Mehanizem vezja, ki povezuje preteklo in prihodnje učenje skozi premike v zaznavanju 2. del

Razjasnitev nadzornega vezja, ki poganja premik v zaznavanju

Nato smo za karakterizacijo mehanizmov vezja, ki posredujejo ta z učenjem povzročen premik v zaznavanju, izmerili aktivnost v dveh internevronih višjega reda, cerebralnem ventralnem 1a (CV1a) in nevronu, ki spreminja vzorec (PRN). Te celice so ukazom podobni nevroni v zaužitju oziroma zaužitju in, ko so aktivne, zadostujejo za poganjanje ustreznih motoričnih programov (16, 31). Znotrajcelični posnetki so pokazali, da je bila aktivnost CV1a znatno povečana 4 ure po močnem treningu v primerjavi z naivnimi živalmi, medtem ko je bila aktivnost PRN znatno znižana (slika 3, A do E).

Zaznavna sprememba je sprememba v načinu razmišljanja in prilagoditev mentalitete. Vključuje zavedanje okoliškega okolja, zavedanje lastne identitete, razumevanje osebnih izkušenj ter zasledovanje ciljev in želja. Spremembe zaznavanja lahko spodbudijo ljudi k bolj pozitivnemu pristopu k življenju in boljšemu spopadanju z izzivi. In ta pozitiven odnos in miselnost lahko izboljšata spomin ljudi.

Prvič, premik v dojemanju ljudem omogoča, da se bolj osredotočijo na pozitivne stvari v svojem življenju. Kot pravi "Iskanje optimističnih obrazov", je v življenju pogosto veliko pozitivnih dejavnikov, a jih pogosto ne odkrijemo. In s spremembami v zaznavanju se lahko teh pozitivnih dejavnikov bolj zavedamo in jim namenimo dovolj pozornosti in pomena. Ti optimistični dejavniki lahko ne samo kopičijo našo srečo, ampak nas tudi spodbujajo k boljšemu razumevanju informacij v življenju in s tem izboljšanju spomina.

Drugič, sprememba dojemanja lahko pomaga ljudem tudi bolje razumeti sebe, vključno s svojimi močmi, slabostmi, vrednotami itd. To poglabljanje samozavedanja omogoča ljudem, da bolje obvladujejo svoja čustva in stres ter postanejo bolj motivirani za uresničevanje svojih ciljev in želja. Tovrstna ambicija in motivacija lahko spodbudita možgane ljudi k večji ustvarjalnosti in razmišljanju ter dodatno izboljšata njihov spomin.

Nazadnje, zaznavni premiki lahko pripeljejo ljudi tudi do tega, da so bolj pozorni na lastne izkušnje in rast. Ne glede na to, ali gre za uspeh ali padce, je vsaka izkušnja dragoceno bogastvo. S spremembami v zaznavanju lahko bolje reflektiramo in povzemamo, ne le bolje odkrivamo svoje točke rasti in pomanjkljivosti, temveč tudi bolje absorbiramo in si zapomnimo izkušnje in lekcije.

Skratka, premik v dojemanju, ki je preprosto mentalna prilagoditev, lahko močno pozitivno vpliva na naše življenje in učenje. S pozitivno in sončno naravnanostjo se lahko bolje spopadamo z izzivi, sledimo rasti, bolje obvladujemo informacije in si zapomnimo vsebine. Aktivno vlagajmo v transformacijo percepcije in nenehno izboljšujemo našo rast in kakovost. Vidi se, da moramo izboljšati spomin. Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj lahko Cistanche deserticola uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev. Te snovi so zelo pomembne za spomin in učenje. Poleg tega lahko meso izboljša pretok krvi in ​​pospeši dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani prejmejo dovolj hranilnih snovi in ​​energije ter tako izboljšajo vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite Spoznajte načine za izboljšanje delovanja možganov

Utemeljili smo, da je to z učenjem usmerjeno antagonistično razmerje dejavnosti mogoče razložiti s skupnim motivom vezja, in sicer z zaviranjem med konkurenčnimi vezji (32). V tem scenariju bi regulacija dejavnosti v enem omrežju služila za spodbujanje zatiranja v antagonističnem. V podporo temu prejema CV1a velike zaviralne vložke skozi celotno fazo protrakcije tako med spontanimi cikli zaužitja kot med cikli egescije, ki jih poganja PRN (slika 3F). Ti zaviralni vnosi niso nastali neposredno iz PRN, kar kaže na to, da so bili rekrutirani nevroni navzdol.

Fig. 2. Previous learning alters the perception of future training by shifting the feeding network state. (A) Example frames showing mouth movements during ingestion or egestion. Frames are color-matched to (B) (red: ingestion, blue: egestion). White dots indicate the distal tip of the radula tracked during bite classification. Scale bar, 0.5 mm. (B) Heat plots of radula movements during the first 15 bites in response to the CS + US during weak training in animals receiving weak training only versus animals receiving vital training 4 hours earlier. Red-white-blue lookup table represents radula movements. Positive (blue) is egestion; negative (red) is ingestion. (C) Statistical summary of (B) shows a significant change in the mean difference in radula movements between conditions (two-tailed t-test, P < 0.01, t = 3.1). (D) The plot of the fraction of ingestion/egestion bites produced during weak training shows a significant difference between conditions(Fisher's exact test, P < 0.01). (E) The plot of fraction of animals performing no egestion bites versus >{{0}} ugrizov egescije kaže pomembno razliko med stanji (Fisherjev natančen test, P < 0,001). (F) Aktivnost B11 in N2v v pripravku in vitro med cikli zaužitja in zaužitja. B11 je pretežno aktiven v fazi retrakcije med zaužitjem in fazi protrakcije med zaužitjem.

N2v activity does not change during ingestion and egestion cycles. B11 is therefore a readout of ingestion versus egestion. Gray lines represent the retraction phase onset. (G) Heat plots of B11 activity during fictive feeding cycles. Lookup table colors are normalized B11 spike differences. Positive (blue) is egestion; negative (red) is ingestion. (H) Statistical summary of (G) shows a significant change in the 11 spike difference between conditions (Mann-Whitney test, P < 0.01, U = 70). (I) The plotof fraction of ingestion/egestion cycles shows a significant difference between conditions (Fisher's exact test, P < 0.001). (J) The plot of the fraction of preparations producing no egestion cycles versus >{{0}} ciklov zaužitja kaže pomembno razliko med pogoji (Fisherjev natančen test, P < 0,001). h, ure.

