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 atkūrimas apima anksčiau įgytos informacijos apibendrinimą [1], [2]. Priklausomai nuo prisiminimo sąlygų, atminties atkūrimas gali įvykti naudojant daugumą arba visus anksčiau pastebėtus ženklus, susijusius su mokymusi (pvz., matant žmogų ir tuo pačiu metu girdėjus jo balsą arba pakartotinai aplankant gimtąjį miestą, kuris nelabai pasikeitė ir pan.). Kita vertus, daugeliu atvejų atmintis dažniausiai vyksta tada, kai yra tik pradinių ženklų pogrupiai (pvz., atkuriant senus gimtojo miesto gatvių žemėlapius, kai liko nepakitę tik keli seni orientyrai). Tai žinoma kaip modelio užbaigimas, kai smegenys atkuria ir atkuria ištisus atminties modelius iš dalinių išorinių užuominų arba savarankiškai inicijuotų vidinių procesų. Šiuo metu mažai žinoma apie tikrus molekulinius ir ląstelinius mechanizmus, kuriais grindžiamas atminties atkūrimo modelio užbaigimas. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad monoamino signalizacija gali turėti įtakos atkuriant atmintį [3].

Šiame tyrime siekėme ištirti, kaip moduliuojantis neurotransmiteris dopaminas vaidina vaidmenį reguliuojant atminties modelio užbaigimą dalinio signalo prisiminimo metu. Dopaminas yra pagrindinis neurotransmiteris, galintis paveikti pažinimą, emocijas ir judėjimą. Nenormalus dopaminerginis perdavimas buvo susijęs su daugeliu psichikos ir neurologinių sutrikimų, įskaitant dėmesio trūkumo ir hiperaktyvumo sutrikimą (ADHD), šizofreniją ir Parkinsono ligą. [4]-[8]. Nors dopaminerginiai neuronai kilę tik iš ventralinės tegmentinės srities ir juodosios medžiagos, jų išvestis patenka į beveik visas smegenų dalis, įskaitant prefrontalinę žievę, medialinę smilkininę skiltį ir hipokampą – sritis, kurios, kaip žinoma, suaktyvėja atminties atkūrimo metu.l [3], [9]-[14].

Taip pat reikėtų pažymėti, kad buvo manoma, kad dopaminas yra funkciškai labai svarbus dėmesiui ir darbinei atminčiai, kurį tarpininkauja aukščiau esantys smegenų regionai. [15]-[18], kurie abu buvo numanomi atminties gavimo procese dalinio užuominos sąlygomis [19]. Kaip pagrindinis ląstelių mechanizmas, nutraukiantis dopamino signalizaciją, dopamino transporteris (DAT), esantis neuronų presinapsiniuose galuose, sugrąžina dopaminą iš sinapsinio plyšio atgal į dopaminerginius neuronus. Taigi DAT yra svarbi molekulė, reguliuojanti sinapsinį dopamino lygį ir atitinkamai nustatant dopamino veiksmų laiką vietinėse nervų grandinėse. Iš tiesų, genetinis dopamino transporterio geno išmušimas sukelia didelių sutrikimų. Homozigotinės DAT-KO pelės kenčia nuo akivaizdžių anomalijų, įskaitant augimo sulėtėjimą, stiprų lokomotorinį hiperaktyvumą ir daugybę kitų sutrikimų, įskaitant pripratimo ir socialinės sąveikos trūkumus, taip pat sutrikusią žarnyno judrumą, kvėpavimo kontrolę ir kt. [6], [20], [21]. Dėl bendrų homozigotinių DAT-KO pelių defektų tapo mažiau tinkamas dopamino vaidmeniui reguliuojant atminties procesus.

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

rezultatai

Norėdami ištirti dopamino vaidmenį atmintyje, naudojome heterozigotines dopamino transporterio išjungtas peles (DAT).+/−). Mes panaudojome daugybę pagrindinių elgesio matavimų, kad įvertintume jų judėjimo aktyvumą atvirame lauke (Pav. 1A), Rotarod pasirodymai (1B ir 1C pav) ir nustatė, kad šios heterozigotinės išmuštos pelės yra visiškai normalios. Taip pat patvirtinome, kad DAT+/− pelėms būdingas neišsiskiriantis nerimo lygis, matuojamas padidintu plius labirintu (1D pav).

1 pav 

Normalus DAT veikimas+/− pelių pagrindinio elgesio.

Be to, įvertinome pagrindines mokymosi ir atminties funkcijas DAT+/− pelėms. Pirma, mes panaudojome naują objektų atpažinimo testą ir pastebėjome, kad šių pelių elgesys buvo visiškai normalus per 1 dienos sulaikymo testus, palyginti su jų laukinio tipo vados kontrole (1E pav). Be to, šios pelės taip pat pasižymi normaliu 1 dienos baimės sąlygotu išlaikymu, kurio negalima atskirti nuo jų laukinio tipo kontrolinių pelių (1F pav). Todėl šie rezultatai rodo, kad DAT+/− Šiose dviejose pirminės atminties testų formose pelės turi normalią mokymosi ir atminties funkciją.

