PLoS One 2010; 5(10): e15401
นามธรรม
การทำให้เสร็จสมบูรณ์ของรูปแบบความสามารถในการดึงความทรงจำที่สมบูรณ์ที่เริ่มต้นโดยตัวชี้นำบางส่วนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของกระบวนการหน่วยความจำ อย่างไรก็ตามไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับโมเลกุลและกลไกของเซลล์ที่เป็นรากฐานของกระบวนการนี้ เพื่อศึกษาบทบาทของโดปามีนในการเรียกคืนหน่วยความจำเราได้ทำการวิเคราะห์โดปามีนขนย้ายหนูเฮปโตไซจีกัส (DAT)+/-) และพบว่าในขณะที่หนูเหล่านี้มีการเรียนรู้ปกติการรวมและการเรียกคืนหน่วยความจำภายใต้เงื่อนไขคิวเต็มพวกเขาแสดงการขาดดุลเฉพาะในการเสร็จสิ้นรูปแบบภายใต้เงื่อนไขคิวบางส่วน รูปแบบของการขาดดุลการเรียกคืนหน่วยความจำในหนู dopamine transporter heterozygous ที่น่าพิศวงนี้สามารถกลับโดยขนาดต่ำของ haloperidol dopamine ศัตรูต่อไปยืนยันว่าไม่สามารถที่จะดึงรูปแบบหน่วยความจำที่เป็นผลมาจากความไม่สมดุลของโดพามีน ดังนั้นผลของเราแสดงให้เห็นว่าการควบคุมที่ละเอียดอ่อนของระดับโดพามีนในสมองเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสำเร็จรูปแบบในระหว่างการเรียกคืนหน่วยความจำแบบเชื่อมโยง
บทนำ
การเรียกคืนหน่วยความจำเกี่ยวข้องกับการสรุปข้อมูลที่ได้มาก่อนหน้านี้ [1], [2]. ขึ้นอยู่กับสถานะของเงื่อนไขการเรียกคืนการเรียกคืนหน่วยความจำสามารถเกิดขึ้นได้กับตัวชี้นำที่พบก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่หรือทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ (เช่นเห็นคนและได้ยินเสียงของเขาพร้อมกันหรือกลับมายังบ้านเกิดที่ไม่เปลี่ยนแปลงมาก ฯลฯ ) ในทางกลับกันในหลายกรณีการดึงข้อมูลหน่วยความจำมักจะเกิดขึ้นเมื่อมีเพียงชุดย่อยของตัวชี้นำเริ่มต้นเท่านั้นที่มีอยู่ (เช่นการสร้างแผนที่ถนนเก่าของบ้านเกิดของตัวเองเมื่อมีจุดสังเกตเก่า ๆ เพียงไม่กี่แห่ง) นี้เป็นที่รู้จักกันเสร็จสิ้นในรูปแบบที่ reconstructs สมองและการดึงรูปแบบหน่วยความจำทั้งหมดจากการชี้นำภายนอกบางส่วนหรือกระบวนการภายในตัวเองริเริ่ม ในปัจจุบันไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับโมเลกุลและกลไกโทรศัพท์มือถือจริง ๆ ที่เป็นรากฐานของการจำหน่วยความจำ อย่างไรก็ตามการศึกษาที่เกิดขึ้นใหม่บ่งชี้ว่าการส่งสัญญาณ monoamine อาจมีบทบาทในการดึงหน่วยความจำ [3].
ในการศึกษานี้เราได้ทำการตรวจสอบว่าโดปามีนสารสื่อประสาทแบบมอดูเลตมีบทบาทในการควบคุมความสมบูรณ์ของรูปแบบหน่วยความจำระหว่างการเรียกคิวบางส่วน โดปามีนเป็นสารสื่อประสาทสำคัญที่มีอิทธิพลต่อความรู้ความเข้าใจอารมณ์และการเคลื่อนไหว การส่งสาร dopaminergic ผิดปกติมีส่วนร่วมในความผิดปกติทางจิตเวชและระบบประสาทรวมถึงโรคสมาธิสั้นและโรคสมาธิสั้น (ADHD), โรคจิตเภทและโรคพาร์กินสัน [4]-[8]. แม้ว่า dopaminergic neurons เกิดจาก ventral tegmental area และ substantia nigra compacta แต่ผลลัพธ์ของมันนั้นเกือบทุกที่ในสมองรวมถึง prefrontal cortex, medial temporal lobe และ hippocampus ซึ่งเป็นที่รู้กันว่าจะถูกกระตุ้นl [3], [9]-[14].