Nato smo za identifikacijo vira teh vnosov izvedli obsežno iskanje vrste nevrona, ki bi izpolnjeval naslednja merila: (i) zaviral naj bi CV1a, ko je aktiven, (ii) aktiven bi moral biti med fazo podaljšanja egescije ciklov in (iii) mora biti vzbujen z aktivnostjo PRN. Z uporabo pristopa fluorescenčnega označevanja za odkrivanje nevronov, ki štrlijo iz bukalnih ganglijev, kjer je nameščena večina hranilnega vezja (33), smo identificirali en sam nevronski tip kandidata, stikalo vzorca 1 (PS1) (slika 4A), ki je izpolnjeval vsa tri merila . Prvič, umetna stimulacija PS1 je monosinaptično zavirala ipsilateralni CV1a (sl. 4, B in C). Drugič, ta nevron je bil močno aktiven med fazo podaljšanja egescijskih ciklov, ki jih poganja PRN in dražljaj (sl. 4D in fsl. S9A), ko je bil CV1a inhibiran. Tretjič, aktivnost PRN je monosinaptično vzbudila PS1, opazovano kot 1:1 ekscitatorni postsinaptični potencial (EPSP) (sl. 4, E in F). Da bi ugotovili, ali je bil PS1 edini vir zaviranja CV1a med prehranjevalnim vedenjem, smo umetno manipulirali z njegovo aktivnostjo med cikli, ki jih poganja PRN. Ko je hiperpolariziran, je prišlo do znatnega povečanja aktivnosti CV1a (sl. 4, G in H) brez dokazov za fazne zaviralne sinaptične vnose, ki jih običajno prejema. Poleg tega je bila hiperpolarizacija PS1 zadostna tudi za povečanje aktivnosti CV1a med senzorično vodenimi cikli zaužitja (slika S9B). Tako ta osrednja vrsta zaviralnih nevronov deluje kot stikalo med izbiro dejanja in preprečuje motečo aktivacijo ukaznih centrov za zaužitje med zaužitjem.

Ker CV1a nima monosinaptične povezave s PRN, kako zagotavlja zatiranje gestije, ko je aktiven? Na to vprašanje smo lahko odgovorili tako, da smo identificirali drugo komponento krmilnega vezja: tip bukalnega internevrona, PS2, ki je bil močno električno povezan s PRN in je zadostoval za pogon robustnih ciklov egescije (sl. S9, C in D). Prejema močno pospešeno inhibicijo od CV1a in tako vodi do zatiranja zaužitja, ko se ustvarijo zaužitni cikli (sl. S9, E in F). Poleg tega je umetna aktivacija PS2 povzročila polisinaptične zaviralne vnose na CV1a, ki so nastali prek njegove monosinaptične ekscitatorne povezave na PS1 (sl. S9, G in H). Ti rezultati skupaj kažejo, da se medsebojna inhibicija uporablja za preprečevanje aktivacije konkurenčnih vezij in da ta motiv vezja zagotavlja kontrolno točko, na kateri bi lahko delovala plastičnost (fFigS9I). Nato smo raziskali možno vlogo zatiranja egescijskega vezja pri pristranskosti zaznavanja učnih dogodkov.

Manipulacija zaznavnega krmilnega vezja omogoča novo učenje in vivo

Glede na to, da daje prednost izražanju zaužitja, smo sklepali, da bi lahko zmanjšanje aktivnosti PRN → PS1 zadostovalo za spremembo živalskega dojemanja šibkega treninga in tako izboljšalo pridobivanje spomina. Da bi to raziskali, smo razvili farmakološko strategijo, ki nam je omogočila manipulacijo izhodne poti PRN. Prej smo pokazali, da je ta nevron dopaminergičen in da je zaviralec receptorjev D2, sulpirid, zelo učinkovit pri zaviranju njegovega delovanja na sledilne motonevrone (16). Tukaj smo potrdili, da je povezava PRN → PS1 občutljiva tudi na sulpirid (sl. 5, A in B), kar povzroči znatno zmanjšanje amplitude PRN → PS1 EPSP. Nato smo preizkusili, ali bi blokiranje te povezave lahko posnemalo povečanje aktivnosti CV1a, opaženo 4 ure po močnem treningu. Ugotovili smo, da je sulpirid povzročil močno zvišanje aktivnosti cikla CV1a v primerjavi s predhodno obdelavo (slika 5, C in D), kar je skladno z našim prejšnjim delom, ki je pokazalo, da uporaba sulpirida vpliva na aktivnost v smeri zaužitja (16). Tako lahko sulpirid močno spremeni stanje omrežja in nadomesti učinke močnega treninga. Kot taka to sredstvo ponuja priložnost za testiranje in vivo, ali je ta pot v ozadju živalskega spremenjenega dojemanja šibkega treninga. Živali so bile injicirane bodisi s sulpiridom bodisi z običajno fiziološko raztopino in so bile podvržene šibkemu protokolu usposabljanja z odzivi na hranjenje, izmerjenimi kot na sliki 2 (A in B). Ugotovili smo, da so živali, ki so jim vbrizgali sulpirid, izvedle znatno več dogodkov zaužitja kot odziv na šibek trening kot živali, ki so jim vbrizgali fiziološko raztopino (slika 5, E do G), in znatno več živali, ki so jim vbrizgali sulpirid, sploh ni imelo odzivov na zaužitje (slika 5). 5H). Poleg tega je prišlo do znatnega zmanjšanja verjetnosti prehoda med stanji po injiciranju sulpirida (slika S10, A do D). Zato tako intenziven trening kot injekcija sulpirida premakneta mrežno stanje in vitro in stabilizirata zaznavanje šibkega treninga in vivo.
Nato smo preizkusili, ali je premik v zaznavanju, ki ga povzroča sulpirid, zadostoval za pridobitev LTM po šibkem treningu, kot smo pokazali v primeru močnega treninga. Živali so bile injicirane s sulpiridom ali fiziološko raztopino in nato 1 dan kasneje podvržene šibkemu treningu s testiranim LTM. V skladu z učinki močnega treninga smo ugotovili, da so imele živali, ki so jim vbrizgali sulpirid pred šibkim treningom, znatno večji odziv na GNL v primerjavi z naivno treniranimi živalmi ali živalmi, ki so jim vbrizgali fiziološko raztopino (slika 5I). Poleg tega injekcija sulpirida v odsotnosti šibkega treninga ni povečala odziva hranjenja na GNL pri testiranju 1 dan pozneje (slika 5I). Zato farmakološka manipulacija mrežnega stanja povzroči spremembo v zaznavanju šibkega treninga, ki zadostuje, da žival pridobi in popolnoma utrdi spomin.