Erdvinės atskaitos atminties testas anksčiau buvo naudojamas atminties atkūrimo modelio užbaigimui įvertinti. Mes atlikome DAT+/− pelėms ir laukinio tipo kontrolei atlikti šią užduotį. Naudojant erdvinės atskaitos atminties protokolą, kuris buvo aprašytas anksčiau [22], mes mokėme šias peles paslėptos platformos vandens labirinte. Mokymą sudarė keturi bandymai per dieną su vienos valandos intervalu tarp bandymų. Mes nustatėme, kad tiek DAT+/− pelėms ir laukinio tipo pelėms buvo panašus mokymasis ir atminties konsolidavimas per 10 dienų seansus ir panašiu plaukimo greičiu (2A ir 2B pav).

2 pav 

Įprastas erdvinės atskaitos atminties gavimas ir konsolidavimas DAT+/− išmuštos pelės be greičio skirtumo.

Tada mes ištyrėme jų prisiminimus apie paslėptą platformos vietą, naudodami zondo testą (P1) 11 dieną, vieną dieną po paskutinės treniruotės. Matuojant kvadranto užimtumu, tiek DAT+/− pelės ir jų kontrolinės vados draugai galėjo sutelkti savo paiešką tiksliniame kvadrante, kai buvo visi ženklai (Pav. 3A). Be to, DAT+/− pelėms taip pat buvo didelė pirmenybė fantominės platformos sričiai, ir nebuvo jokio skirtumo, palyginti su valdymo platformos užimtumu (Pav. 3B). Be to, kaip ir tikėtasi, tiek DAT+/− pelių ir laukinio tipo vados narių kryžminimo atvejų skaičius žymiai padidėjo (Pav. 3C). Taigi visi šie matavimai rodo, kad DAT+/− pelės gali išmokti šią užduotį įprastai ir atgauti šią asociatyviąją atmintį normaliomis sąlygomis.

3 pav 

Selektyvūs modelio užbaigimo trūkumai nuskaitant erdvinę atskaitos atmintį DAT+/− išmuštos pelės.

Norėdami nustatyti, ar subtilus dopamino balansas yra būtinas modelio užbaigimui dalinio signalo sąlygomis, kitą dieną atlikome antrąjį zondo testą (P2), pašalindami tris iš keturių distalinių ženklų (12 diena). Siekiant išvengti bet kokio galimo išnykimo po ankstesnio atšaukimo seanso, praėjus 4 valandai po P1 zondo testo, buvo atliktas dar vienas mokymo blokas (1 bandymai). Šio dalinio zondo tyrimo metu kontrolinės pelės ir toliau sutelkė savo paieškos laiką tiksliniame kvadrante, o ne kituose kvadrantuose, DAT+/− pelės pasižymėjo tik atsitiktinumu, matuojant pagal tikslinio kvadranto užimtumą (3D pav). Be to, fantominės platformos zonų užimtumo matavimas dar labiau patvirtino, kad šie DAT+/− pelėms buvo sunku prisiminti platformos vietą (3E pav). Šį paėmimo trūkumą parodė ir tai, kad nepadaugėjo peronų perėjų (3F pav), tuo tarpu laukinio tipo vados draugai buvo visiškai pajėgūs iš dalies prisiminti atmintį. Todėl šie duomenys leidžia manyti, kad DAT+/− pelėms trūksta erdvinių etaloninių prisiminimų dalinio signalo sąlygomis.

Galiausiai paklausėme, ar galėtume atkurti modelio užbaigimą šiuose DAT+/− pelėms, naudojant farmakologinius metodus. Buvo pranešta, kad maža dopamino antagonisto haloperidolio dozė gali būti naudinga tam tikriems dopamino sutrikimams palengvinti. [20]. Loginis pagrindas yra tas, kad maža haloperidolio dozė gali šiek tiek susilpninti padidėjusio dopamino poveikį heterozigotinėms pelėms, kurių dopamino reabsorbcija yra nepakankama dėl vieno normalaus dopamino transporterio geno alelio praradimo. Gelbėjimo eksperimentui pritaikėme tą patį pelių rinkinį. 13 ir 14 dienomis pirmiau nurodytoms pelėmis atlikome trečiąjį zondo tyrimą (P3) visiško signalo sąlygomis ir ketvirtąjį zondo tyrimą (P4) dalinio signalo sąlygomis. Vėlgi, norėdami užkirsti kelią bet kokiam išnykimui, kuris galėjo įvykti zondo bandymo metu, praėjus 4 valandai po P1 arba P2 zondo testo, atlikome dar vieną mokymo bloką (3 bandymus). Mūsų atlikti tikslinio kvadranto užimtumo matavimai atliekant P3 zondo testą rodo, kad tiek DAT+/− pelės ir kontrolinės vados draugai sutelkė savo paiešką tiksliniame kvadrante, kai buvo visi ženklai (Pav. 4A). Be to, įprastą jų atminties prisiminimą dar kartą patvirtino platformos užimtumo matavimas (Pav. 4B), taip pat peronų pervažų skaičius (Pav. 4C). Taigi, šios mutantinės pelės buvo visiškai pajėgios atkurti erdvinę atmintį visomis sąlygomis.

4 pav 

DAT modelio užbaigimo trūkumų panaikinimas+/− pelėms, vartojančioms haloperiodolį po P1 ir P2 zondo testų.

14-ąją dieną pašalinome tris iš keturių distalinių ženklų ir atlikome ketvirtąjį zondo bandymą (P4) dalinio signalo sąlygomis. Suleidome DAT+/− pelėms į pilvaplėvės ertmę su maža haloperidolio doze (0.002 mg/kg kūno svorio) likus 30 minučių iki sulaikymo testų. Laukinio tipo vados gyvūnai gavo fiziologinio tirpalo injekciją kaip kontrolę. Mes nustatėme, kad DAT+/− pelės sutelkė savo paieškos laiką tiksliniame kvadrante ir parodė statistiškai panašius rezultatus, palyginti su laukinio tipo atitikmenimis (4E pav). Be to, fantominės platformos zonų užimtumo matavimas dar labiau patvirtino, kad šie DAT+/− pelės gali prisiminti platformos vietą (4F pav). Jų normalų atminties prisiminimą dar kartą patvirtino padidėjęs platformų kirtimų skaičius, kuris buvo toks pat kaip ir laukinio tipo pelių (4G pav). Taigi šie eksperimentai rodo, kad modelio užbaigimo trūkumai iš pradžių buvo pastebėti DAT+/− pelių priežastis gali būti dopamino disbalansas.

Siekdami atmesti galimybę, kad fenotipo, sušvirkšto haloperidolio, rezultatai P4 zondo tyrime atsirado dėl persitreniravimo pakartotinių zondo testų metu, naudojome kitą DAT rinkinį.+/− ir kontrolines vados bei pakartojo visą eksperimentą. Kaip ir tikėtasi, tiek DAT+/− pelės ir jų laukinio tipo pelės per 10 dienų treniruotes pasižymėjo geru mokymosi greičiu (Pav. 5A). 11 dieną mes atlikome šioms pelėms visiško prisiminimo testus, todėl DAT atminties išsaugojimo testo rezultatai reikšmingai nesiskiria.+/− pelėms ir kontroliniams vados draugams, matuojant kvadranto užimtumu (Pav. 5B), tikslinio kvadranto užimtumas (Pav. 5C), ir peronų pervažų skaičius (5D pav). Praėjus valandai po viso zondo bandymo, mes permokėme šias peles dar vienu treniruočių bloku, kad išvengtume išnykimo efekto. 12 dieną šioms pelėms buvo atlikti dalinio atpažinimo testai. Maža haloperidolio (arba fiziologinio tirpalo) dozė kontrolinėms grupėms buvo sušvirkšta pelėms į pilvaplėvės ertmę likus 30 minučių iki dalinio tyrimo. Mes nustatėme, kad šis gydymas iš tikrųjų lėmė normalų pelių mutantų veikimą. Mutantinės ir kontrolinės pelės pasižymėjo panašiais kvadrantų užimtumo rezultatais (5E pav), tikslinio kvadranto užimtumas (5F pav), ir peronų pervažų skaičius (5G pav). Jų plaukimo greičio matavimas taip pat neatskleidė skirtumų (5H pav). Todėl šie duomenys aiškiai parodė, kad DAT buvo išgelbėtas dalinių ženklų gavimo trūkumas+/− pelėms, vartojusioms haloperidolį, nebuvo dėl pakartotinio persitreniravimo kelių tyrimų metu.

5 pav 

Modelio užbaigimo deficito gelbėjimas naudojant haloperiodolį DAT+/− pelėms, kurioms nebuvo atlikti keli zondo tyrimai.

Diskusija

Nors gerai žinoma, kad dopamino sistema yra labai svarbi daugelio pažinimo procesų reguliavimui [8], [16]-[18], [23]-[25], mūsų šis tyrimas pirmą kartą pateikia įrodymų, kad dopamino disbalansas, atsirandantis dėl vieno normalaus dopamino transporterio geno alelio praradimo, sukėlė specifinį modelio užbaigimo trūkumą asociatyvios erdvinės atminties prisiminimo metu. Šis atminties prisiminimo trūkumas yra akivaizdus tik dalinio erdvinio signalo sąlygomis, bet ne visiško signalo sąlygomis. Be to, atrodo, kad šis atminties prisiminimo trūkumas atspindi labai specifinę atminties trūkumo formą, nes platūs pagrindinių elgesio aspektai (judėjimas atvirame lauke, rotarodas ir nerimas) ir kitos atminties formos, tokios kaip kontekstinė baimės sąlyga ir naujų objektų atpažinimas, išlieka normalūs.

