Izboljšan pomnilnik za prepoznavanje predmetov z uporabo ponavljajoče se transkranialne magnetne stimulacije po kodiranju, 2. del

3. Rezultati

Za oceno učinkovitosti rTMS na pomnilnik smo uporabili ORT z {{0}} h zamikom med fazo vzorčenja in testno fazo. Pri vzorčenju in testnem preskušanju med SHAM proti TMS ni bilo nobene razlike v aktivnosti OFT in časih raziskovanja predmeta (p > 0,05, slika 1BD).

Spomin je bistven del življenja, saj nam pomaga beležiti, priklicati in sklepati o preteklih izkušnjah ter vpliva tudi na naše odločitve o prihodnosti.

Spomin se pogosto obravnava kot ena od manifestacij človeške inteligence in se lahko spreminja glede na različna učenja in izkušnje, s katerimi se posameznik srečuje. Pri večini ljudi se spomin s staranjem nekoliko zmanjša, vendar se to lahko izboljša z nenehno vadbo in treningom.

Zelo pomemben vidik je tudi učinkovitost spomina. Učinkovit spomin nam lahko pomaga bolje razumeti svoje izkušnje in znanje ter bolje komunicirati z drugimi. Pomaga nam tudi, da se bolje spopadamo z izzivi in ​​pritiski ter smo uspešnejši pri učenju in delu.

Zato se moramo naučiti, kako izboljšati učinkovitost in moč našega spomina. To vključuje razvijanje dobrih spominskih navad, kot je vzpostavitev učinkovitih metod za pisanje zapiskov in ustvarjanje učinkovitega spominskega okolja. Spomin lahko izboljšamo tudi z zdravim življenjskim slogom, kot sta dovolj spanja in pravilna vadba.

Skratka, učinkovitost in moč spomina sta za naše življenje zelo pomembni. Z uporabo pozitivnih metod in pristopov za izboljšanje spomina in učinkovitosti se lahko bolje spopadamo z vsakodnevnim življenjem in uspešneje dosegamo osebne in poklicne cilje. Vidimo lahko, da moramo izboljšati spomin in Cistanche lahko bistveno izboljša spomin, saj je Cistanche tradicionalna kitajska medicina s številnimi edinstvenimi učinki, med katerimi je tudi izboljšanje spomina. Učinek Cistanche izvira iz različnih aktivnih sestavin, ki jih vsebuje, vključno s taninsko kislino, polisaharidi, flavonoidnimi glikozidi itd. Te sestavine lahko spodbujajo zdravje možganov na več načinov.

Kliknite Spoznaj načine za izboljšanje spomina

Poleg tega ni bilo pristranskosti glede lokacije predmeta v poskusu pridobivanja (p > {{0}}.05, podatki niso prikazani). Miši, ki so prejele TMS več kot 72-h, so imele pomemben indeks diskriminacije novega predmeta (Enosmerni t-test t(9)=3.067, p=0,0134), medtem ko so ga imele miši SHAM ne (Enosmerni t-test t(10)=0,705, p=0,496).

Če primerjamo oba indeksa diskriminacije, je bil TMS bistveno večji od SHAM (Studentov t-test t(19)=2,77, p=0.0122, slika 1E). Poleg tega je imela le skupina, ki je prejela rTMS, pomemben t- Analizirali smo tudi razliko znotraj vsake terapevtske skupine pri raziskovanju novega in poznanega predmeta ter ugotovili pomembno razliko med raziskanim predmetom in danim zdravljenjem (dvosmerna ponavljajoča se meritev ANOVA F(1). ,19)=8,305, p=0,0096, hp2=,304 Slika 1F).

Post-hoc analiza je pokazala, da je imela skupina TMS znatno povečanje raziskovanja novih predmetov (p ¼ 0.0092), vendar ni razlike v skupini SHAM (p > 0,05), kar kaže, da je rTMS med učenje in priklic sta bolje utrdila spomin.

Po tem rezultatu nas je zanimalo razumevanje nevrobioloških sprememb, povezanih z izboljšano zmogljivostjo spomina pri miših, ki so prejele rTMS. Uporabili smo Western Blot za analizo količine CREB, CAMKII in ERK ter njihove fosforilacije z uporabo polnega homogenata iz hipokampusa in FC (slika 2).

V hipokampusu je na splošno prišlo do spremembe v količini CREB (enosmerna ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Slika 2a). Post hoc analiza je pokazala, da je to izpeljano iz povečanja CREB v obeh skupinah, ki sta opravili vedenjski test, SHAM (p=0,048) in TMS (p=0,016) v primerjavi s KONTROLNO skupino.

