties gavimo. Apibendrinant, mūsų tyrimas rodo, kad subtili dopamino lygio pusiausvyra yra labai svarbi, norint užpildyti modelį asociatyvinės erdvinės atminties prisiminimo metu.

Medžiagos ir metodai

Etikos teiginiai

Visi tyrime aprašyti darbai su gyvūnais buvo atlikti pagal NIH gaires ir patvirtinti Institucinio IACUC komiteto Džordžijos medicinos koledže (patvirtinimo AUP numeris: BR07-11-001).

Pelių mutantų gamyba ir genotipizavimas

DAT pelės buvo dosni dovana, gauta daktaro XiaoXi Zhuang iš Čikagos universiteto. DAT heterozigotinių išmuštų pelių veisimas ir genotipas yra tas pats, kas aprašyta [6]. Mūsų eksperimentams tiek vyrai, tiek moterys pelės buvo vienodai panaudotos santykiu 1[santykis]1. DAT PGR+/− pelėms buvo sekamas protokolas, kaip aprašyta [6]. Visos pelės buvo laikomos standartinėmis sąlygomis (23.1 ° C, 50.5% drėgmės) Džordžijos medicinos koledžo gyvūnų skyriuje. Visi eksperimentai buvo atlikti garsui nepralaidžiame ir specializuotame elgesio kambaryje. Visi eksperimentatoriai buvo akli pagal atskiro gyvūno genotipą.

Naujo objekto atpažinimo užduotis

Eksperimento protokolas buvo toks pat, kaip aprašyta anksčiau [37], [47]. Trumpai tariant, pelės buvo individualiai pritaikytos atviro lauko dėžutėje (20 × 20 × 10 aukšti coliai) 3 dienomis. Treniruočių metu du nauji objektai buvo dedami į atvirą lauką, o gyvūnui buvo leista apžiūrėti 15 min. Buvo užfiksuotas laikas, praleistas tyrinėjant kiekvieną objektą. Vienos valandos trukmės bandymų metu gyvūnas buvo patalpintas atgal į tą pačią dėžę, kurioje vienas iš pažįstamų objektų treniruočių metu buvo pakeistas nauju daiktu, ir jam buvo leista laisvai tyrinėti 15 min. Privatumo indeksas, laiko, praleisto tyrinėjant bet kurį iš dviejų objektų (treniruotės) arba naujojo (išlaikymo sesija), santykis su visu laiku, praleistu tyrinėjant abu objektus, buvo naudojamas matuojant atpažinimo atmintį.

Atviro lauko ir rotacinių strypų testai

Protokolai buvo tokie patys, kaip aprašyta [48]. Norėdami išmatuoti atvirojo lauko aktyvumą, pelės buvo dedamos į atvirą lauką, pagamintą iš juodos dėžės 14 × 14. Dėžutė buvo pažymėta 2 × 2 colių mažais kvadratiniais tinkleliais (7 kvadratai pagal 7 kvadratus su 49 kvadratais iš viso). Gyvūnų laukas lauke buvo matuojamas kryžių, kuriuos pelės praėjo per 3-minutės laiką, skaičiumi. Rota-rod bandymui matuoti pelės buvo dedamos į greitėjantį besisukantį medienos strypą. Strypas yra 12 colio ilgio ir 1 colio skersmens. Pradinis sukimosi greitis buvo ties 4 aps./min., O paskui stabiliai įsibėgėjo iki 40 aps / min. Našumas buvo matuojamas pagal laiką (sekundėmis), kurį pelėms pavyko likti ant besisukančio lazdelės per penkių minučių arba valandos trukmės bandymus.