Nato smo preučili, ali je bila ugotovljena z učenjem povzročena sprememba stanja omrežja po vitalnem treningu vključena v izražanje prvotnega močnega spomina ali pa je bil to vzporedni proces, ki je služil namenu izboljšanja prihodnjih učnih dogodkov. Da bi to preizkusili, smo živalim vbrizgali sulpirid ali fiziološko raztopino in zabeležili njihov odziv na močan trening CS (AA), vendar brez predhodnega vitalnega treninga. Domnevali smo, da če bi bila z učenjem povzročena sprememba stanja omrežja vključena v izražanje prvotnega spomina, bi se prehranjevalno vedenje kot odziv na CS (AA), ki se uporablja za intenzivno vadbo, povečalo z umetno induciranjem iste spremembe v omrežju. stanju s sulpiridom, vendar brez predhodnega vitalnega treninga. Vendar smo ugotovili, da injekcija sulpirida ni povzročila povečanja odziva na AA v primerjavi z živalmi, ki še niso prejemale ali so jim vbrizgali fiziološko raztopino (slika 5J). Zato, čeprav vitalno usposabljanje povzroči premik v stanju omrežja, ta z učenjem povzročena sprememba ne sodeluje aktivno pri izražanju samega močnega spomina, kar kaže na to, da so vključeni različni mehanizmi. Ti rezultati skupaj kažejo, da močno učenje povzroča vzporedne spremembe v nevronski aktivnosti: eno za izražanje samega spomina in drugo za spreminjanje dojemanja prihodnjega apetitnega učenja.

Premiki v zaznavanju, povezani s spominom, se posplošujejo na alternativno paradigmo usposabljanja

Kakšno vlogo ima tu opredeljeni mehanizem? Sposobnost povezovanja močnih in šibkih učnih dogodkov, ki so tesno časovno povezani, nakazuje, da bi Lymnaea lahko uporabila to zmožnost za identifikacijo "učno bogatih" obdobij, na primer združljivih s prihodom živali v bogato okolje. Če je tako, bi pričakovali, da bi moralo biti učenje posplošeno, namesto da bi bilo odvisno od istega US za močno in šibko usposabljanje. Da bi preizkusili to pomembno idejo, smo izvedli poskuse, v katerih smo nadomestili saharozo US, uporabljeno v protokolu šibkega treninga, z L-serinom (slika 6A), znanim alternativnim dražljajem apetita pri Lymnaea (29). Tako se tako CS kot US razlikujeta v dveh različnih paradigmah usposabljanja. Ugotovili smo, da medtem ko samo združevanje GNL + L-serin ni dalo pogojenega odziva, je bil viden močan 1-dnevni spomin na GNL, če je bil pred tem močan trening (slika 6B). Tako izražanje spomina ni omejeno na en US, ampak lahko namesto tega omogoči oblikovanje različnih asociacij, kar kaže, da bi bilo zelo primerno za omogočanje splošnega znižanja praga za oblikovanje novih spominov.

DISKUSIJA

Sposobnost učenja novih asociacij je ključnega pomena za preživetje v nepredvidljivem okolju. Glede na to, da sta pridobivanje in konsolidacija spomina energetsko draga procesa (1, 2, 34), obstajajo ključne možne koristi pri uporabi strategij, ki pomagajo pri odločanju o tem, kaj in kdaj se učiti. Tukaj identificiramo preprost mehanizem v Lymnaei, s katerim se pretekli dogodki uporabljajo za pristransko zaznavanje. Predvsem dokazujemo tudi, da lahko ta mehanizem usmerja prihodnje učenje – olajša pridobivanje spomina za asociacije, ki bi bile prej prezrte – in pojasnjujemo odgovorna nevronska vezja. Predlagamo, da to služi za opozarjanje živali na učinkovito usmerjanje virov v novo učenje, kjer nedavne izkušnje kažejo, da je lahko posebna prednost pri oblikovanju pozitivnih asociacij.

Ključna značilnost mehanizma, ki ga pojasnjujemo, je, da močno učenje sproži vzporedne procese v možganih: enega za izražanje prvotnega spomina in enega za spreminjanje dojemanja prihodnjih učnih dogodkov in olajšanje pridobivanja novega spomina. Zdi se, da so ti neodvisni, saj premik v stanju nevronske mreže, izmerjen po močnem treningu, ne zadostuje za izražanje prvotnega spomina, kar dokazuje odsotnost lažnega spomina, ko se stanje omrežja farmakološko spremeni. Podobne vzporedne poti so bile ugotovljene v poskusih kondicioniranja na miših. Na primer, pri nalogi vohalne diskriminacije je obsežno usposabljanje spremenilo razdražljivost piramidnih nevronov v piriformnem korteksu, kar je sovpadalo z izboljšano sposobnostjo učenja novih nalog (učenje pravil), vendar to ni bilo v korelaciji z izražanjem izvirnega spomina (35 , 36). Kot take, čeprav te z učenjem povzročene spremembe niso del "engrama", ki izraža spomin, vseeno služijo kritičnim prilagoditvenim funkcijam pri živalih in jim omogočajo, da svoje pretekle izkušnje uporabijo za usmerjanje svojega prihodnjega vedenja - proces, ki je verjetno enako pomemben kot priklic samega spomina.