Vendar je bilo videti, da je na fosforilacijo CREB vplival izključno rTMS v hipokampusu (enosmerna ANOVA F(2,15)=11,813 p=0.00 1, hp2¼.645 Slika 2a), aspost-hoc analiza je pokazala, da so imele miši, ki so prejele rTMS, znatno višje ravni pCREB kot CONTROL (p=0,001) in skupina SHAM (p=0,041).

Poleg tega smo ugotovili učinek na ravni pCAMKII (enosmerna ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, slika 2d), kjer je podobno kot Post-hoc testiranja pCREB so pokazala, da je rTMS povečal količino pCAMKII v primerjavi s KONTROLNO skupino (p ¼ 0.027). Zdi se, da rTMS vpliva na fosforilacijo CREB v frontalnem korteksu (enosmerna ANOVA F( 2,15)=10,572 p=0,003, hp2=,658, slika 2b).

Post-hoc analiza je pokazala, da so imele miši, ki so prejele rTMS, bistveno višje ravni pCREB kot KONTROLNA skupina (p ¼ 0.002)/Obstajal je tudi učinek na pCAMKII v FC ( Enosmerna ANOVA F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, slika 2e), vendar pa je posthoc analiza pokazala, da je bil ne glede na zdravljenje tako SHAM (p=0,016) kot Skupine TMS(0,035) so imele povečan pCAMKII v primerjavi s skupino CONTROL.

V FC je bil povečan pCAMKII posledica povečane fosforilacije obstoječega CAMKII, saj se je z vedenjskim testom povečal tudi delež pCAMKII proti CAMKII (One-WayANOVA F(2,15)=7,387 p=0.{{11 }}07, hp2¼.532, slika 2e). Post hoc testiranja so pokazala, da sta imela tako SHAM (p=0,026) kot TMS (0,010) bistveno večji delež kot CONTROL. Tako v hipokampusu kot v FC nismo opazili nobenih pomembnih sprememb v ERK ali njegovi fosforilaciji po rTMS.

Uporabili smo Western Blot na sinaptičnih homogenatih iz hipokampusa in FC, da bi določili učinek rTMS na različne sinaptične receptorje, ki sodelujejo pri učenju in spominu.

Pregledali smo spremembo podenot receptorja AMPA GluR1 in GluR2 ter receptorja BDNF TrkB. V hipokampusu je prišlo do razlike v ravneh GluR2 (Welchov test F(2,15)=6,718 p < 0.001, slika 3g) in pGluR2 (enosmerna ANOVA F( 2,15)=7,189 p=0,023, hp2 =,461, slika 3g).

Post-hoc analiza je pokazala, da so imele miši SHAM manj GLUR2 kot KONTROLE (Games-Howell p ¼ 0.022) in miši, ki so prejele zdravljenje z rTMS, so imele znatno višje ravni obeh GluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) in pGluR2 (p < 0,05) kot miši SHAM. V hipokampusu smo našli tudi spremembe pTrKB (Enosmerna ANOVA F(2,15)=8,449 p=0,005, hp2=,585, slika 3J).

Aspost hoc testiranje je pokazalo, da so imele miši SHAM (p=0.008) in miši TMS (p=0,013) manj pTRKb kot CONTROL, kar nakazuje, da je bil ta učinek povezan s testom obnašanja in neodvisen od zdravljenja .

Ta učinek je bil tudi posledica spremembe v deležu totalnega TrkB, ki je bil fosforiliran (enosmerna ANOVA F(2,15)=8,882p=0.{{10}}04, hp2¼ .597, slika 3J), sta bila tako SHAM (p=0,042) kot TMS (p=0,004) značilno nižja od KONTROLE.

Edini učinek na GluR1 je bil ugotovljen v FC, kjer je prišlo do spremembe v deležu GluR1, fosforiliranega na mestu S845, pGluR1(845) (enosmerna ANOVA F(2,15)=4,170 p=0,040 , hp2¼.391, slika 3e), vendar ne mesto S831.

Post hoc analiza je pokazala, da je prišlo do zmanjšanja po rTMS v primerjavi s KONTROLAMI (p ¼ 0.038). Pri receptorjih GluR2 v FC ni prišlo do spremembe, vendar smo ugotovili učinek na ravni TrkB (Enosmerni ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼.712, slika 3K) in pTrkB (Welchov testF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, slika 3K ).

Post hoc analiza je pokazala, da je bil ta učinek samo posledica povečanja ravni po zdravljenju z rTMS v primerjavi s kontrolami za TrkB (p ¼ 0.001) in pTrKB (Games-Howell p=0,037) .