Yra keletas galimų molekulių ir ląstelių scenarijų, kurie gali bendrai prisidėti prie stebimo erdvinio dalinio signalo sukelto prisiminimo trūkumo, tarp kurių manoma, kad dopaminas yra pagrindinė šio atminties proceso molekulė, nes dėmesys ir darbinė atmintis, kurią pirmiausia kontroliuoja Pranešama, kad dopamino signalai yra labai svarbūs norint atkurti erdvinius prisiminimus [15]-[18], [26]. Gerai žinoma, kad dopaminerginiai neuronai, kilę tik iš ventralinės tegmentinės srities ir substantia nigra compacta, projektuojasi beveik visur smegenyse, įskaitant prefrontalinę žievę, medialinę smilkininę skiltį ir hipokampą. [5], [19], [27]-[28], sritys, kurios, kaip žinoma, suaktyvinamos atminties paieškos ir dėmesio procesų metu [3], [9]-[14], [29], [30]. Atsižvelgiant į daugybę įrodymų, kad dopaminas yra būtinas dėmesiui ir darbinei atminčiai [15]-[18] ir kad manoma, kad DAT geno genetinis polimorfizmas yra susijęs su ADHD [31]-[33], gali būti, kad tiek dėmesys, tiek darbinė atmintis gali turėti įtakos atminties išgavimo modeliui dalinio užuominos sąlygomis dėl DAT tarpininkaujamo dopamino reguliavimo. Taigi, atminties modelio užbaigimo trūkumai, pastebėti DAT heterozigotinėse mutantinėse pelėse, gali atsirasti dėl to, kad pelė nesugebėjo patenkinti padidėjusių dėmesio poreikių dalinio atmintyje pagrįsto prisiminimo metu dėl sinapsinio dopamino sutrikimo.

Mūsų išvada, kad dopamino disbalansas lėmė atminties atkūrimo trūkumą, taip pat yra įdomus atsižvelgiant į klinikinę demenciją, pastebėtą Parkinsono liga sergantiems pacientams. Atrodo, kad šie pacientai paprastai išlaiko gebėjimą mokytis, konsoliduoti ir išsaugoti naują atmintį, tačiau jiems labai sunku atkurti prisiminimus, ypač dėl dalinių išorinių užuominų arba savo iniciatyva. [34], [35]. Šis trūkumas ypač didelis, kai nėra aiškių užuominų [8], [23], [34]-[36], o tai dar labiau rodo, kad dopaminas gali būti įtrauktas į atminties atkūrimo procesą. Tokie Parkinsono liga sergančių pacientų atminties trūkumai visiškai prieštarauja kitų neurotransmiterių sistemų atminties trūkumams. [37] arba ankstyva demencija Alzheimerio liga sergantiems pacientams, kuriems paprastai yra sutrikęs mokymasis ir naujų prisiminimų įtvirtinimas, išsaugant gebėjimą prisiminti senus prisiminimus. [34], [35]. Tai iliustruoja poreikį kurti skirtingas gydymo strategijas dėl skirtingų molekulinių ir laiko procesų pažeidžiamumo atminties grandinėse.

Mūsų parodymas, kad modelio užbaigimą galima visiškai išgelbėti suleidus haloperiodolio prisiminimo metu, sustiprina mintį apie subalansuoto dopamino lygio vaidmenį atmintyje. Šis farmakologinio gelbėjimo eksperimentas suteikia papildomų įrodymų dėl laiko specifiškumo, dėl kurio atsiranda dalinis prisiminimo trūkumas. Reikėtų pažymėti, kad DAT yra dopamino disfunkcijos+/− pelės ir Parkinsono liga sergantys pacientai labai skiriasi vienas nuo kito, tačiau abu sukelia modelio atkūrimo trūkumą. Šis bendrumas suteikia bendrą pagrindą nuomonei, kad subtili dopamino sistemos pusiausvyra yra labai svarbi atminčiai atkurti, o disbalansas bet kuria kryptimi (aukštyn arba žemyn) sukeltų atminties modelio trūkumą prisiminimo metu. Svarbu tai, kad norėtume atkreipti dėmesį į tai, kad mūsų dabartinė analizė neturėtų būti aiškinama kaip įrodymas, kaip DAT mutantines peles naudoti kaip Parkinsono ligos modelį. Iš kitos pusės, in vivo dopamino matavimas DAT homozigotinėse išmuštose pelėse rodo reikšmingą dopamino išsiskyrimo sumažėjimą, kurį sukelia sprogimo stimuliacija [38]-[40]. Tai rodo, kad gebėjimas neuroninį aktyvumą paversti dopamino signalais įvairiuose išmuštų pelių smegenų regionuose gali būti nepakankamas. Galima įsivaizduoti, kad sumažėję dopamino santykio pokyčiai gali lemti pakitusius fiziologinius degimo modelius neuroninėse grandinėse, dalyvaujančiose atminties apdorojime. Šiuo metu nežinoma, ar panašus pakitimas taip pat pasireiškia DAT heterozigotinėms pelėms ar Parkinsono liga sergantiems pacientams.