Padidėję pliusų labirinto testai

Protokolai buvo tokie patys, kaip aprašyta [49]. Paaukštintas labirintas pagamintas iš nerūdijančio plieno, kuris yra nudažytas matiniu juodu. Jį sudaro keturios rankos (dvi atviros be sienų ir dvi uždengtos 15.25 cm aukščio sienomis) 30 cm ilgio ir 5 cm pločio. Kiekviena labirinto ranka pritvirtinta prie tvirtų metalinių kojų taip, kad ji būtų iškilusi 40 cm virš stalo, ant kurio remiasi. Aktyvumas buvo užfiksuotas skaitmenine kamera („Logitech Camera“, modelio Nr. N231), pastatyta 130 cm virš labirinto. Bandymai vyko silpnoje šviesoje (viena 40-W ir viena 60-W minkšta balta lemputė, abi kampuotos, kad labirinte būtų netiesioginis apšvietimas), cirkadinio ciklo šviesos fazės metu (tarp 0900 h ir 1400 h). Tarp bandymų labirintas buvo išvalytas 5% acto rūgštimi. Baltasis triukšmas (30 dB) užmaskuoja pašalinį foninį triukšmą. Tyrimo dieną gyvūnai buvo įvežti į bandymų kambarį savo namų narvuose, o po to kiekviena gyvūnų pora buvo išimta iš namų narvo ir, prieš dedant į labirintą, dedama į atskirą laikymo narvą 5 min. Gyvūnai buvo dedami atskirai į labirinto centrą, pelių galvos pusiausvyra buvo subalansuota, o elgesys užfiksuotas 5 min. buvo užfiksuotas ir išanalizuotas laikas, praleistas prie atviros rankos ir uždarytos rankos (kai visos keturios graužiko letenos yra ant atviros arba uždarytos rankos).

Kontekstinės baimės kondicionavimas

Baimės kondicionavimas buvo atliktas, kaip aprašyta anksčiau [45]. Eksperimentas buvo atliktas baimės mažinimo sistemoje, kameroje, esančioje garso slopintoje dėžutėje su namo šviesa ant lubų ir nerūdijančio plieno tinklelio grindimis („Coulbourn Instruments“, Whitehall, PA). Tinklelio grindys buvo pritvirtintos prie šokų generatoriaus, o garsinis signalas kilo iš garsiakalbio, pritvirtinto ant kameros sienos. Visi dirgikliai buvo kontroliuojami automatiškai, naudojant asmeninį kompiuterį su „Graphic State“ programa. Prieš narvą buvo pastatyta vaizdo kamera, kad būtų galima užfiksuoti elgesį. Pelės buvo gydomos 3 dienas, o po to pripratintos prie treniruočių kameros 5 min. Naudotas sąlyginis dirgiklis (CS) buvo 85 dB garsas 2.8 kHz dažniu, o besąlyginis dirgiklis (JAV) buvo nenutrūkstamas pėdsakų smūgis, kurį 0.8 mA padarė 2 s. Po to, kai CS / USA buvo parduotas kartu, gyvūnas liko kameroje dar 30, kad būtų galima išmatuoti tiesioginį užšalimą. Sulaikymo bandymo metu kiekviena pelė buvo dedama atgal į tą pačią kamerą, o užšalimo reakcijos buvo užfiksuotos 5 min (kontekstinis užšalimo atsakas). Visi testai buvo filmuojami raudonoje šviesoje. Bendras užšalimo laikas buvo matuojamas kaip baimės atminties indeksas. Šalčio elgesys buvo apibrėžtas kaip visiškas judėjimo, išskyrus kvėpavimą, trūkumas. Įšaldymo elgsena buvo įvertinta pagal programinę įrangą (Coulbourn Instruments) ir buvo pakeista į užšalimo reakciją [užšalimo reakcija = (bendras užšalimo laikas / visas bandymo laikas) × 100%].