มันควรจะสังเกตด้วยว่าโดปามีนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสนใจและความจำในการทำงานโดยอาศัยสมองส่วนบน [15]-[18]ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีนัยในกระบวนการเรียกคืนหน่วยความจำภายใต้เงื่อนไขบางส่วน [19]. ในฐานะที่เป็นกลไกหลักของเซลล์ในการยุติการส่งสัญญาณโดปามีนผู้ขนย้ายโดปามีน (DAT) ซึ่งตั้งอยู่ที่ขั้วประสาท presynaptic ของเซลล์ประสาทจะทำการเก็บโดปามีนจากการแยก synaptic กลับเข้าไปในเซลล์ประสาทโดปามีน ด้วยเหตุนี้ DAT จึงเป็นโมเลกุลสำคัญในการควบคุมระดับซิปาราปิกของโดปามีนและกำหนดระยะเวลาชั่วคราวของการกระทำโดปามีนในวงจรประสาทท้องถิ่น อันที่จริงสิ่งที่น่าพิศวงทางพันธุกรรมของยีนขนย้ายโดปามีนส่งผลให้เกิดความบกพร่องอย่างรุนแรง หนู DAT-KO homozygous ต้องทนทุกข์ทรมานจากความผิดปกติอย่างชัดเจนรวมถึงการชะลอการเจริญเติบโตการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติของหัวรถจักรที่แข็งแกร่งและความบกพร่องอื่น ๆ อีกมากมายรวมถึงการขาดดุลในการอยู่อาศัยและปฏิสัมพันธ์ทางสังคม [6], [20], [21]. ข้อบกพร่องโดยรวมในหนู DAT-KO homozygous ทำให้มันไม่เหมาะที่จะตรวจสอบบทบาทของโดปามีนในการควบคุมกระบวนการความจำ
ที่น่าสนใจคือหนูที่น่าพิศวง heterozygous (DAT+/- หนู) ยังคงมีอัลลีลของยีน DAT ที่ใช้งานได้ดูเหมือนว่าจะค่อนข้างปกติในพฤติกรรมขั้นต้นโดยรวมของพวกเขา [6], [20], [21]. ดังนั้น DAT+/- หนูอาจเป็นแบบอย่างที่มีค่าสำหรับการศึกษาฟีโนไทป์ที่ละเอียดอ่อนบางส่วน แต่ที่สำคัญเช่นกระบวนการความจำเชื่อมโยงและกลไกที่เกี่ยวข้องซึ่งควบคุมโดยวงจรโดปามีน ที่นี่เราใช้ชุดของกระบวนทัศน์เชิงพฤติกรรมเพื่อประเมินผลการทำงานของความไม่สมดุลของโดปามีนในการทำให้รูปแบบเสร็จสมบูรณ์ในระหว่างการเรียกคืนหน่วยความจำแบบเชื่อมโยง
ผลสอบ
ในการตรวจสอบบทบาทของโดปามีนในการเรียกคืนหน่วยความจำเราใช้หนูที่น่าพิศวงขนย้ายโดปามีนชนิด heterozygous (DAT)+/-) เราใช้แบตเตอรี่ของการวัดพฤติกรรมพื้นฐานเพื่อประเมินกิจกรรมการเคลื่อนไหวของหัวรถจักรแบบเปิด (รูปที่ 1A) การแสดง rotarod (รูปที่ 1B และ 1C) และพบว่าหนูที่น่าพิศวงเหล่านี้เป็นเรื่องปกติอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้เรายังยืนยันว่า DAT+/- หนูแสดงการแสดงออกที่แยกไม่ออกในระดับความวิตกกังวลซึ่งวัดจากเขาวงกตที่ยกระดับบวก (รูปที่ 1D).
นอกจากนี้เราประเมินการเรียนรู้ขั้นพื้นฐานและฟังก์ชั่นหน่วยความจำใน DAT+/- หนู ประการแรกเราใช้การทดสอบการรู้จำวัตถุแบบใหม่และสังเกตว่าหนูเหล่านี้แสดงการแสดงพฤติกรรมตามปกติอย่างสมบูรณ์ในการทดสอบการเก็บรักษาวัน 1 เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุม littermate ประเภท Wild (รูปที่ 1E) ยิ่งไปกว่านั้นหนูเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นว่าการเก็บรักษาความกลัวตามปกติในวัน 1 นั้นไม่สามารถแยกแยะได้กับหนูตัวควบคุมประเภทไวด์ (รูปที่ 1F) ดังนั้นผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า DAT+/- หนูมีการเรียนรู้ปกติและฟังก์ชั่นหน่วยความจำในการทดสอบหน่วยความจำหลักสองรูปแบบเหล่านี้
ก่อนหน้านี้การทดสอบหน่วยความจำอ้างอิงเชิงพื้นที่ถูกใช้เพื่อประเมินความสมบูรณ์ของรูปแบบการเรียกคืนหน่วยความจำ เราอยู่ภายใต้ DAT+/- การควบคุมชนิดของเมาส์และไวด์สำหรับงานนี้ การใช้โปรโตคอลหน่วยความจำอ้างอิงเชิงพื้นที่ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ [22]เราฝึกหนูเหล่านี้ในเขาวงกตน้ำที่ซ่อนอยู่ การฝึกอบรมประกอบด้วยการทดลองสี่ครั้งต่อวันโดยมีช่วงเวลาหนึ่งชั่วโมงระหว่างการทดลอง เราพบว่าทั้ง DAT+/- หนูและหนูตัวยงแสดงการเรียนรู้ที่เทียบเท่าและการรวมหน่วยความจำตลอดช่วงวัน 10 และด้วยความเร็วในการว่ายน้ำที่คล้ายกัน (รูปที่ 2A และ 2B).