Ker ni bilo razlike v deležu pTrKb proti TrkB (slika 3K), to nakazuje, da je za razliko od hipokampusa sprememba pTrkB posledica splošnega povečanja TrKB.

Končno smo raziskali učinek stimulacije rTMS na povečanje in vzdrževanje sinaptičnih povezav v predelih možganov, ki so vključeni v ORT. Uporabili smo imunohistokemijo za določitev kolokaliziranih presinaptičnih (SV2A) in postsinaptičnih (PSD95) točk, da bi pokazali delež aktivnih, povezanih sinaps na teh področjih.

Na splošno je prišlo do spremembe v številu kolokaliziranih sinaps v CA1 regiji hipokampusa (OneWay ANOVA F(2,16)=4,231 p=0.038, hp2¼.377, slika 4a ), EC (enosmerna ANOVA F(2,16) ¼ 4,658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, slika 4c) in PC (enosmerna ANOVA F(2,16) ¼ 7,895 , p=0,006, hp2 =,548, slika 4d).

Tako v regiji CA1 kot v PC je prišlo do povečane kolokalizacije v skupini TMS do CONTROL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), vendar je v ES prišlo do povečanja glede na CONTROL v obeh skupinah SHAM (p=0,047) in TMS (p=0,022), kar kaže na splošni učinek testa obnašanja v tej regiji z majhnim učinkom zdravljenja. V FC nismo opazili bistvenih sprememb.

4. Razprava

Naši rezultati kažejo, da rTMS, če ga damo med kodiranjem in iskanjem, izboljša spomin v ORT pri miših. Ti rezultati odražajo študije na ljudeh, ki so pokazale podoben učinek post-kodiranja TMS ali drugih oblik neinvazivne možganske stimulacije na izboljšanje spomina [2,3].

Študije na glodavcih so se v preteklosti osredotočale predvsem na vnaprejšnje kodiranje rTMS za izboljšanje spomina [29e32], zato nevrobiološki mehanizmi konsolidacije, usmerjene na rTMS, čeprav je za specifično izboljšanje spomina učinkovitejši od drugih časovnih točk stimulacije [1], niso bili raziskani.

Indikator obstojnega LTM je nastanek močnih, stabilnih sinaptičnih povezav. Tako pri PC kot pri CA1 so samo miši, ki so imele rTMS, imele povečane sinaptične povezave v primerjavi z mišmi CONTROL, medtem ko miši SHAM niso imele.

PC in hrbtni CA1 sta pomembna v spominu za prepoznavanje objektov prek različnih mehanizmov [33]. Medtem ko je PC vključen v prepoznavanje predmetov na podlagi njihove novosti ali poznanosti, je hipokampus vključen v kodiranje specifičnih informacij o predmetu iz senzoričnih dražljajev v spomin [33e35]. Ker sta imeli obe regiji povečane sinaptične povezave pri miših rTMS, kar je izboljšalo spomin, to nakazuje, da je stimulacija ohranjala obe pomembni povezavi na teh območjih, ki kodirajo informacije o objektu in poznavanje.

Ena najbolj osupljivih bioloških sprememb, ki smo jih opazili, je bilo povečanje izražanja GluR2 v sinapsi hipokampusa, potem ko je zdravljenje z rTMS izboljšalo spomin v primerjavi z zmanjšanjem pri miših SHAM.

To je bilo v nasprotju z zelo malo spremembo izražanja GluR1. Prejšnje študije so pokazale, da so receptorji GluR2 pomembni za shranjevanje LTM in da je odstranitev receptorjev GluR2 iz sinapse vključena v pozabljanje [36]. Nasprotno pa blokiranje endocitoze GluR2 preprečuje pozabljanje neeksperimentalnih nastavitev [37].

Bilo je le nekaj študij, ki so pokazale nasprotujoče si dokaze o učinku rTMS na receptorje GluR2 [26,38,39]. Verjamemo, da naši rezultati kažejo edinstven učinek, saj je bil rTMS združen z učno nalogo, ki je povzročila pozabo in izgubo receptorjev GluR2 pri miših SHAM.

Zato smo prvič pokazali, da lahko rTMS spodbuja stabilnost receptorjev GluR2 v sinapsi glede naloge prepoznavanja objektov, kar je, kot je prikazano v prejšnji literaturi, pomembno za ohranjanje spomina [36,37].