Erdvinės atskaitos testai

Erdvinės atskaitos testas buvo paslėptas platformos vandens labirintas. Mes laikėmės protokolo, aprašyto anksčiau Nakazawa ir kt. [22]. Mokymai susideda iš keturių bandymų per dieną, su viena valanda tarp bandymų. Pelių judėjimas buvo stebimas vaizdo kamera ir matuojamas programine įranga („Noldul Information Technology“, Nyderlandai). Visi užfiksuoti ir išanalizuoti pabėgimo latencijos trukmė iki platformos, kvadrantų užimtumas ir perėjos perėjimas. Baseino skersmuo yra 118 cm, o platformos - 9.5 cm. Buvo atlikti keturi zondo tyrimai. Pirmasis zondo testas (P1) buvo atliktas kitą dieną po paskutinės treniruotės viso taško sąlygomis (11 diena). Antrasis zondo testas (P2) buvo atliktas 12 dieną dalinio žadinimo sąlygomis (pašalinant tris iš keturių vaizdinių užuominų, pakabintų ant juodos užuolaidos sienos). DAT+/− pelėms, mes atlikome trečiąjį zondo bandymą (P3) 13 dieną visiško žanro sąlygomis ir ketvirtąjį zondo tyrimą (P4) 14 dieną dalinio žanro sąlygomis. Dar vienas mokymų blokas (4 tyrimai) buvo pristatytas 1 valandą po atitinkamai P1, P2 ir P3 zondo bandymų, siekiant neutralizuoti bet kokį išnykimą, kuris galėjo įvykti zondo tyrimo metu. Be to, tam, kad būtų pašalintas tikėtino persitreniravimo prieš P4 (zondo testas su dalelės ir haloperidolio injekcijomis) jungiamasis poveikis, mes panaudojome kitą DAT grupę.+/− pelėms, taip pat jų kontroliuojamiems laukinio tipo pakratų bandymams, atlikti dar du papildomi zondo tyrimai (P3 ′ ir P4 ′ bandymai). P3 ′ zondo testas buvo atliktas praėjus vienai dienai po paskutinės treniruotės viso taško sąlygomis (10 diena). P4 ′ zondo testas buvo atliktas 11 dieną dalinio židinio sąlygomis. Visų mūsų zondo testų metu platforma buvo pašalinta, pelėms buvo leista plaukti baseine tą patį laiką, kiek buvo naudojama treniruočių metu (60 sek.). Buvo užfiksuotas kiekviename kvadrante praleistas laikas. Norėdami atkurti dopamino lygį [6], [20], [21], pelės iš DAT+/− 0.002 ir 30 minučių prieš P4 ir P4 zondo bandymus visos kontrolinės grupės buvo injekuotos intraperitoniškai haloperidoliu (XNUMX mg / kg kūno svorio) arba druskos tirpalu.

Duomenų analizė

Siekiant įvertinti gyvulių tarpusavio koreliacijas tarp pakartotinių matavimų, buvo naudojami linijiniai mišrūs modeliai, skirti įvertinti elgesio savybes Morriso vandens labirinte, naujo objekto atpažinimą, kontekstinės baimės nustatymą ir rotacijos lazdelės testus. Tukey – Kramer metodas buvo naudojamas šių elgesio matavimų reikšmingumui tarp DAT nustatyti+/− pelės ir kontrolinės vados draugės. Atvirame lauke ir padidinto pliuso labirinto bandymuose genotipo poveikiui nustatyti buvo naudojamas vienos krypties ANOVA ir post hoc Dunnett testas. Nuolatiniai kintamieji pateikiami kaip vidurkis ir standartinė vidurkio paklaida (SEM). Duomenys buvo analizuojami naudojant SPSS 13.0 versiją (SPSS Inc., Čikaga, IL). Skirtumai buvo laikomi reikšmingais, kai P <0.05.

Padėka

Dėkojame dr. Xiaoxi Zhuang iš Čikagos universiteto už DAT suteikimą+/− KO pelėms ir Brianna Klein už techninę pagalbą eksperimentams.

Išnašos

Konkuruojantys interesai: Autoriai pareiškė, kad nėra konkuruojančių interesų.

Finansavimas: Šį tyrimą parėmė NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 ir AG025918), USAMRA00002, Džordžijos mokslinių tyrimų aljanso ir Šanchajaus savivaldybės mokslo ir technologijų komisijos (10140900500) (visa JZT) lėšos. Kinijos nacionalinis mokslo fondas (81000592), Šanchajaus savivaldybės mokslo ir technologijų komisija (10DZ2272200, 09DZ2200900, 10PJ1407500 ir 10JC1411200), Šanchajaus savivaldybės švietimo komisija (11ZZ103) į FL ir XMS. Finansuotojai neturėjo jokio vaidmens rengiant studijas, renkant duomenis ir analizuojant, priimant sprendimus paskelbti ar ruošiant rankraštį.