Nors mažai žinoma apie nervines grandines, suaktyvintas erdvinės atminties prisiminimo metu, tikėtina, kad ji įdarbina kelis regionus, įskaitant prefrontalinę žievę, medialinę laikinąją žievę ir hipokampą. Tai puikiai dera su anatominiais įrodymais, kad dopaminerginiai išėjimai iš ventralinės tegmentinės srities stipriai projektuojasi į ventralinę CA1 sritį ir entorinalinę žievę.[13], [28]. Ši prefrontalinė-hipokampo-VTA kilpa gali atlikti lemiamą vaidmenį kuriant kontekstinį pažinimą, o tai, savo ruožtu, skatina modelio užbaigimą dalinio signalais pagrįstos erdvinės atminties prisiminimo metu, nes palengvina dopamino reguliuojamą dėmesį. [3], [14], [26], [28]. Būsimuose tyrimuose bus svarbu toliau apibrėžti anatominius lokusus, iš kurių atsiranda pastebėti modelio užbaigimo trūkumai. Būtų ypač įdomu ištirti kandidatų vietas, tokias kaip priekinė cingular žievė, laikinoji žievė ir hipokampas, naudojant farmakologinius, genetinius ir didelio masto in vivo įrašymo metodus. [11], [41]-[44]. Taip pat svarbu įvertinti, ar genetinė kompensacija ar lėti pokyčiai mutantinėse smegenyse prisideda prie pastebėto prisiminimo deficito. Taip pat yra požymių, kad kitos neuromediatorių sistemos taip pat gali būti labai svarbios atminties gavimo reguliavime [3], [37], [45], [46], ir būtų labai įdomu išnagrinėti ir palyginti jų dinamines sąveikas tarp dalinio signalo suaktyvinto modelio užbaigimo ir visiško užuomina pagrįsto atminties gavimo. Apibendrinant, mūsų tyrimas rodo, kad subtili dopamino lygio pusiausvyra yra labai svarbi modelio užbaigimui asociatyvios erdvinės atminties prisiminimo metu.

Medžiagos ir metodai

Etikos pareiškimai

Visas tyrime aprašytas darbas su gyvūnais buvo atliktas pagal NIH gaires ir patvirtintas Džordžijos medicinos koledžo institucinio IACUC komiteto (AUP patvirtinimo numeris: BR07-11-001).

Mutantinių pelių gamyba ir genotipų nustatymas

DAT pelės buvo dosni dovana iš Čikagos universiteto daktaro XiaoXi Zhuang laboratorijos. DAT heterozigotinių išmuštų pelių veisimas ir genotipų nustatymas yra tokie patys, kaip aprašyta [6]. Mūsų eksperimentams tiek patinai, tiek patelės buvo vienodai naudojami santykiu 1[santykis]1. PGR DAT+/− pelėms buvo taikomas aprašytas protokolas [6]. Visos pelės buvo laikomos standartinėmis sąlygomis (23.1 °C, 50.5% drėgmė) Džordžijos medicinos koledžo gyvūnų skyriuje. Visi eksperimentai buvo atlikti garsui nepralaidžiame ir specializuotame elgesio kambaryje. Visi eksperimento dalyviai buvo akli atskiro gyvūno genotipui.

Romano-objekto atpažinimo užduotis

Eksperimento protokolas buvo toks pat, kaip aprašyta anksčiau [37], [47]. Trumpai tariant, pelės 20 dienas buvo individualiai pripratusios prie atviro lauko dėžutės (20 × 10 × 3 colių aukščio). Treniruočių metu į atvirą lauką buvo patalpinti du nauji objektai, gyvūnui leista tyrinėti 15 min. Buvo fiksuojamas laikas, praleistas tyrinėjant kiekvieną objektą. Vienos valandos trukmės atšaukimo testų metu gyvūnas buvo įdėtas atgal į tą pačią dėžę, kurioje vienas iš treniruočių metu pažįstamų objektų buvo pakeistas nauju objektu, ir leista laisvai tyrinėti 15 min. Atpažinimo atminčiai matuoti buvo naudojamas pirmenybės indeksas, laiko, praleisto tyrinėjant vieną iš dviejų objektų (mokymo sesija) arba naujojo objekto (išlaikymo sesija), santykis su visu laiku, praleistu tyrinėjant abu objektus.

Atviro lauko ir sukimosi strypo bandymai

Protokolai buvo tokie patys, kaip aprašyta [48]. Atviro lauko aktyvumui matuoti pelės buvo patalpintos į atvirą lauką, pagamintą iš 14 × 14 colių juodos dėžės. Dėžutė buvo pažymėta 2 × 2 colių mažomis kvadratinėmis tinkleliais (7 kvadratai po 7 kvadratus, iš viso 49 kvadratai). Gyvūnų aktyvumas atvirame lauke buvo matuojamas kryžminimo skaičiumi, kurį pelės įveikė per 3 minutes. Norint išmatuoti Rota lazdelės testą, pelės buvo dedamos ant greitėjančio besisukančio medinio strypo. Strypas yra 12 colių ilgio ir 1 colio skersmens. Pradinis sukimosi greitis buvo 4 aps./min., o po to tolygiai didinamas iki 40 aps./min. Veikimas buvo matuojamas pagal laiką (sekundėmis), kurį pelėms pavyko išbūti ant besisukančio strypo penkių minučių arba vienos valandos atminimo testų metu.