ต่อไปเราจะตรวจสอบความทรงจำเกี่ยวกับที่ตั้งแพลตฟอร์มที่ซ่อนอยู่โดยใช้การทดสอบโพรบ (P1) ในวันที่ 11 หนึ่งวันหลังจากเสร็จสิ้นการฝึกซ้อมครั้งสุดท้าย ตามการวัดโดยการเข้าพัก Quadrant ทั้ง DAT+/- หนูและเพื่อนร่วมห้องควบคุมสามารถมุ่งเน้นการค้นหาของพวกเขาในกลุ่มเป้าหมายในการแสดงตนเต็ม (รูปที่ 3A) นอกจากนี้ DAT+/- หนูยังแสดงให้เห็นถึงการตั้งค่าที่แข็งแกร่งในพื้นที่แพลตฟอร์มผีและไม่มีความแตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับการครอบครองแพลตฟอร์มของตัวควบคุม (รูปที่ 3B) นอกจากนี้เป็นไปตามคาดทั้ง DAT+/- หนูและสัตว์ป่าที่เลี้ยงในป่ามีจำนวนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (รูป 3C) ดังนั้นการวัดทั้งหมดเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า DAT+/- หนูสามารถเรียนรู้งานนี้ได้ตามปกติและดึงหน่วยความจำเชื่อมโยงนี้ตามปกติภายใต้เงื่อนไขเต็มคิว
เพื่อตรวจสอบว่าสมดุลที่ละเอียดอ่อนของโดปามีนจำเป็นต่อการทำให้รูปแบบสมบูรณ์หรือไม่ภายใต้เงื่อนไขบางส่วนเราทำการทดสอบโพรบครั้งที่สอง (P2) ในวันถัดไปโดยการลบสามในสี่ส่วนปลาย (วัน 12) เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียที่เป็นไปได้จากช่วงการเรียกคืนก่อนหน้านี้การฝึกอบรมอีกหนึ่งบล็อก (4 trials) ของการฝึกอบรมได้ถูกส่งมอบ 1 ชั่วโมงหลังจากการทดสอบ P1 ในระหว่างการทดลองใช้คิวสอบสวนแบบบางส่วนในขณะที่หนูควบคุมยังคงเน้นเวลาค้นหาของพวกเขาในควอดแดร์เป้าหมายมากกว่าควอดเรนอื่น DAT+/- หนูแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในระดับโอกาสเท่านั้นซึ่งวัดจากอัตราการเข้าพักของควอดเรนเป้าหมาย (รูปที่ 3D) ยิ่งไปกว่านั้นการวัดการเข้าใช้งานของพื้นที่แพลตฟอร์ม phantom ยืนยันเพิ่มเติมว่า DAT เหล่านี้+/- หนูมีความบกพร่องในการจำตำแหน่งแพลตฟอร์ม (รูปที่ 3E) การขาดดุลการดึงข้อมูลนี้ก็แสดงให้เห็นว่ายังขาดการเพิ่มจำนวนการข้ามแพลตฟอร์ม (รูปที่ 3F) ในขณะที่ littermates แบบไวด์มีความสามารถในการเรียกใช้หน่วยความจำบางส่วนได้อย่างเต็มที่ ดังนั้นข้อมูลเหล่านี้แนะนำว่า DAT+/- หนูมีข้อบกพร่องในการดึงความทรงจำอ้างอิงเชิงพื้นที่ภายใต้เงื่อนไขบางส่วน
สุดท้ายเราถามว่าเราสามารถกู้คืนความสมบูรณ์ของรูปแบบใน DAT เหล่านี้ได้หรือไม่+/- หนูโดยใช้วิธีการทางเภสัชวิทยา มีรายงานว่าโดปามีนในปริมาณต่ำ, haloperidol, อาจมีประโยชน์ในการบรรเทาความผิดปกติของโดพามีน [20]. เหตุผลคือปริมาณฮาโลเพอริดอลในปริมาณต่ำอาจทำให้ผลของโดปามีนที่ได้รับการยกระดับในหนู heterozygous ซึ่งมีปริมาณโดปามีนไม่เพียงพอเนื่องจากการสูญเสียอัลลีลของยีนโดพามีนชนิดหนึ่ง เราใช้เมาส์ชุดเดียวกันกับการทดลองช่วยเหลือ ในวันที่ 13 และวัน 14 เราได้ทดสอบหนูด้านบนในการทดลองครั้งที่สาม (P3) ภายใต้เงื่อนไขเต็มคิวและการทดลองสอบสวนที่สี่ (P4) ภายใต้เงื่อนไขบางส่วน อีกครั้งเพื่อต่อต้านการสูญพันธุ์ที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการทดลองสอบสวนเราได้ทำการฝึกอบรมอีกหนึ่งบล็อก (4 trials) ของการฝึกอบรม 1 ชั่วโมงหลังจากการทดสอบ P2 หรือ P3 เสร็จสิ้น การวัดปริมาณการใช้งานควอดเรนเป้าหมายในการทดสอบโพรบ P3 ของเราแสดงให้เห็นว่าทั้ง DAT+/- หนูและผู้ควบคุมที่ตั้งอกตั้งใจจดจ่อกับการค้นหาของพวกมันในพื้นที่เป้าหมายเมื่อมีตัวชี้นำเต็ม (รูปที่ 4A) นอกจากนี้การเรียกคืนหน่วยความจำปกติของพวกเขาก็เป็นหลักฐานอีกครั้งโดยการวัดการเข้าใช้แพลตฟอร์มรูปที่ 4B) เช่นเดียวกับจำนวนการข้ามแพลตฟอร์ม (รูป 4C) ดังนั้นหนูกลายพันธุ์เหล่านี้มีความสามารถอย่างเต็มที่ในการดึงหน่วยความจำเชิงพื้นที่ภายใต้เงื่อนไขเต็มคิว