Nuorodos

1. Sara SJ. Noradrenerginis selektyvaus dėmesio moduliavimas: jo vaidmuo atkuriant atmintį. Ann NY akad mokslas. 1985;444: 178-193. [PubMed]
2. „Thompson RF“. Ieškant atminties pėdsakų. Annu Rev Psychol. 2005;56: 1-23. [PubMed]
3. Korzas V, Frey JU. Hormoninis ir monoamininis signalizavimas stiprinant hipokampo ilgalaikę potenciją ir atkuriant atmintį. Sužinoti mem 2007;14: 160-166. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
4. „Cools R“, „Barker RA“, „Sahakian BJ“, „Robbins TW“. Pagerėjusi ar sutrikusia Parkinsono ligos kognityvinė funkcija, atsižvelgiant į dopaminerginių vaistų funkciją ir užduotis. Smegenų žievės. 2001;11: 1136-1143. [PubMed]
5. Schultz W. Oficialus dopamino ir atlygio gavimas. Neuronas. 2002;36: 241-263. [PubMed]
6. Zhuang X, Oosting RS, Jones SR, Gainetdinov RR, Miller GW ir kt. Hiperaktyvumas ir sutrikęs reagavimo įpročiai hiperdopaminerginėms pelėms. Proc Natl Acad Sci JAV. 2001;98: 1982-1987. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
7. Išminčius RA. Dopaminas, mokymasis ir motyvacija. Nat Rev Neurosci. 2004;5: 483-494. [PubMed]
8. „Weintraub D“, „Moberg PJ“, „Culbertson WC“, „Duda JE“, „Stern MB“. Įrodymai dėl sutrikusio kodavimo ir atkuriamos atminties profilių sergant Parkinsono liga. „Cogn Behav Neurol“. 2004;17: 195-200. [PubMed]
9. „Matus AP“, Higgins EA, „Barrientos RM“, Rudy JW. Dorsalinio hipokampo vaidmuo renkant ir gaunant konteksto atminties vaizdus. J Neuroscience. 2004;24: 2431-2439. [PubMed]
10. Chen X, Garelick MG, Wang H, Lil V, Athos J ir kt. PI3 kinazės signalizacija reikalinga kontekstinės atminties paieškai ir išnykimui. Nat Neurosci. 2005;8: 925-931. [PubMed]
11. Chen G, Wang LP, Tsien JZ. Neuroninių gyventojų atminties pėdsakai pelių hipokampuose. PLoS One ". 2009;4: e8256. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
12. Taubenfeld SM, Muravieva EV, Garcia-Osta A, Alberini CM. Piktnaudžiavimo narkotikais sukeltų vietų atminties sutrikdymas silpnina motyvacinį pasitraukimą atsižvelgiant į kontekstą. Proc Natl Acad Sci JAV. 2010;107: 12345-12350. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
13. Leonas WC, Bruno MA, Allard S, Nader K, Cuello AC. PFC įsitraukimas į konsolidavimą ir naujausios erdvinės atminties prisiminimas. Sužinoti mem 2010;17: 297-305. [PubMed]
14. Kirvanas CB, „Wixted JT“, „Squire LR“. Įrodymas, kad hipokampas palaiko ir prisiminimus, ir pažintį. Proc Natl Acad Sci JAV. 2010;107: 344-348. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
15. „Goldman-Rakic ​​PS“. Regioninė ir ląstelinė darbinės atminties frakcija. Proc Natl Acad Sci JAV. 1996;93: 13473-13480. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
16. Granon S, Passetti F, Thomas KL, Dalley JW, Everitt BJ ir kt. Padidėjęs ir pablogėjęs dėmesys veiklai po D1 dopaminerginių receptorių agentų infuzijos į žiurkės priekinę priekinę žievę. J Neuroscience. 2000;20: 1208-1215. [PubMed]
17. „Ridley RM“, „Cummings RM“, „Leow DA“, „Baker HF“. Atminties nepaisymas po dopaminerginių pakitimų beždžionėms. Behav Brain Res. 2006;166: 253-262. [PubMed]