Padidinto pliuso labirinto testai

Protokolai buvo tokie patys, kaip aprašyta [49]. Paaukštintas plius labirintas pagamintas iš nerūdijančio plieno, kuris yra nudažytas matine juoda spalva, ir susideda iš keturių 15.25 cm ilgio ir 30 cm pločio rankenų (dvi atviros be sienų ir dvi aptvertos 5 cm aukščio sienomis). Kiekviena labirinto ranka pritvirtinta prie tvirtų metalinių kojų taip, kad būtų pakelta 40 cm virš stalo, ant kurio ji remiasi. Veikla buvo užfiksuota skaitmeniniu fotoaparatu (Logitech Camera, modelio Nr. N231), padėtu 130 cm virš labirinto. Bandymas buvo atliktas esant silpnai apšvietimui (viena 40 W ir viena 60 W minkšta balta lemputė, abi nukreiptos taip, kad būtų sukurtas netiesioginis apšvietimas labirinte) cirkadinio ciklo šviesos fazės metu (nuo 0900 iki 1400 val.). Tarp bandymų labirintas buvo išvalytas 5% acto rūgštimi. Baltas triukšmas (30 dB) užmaskuotas pašalinis foninis triukšmas. Bandymo dieną gyvūnai buvo atvežti į bandymų kambarį savo namų narvuose, o po to kiekviena gyvūnų pora buvo išimta iš savo namų narvelio ir 5 minutėms patalpinta į atskirą laikymo narvą, prieš dedant į labirintą. Gyvūnai buvo atskirai patalpinti labirinto centre, o galvos padėtis buvo atsverta tarp pelių, o elgesys buvo užfiksuotas 5 minutes. buvo užfiksuotas ir analizuojamas laikas, praleistas ant atviros ir uždaros 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 kondicionavimo sistemoje, kameroje, esančioje garsą slopinančioje dėžutėje su namo šviesa ant lubų ir nerūdijančio plieno tinklelio grindimis (Coulbourn Instruments, Whitehall, PA). Tinklelio grindys buvo prijungtos prie smūgio generatoriaus, o garsinis signalas kilo iš garsiakalbio, pritvirtinto prie kameros sienos. Visi dirgikliai buvo valdomi automatiškai, naudojant asmeninį kompiuterį su Graphic State programa. Prieš narvą buvo pastatyta vaizdo kamera elgesiui užfiksuoti. Pelės buvo laikomos 3 dienas, o po to 5 minutes pripratintos prie treniruočių kameros. Naudotas sąlyginis stimulas (CS) buvo 85 dB garsas esant 2.8, 0.8 kHz, o besąlyginis stimulas (US) buvo nuolatinis 2, 30 mA smūgis pėdai 5 s. Po vieno kartu nutraukto CS/US atskyrimo gyvūnas liko kameroje dar XNUMX s, kad būtų galima išmatuoti greitą užšalimą. Laikymo testo metu kiekviena pelė buvo dedama atgal į tą pačią kamerą, o užšalimo atsakai buvo registruojami XNUMX minutes (kontekstinis užšalimo atsakas). Visi bandymai buvo filmuojami esant raudonai šviesai. Bendras užšalimo laikas buvo matuojamas kaip baimės atminties indeksas. Sušalęs elgesys buvo apibrėžtas kaip visiškas judėjimo trūkumas, išskyrus kvėpavimą. Užšalimo elgesys buvo įvertintas programine įranga (Coulbourn Instruments) ir konvertuotas į užšalimo atsaką [užšaldymo atsakas = (bendras užšaldymo laikas / bendras bandymo laikas) × 100 %].

Erdvinės atskaitos atminties testai

Erdvinės atskaitos atminties testas buvo paslėptos platformos vandens labirintas. Mes laikėmės protokolo, kaip aprašyta anksčiau Nakazawa ir kt. [22]. Mokymą sudarė keturi bandymai per dieną, tarp bandymų buvo viena valanda. Pelių judėjimas buvo stebimas vaizdo kamera ir matuojamas programine įranga (Noldul Information Technology, Nyderlandai). Buvo užregistruotas ir išanalizuotas pabėgimo iki platformos delsa, taip pat kvadranto užimtumas ir platformos kirtimas. Baseino skersmuo – 118 cm, o platformos – 9.5 cm. Buvo atlikti keturi zondo testai. Pirmasis zondo testas (P1) buvo atliktas kitą dieną po paskutinės treniruotės visiško nurodymo sąlygomis (11 diena). Antrasis zondo testas (P2) buvo atliktas 12 dieną dalinio signalo sąlygomis (pašalinus tris iš keturių vaizdinių ženklų, pakabintų ant juodos užuolaidos sienelės). Dėl DAT+/− pelėms, mes atlikome trečiąjį zondo tyrimą (P3) 13 dieną visiško signalo sąlygomis ir ketvirtą zondo tyrimą (P4) 14 dieną dalinio signalo sąlygomis. Dar vienas mokymo blokas (4 bandymai) buvo atliktas praėjus 1 valandai po atitinkamai P1, P2 ir P3 zondo bandymų, siekiant užkirsti kelią bet kokiam išnykimui, kuris galėjo įvykti zondo bandymo metu. Be to, siekdami išvengti galimo persitreniravimo prieš P4 (zondo bandymas su daliniu signalu ir haloperidolio injekcija) poveikį, atlikome kitą DAT grupę.+/− pelėms ir jų kontrolinėms laukinio tipo vadoms atlikti du papildomi zondo tyrimai (P3′ ir P4′ tyrimai). P3′ zondo testas buvo atliktas praėjus vienai dienai po paskutinės treniruotės visiškomis sąlygomis (10 diena). P4′ zondo testas buvo atliktas 11 dieną dalinio signalo sąlygomis. Per visus mūsų zondo bandymus platforma buvo pašalinta ir pelėms buvo leista plaukti baseine tiek pat laiko, kiek buvo naudojama treniruotės metu (60 sek.). Buvo fiksuojamas laikas, praleistas kiekviename kvadrante. Dopamino lygiui atkurti [6], [20], [21], pelės iš DAT+/− ir kontrolinės grupės buvo švirkščiamos į pilvaplėvės ertmę arba haloperidoliu (0.002 mg/kg kūno svorio) arba fiziologiniu tirpalu likus 30 minučių iki P4 ir P4′ zondo tyrimų.