ในวันที่ 14 เราลบสามในสี่ส่วนปลายออกและดำเนินการทดสอบการสอบสวนครั้งที่สี่ (P4) ภายใต้เงื่อนไขบางส่วน เราฉีด DAT+/- หนู intraperitoneally ด้วย haloperidol ขนาดต่ำ (0.002 mg / kg ของน้ำหนักตัว) 30 นาทีก่อนการทดสอบการเก็บรักษา ครอกป่าที่ได้รับการฉีดน้ำเกลือเป็นตัวควบคุม เราพบว่า DAT+/- หนูใช้เวลาค้นหาใน Quadrant เป้าหมายและแสดงการแสดงที่คล้ายกันทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับ Wild-Type counterparts (รูปที่ 4E) นอกจากนี้การวัดการเข้าใช้งานของพื้นที่แพลตฟอร์มภาพหลอนยืนยันได้อย่างชัดเจนว่า DAT เหล่านี้+/- หนูสามารถจำตำแหน่งของแพลตฟอร์มได้ (รูปที่ 4F) การเรียกคืนหน่วยความจำปกติของพวกเขาได้รับการยืนยันอีกครั้งจากจำนวนข้ามแพลตฟอร์มที่เพิ่มขึ้นซึ่งอยู่ในระดับเดียวกับเมาส์ชนิดไวด์ (รูปที่ 4G) ดังนั้นการทดลองเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการขาดความสมบูรณ์ของรูปแบบนั้น แต่เดิมสังเกตได้ใน DAT+/- หนูอาจเกิดจากความไม่สมดุลของโดปามีน
เพื่อแยกความเป็นไปได้ที่ผลลัพธ์ของฟีโนไทป์ที่ฉีดด้วย haloperidol ในการทดลองโพรบ P4 เกิดจาก overtraining ระหว่างการทดสอบโพรบซ้ำเราใช้ DAT ชุดอื่น+/- และควบคุมการทิ้งเศษวัสดุและทำซ้ำการทดลองทั้งหมด เป็นไปตามคาดทั้ง DAT+/- หนูและหนูตัวเมียแสดงอัตราการเรียนรู้ที่ดีตลอดช่วงการฝึกซ้อมของวัน 10 (รูปที่ 5A) ในวันที่ 11 เราได้ทดสอบหนูจำเหล่านี้เพื่อทดสอบการเรียกคืนแบบเต็มไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในผลการทดสอบความจำของหน่วยความจำระหว่าง DAT+/- หนูและผู้ควบคุมครอกที่วัดได้จากการครอบครองด้านควอดเรนรูปที่ 5B) อัตราการเข้าพักเป้าหมายรูป 5C) และจำนวนการข้ามแพลตฟอร์ม (รูปที่ 5D) หนึ่งชั่วโมงหลังจากเสร็จสิ้นการทดสอบการทดสอบแบบเต็มคิวเราทำการฝึกหนูใหม่ด้วยการฝึกฝนอีกหนึ่งช่วงตึกเพื่อป้องกันการสูญพันธุ์ ในวันที่ 12 หนูเหล่านี้ต้องผ่านการทดสอบการเรียกคืนบางส่วน ปริมาณ haloperidol (หรือน้ำเกลือ) ในปริมาณต่ำสำหรับการควบคุมนั้นถูกฉีดเข้าไปในหนู 30 intraperitoneally X นาทีก่อนที่จะทำการทดลองแบบคิวบางส่วน เราพบว่าการรักษานี้ทำให้เกิดการแสดงปกติในหนูที่กลายพันธุ์ หนูกลายพันธุ์และหนูตัวควบคุมมีการแสดงที่คล้ายคลึงกันในการครอบครอง Quadrantรูปที่ 5E) อัตราการเข้าพักเป้าหมายรูปที่ 5F) และจำนวนการข้ามแพลตฟอร์ม (รูปที่ 5G) การวัดความเร็วการว่ายน้ำของพวกเขายังไม่เปิดเผยความแตกต่าง (รูปที่ 5H) ดังนั้นข้อมูลเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการขาดดุลการดึงคิวบางส่วนได้รับการช่วยเหลือใน DAT+/- หนูโดย haloperidol ไม่ได้เกิดจาก overtraining ซ้ำหลายครั้งในระหว่างการทดลองโพรบหลายครั้ง
การสนทนา
ในขณะที่ระบบโดปามีนเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความสำคัญสำหรับการควบคุมกระบวนการทางความรู้จำนวนมาก [8], [16]-[18], [23]-[25]การศึกษาปัจจุบันของเราแสดงหลักฐานเป็นครั้งแรกที่ความไม่สมดุลของโดปามีนซึ่งเป็นผลมาจากการสูญเสียอัลลีลหนึ่งเดียวของยีนขนย้ายโดพามีนปกติทำให้เกิดการขาดดุลเฉพาะในการทำให้เสร็จสมบูรณ์ในรูปแบบ การจำการเรียกคืนหน่วยความจำนี้ชัดเจนภายใต้เงื่อนไขบางส่วน - เชิงพื้นที่คิว แต่ไม่อยู่ภายใต้เงื่อนไขเต็มคิว ยิ่งไปกว่านั้นการขาดความทรงจำในการจำนี้ดูเหมือนจะสะท้อนให้เห็นถึงรูปแบบที่เฉพาะเจาะจงของการขาดความทรงจำเพราะลักษณะกว้าง ๆ ของพฤติกรรมพื้นฐาน (การเคลื่อนที่แบบเปิดโล่ง, rotarod และความวิตกกังวล) และรูปแบบอื่น ๆ ของหน่วยความจำเช่น
มีหลายโมเลกุลที่อาจเกิดขึ้นและสถานการณ์มือถือที่อาจมีส่วนร่วมในการสังเกตการเรียกคืนการขาดดุลเชิงพื้นที่คิวก่อให้เกิดการขาดดุลระหว่างที่โดปามีนคิดว่าจะเป็นโมเลกุลที่สำคัญผู้สมัครพื้นฐานกระบวนการหน่วยความจำนี้เป็นเพราะความสนใจและหน่วยความจำทำงาน สัญญาณโดปามีนนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดึงความทรงจำเชิงพื้นที่ [15]-[18], [26]. เป็นที่ทราบกันดีว่าเซลล์ประสาทโดปามีนอิกมีต้นกำเนิดจากบริเวณหน้าท้องและเทอเรียนิการ่าคอมแพ็คโครงการเกือบทุกที่ในสมองรวมถึงเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า, กลีบขมับกึ่งกลางและฮิบโปแคมปัส [5], [19], [27]-[28]ภูมิภาคที่ทราบว่าจะเปิดใช้งานในระหว่างการเรียกคืนหน่วยความจำเช่นเดียวกับกระบวนการความสนใจ [3], [9]-[14], [29], [30]. จากหลักฐานที่แสดงว่าโดปามีนจำเป็นต่อความสนใจและความจำในการทำงาน [15]-[18] และความหลากหลายทางพันธุกรรมในยีน DAT นั้นถูกคิดว่าเกี่ยวข้องกับโรคสมาธิสั้น [31]-[33]เป็นไปได้ว่าทั้งความสนใจและหน่วยความจำในการทำงานอาจมีบทบาทในการทำให้รูปแบบการเรียกใช้หน่วยความจำเสร็จสมบูรณ์ภายใต้เงื่อนไขบางส่วนผ่านการควบคุมโดปามีนที่ใช้สื่อกลาง DAT ดังนั้นรูปแบบของหน่วยความจำการขาดดุลเสร็จสังเกตใน DAT heterozygous หนูกลายพันธุ์อาจจะเกิดจากการไร้ความสามารถของเมาส์เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในช่วงตั้งใจคิวตามการเรียกคืนหน่วยความจำบางส่วนเป็นผลมาจากการรบกวน dopamine synaptic
การค้นพบของเราที่ต้องใจความไม่สมดุลส่งผลให้การขาดดุลการดึงหน่วยความจำยังเป็นที่น่าสนใจในแง่ของภาวะสมองเสื่อมทางคลินิกพบในผู้ป่วยพาร์กินสัน ผู้ป่วยเหล่านี้ดูเหมือนจะรักษาความสามารถในการเรียนรู้รวบรวมและจัดเก็บหน่วยความจำใหม่ แต่มีความบกพร่องอย่างลึกซึ้งในการดึงความทรงจำโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ตัวชี้นำภายนอกบางส่วนหรือเรียกคืนด้วยตนเอง [34], [35]. การขาดดุลนี้จะลึกซึ้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตัวชี้นำชัดเจนขาด [8], [23], [34]-[36]ดังนั้นยิ่งแสดงให้เห็นว่าโดพามีนอาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการเรียกคืนหน่วยความจำ การขาดดุลประเภทนี้ในการเรียกคืนหน่วยความจำในผู้ป่วยพาร์กินสันแตกต่างจากการขาดดุลหน่วยความจำในระบบสารสื่อประสาทอื่น ๆ [37] หรือภาวะสมองเสื่อมตอนต้นในผู้ป่วยอัลไซเมอร์ซึ่งมักบกพร่องทางการเรียนรู้และรวมความทรงจำใหม่ขณะเดียวกันก็รักษาความสามารถในการเรียกคืนความทรงจำเก่า ๆ [34], [35]. สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการพัฒนากลยุทธ์การรักษาที่แตกต่างกันเนื่องจากช่องโหว่ที่แตกต่างกันไปในกระบวนการระดับโมเลกุลและเวลาที่แตกต่างกันภายในวงจรความจำ
การสาธิตของเราว่าความสมบูรณ์ของรูปแบบสามารถได้รับการช่วยเหลืออย่างสมบูรณ์โดยการฉีด haloperiodol ในช่วงเวลาของการเรียกคืนตอกย้ำความคิดเกี่ยวกับบทบาทของระดับโดปามีนที่สมดุลในการดึงหน่วยความจำ การทดลองช่วยเหลือทางเภสัชวิทยานี้ให้หลักฐานเพิ่มเติมสำหรับความจำเพาะทางโลกที่ทำให้เกิดการขาดดุลการจำคืนแบบอิงคิวบางส่วน ควรสังเกตว่าความผิดปกติของโดปามีนใน DAT+/- หนูและผู้ป่วยพาร์กินสันมีความแตกต่างกันมาก แต่ทั้งคู่นำไปสู่การขาดดุลในการดึงข้อมูลรูปแบบ commonality นี้ให้การสนับสนุนโดยรวมสำหรับความคิดที่ว่าความสมดุลที่ละเอียดอ่อนของระบบโดปามีนมีความสำคัญต่อการดึงหน่วยความจำและความไม่สมดุลในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง (ขึ้นหรือลง) จะทำให้เกิดการขาดดุล ที่สำคัญเราอยากจะชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์ในปัจจุบันของเราไม่ควรตีความว่าเป็นหลักฐานสำหรับการใช้ DAT กลายพันธุ์หนูเป็นแบบจำลองการเกิดโรคพาร์กินสัน ในทางกลับกัน, ในร่างกาย การวัดโดปามีนในหนูหนูที่น่าพิศวง DAT แสดงให้เห็นถึงการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของการปลดปล่อยโดปามีนที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยระเบิด [38]-[40]. สิ่งนี้บ่งชี้ว่าความสามารถในการแปลกิจกรรมของระบบประสาทออกมาเป็นสัญญาณโดปามีนในสมองส่วนต่างๆของหนูที่น่าพิศวง เป็นไปได้ว่าการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนโดปามีนที่ลดลงสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาในรูปแบบการเผาภายในวงจรประสาทที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลหน่วยความจำ ปัจจุบันยังไม่มีใครทราบว่าการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในหนูที่น่าพิศวง DAT heterozygous หรือในผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน
แม้ว่าจะไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับวงจรประสาทที่เปิดใช้งานในระหว่างการเรียกคืนความจำเชิงพื้นที่มันเป็นไปได้ว่ามันชักชวนหลายภูมิภาครวมทั้งเยื่อหุ้มสมอง prefrontal, เยื่อหุ้มสมองชั่วคราวเยื่อหุ้มสมองและฮิบโปแคมปัส ซึ่งเข้ากันได้ดีกับหลักฐานทางกายวิภาคที่ว่าสาร dopaminergic ออกมาจากบริเวณหน้าท้องส่วนล่างจะส่งผลอย่างมากต่อบริเวณหน้าท้อง CA1 และส่วนปลายของเปลือกนอก[13], [28]. prefrontal-hippocampal-VTA loop นี้อาจมีบทบาทสำคัญในการสร้างความคุ้นเคยเชิงบริบทซึ่งในทางกลับกันส่งเสริมรูปแบบที่สมบูรณ์ในระหว่างการเรียกคืนหน่วยความจำเชิงพื้นที่ที่อิงคิวด้วยการอำนวยความสะดวกในการควบคุมโดปามีน [3], [14], [26], [28]. มันจะมีความสำคัญในการศึกษาในอนาคตเพื่อกำหนดตำแหน่งทางกายวิภาคต่อไปซึ่งการขาดดุลการเสร็จสิ้นรูปแบบการสังเกตเกิดขึ้น มันจะน่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตรวจสอบเว็บไซต์ของผู้สมัครเช่นเยื่อหุ้มสมองด้านหน้า cingular, เยื่อหุ้มสมองชั่วคราวและฮิบโปแคมปัสโดยใช้เภสัชวิทยาพันธุกรรมและเทคนิคการบันทึกภาพขนาดใหญ่ในร่างกาย [11], [41]-[44]. นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องประเมินว่าการชดเชยทางพันธุกรรมหรือการเปลี่ยนแปลงช้า ๆ ในสมองกลายพันธุ์หรือไม่ นอกจากนี้ยังมีข้อบ่งชี้ว่าระบบสารสื่อประสาทอื่น ๆ อาจมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในการควบคุมการดึงหน่วยความจำ [3], [37], [45], [46]และมันจะน่าสนใจอย่างมากในการตรวจสอบและเปรียบเทียบการโต้ตอบแบบไดนามิกของพวกเขาระหว่างการเติมรูปแบบคิวที่ถูกกระตุ้นบางส่วนและการดึงหน่วยความจำแบบเต็มคิว โดยสรุปการศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าสมดุลที่ละเอียดอ่อนในระดับโดพามีนมีความสำคัญต่อการทำให้รูปแบบสมบูรณ์ในระหว่างการเรียกคืนหน่วยความจำเชิงพื้นที่สัมพันธ์
วัสดุและวิธีการ
งบจริยธรรม
งานสัตว์ทั้งหมดที่อธิบายในการศึกษาได้ดำเนินการตามแนวทาง NIH และได้รับอนุมัติจากคณะกรรมการสถาบัน IACUC ที่ Medical College of Georgia (หมายเลข AUP ที่อนุมัติ: BR07-11-001)
การผลิตและจีโนไทป์ของหนูกลายพันธุ์
หนู DAT เป็นของกำนัลจากห้องปฏิบัติการของดร. เสี่ยวซี่จวงแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก การปรับปรุงพันธุ์และจีโนไทป์ของหนูที่น่าพิศวง DAT heterozygous เหมือนกันตามที่อธิบายไว้ [6]. สำหรับการทดลองของเราเราใช้หนูทั้งตัวผู้และตัวเมียในอัตรา 1 เท่า ๆ กัน![[อัตราส่วน]](http://www.ncbi.nlm.nih.gov/corehtml/pmc/pmcents/x2236.gif){kind=small}
1 PCR สำหรับ DAT+/- หนูตามด้วยโปรโตคอลตามที่อธิบายไว้ [6]. หนูทุกตัวได้รับการดูแลภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน (23.1 ° C, ความชื้น 50.5%) ในโรงเลี้ยงสัตว์ของวิทยาลัยการแพทย์แห่งจอร์เจีย การทดลองทั้งหมดได้ดำเนินการในห้องเก็บเสียงและพฤติกรรมพิเศษ ผู้ทดลองทุกคนตาบอดต่อสายพันธุ์ของสัตว์แต่ละตัว
งานการจดจำวัตถุใหม่
โปรโตคอลทดลองเหมือนกันตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ [37], [47]. สั้น ๆ หนูถูกนำไปใช้กับกล่องเปิดโล่ง (20 × 20 × 10 สูงนิ้ว) เป็นเวลา 3 วัน ในระหว่างการฝึกซ้อมมีวัตถุแปลกใหม่สองชิ้นวางอยู่ในทุ่งโล่งและสัตว์ได้รับอนุญาตให้สำรวจเป็นเวลา 15 นาที เวลาที่ใช้ในการสำรวจแต่ละวัตถุถูกบันทึกไว้ ในระหว่างการทดสอบการเรียกคืนหนึ่งชั่วโมงสัตว์นั้นวางกลับเข้าไปในกล่องเดียวกันซึ่งหนึ่งในวัตถุที่คุ้นเคยในระหว่างการฝึกถูกแทนที่ด้วยวัตถุแปลกใหม่และอนุญาตให้สำรวจได้อย่างอิสระสำหรับ 15 นาที ดัชนีการตั้งค่าอัตราส่วนของเวลาที่ใช้ในการสำรวจหนึ่งในสองวัตถุใด ๆ (เซสชันการฝึกอบรม) หรือนวนิยายหนึ่ง (เซสชันการเก็บข้อมูล) ตลอดเวลาที่ใช้ในการสำรวจวัตถุทั้งสองถูกใช้เพื่อวัดหน่วยความจำการรับรู้
เปิดการทดสอบภาคสนามและ Rota-rod