Mehanizem, ki smo ga identificirali, kaže ključne časovne značilnosti. Omogoča izboljšane zmožnosti učenja od 30 minut do 4 ure po močnem treningu, kar nakazuje, da je pridobivanje novega spomina olajšano v kritičnem časovnem oknu. Na podlagi našega prejšnjega dela se ta časovni okvir ujema s pojavom srednjeročnega spomina za močno usposabljanje in traja do pojava LTM (17). Izražanje tega spomina v tem časovnem okviru je odvisno od sinteze beljakovin, medtem ko spominska sled, zabeležena v krajši, 10-min časovni točki, ni (17). To močno nakazuje, da je premik v stanju omrežja, ugotovljen v naši trenutni študiji, odvisen tudi od sinteze beljakovin, kar pojasnjuje odsotnost učinka 10 minut po močnem treningu. Poleg tega se izboljšana zmožnost učenja ne ohrani v daljših časovnih točkah: tvorba šibkega učnega spomina je odsotna od ~6 ur naprej, čeprav je prvotni močan spomin še vedno prisoten in ga je mogoče izraziti. Zato je z učenjem povzročen premik v stanju omrežja začasno induciran in ne traja dlje od molekularnih mehanizmov, za katere je znano, da so potrebni za konsolidacijo prvotnega spomina v prvih 6 urah po močnem treningu (37). Domnevamo, da bi trajna sprememba v zaznavanju zaradi preteklega učenja lahko škodovala živali, kar bi povzročilo energetsko drage in potencialno neprilagojene spomine. Obstaja tudi zahteva po strogem časovnem zaporedju močnega in šibkega treninga. To se razlikuje od predhodno ugotovljenega procesa, vedenjskega označevanja (38, 39), ki olajša interakcijo in izboljšanje spominov na podlagi sinaptičnih oznak in zajemanja (40, 41). Med vedenjskim označevanjem je oznaka, ki jo sproži šibek učni dogodek, usmerjena in okrepljena z močnim učnim dogodkom ne glede na časovno zaporedje obeh učnih dogodkov (42, 43).

Ta ključna značilnost vedenjskega označevanja vodi do spremembe spomina na dogodek, ne samega učnega dogodka. Nasprotno pa z učenjem povzročen premik v zaznavanju, ki ga tukaj identificiramo, vodi žival, da se odloči, o katerih prihodnjih dogodkih se bo naučila, namesto o tem, katere nedavno pridobljene spomine je treba še utrditi. Kot taka, čeprav imata oba mehanizma nekaj vzporednic in oba služita povečanju števila konsolidiranih dolgoročnih spominov, delujeta v različnih okoliščinah in uporabljata različne mehanizme vezja. Dokazujemo tudi, da se z učenjem povzročen premik v zaznavanju posplošuje na druge oblike apetitnega učenja, saj bi lahko drugo vrsto šibkega apetitnega treninga okrepilo tudi preteklo močno učenje. Podobno generalizirano izboljšanje učnih zmožnosti je bilo ugotovljeno pri miših, kjer naj bi od hipokampusa odvisno učenje vohalne diskriminacije preklopilo hipokampalno omrežje v "način učenja", s čimer se izboljšajo druge vrste od hipokampusa odvisnega izobraževanja, kot je prostorsko učenje (44). ). Časovni potek in nespecifična narava mehanizma, ugotovljenega v Lymnaei, bi lahko služila za opozarjanje živali na "z učenjem bogato" obdobje, ki bi omogočilo ustvarjanje pozitivnih povezav z znaki, ki bi jih, če bi jih opazili ločeno, verjetno zanemarili.

Kateri mehanizem olajša šibek trening po močnem treningu? Opažamo, da naivne živali, izpostavljene šibkemu treningu "flip-flop" ali prehodu med zaužitjem in zaužitjem, kar nakazuje, da ima žival med treningom bistabilno zaznavanje dražljajev CS + US, kar predstavlja obdobje dvoumnosti ( 45). Ugotavljamo tudi, da močna vadba vpliva na in stabilizira živalsko dojemanje šibke vadbe v korist zaužitja. Predlagamo, da je bistabilno zaznavanje med šibkim treningom nastajajoča lastnost relativne aktivnosti krogov zaužitja in zaužitja, saj isto preklapljanje vztraja in vitro v odsotnosti kakršne koli zunanje stimulacije. Z opredelitvijo povezljivosti med obema vezjema pokažemo, da so konkurenčne interakcije posledica motiva vzajemnega inhibicijskega vezja (32, 46), kar nakazuje, da je izbor dejanj verjetno ustvarjen z modelom zmagovalec prevzame vse. Inhibicija naprej iz zaužitnega vezja preprečuje koaktivacijo zaužitnega vezja (PRN + PS2 → PS1 → CV1a), medtem ko zaužitje neposredno zavira del električno sklopljenega zaužitnega vezja (CV1a → PS2) (sl. 6C in sl. S9I).

Ker obe vezji inervira isti generator osrednjega vzorca, ki hrani jedro (16, 31), predlagamo, da izražanje cikla narekuje prvo vezje, da doseže zadosten prag hitrosti konic za zaviranje drugega. Po močnem treningu pride do premika v relativni aktivnosti obeh krogov in kot taka je izražanje ciklov zaužitja prevladujoče (slika 6C). Podoben motiv vezja opazimo med kondicioniranjem strahu pri miših, kjer se lahko ustvari eno od dveh nezdružljivih vedenj: pobeg ali zmrzovanje. Učenje premakne ravnotežje dveh vzajemno zaviralnih razredov nevronov v osrednji amigdali, kar izraža pristranskost k enemu ali drugemu vedenju (47). Pri Lymnaei pa se z učenjem povzročen premik v dejavnosti ne uporablja za izražanje spomina, temveč za olajšanje novega učenja (slika 6C). Pokažemo, da farmakološka stabilizacija zaužitnega kroga z blokiranjem zaviranja naprej iz zaužitnega kroga zadostuje za spremembo živalskega dojemanja CS + US med šibkim treningom in vivo. Poleg tega smo pokazali, da lahko to nadomesti pridobitev močnega spomina, s premikanjem stanja omrežja, da se omogočijo nova pozitivna združenja, kar kaže, da se lahko oblikovanje spomina olajša z zmanjšanjem dvoumnosti med učnim dogodkom. Prejšnje študije pri ljudeh so pokazale, da lahko predhodno učenje spremeni nadzor pozornosti, ki uravnava zaznavno občutljivost (3–5), prav tako pa se je izkazalo, da ima pozornost vlogo pri zaznavni multistabilnosti (45, 48).