Zanimivo je, da je bil v FC rTMS povezan s povečanjem TrkB in fosforilacijo TrKB, medtem ko je v hipokampusu spominska naloga zmanjšala izražanje pTrkB. Kinetika TrkB v sinapsi je odvisna od številnih dejavnikov, saj se lahko TrkB internalizira v sinapsi, ko se BDNF veže [40].

Vendar pa daljša obdobja aktivacije BDNF povzročijo stabilno regulacijo TrkB, medtem ko prehodni BDNF poveča TrkB le začasno [41]. Zato je lahko različno izražanje FC in hipokampusa TrkB pokazatelj regionalno specifičnih učinkov BDNF.

V hipokampusu je morda prišlo do internalizacije TrkB tako pri miših SHAM kot TMS kot odziv na vedenjski test, saj je lahko izvajanje testne faze povzročilo določeno stopnjo ponovnega učnega dogodka v obeh skupinah, kar bi aktiviralo kratek odziv BDNF [42e44]. ]. Medtem ko so v FC, kot so prejšnje študije pokazale neposredno povečanje BDNF zaradi rTMS [18e20], je vztrajno povečanje BDNF zaradi stimulacije v treh dneh morda spodbudilo regulacijo in translokacijo TrkB v sinapso [41].

Poleg tega se učinek vedenjskega testa, ki povzroča internalizacijo TrkB, ne bi zgodil v FC, kot se je zgodil v hipokampusu, saj FC ni vključen v spomin za prepoznavanje [45e47]. To smo dokazali tudi v naši študiji, saj v tej regiji ni bilo sprememb v sinaptičnih povezavah. Prihodnje študije bi morale podrobneje raziskati učinke rTMS v primerjavi z učinki vedenjskih testov, da bi določili ta natančen mehanizem.

Iz naših rezultatov se zdi, da obstaja močna povezava med CREB in izboljšano zmogljivostjo spomina pri miših, ki so prejele rTMS. Na splošno smo opazili povišane ravni CREB in njegove fosforilacije v hipokampusu in FC. Ta rezultat je mogoče povezati s prejšnjimi raziskavami, ki so prav tako pokazale sposobnost rTMS, da poveča izražanje CREB in njegovo fosforilacijo [20,21].

Povečan pCREB je pomemben za transkripcijsko aktivnost, ki je potrebna za pretvorbo kratkoročnega spomina v stabilen LTM [48e50], blokiranje CREB pa preprečuje konsolidacijo spomina v urah, ki sledijo učnemu dogodku [51]. Zato bi bilo na stopnji konsolidacije pomembno, če bi rTMS lahko povečal pCREB. Vendar pa je vloga podaljšane aktivacije CREB manj jasna.

Ta študija kaže, da je bila fosforilacija CREB povezana z izboljšanim spominom in je zato lahko pomembna pri izboljšani zmogljivosti spomina, ki smo jo videli pri miših, zdravljenih z rTMS.

Aktivacija CREB lahko izvira iz številnih sinaptičnih poti. Na žalost ta študija ni določila natančne poti, ki bi povzročila povišan pCREB. Fosforilacija CAMKII je bila povečana tako v hipokampusu kot v FC, kar bi lahko povzročilo povečano fosforilacijo CREB [9e11].

Ker rTMS spremeni ravni Ca2þ znotraj nevronov [18], je ta aktivacija CAMKII morda zagotovila neposredno pot za aktiviranje CREB, poleg tega je bila aktivacija CAMKII neposredno povezana z aktivnostjo GluR2 [52].

Vendar so imele v FC miši SHAM tudi povišan CAMKII, ne pa tudi CREB ali GluR2. Sinaptično barvanje je razkrilo, da ima hipokampus večjo vlogo pri spominu na prepoznavanje predmetov kot FC, zato so morda vključene druge regulacijske poti, ki podpirajo aktivacijo CREB iz CAMKII po rTMS v hipokampusu in ne FC. Iz te študije je težko razbrati razlikovati, ali so bile izboljšave zaradi rTMS izključno posledica stimulacije, dane 3 h po kodiranju, ali stimulacije, dane v 72-h.

Singularni konsolidacijski dražljaji so učinkoviti pri izboljšanju spomina v poskusih na ljudeh [3], vendar je v študijah na glodavcih dosledna reaktivacija spominskih poti bistvena za vzdrževanje LTM [17].

Poleg tega iz rezultatov te študije ne moremo ugotoviti, ali je izboljšan spomin ali nevrobiokemične spremembe posledica stimulacije rTMS med fazo konsolidacije, ki izboljšuje konsolidacijo spomina, ali je obstajal sekundarni mehanizem, ki je spremenil priklic spomina neodvisno od konsolidacije.