Duomenų analizė

Siekiant atsižvelgti į gyvūnų vidines koreliacijas tarp pakartotinių matavimų, buvo naudojami linijiniai mišrūs modeliai, skirti įvertinti elgseną Morriso vandens labirinte, naujų objektų atpažinimą, kontekstinės baimės kondicionavimą ir sukimosi strypo testus. Šių elgsenos matavimų tarp DAT reikšmingumui nustatyti buvo naudojamas Tukey-Kramer metodas+/− pelėms ir kontrolinėms vados draugams. Atvirame lauke ir padidinto plius labirinto testuose, genotipo poveikiui nustatyti buvo naudojamas vienpusis ANOVA ir post hoc Dunnett testas. Nuolatiniai kintamieji pateikiami kaip vidurkio vidurkis ir standartinė paklaida (VEM). Duomenys buvo analizuojami naudojant SPSS 13.0 versiją (SPSS Inc., Čikaga, IL). Skirtumai buvo laikomi reikšmingais, kai P<0.05.

Padėka

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

Išnašos

Konkuruojantys interesai: Autoriai pareiškė, kad nėra konkuruojančių interesų.

Finansavimas: Šis tyrimas buvo paremtas NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 ir AG025918), USAMRA00002, Džordžijos tyrimų aljanso ir Šanchajaus savivaldybės mokslo ir technologijų komisijos (10140900500) lėšomis (visi JZT). Kinijos nacionalinis mokslo fondas (81000592), Šanchajaus savivaldybės mokslo ir technologijų komisija (10DZ2272200, 09DZ2200900, 10PJ1407500 ir 10JC1411200), Šanchajaus savivaldybės švietimo komisija (11ZZ103) FL ir XMS. Finansuotojai neturėjo jokio vaidmens kuriant tyrimą, renkant ir analizuojant duomenis, priimant sprendimą publikuoti ar rengiant rankraštį.