Čeprav je bil v tej študiji izmerjen le zaznavni odčitek živali, je možno, da tu opredeljeni mehanizem vključuje tudi premik pozornosti, ki bi lahko moduliral zaznavanje šibkega treninga. Dejstvo, da je premik v stanju omrežja prisoten pred izpostavljenostjo šibkemu treningu, lahko nakazuje, da obstaja mehanizem vnaprejšnje pozornosti, ki posledično uravnava zaznavanje prihodnjih učnih dogodkov. Če pa gre za takšen premik pozornosti, lahko samo modulira zaznavanje in tako izboljša nastanek novega spomina približno 30 minut po močnem treningu.

Zakaj stabilizacija omrežja glede na dogodke zaužitja olajša šibko usposabljanje? Ena preprosta razlaga je, da žival med zaužitjem aktivno vleče CS in US v ustno votlino in nato v požiralnik, kar omogoča, da se oba pogoltneta. To je v nasprotju z egescijo, kjer se vsebina učinkovito izloči iz ustne votline. Prejšnja dela so pokazala, da je uspešno kondicioniranje in vitro odvisno od tega, ali ZDA dosežejo požiralnik (17) in aktivirajo ezofagealne nevrone (49), ki okrepijo CS prek aktivacije receptorja D1 v sledilnih nevronih (50–52). Zato bo dajanje prednosti ciklom zaužitja služilo za povečanje doseganja in aktiviranja teh nevronov pri US in s tem krepitvi CS + US.

Tukaj smo odkrili mehanizem, o katerem doslej niso poročali, s katerim lahko spremembe v zaznavanju povežejo prejšnje in novo učenje pod določenimi pogoji in časovnimi okviri. Predlagamo, da to lahko služi kot splošen mehanizem za določanje stanja, ki živalim omogoča, da oblikujejo povezave med novimi kombinacijami dražljajev, ki v izolaciji ne bi zadostovali za induciranje spomina. Ker so povezave med učenjem in zaznavnimi spremembami dobro uveljavljene pri višjih živalih, vključno z ljudmi, predlagamo, da je učna → zaznava → učna pot lahko na splošno ohranjena lastnost, ki si zasluži nadaljnjo pozornost v študijah učenja. Glede na to, da je oblikovanje LTM povezano s povečanimi energetskimi stroški - zlasti z vključitvijo in zaposlovanjem molekularnih strojev za konsolidacijo spomina - ima mehanizem, ki usmerja učenje, potencialno pomembno vrednost za preživetje. V primeru živali, ki iščejo hrano, kot je Lymnaea, ki deluje na omejenem proračunu energije (53), je učenje različnih asociacij zelo koristno, saj jih opozori na potencialne vire hrane ali morebitne nevarnosti v njihovem okolju, vendar je treba to uravnotežiti z energijo stroške konsolidacije teh spominov. Ta mehanizem jim tako omogoča, da prilagodijo svoje prihodnje učenje preteklim učnim uspehom, tako da učinkovito znižajo prag, potreben za učenje novih povezav.

MATERIALI IN METODE

Vzdrževanje živali

Živali so bile v skupinah v velikih rezervoarjih, ki so vsebovali vodo brez bakra pri 20 stopinjah pri režimu 12-ur svetlobe/12-ur teme. Živali so bile hranjene s solato trikrat na teden in rastlinsko hrano za ribe (Tetra-Phyll; TETRA Werke, Melle, Nemčija) dvakrat na teden. Živali so bile premeščene v manjše rezervoarje in jim je bila odvzeta hrana 2 dni pred poskusi. Za vse poskuse smo uporabili odrasle (3 do 4 mesece stare) polže (Lymnaea stagnalis). Lymnaea je nižji nevretenčar (mehkužci) organizem, ki ne spada pod Zakon o živalih (znanstveni postopki) iz leta 1986 (UK). Zato za te poskuse ni bila potrebna nobena etična odobritev ali smernica.

Postopki usposabljanja in testiranja apetita v enem poskusu

Močno kondicioniranje apetita v enem poskusu je bilo izvedeno s seznanjanjem AA (0.004 %) kot CS s saharozo ({{10}}).33 % ) kot ZDA z uporabo predhodno dobro opisane metode (23, 24). Slabo kondicioniranje apetita v enem poskusu je bilo izvedeno s seznanjanjem GNL (0.004 %) kot CS s saharozo (0,11 %) ali L-serinom (0,11 %) kot ZDA. V poskusu nadzora protiuteži je bilo izvedeno močno kondicioniranje s povezovanjem GNL kot CS s saharozo (0,33 %) kot US, šibko kondicioniranje pa je bilo izvedeno s povezovanjem AA kot CS s saharozo (0,11 %) kot US. Na kratko, živali so bile posamezno postavljene v petrijevke, ki so vsebovale 90 ml vode brez bakra, za 10 minut, da so se prilagodile novemu okolju, preden se je začel postopek usposabljanja. V vodo smo dodali pet mililitrov CS, 30 s kasneje pa še 5 ml US. Živali so pustili v raztopini, ki je vsebovala CS in US, 2 minuti, nato so jih splaknili v vodi brez bakra in vrnili v njihove domače rezervoarje. Za testiranje odzivov CS 1 dan po kondicioniranju so živali iz usposobljenih in še nezdravljenih skupin prenesli iz njihovih domačih rezervoarjev v petrijevko, napolnjeno z 90 ml vode brez bakra, in pustili, da se aklimatizirajo 10 minut.