Rezultati te študije kažejo tako kratkoročne spremembe fosforilacije proteinov, ki so potrebne zaradi sinaptične konsolidacije, kot dolgoročne spremembe stabilnih sinaptičnih povezav, potrebnih za vzdrževanje spomina. Zato bo za prihodnje študije pomembno primerjati učinek različnih stimulacijskih časovnih točk in kontrolnih skupin brez sondiranja, da se določijo natančni mehanizmi.

5. Zaključek

Rezultati skupaj kažejo, da lahko rTMS s spodbujanjem večjega sinaptičnega GluR2 in preprečevanjem njegove endocitoze ter ohranjanjem sinaptičnih povezav v PC in hipokampalnem CA1 izboljša spomin pri testu prepoznavanja objektov.

Našli smo dokaze, da so te spremembe morda povezane s potmi CAMKII in CREB v hipokampalnih nevronih. Ti rezultati dodatno utrjujejo zagotavljanje rTMS v konsolidacijski fazi za LTM in spreminjanje sinaptične plastičnosti, kar bi lahko imelo večje posledice na področju klinične nevromodulacije, ne samo za izboljšanje spomina, ampak tudi v primerih, kjer je večje zadrževanje informacij koristno, na primer pri psihoterapiji [53].

Prihodnje študije bi lahko uporabile podobne metode za primerjavo konsolidacije in vzdrževalne stimulacije za neposredno določitev molekularnega mehanizma, ki prispeva k učinku, kot tudi za določitev, ali bi ta učinek lahko razširili s podaljšanim vzdrževanjem rTMS.

Izjava o avtorskem prispevku CrediT

AM Heath: Konceptualizacija, Formalna analiza, Preiskava, Pisanje izvirnega osnutka. M. Brewer: Preiskava. J. Yesavage: nadzor, pisanje e recenzij in urejanje. MW McNerney: nadzor, viri, pridobivanje sredstev, pisanje e recenzije in urejanje.

Zahvala

Avtorji bi se radi zahvalili dr. Eugeniji Poh, ker je posredovala svojo sliko za uporabo v rokopisu. Avtorji bi radi tudi Ass. Prof. Jennifer Roger za zagotavljanje tuljav TMS po meri, uporabljenih v tej študiji.

To delo je podprlo Ministrstvo za veteranske zadeve [številka donacije 5IK2BX004105-2]. Informacije v tem dokumentu ne predstavljajo stališč vlade Združenih držav, Ministrstva za veteranske zadeve ali Medicinske fakultete Univerze Stanford.

Reference

[1] Yeh N, Rose NS. Kako se lahko transkranialna magnetna stimulacija uporablja za modulacijo epizodnega spomina?: sistematični pregled in meta-analiza. FrontPsychol 2019; 10: 993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Izboljšanje zmogljivosti spomina z rTMS pri zdravih osebah in posameznikih z blago kognitivno okvaro: vloga desnega dorzolateralnega prefrontalnega korteksa. Front Hum Neurosci 2012; 6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Censor N, Mishoe J, Cohen LG. Vzročna vloga prefrontalnega korteksa pri krepitvi epizodnih spominov s ponovno konsolidacijo. Curr Biol 2013; 23: 2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Stimulacija posteriorne kortikalno-hipokampalne mreže poveča natančnost spominjanja spomina. Curr Biol 2017; 27: 465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Vztrajnost shranjevanja dolgoročnega spomina zahteva pozno sintezo beljakovin in od BDNF odvisno fazo v hipokampusu. Neuron 2007; 53: 261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturne komponente sinaptične plastičnosti in konsolidacije spomina. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015; 7: a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. O vlogi hipokampalne sinteze beljakovin pri konsolidaciji in ponovni konsolidaciji spomina na prepoznavanje predmetov. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. Preprosta vloga BDNF pri učenju in spominu? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W, et al. Fosforilacija CREB, posredovana s CaMKII, je vključena v transkripcijo mRNA BDNF, ki jo povzroča Ca(2þ), in izraščanje nevrita, ki ga spodbuja električna stimulacija. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalizacija od sinapse do jedra: postsinaptična fosforilacija CREB med več oblikami hipokampalne sinaptične plastičnosti. Neuron 1996; 16: 89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Za plastičnost specifična fosforilacija CaMKII, MAP-kinaz in CREB med poznim LTP v rezinah hipokampusa podgan in vitro. Nevrofarmakologija 2005; 49: 477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC, et al. Mehanizem od Ca2þ/kalmodulina odvisne kinaze II regulacije AMPAreceptorskega prehoda. Nat Neurosci 2011; 14: 727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com