18. Brennan AR, Arnsten AF. Neuroniniai mechanizmai, lemiantys dėmesio deficito hiperaktyvumo sutrikimą: susijaudinimo įtaka prefrontalinei žievės funkcijai. Ann NY akad mokslas. 2008;1129: 236-245. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
19. Pezze MA, Feldon J. Mesolimbic dopaminerginiai keliai baimės formavime. Prog Neurobiol. 2004;74: 301-320. [PubMed]
20. Morice E, Billard JM, Denis C, Mathieu F, Betancur C ir kt. Lygiagretus hipokampo LTD praradimas ir kognityvinis lankstumas hiperdopaminergijos genetiniame modelyje. Neuropsychopharmacology. 2007;32: 2108-2116. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
21. Rodriguiz RM, Chu R, Caron MG, Wetsel WC. Nepageidaujamos reakcijos, susijusios su dopamino nešiotojo pečių socialine sąveika. Behav Brain Res. 2004;148: 185-198. [PubMed]
22. Nakazawa K, Quirk MC, Chitwood RA, Watanabe M, Yeckel MF ir kt. Reikalavimai hipokampinių CA3 NMDA receptoriams asociatyvios atminties metu. Mokslas. 2002;297: 211-218. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
23. Nieoullonas A. Dopaminas ir pažinimo bei dėmesio reguliavimas. Prog Neurobiol. 2002;67: 53-83. [PubMed]
24. Ito R, Dalley JW, Robbins TW, Everitt BJ. Dopamino išsiskyrimas į nugaros striatą per kokaino ieškantį elgesį, kontroliuojant vaistą. J Neuroscience. 2002;22: 6247-6253. [PubMed]
25. „Phillips AG“, „Ahn S“, „Floresco SB“. Dopamino išsiskyrimo dydis medialinėje priešfrontalinėje žievėje nusako atminties tikslumą atliekant uždelstą atsakymo užduotį. J Neuroscience. 2004;24: 547-553. [PubMed]
26. „Kentros CG“, „Agnihotri NT“, „Streater S“, „Hawkins RD“, „Kandel ER“. Padidėjęs dėmesys erdviniam kontekstui padidina vietos lauko stabilumą ir erdvinę atmintį. Neuronas. 2004;42: 283-295. [PubMed]
27. „Carr DB“, „Sesack SR“. Projekcijos iš žiurkės priekinės priekinės žievės į ventralinę pagrindinę sritį: taikinio specifiškumas sinapsinėse asociacijose su mezoakumbenais ir mezokortikiniais neuronais. J Neuroscience. 2000;20: 3864-3873. [PubMed]
28. Lisman JE, AA malonė. Hipokampo-VTA kilpa: kontroliuojamas informacijos įvedimas į ilgalaikę atmintį. Neuronas. 2005;46: 703-713. [PubMed]
29. Tirapu-Ustárroz J, Muñoz-Céspedes JM. Atmintis ir vykdomosios funkcijos. Nevrolis. 2005;41: 475-484. [PubMed]
30. „Muzzio IA“, „Levita L“, „Kulkarni J“, „Monaco J“, „Kentros C“ ir kt. Dėmesys padidina vaizdinių hipokampo vaizdinių ir uoslės vaizdinių atvaizdą ir stabilumą. PLoS Biol. 2009;7: e1000140. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
31. Daly GM, Heron S, Hawi Z, Fitzgerald M. Ryšio tarp dėmesio deficito hiperaktyvumo sutrikimo ir dopamino pernešėjo polimorfizmo patvirtinimas. Molekulinė psichiatrija. 1997;2: 311-313. [PubMed]
32. Waldman ID, Rowe DC, Abramowitz A, Kozel ST, Mohr JH ir kt. Dopamino transporterio geno ir vaikų, kuriems trūksta dėmesio, hiperaktyvumo sutrikimas, ryšys ir ryšys: heterogeniškumas dėl diagnostinio potipio ir sunkumo. Am J Hum Genet. 1998;63: 1767-1776. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
33. Faraone SV, Perlis RH, Doyle AE, Smoller JW, Goralnick JJ ir kt. Dėmesio stokos / hiperaktyvumo sutrikimo molekulinė genetika. Biol Psichiatrija. 2005;57: 1313-1323. [PubMed]