V posodo smo nato dodali pet mililitrov vode in prešteli število odzivov na hranjenje (ugrizov) v naslednjih 2 minutah. Nato smo v posodo dodali 5 ml CS in v naslednjih 2 minutah prešteli število odzivov na hranjenje. Odzivi CS so bili nato ocenjeni z "rezultatom razlike" (∆ število ugrizov). To smo dobili z odštevanjem števila ciklov hranjenja, opaženih v 2 minutah po nanosu vode, od števila ciklov hranjenja v 2 minutah po nanosu CS. Med poskusi dvojnega kondicioniranja so bile živali deležne močnega in šibkega apetita, ločenega s časovnimi intervali, kot je opisano v rezultatih. Da bi preverili, ali je predhodna izpostavljenost ZDA, uporabljena med intenzivnim treningom (0.33% saharoza), izboljšala učenje pri šibkem treningu, smo izvedli intenzivno usposabljanje, kot je opisano zgoraj, vendar brez predstavitve CS (AA). Živali so nato prejele šibek trening GNL in saharoze (0.11%) 4 ure pozneje in testirali so njihov odziv na GNL 1 dan kasneje.

Merjenje zaznave med šibkim treningom

Učinek preteklega učenja na živalsko dojemanje šibkega treninga je bil preizkušen z izvajanjem vitalnega treninga, ki mu je sledil šibek trening 4 ure kasneje, kot je navedeno zgoraj. Med šibko predstavitvijo CS + US so bili odzivi živali na hranjenje posneti (33 sličic/s) od spodaj. Smer gibanja radule in spodnje strukture odontoforja je bila izmerjena med prvimi 15 odzivi na hranjenje, kot v (16). Na kratko, položaj dorzalne mandibule je bil najprej označen v okvirju pred prvim okvirjem, v katerem je bila radula vidna med vsakim ugrizom s programsko opremo ImageJ. Raduli smo nato sledili za celoten ugriz in izračunali razdaljo od začetnega položaja dorzalne mandibule. Nato je bila izmerjena povprečna razlika med okvirji. Negativni rezultat je torej predstavljal, da sta bili radula in dorzalna spodnja čeljust na začetku ugriza narazen in da se radula med ugrizom premika proti dorzalni spodnji čeljusti, medtem ko je pozitiven rezultat predstavljal, da sta spodnja čeljust in radula na začetku ugriza blizu skupaj. in radula, ki se odmika, ko ugriz napreduje. Merila za opredelitev, ali je bil odziv zaužitje ali zaužitje, so temeljila na tem, ali je bila razlika v gibanju negativna (zaužitje) ali pozitivna (zaužitje). Da bi izmerili, kako predhodni vitalni trening spremeni stabilnost zaznavanja CS + US, ki se uporablja pri šibkem treningu, so analizirali pare zaporednih ugrizov. Stabilen ugrizni par je bil razvrščen kot dva enaka zaporedna ugriza (zaužitje-zaužitje ali egest-egest). Preklopni par ugrizov je bil razvrščen kot dva različna zaporedna ugriza (zaužitje egest ali egest-zaužitje).

Verjetnosti prehoda so bile nato izračunane s štetjem števila preklopnih ugrizov, izraženih kot del skupnega števila parov ugrizov. Da bi preverili, ali je predhodna izpostavljenost ZDA, uporabljena med intenzivno vadbo ({{0}}.33% saharoza), spremenila zaznavanje šibke vadbe, smo izvedli intenzivno vadbo, kot je opisano zgoraj, vendar brez predstavitve CS (AA) in izmerjeno vedenje pri zaužitju/zaužitju kot zgoraj. Da bi preverili, ali je predhodna šibka vadba spremenila zaznavanje poznejše šibke vadbe, so živali najprej prejele AA v kombinaciji s 0.11% saharozo, nato pa so bile njihove reakcije zaužitja/zaužitja na GNL in 0.11% saharoze izmerjeno 4 ure kasneje. Da bi testirali učinke močnega treninga na odzivnost živali bodisi na CS ali US, uporabljen med šibkim treningom, so bile živali deležne intenzivnega treninga, kot je navedeno zgoraj. Štiri ure pozneje so živali dali v petrijevko z 90 ml vode brez bakra in pustili, da se aklimatizirajo 10 minut. Nato so prejeli 5 ml vode in prešteli so njihove odzive na hranjenje. Nato so prejeli 5 ml bodisi GNL ali 0,11 % saharoze, odzive na hranjenje pa so prešteli, tako da je bilo mogoče izračunati število ugrizov ∆ kot zgoraj.

Pripravki in elektrofiziološke metode

Po postopkih, predhodno opisanih v (16), smo izvedli poskuse in vitro z izoliranim pripravkom CNS. Majhen predel sprednjega požiralnika je bil pritrjen na CŽS z dorzalnimi bukalnimi živci. Preparate smo perfundirali z navadno fiziološko raztopino, ki je vsebovala 50 mM NaCl, 1,6 mM KCl, 2 mM MgCl2, 3,5 mM CaCl2 in 10 mM pufra Hepes v vodi. Monosinaptične povezave so testirali s kopanjem pripravka v visoko dvovalentni (HiDi) fiziološki raztopini, ki poveča prag akcijskega potenciala in zmanjša polisinaptične povezave. Fiziološka raztopina HiDi je bila sestavljena iz 35.0 mM NaCl, 2 mM KCl, 8.0 mM MgCl2, 14,0 mM CaCl2 in 10 mM pufra Hepes v vodi. Znotrajcelični posnetki so bili narejeni z uporabo ostrih elektrod (10 do 40 megohmov), napolnjenih s 3 M KAc in 0,5 mM KCl. Signali so bili zbrani z uporabo ojačevalnikov NL 102 (Digitimer Ltd.) in Axoclamp 2B (Axon Instrument, Molecular Device), podatki pa so bili pridobljeni z vmesnikom micro 1401 Mk II in analizirani s programsko opremo Spike2 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK).