โปรโตคอลเหมือนกันตามที่อธิบายไว้ [48]. สำหรับการวัดกิจกรรมเปิดทุ่งหนูวางอยู่ในทุ่งโล่งทำจากกล่องดำ 14 × 14 นิ้ว กล่องถูกทำเครื่องหมายด้วย 2 × 2 นิ้วกริดสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ (7 สี่เหลี่ยมจัตุรัสโดย 7 สแควร์กับ 49 สแควร์สรวม) กิจกรรมภาคสนามแบบเปิดของสัตว์นั้นวัดจากจำนวนกากบาทที่หนูผ่านไปภายในระยะเวลา 3 นาที สำหรับการวัดการทดสอบ Rota-rod หนูจะถูกนำไปวางในแกนไม้เร่ง แกนคือยาว 12 นิ้วและ 1 นิ้วในเส้นผ่าศูนย์กลาง ความเร็วในการหมุนครั้งแรกอยู่ที่ 4 รอบต่อนาทีจากนั้นเร่งอย่างต่อเนื่องเป็น 40 รอบต่อนาที ประสิทธิภาพถูกวัดโดยจำนวนเวลา (เป็นวินาที) ที่หนูสามารถอยู่บนแกนหมุนในระหว่างการทดสอบการเรียกคืนห้านาทีหรือหนึ่งชั่วโมง
การทดสอบเขาวงกตบวก
โปรโตคอลเหมือนกันตามที่อธิบายไว้ [49]. เขาวงกตที่ยกระดับบวกทำจากสแตนเลสซึ่งทาสีดำด้านและประกอบด้วยสี่แขน (สองเปิดโดยไม่มีกำแพงและสองล้อมรอบด้วยกำแพงสูง 15.25 ซม.) ยาว 30 ซม. และกว้าง 5 ซม. แขนแต่ละข้างของเขาวงกตนั้นติดอยู่กับขาโลหะที่มีความทนทานสูงกว่า 40 ซม. เหนือโต๊ะที่วางอยู่ กิจกรรมถูกบันทึกโดยกล้องดิจิตอล (กล้อง Logitech รุ่นหมายเลข N231) วาง 130 cm เหนือเขาวงกต การทดสอบเกิดขึ้นภายใต้แสงสลัว (หนึ่ง 40-W และหนึ่ง 60-W หลอดไฟสีขาวนุ่มทั้งสองมุมเพื่อสร้างแสงทางอ้อมบนเขาวงกต) ในช่วงแสงของวงจร circadian (ระหว่าง 0900 h และ 1400 h) เขาวงกตถูกทำความสะอาดด้วยกรดอะซิติก 5% ระหว่างการทดสอบ เสียงสีขาว (30 dB) ปิดบังเสียงพื้นหลังที่ไม่เกี่ยวข้อง ในวันทดสอบสัตว์ถูกนำเข้าไปในห้องทดสอบในกรงที่บ้านของพวกเขาแล้วสัตว์แต่ละคู่จะถูกย้ายออกจากกรงบ้านและวางไว้ในกรงที่แยกไว้เป็นเวลา 5 นาทีก่อนที่จะถูกวางลงบนเขาวงกต สัตว์ถูกวางไว้ทีละตัวในใจกลางของเขาวงกตพร้อมกับยกตำแหน่งหัวระหว่างหนูและพฤติกรรมถูกบันทึกไว้สำหรับ 5 นาที เวลาที่ใช้ในแขนเปิดและแขนปิด (เมื่อทั้งสี่อุ้งเท้าของหนูอยู่บนแขนเปิดหรือปิด) ถูกบันทึกและวิเคราะห์
การปรับสภาพความกลัวตามบริบท
ความกลัวปรับอากาศได้ดำเนินการตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้า [45]. การทดลองดำเนินการในระบบปรับสภาพความกลัวซึ่งเป็นห้องที่อยู่ในกล่องที่ลดทอนเสียงพร้อมไฟบ้านบนเพดานและพื้นตะแกรงเหล็กสแตนเลส (Coulbourn Instruments, Whitehall, PA) พื้นตะแกรงถูกต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าช็อตและมีสัญญาณเสียงที่เกิดจากลำโพงที่ติดอยู่ที่ผนังห้อง สิ่งเร้าทั้งหมดได้รับการควบคุมโดยอัตโนมัติโดยใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่มีโปรแกรม Graphic State กล้องวิดีโอถูกวางไว้ด้านหน้ากรงเพื่อบันทึกพฤติกรรม หนูถูกจัดการเป็นเวลา 3 วันแล้วจึงไปที่ห้องฝึกอบรมเป็นเวลา 5 นาที มาตรการกระตุ้นเศรษฐกิจแบบมีเงื่อนไข (CS) ที่ใช้คือเสียง 85 dB ที่ 2.8 kHz ในขณะที่การกระตุ้นแบบไม่มีเงื่อนไข (US) เป็นการกระตุ้นเท้าอย่างต่อเนื่องที่ 0.8 mA สำหรับ 2 s หลังจากการตัดแบ่ง CS / US เดียวยุติสัตว์ยังคงอยู่ในห้องสำหรับอีก 30 s สำหรับการวัดการแช่แข็งทันที ในระหว่างการทดสอบการเก็บข้อมูลเมาส์แต่ละตัวจะถูกวางกลับเข้าไปในห้องเดียวกันและบันทึกการตอบกลับค้างไว้สำหรับ 5 min (การตอบสนองตามบริบทการแช่แข็ง) การทดสอบทั้งหมดถูกทำวีดิโอภายใต้แสงสีแดง เวลาแช่แข็งทั้งหมดถูกวัดเป็นดัชนีของหน่วยความจำความกลัว พฤติกรรมการแช่แข็งนั้นหมายถึงการขาดการเคลื่อนไหวอย่างสมบูรณ์ยกเว้นการหายใจ พฤติกรรมการเยือกแข็งคะแนนโดยซอฟต์แวร์ (เครื่องมือ Coulbourn) และแปลงเป็นการตอบสนองการแช่แข็ง [การตอบสนองการแช่แข็ง 
= (เวลาแช่แข็งทั้งหมด / เวลาทดสอบทั้งหมด) × 100%]
การทดสอบหน่วยความจำอ้างอิงเชิงพื้นที่