34. Cummingsas JL. Parkinsono ligos demencijos: paplitimas, ypatybės, neurobiologija ir palyginimas su Alzheimerio tipo demencija. Eur „Neurol“. 1988;28: 15-23. [PubMed]
35. Dujardin K, Laurent B. Žmogaus atminties sistemų disfunkcija: dopaminerginio perdavimo vaidmuo. Curr Opinion Neurol. 2003;16: S11-16. [PubMed]
36. Kauer JA, Malenka RC. Synaptic plastiškumas ir priklausomybė. Nat Rev Neurosci. 2007;8: 844-858. [PubMed]
37. „Rampon C“, „Tang YP“, „Goodhouse J“, „Shimizu E“, „Kyin M“ ir kt. Praturtinimas sukelia CA1 NMDAR1 pelių, turinčių nokautą, struktūrinius pokyčius ir atsigavimą po nesąmoninės atminties trūkumo. Nat Neurosci. 2000;3: 238-244. [PubMed]
38. Benoit-Marand M, Jaber M, Gonon F. Dopamino atpalaidavimas ir pašalinimas in vivo pelėms, kurioms nėra dopamino pernešėjo: funkcinės pasekmės. Eur J Neurosci. 2000;12: 2985-2992. [PubMed]
39. „Giros B“, „Jaber M“, „Jones SR“, „Wightman RM“, „Caron MG“. Pelių, kurioms trūksta dopamino pernešėjo, hiperkomocija ir abejingumas kokainui ir amfetaminui. Gamta. 1996;379: 606-612. [PubMed]
40. Jones SR, Gainetdinov RR, Jaber M, Giros B, Wightman RM ir kt. Didelis neuronų plastiškumas reaguojant į dopamino pernešėjo inaktyvaciją. Proc Natl Acad Sci JAV. 1998;95: 4029-4034. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
41. „Frankland PW“, „Bontempi B“, „Talton LE“, „Kaczmarek L“, „Silva AJ“. Priekinės cingulinės žievės įsitraukimas į nuotolinę kontekstinę baimės atmintį. Mokslas. 2004;304: 881-883. [PubMed]
42. Han CJ, Tuathaigh CM, Trigt L, Quinn JJ, Fanselow MS, et al. Norėdami atsekti, bet ne atidėti baimės kondicionavimą, reikia atkreipti dėmesį ir į priekinę žandikaulio žievę. Proc Natl Acad Sci JAV. 2003;100: 13087-13092. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
43. Mirenowicz J, Schultz W. Preferencinis vidurinių smegenų dopamino neuronų aktyvinimas apetitiniais, o ne bauginančiais dirgikliais. Gamta. 1996;379: 449-451. [PubMed]
44. Rolls ET, Treves A. Smegenyse esantys neuroniniai tinklai, įsimenami ir prisimenami. Prog Brain Res. 1994;102: 335-341. [PubMed]
45. Cao X, Wang H, Mei B, An S, Yin L ir kt. Neišvengiamas ir selektyvus atminties ištrynimas pelės smegenyse atliekant chemines-genetines manipuliacijas. Neuronas. 2008;60: 353-366. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
46. Ouyang M, Zhang L, Zhu JJ, Schwede F, Thomas SA. „Epac“ signalizacija reikalinga norint atkurti nuo hipokampo priklausomą atmintį. Proc Natl Acad Sci JAV. 2008;105: 11993-11997. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
47. „Tang YP“, „Shimizu E“, „Dube GR“, „Rampon C“, „Kerchner GA“ ir kt. Pelių mokymosi ir atminties gerinimas. Gamta. 1999;401: 63-69. [PubMed]
48. Cui Z, Wang H, Tan Y, Zaia KA, Zhang S ir kt. Neišmatuojamas ir grįžtamasis NR1 nokautas parodo esminį NMDA receptoriaus vaidmenį išsaugojant nuotolinius smegenų prisiminimus. Neuronas. 2004;41: 781-793. [PubMed]
49. „Walf AA“, Frye CA. Padidinto labirinto naudojimas kaip graužikų elgesio su nerimu tyrimas. Nat Protoc. 2007;2: 322-328. [PubMed]