Identifikacija nevronov

Motonevron B11 s preklapljanjem faz se nahaja v bukalnih ganglijih in je bil identificiran na podlagi njegove lokacije, oblike konice, sinaptičnih vnosov iz PRN in sposobnosti spreminjanja vzorca aktivnosti med cikli zaužitja in zaužitja (16). Internevron CV1a, podoben ukazu za zaužitje, se nahaja v možganskih ganglijih in je bil prepoznan po njegovih električnih lastnostih, značilni lokaciji in njegovi zmožnosti, da poganja fiktivne cikle hranjenja, ko je umetno depolariziran v ognjene konice (31). Internevron PRN, podoben egescijskemu ukazu, se nahaja v bukalnih ganglijih in je bil identificiran po njegovi lokaciji in monosinaptični ekscitatorni povezavi z B11. Nevron N2v je osrednji internevron generatorja vzorcev, ki se nahaja na ventralni površini bukalnih ganglijev. Prepoznamo ga lahko po značilnem platoju med retrakcijsko fazo cikla, umetna aktivacija pa povzroči razširjeno aktivnost retrakcijske faze v številnih bukalnih nevronih (25). B9 je motoneuron faze retrakcije, ki se nahaja v bukalnih ganglijih. CGC so veliki, serotonergični internevroni, ki se nahajajo v možganskih ganglijih in jih je mogoče prepoznati po njihovi velikosti, lokaciji in tonični aktivnosti (30). Za identifikacijo prej neopredeljenih kandidatov za egescijsko mrežo smo cerebrobukalno vezivo (CBC) zapolnili s fluorescenčnim barvilom, 5(6)-karboksifluoresceinom (5-CF). Znano je, da projekcijski internevroni vplivajo na poganjanje vzorčne aktivnosti v Lymnaea (30, 31), nevroni, ki poganjajo egescijo, pa so bili identificirani v bukalnih ganglijih (16). Zasipavanje CBC je razkrilo populacijo bukalnih projekcijskih internevronov, ki smo jih lahko ponovno identificirali v drugih pripravkih in elektrofiziološko testirali. Nevroni, ki nas zanimajo, so bili nabodeni in posneti z nevroni, podobnimi ukazom za zaužitje in zaužitje.

Analiza in klasifikacija ciklov in vitro

Aktivnost na B11 je bila izmerjena glede na začetek retrakcijske faze, kot je določeno s platojem N2v ali velikim vzbujanjem internevrona B9 v fazi retrakcije. Za analizo relativne aktivnosti B11 v ciklu je bila izmerjena 4 s pred in 4 s po začetku faze umika. Število konic B11 po začetku faze retrakcije je bilo odšteto od števila konic B11 pred začetkom faze retrakcije in nato deljeno s skupnim številom konic v obdobju 8-s, da se pridobi normaliziran rezultat razlike. Če uporabimo to oceno, pozitivna vrednost predstavlja več aktivnosti, ki se pojavi pred začetkom faze umika, in je zato razvrščena kot cikel zaužitja. Negativni rezultat predstavlja več aktivnosti, ki se pojavi po začetku faze umika, in je zato razvrščen kot cikel zaužitja. Za primerjavo učinkov močnega treninga na fiktivne cikle hranjenja in vitro je bilo analiziranih prvih 10 spontanih ciklov iz 19 naivnih in 19 treniranih pripravkov. Da bi izmerili, kako trening spremeni stabilnost izražanja cikla, smo analizirali pare zaporednih ciklov. Stabilen par ciklov je bil razvrščen kot dva enaka zaporedna cikla (zaužitje-zaužitje ali egest-egest).

Par preklopnega cikla je bil razvrščen kot dva različna zaporedna cikla (inges-egest ali egest ingest). Verjetnosti prehoda so bile nato izračunane s štetjem števila preklopnih ciklov, izraženih kot del celotnega števila parov ciklov. Da bi preizkusili, ali vitalno usposabljanje spremeni odzivnost pripravka na apetitne namige, smo stimulirali glavno kemosenzorično pot, MLN (28), ki lahko poganja vitalno fiktivno hranjenje (29). MLN je bil stimuliran s stekleno sesalno elektrodo z dvofaznimi impulzi 4 V s trajanjem 0.5-ms pri 1 Hz za 120 s. Število fiktivnega cikla hranjenja ∆ je bilo izračunano z beleženjem aktivnosti v hranilnih motonevronih, kot je B9, štetjem števila ciklov, ki so se zgodili v obdobju 120-s pred stimulacijo MLN, in odštevanjem tega od števila ciklov kot odgovor na MLN stimulacija. Aktivnost CGC je bila izmerjena 120 s pred in 120 s med stimulacijo MLN. Da bi izzvali senzorično vodeno egescijo in vitro, je bil na požiralnik uporabljen taktilni dražljaj 1-, ki aktivira mehanosenzorične nevrone, ki signalizirajo averzivne znake prehranjevalnemu omrežju kot odgovor na prekomerno raztezanje črevesja zaradi neužitnega predmeta, ki se je zataknil v požiralnik (16). Taktilni dražljaj je bil uporabljen z uporabo mehanske sonde, ki jo krmili tranzistor-tranzistor logični impulz iz mikro 1401 Mk II (CED).

Polnjenje nevronov z iontoforetskim barvilom

Following procedures previously described in (16), we filled target neurons with a fluorescent dye (5-CF) using a microelectrode. This was achieved iontophoretically using a pulse generator to apply regular interval negative square current pulses into the neuron for >30 min. Pripravke smo nato pustili čez noč pri 4 stopinjah. Slike nevronov so bile posnete z digitalno kamero (Andor Ixon electron-multiplying charge-coupled device), nameščeno na stereomikroskopu Leica.