Nuorodos

1. Sara SJ. Noradrenerginis selektyvaus dėmesio moduliavimas: jo vaidmuo atmintyje. 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 monoamino signalas stiprinant ilgalaikį hipokampo potenciją ir atkuriant atmintį. Sužinoti mem 2007;14: 160-166. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
4. Cools R, Barker RA, Sahakian BJ, Robbins TW. Sustiprėjusi arba sutrikusi pažinimo funkcija sergant Parkinsono liga, kaip dopaminerginių vaistų ir užduočių poreikių funkcija. 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. Hiperdopaminerginių pelių hiperaktyvumas ir susilpnėjęs atsako pripratimas. 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, kad Parkinsono liga sutriko kodavimo ir atkūrimo atminties profiliai. Cogn Behav Neurol. 2004;17: 195-200. [PubMed]
9. Matus AP, Higgins EA, Barrientos RM, Rudy JW. Nugaros hipokampo vaidmuo įgyjant ir atkuriant konteksto atminties reprezentacijas. 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. Nervų populiacijos lygio atminties pėdsakai pelės hipokampe. PLoS One ". 2009;4: e8256. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
12. Taubenfeld SM, Muravieva EV, Garcia-Osta A, Alberini CM. Suardant atmintį apie vietas, kurias sukelia piktnaudžiavimas narkotikais, susilpnėja motyvacinis pasitraukimas, priklausomai nuo konteksto. Proc Natl Acad Sci JAV. 2010;107: 12345-12350. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
13. Leon WC, Bruno MA, Allard S, Nader K, Cuello AC. PFC įtraukimas į naujausios erdvinės atminties konsolidavimą ir prisiminimą. Sužinoti mem 2010;17: 297-305. [PubMed]
14. Kirwan CB, Wixted JT, Squire LR. Pademonstravimas, kad hipokampas palaiko ir prisiminimą, ir pažinimą. Proc Natl Acad Sci JAV. 2010;107: 344-348. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
15. Goldman-Rakic ​​PS. Regioninis ir ląstelinis darbinės atminties frakcionavimas. 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 po D1 dopaminerginių receptorių agentų infuzijos į žiurkės prefrontalinę žievę. J Neuroscience. 2000;20: 1208-1215. [PubMed]
17. Ridley RM, Cummings RM, Leow DA, Baker HF. Atminties nepaisymas po beždžionių dopaminerginių pažeidimų. Behav Brain Res. 2006;166: 253-262. [PubMed]
18. Brennan AR, Arnsten AF. Neuroniniai mechanizmai, kuriais grindžiamas dėmesio deficito hiperaktyvumo sutrikimas: susijaudinimo įtaka prefrontalinei žievės funkcijai. Ann NY akad mokslas. 2008;1129: 236-245. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
19. Pezze MA, Feldon J. Mezolimbiniai dopaminerginiai keliai baimės kondicionavimui. 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 genetiniame hiperdopaminergijos modelyje. Neuropsychopharmacology. 2007;32: 2108-2116. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
21. Rodriguiz RM, Chu R, Caron MG, Wetsel WC. Nenormalūs atsakai socialinėje dopamino pernešėjų išmuštų pelių sąveikoje. Behav Brain Res. 2004;148: 185-198. [PubMed]
22. Nakazawa K, Quirk MC, Chitwood RA, Watanabe M, Yeckel MF ir kt. Reikalavimas hipokampo CA3 NMDA receptoriams asociatyvioje atmintyje. Mokslas. 2002;297: 211-218. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
23. Nieoullon 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 prefrontalinėje žievėje prognozuoja atminties tikslumą atliekant uždelsto atsako 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 nuo žiurkės prefrontalinės žievės iki ventralinės tegmentinės srities: tikslinės sinaptinės asociacijos su mezoakubenais ir mezokortikiniais neuronais. J Neuroscience. 2000;20: 3864-3873. [PubMed]
28. Lisman JE, Grace AA. Hipokampo-VTA kilpa: kontroliuoja informacijos įvedimą į ilgalaikę atmintį. Neuronas. 2005;46: 703-713. [PubMed]
29. Tirapu-Ustárroz J, Muñoz-Céspedes JM. Atmintis ir vykdomosios funkcijos. Kunigas Neurol. 2005;41: 475-484. [PubMed]
30. Muzzio IA, Levita L, Kulkarni J, Monaco J, Kentros C ir kt. Dėmesys pagerina vizualinių erdvinių ir uoslės atvaizdų išgavimą ir stabilumą nugaros hipokampe. 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 transporterio 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 dėmesio stokos hiperaktyvumo sutrikimo ryšys ir ryšys vaikams: 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, charakteristikos, 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 Opin 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 struktūrinius pokyčius ir atsigavimą po neerdvinės atminties trūkumo CA1 NMDAR1 išmuštose pelėse. Nat Neurosci. 2000;3: 238-244. [PubMed]
38. Benoit-Marand M, Jaber M, Gonon F. Dopamino išsiskyrimas ir pašalinimas in vivo pelėms, kurioms trūksta dopamino transporterio: funkcinės pasekmės. Eur J Neurosci. 2000;12: 2985-2992. [PubMed]
39. Giros B, Jaber M, Jones SR, Wightman RM, Caron MG. Hiperlokomocija ir abejingumas kokainui ir amfetaminui pelėms, kurioms trūksta dopamino transporterio. Gamta. 1996;379: 606-612. [PubMed]
40. Jones SR, Gainetdinov RR, Jaber M, Giros B, Wightman RM ir kt. Gilus neuronų plastiškumas reaguojant į dopamino transporterio inaktyvavimą. 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 įtraukimas į nuotolinę kontekstinę baimės atmintį. Mokslas. 2004;304: 881-883. [PubMed]
42. Han CJ, Tuathaigh CM, Trigt L, Quinn JJ, Fanselow MS ir kt. Atsekti, bet ne uždelsti baimės kondicionavimas reikalauja dėmesio ir priekinės cingulinės žievės. Proc Natl Acad Sci JAV. 2003;100: 13087-13092. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
43. Mirenowicz J, Schultz W. Pirmenybinis vidurinių smegenų dopamino neuronų aktyvinimas apetitiniais, o ne aversiniais dirgikliais. Gamta. 1996;379: 449-451. [PubMed]
44. Rolls ET, Treves A. Neuroniniai tinklai smegenyse, susiję su atmintimi ir prisiminimu. Prog Brain Res. 1994;102: 335-341. [PubMed]
45. Cao X, Wang H, Mei B, An S, Yin L ir kt. Indukuojamas ir selektyvus prisiminimų ištrynimas pelės smegenyse naudojant cheminę ir genetinę manipuliaciją. Neuronas. 2008;60: 353-366. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
46. Ouyang M, Zhang L, Zhu JJ, Schwede F, Thomas SA. Epac signalizacija reikalinga nuo hipokampo priklausomam atminties atkūrimui. 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. Genetinis pelių mokymosi ir atminties stiprinimas. Gamta. 1999;401: 63-69. [PubMed]
48. Cui Z, Wang H, Tan Y, Zaia KA, Zhang S ir kt. Indukuojamas ir grįžtamasis NR1 išmušimas atskleidžia lemiamą NMDA receptoriaus vaidmenį išsaugant nuotolinius prisiminimus smegenyse. Neuronas. 2004;41: 781-793. [PubMed]
49. Walf AA, Frye CA. Padidinto pliuso labirinto naudojimas kaip su nerimu susijusio graužikų elgesio tyrimas. Nat Protoc. 2007;2: 322-328. [PubMed]