การทดสอบหน่วยความจำอ้างอิงเชิงพื้นที่คือเขาวงกตน้ำแบบซ่อนแพลตฟอร์ม เราปฏิบัติตามโปรโตคอลตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้โดย Nakazawa และคณะ [22]. การฝึกอบรมประกอบด้วยการทดลองสี่ครั้งต่อวันกับหนึ่งชั่วโมงระหว่างการทดลอง การเคลื่อนไหวของหนูถูกติดตามโดยกล้องวิดีโอและวัดโดยซอฟต์แวร์ (Noldul Information Technology, เนเธอร์แลนด์) ความล่าช้าในการหลบหนีไปยังแพลตฟอร์มรวมถึงการเข้าพักควอดเรนท์และการข้ามแพลตฟอร์มทั้งหมดได้รับการบันทึกและวิเคราะห์ สระว่ายน้ำมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 118 cm และแท่นเป็น 9.5 cm เส้นผ่านศูนย์กลาง ทำการทดสอบโพรบสี่ครั้ง การทดสอบโพรบครั้งแรก (P1) ดำเนินการในวันถัดจากเซสชันการฝึกอบรมครั้งล่าสุดภายใต้เงื่อนไขเต็มคิว (วัน 11) การทดสอบโพรบครั้งที่สอง (P2) ดำเนินการในวันที่ 12 ภายใต้เงื่อนไขบางส่วน (โดยการลบสัญญาณภาพสามในสี่ภาพที่แขวนอยู่บนผนังม่านสีดำ) สำหรับ DAT+/- เราทำการทดลองโพรบครั้งที่สาม (P3) ในวันที่ 13 ภายใต้เงื่อนไขเต็มคิวและการทดลองโพรบที่สี่ (P4) ในวันที่ 14 ภายใต้เงื่อนไขบางส่วน การฝึกอบรมอีกหนึ่งบล็อก (การทดลอง 4) ได้รับการส่งมอบ 1 ชั่วโมงหลังจากการทดสอบ P1, P2 และ P3 ตามลำดับเพื่อตอบโต้การสูญพันธุ์ใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทดลองใช้สอบสวน นอกจากนี้เพื่อไม่ให้เกิดผลกระทบต่อการรวมตัวของแนวโน้มที่จะเกิด overtraining ก่อนการทดสอบ P4 (การทดสอบโพรบด้วยการคิวบางส่วนและการฉีดฮาโลเพอริดอล) เราได้ทดสอบ DAT กลุ่มอื่น+/- หนูเช่นเดียวกับการควบคุมสัตว์เลี้ยงแมวป่าประเภทการทดสอบเพิ่มเติมสอบสวนสอง (P3 ′และ P4′ การทดลอง) P3 จะ 'ทดสอบการสอบสวนได้ดำเนินการวันหนึ่งหลังจากที่การฝึกซ้อมที่ผ่านมาภายใต้เงื่อนไขที่เต็มรูปแบบคิว (วันที่ 10) P4 'ทดสอบการสอบสวนได้ดำเนินการในวันที่ 11 ภายใต้เงื่อนไขบางส่วนคิว ระหว่างการทดสอบโพรบทั้งหมดของเราแพลตฟอร์มถูกลบออกและหนูได้รับอนุญาตให้ว่ายน้ำในสระว่ายน้ำเป็นระยะเวลาเท่ากันกับที่ใช้ในระหว่างการฝึก (60 วินาที) เวลาที่ใช้ในแต่ละกิจกรรมจะถูกบันทึก เพื่อคืนระดับโดปามีน [6], [20], [21], หนูจาก DAT+/- และกลุ่มควบคุมถูกฉีดเข้าช่องท้องด้วย haloperidol (0.002 mg / kg ของน้ำหนักตัว) หรือ saline 30 นาทีก่อนการทดลอง P4 และ P4 ′
การวิเคราะห์ข้อมูล
เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ภายในสัตว์ระหว่างการวัดซ้ำแบบจำลองเชิงเส้นผสมถูกนำมาใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของพฤติกรรมในเขาวงกตน้ำมอร์ริสการรับรู้วัตถุแปลกใหม่การปรับสภาพความกลัวเชิงบริบทและการทดสอบแกน - โรต้า ใช้วิธี Tukey – Kramer เพื่อกำหนดความสำคัญของการวัดพฤติกรรมระหว่าง DAT+/- หนูและเพื่อนร่วมครอก ในสนามเปิดและการทดสอบเขาวงกตแบบยกระดับบวกการทดสอบความแปรปรวนทางเดียวและการทดสอบของดันเน็ตต์แบบโพสต์ฮอคถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดผลของจีโนไทป์ ตัวแปรต่อเนื่องแสดงเป็นค่าเฉลี่ยและข้อผิดพลาดมาตรฐานของค่าเฉลี่ย (SEM) วิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้ SPSS เวอร์ชัน 13.0 (SPSS Inc. , Chicago, IL) ความแตกต่างถือว่ามีนัยสำคัญเมื่อ P <0.05
กิตติกรรมประกาศ
เราขอขอบคุณดร. เซียวซีจวงจากมหาวิทยาลัยชิคาโกที่ให้บริการ DAT+/- KO mice และ Brianna Klein สำหรับความช่วยเหลือด้านเทคนิคสำหรับการทดลอง
เชิงอรรถ
การแข่งขันความสนใจ: ผู้เขียนได้ประกาศว่าไม่มีความสนใจในการแข่งขันอยู่
เงินทุน: งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยกองทุนจาก NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 & AG025918), USAMRA00002, Georgia Research Alliance และ Science and Technology Commission of Shanghai Municipality (10140900500) (ทั้งหมดถึง JZT) มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (81000592) คณะกรรมการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของเทศบาลนครเซี่ยงไฮ้ (10DZ2272200, 09DZ2200900, 10PJ1407500 และ 10JC1411200) คณะกรรมการการศึกษาเทศบาลนครเซี่ยงไฮ้ (11ZZ103) ถึง FL และ XMS ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษาการรวบรวมและการวิเคราะห์ข้อมูลการตัดสินใจเผยแพร่หรือจัดทำต้นฉบับ
;