Uporaba zaviralca receptorjev D2 in vitro in in vivo

Sulpirid je učinkovit antagonist dopamina pri Lymnaea, ki blokira učinke dopaminergičnih internevronov na sledilne nevrone in tudi žariščno aplikacijo dopamina (16, 54). Da bi preizkusili učinek sulpirida (±) (Sigma-Aldrich) na povezavo PRN → PS1, smo preparate najprej okopali v fiziološki raztopini HiDi (glej zgoraj). Izhodiščne amplitude EPSP so bile zabeležene, preden je bil 10-4 M sulpirida v fiziološki raztopini HiDi perfundiran v kopel za 10 minut in nato so bile amplitude EPSP ponovno zabeležene. Da bi testirali učinke sulpirida na ustvarjanje cikla in vitro v naivnih pripravkih, je bilo zabeleženih prvih 10 ustvarjenih spontanih ciklov, nato pa je bilo na pripravek perfundirano 10-4 M sulpirida v normalni fiziološki raztopini. Analizirali smo prvih 10 spontanih ciklov, ki so nastali po 10 minutah perfuzije. Da bi preizkusili učinke sulpirida na zaznavanje šibkega treninga in pridobivanje/priklic spomina, so živalim injicirali 100 ul 10-3 M sulpirida v normalni fiziološki raztopini. Prej je bilo dokazano, da se vbrizgana koncentracija zdravila ~10-krat razredči s telesnimi tekočinami živali (55). Kontrolnim živalim smo injicirali samo 100 ul fiziološke raztopine. Živali so pustili stati 2 uri, preden so izvedli vedenjske teste.

Analiza podatkov

Podatki so bili analizirani z uporabo paleontološke statistike (PAST različica 4.1) (56) in izraženi kot ploskve dežnega oblaka (57). V vseh primerih so posamezne točke narisane kot pike, osenčeno območje (oblak) pa označuje celotno obliko porazdelitve, ki se razteza od najmanjših do največjih vrednosti. Notranji okvirji prikazujejo mediano (črna črta) interkvartilni razpon (prvi in ​​tretji kvartil) in povprečje (siva črta). Vsak "n" predstavlja posamezno žival/pripravek. Normalnost je bila testirana s testom Shapiro-Wilk. Statistične primerjave dveh skupin so bile izvedene z uporabo dvostranske statistike t-testa (bodisi seznanjene ali neparne, kot je navedeno v besedilu) ali Mann-Whitneyjevega testa ali Wilcoxonovega predznačenega testa za neparametrične podatke. Podatki z več kot dvema skupinama so bili najprej analizirani z enosmerno analizo variance (ANOVA) ali Kruskal-Wallisovim testom. Naslednje primerjave so bile izvedene z uporabo Tukeyjevih ali Dunnovih post hoc testov z Bonferronijevim zaporednim popravkom. Primerjave med odstotkom ugrizov/ciklov, razvrščenih kot zaužitje ali zaužitje, in številom živali/pripravkov, ki izvajajo nič ali več kot nič ciklov zaužitja, so bile narejene z uporabo Fisherjevega natančnega testa. Raven pomembnosti je bila nastavljena na P < 0.05.

LITERATURA IN OPOMBE

1. F. Mery, TJ Kawecki, Stroški dolgoročnega spomina pri Drosophili. Science 308, 1148 (2005).

2. P.-Y. Plaçais, T. Preat, Možgani za preživetje ob pomanjkanju hrane onemogočijo drag spomin. Znanost 339, 440–442 (2013).

3. AC Nobre, MG Stokes, Premembering izkušnje: Hierarhija časovnih lestvic za proaktivno pozornost. Neuron 104, 132–146 (2019).

4. ML Rosen, CE Stern, SW Michalka, KJ Devaney, DC Somers, Prispevki kognitivnega nadzornega omrežja k spominsko vodeni vizualni pozornosti. Cereb. Cortex 26, 2059–2073 (2016).

5. MG Stokes, K. Atherton, EZ Patai, AC Nobre, Dolgoročni spomin pripravlja nevronsko aktivnost za zaznavanje. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 109, E360–E367 (2011).

6. YL Chew, Y. Tanizawa, Y. Cho, B. Zhao, AJ Yu, EL Ardiel, I. Rabinowitch, J. Bai, CH Rankin, H. Lu, I. Beets, WR Schafer, Aferentni nevropeptidni sistem prenaša mehanosenzorični signali, ki sprožijo preobčutljivost in vzburjenje pri C. elegans. Neuron 99, 1233–1246.e6 (2018).

7. J. Felsenberg, PF Jacob, T. Walker, O. Barnstedt, AJ Edmondson-Stait, MW Pleijzier, N. Otto, P. Schlegel, N. Sharifi, E. Perisse, CS Smith, JS Lauritzen, M. Costa , G. Jefferis, DD Bock, S. Waddell, Integracija vzporednih nasprotujočih si spominov temelji na izumrtju spomina. Celica 175, 709–722.e15 (2018).

8. J. Huang, Z. Zhang, W. Feng, Y. Zhao, A. Aldanondo, MG de Brito Sanchez, M. Paoli, A. Rolland, Z. Li, H. Nie, Y. Lin, S. Zhang , M. Giurfa, S. Su, Želja po hrani je posredovana s prehodno aktivacijo dopaminergičnega signaliziranja v možganih medonosne čebele. Znanost 376, 508–512 (2022).

9. PF Jacob, S. Waddell, Razmaknjeno usposabljanje oblikuje komplementarne dolgoročne spomine nasprotne valence pri Drosophili. Neuron 106, 977–991.e4 (2020).

10. S. Sayin, J.-F. De Backer, KP Siju, ME Wosniack, LP Lewis, L.-M. Frisch, B. Gansen, P. Schlegel, A. Edmondson-Stait, N. Sharifi, CB Fisher, SA Calle-Schuler, JS Lauritzen, DD Bock, M. Costa, GSXE Jefferis, J. Gjorgjieva, IC Grunwald Kadow, A nevronski krog razsoja med vztrajnostjo in umikom pri lačni Drosophili. Neuron 104, 544–558.e6 (2019).

11. B. Senapati, C.-H. Tsao, Y.-A. Juan, T.-H. Chiu, C.-L. Wu, S. Waddell, S. Lin, Nevronski mehanizem za deprivacijsko stanje specifičnega izražanja pomembnih spominov pri Drosophili. Nat. Neurosci. 22, 2029–2039 (2019).

12. K. Steck, SJ Walker, PM Itskov, C. Baltazar, JM Moreira, C. Ribeiro, Stanje notranjih aminokislin modulira nevrone okusa kvasovk za podporo homeostaze beljakovin pri Drosophili. eLife 7, e31625 (2018)

For more information:1950477648nn@gmail.com