Yuzaki neokorteksda uyali xotira vakillarining konsolidatsiyasi
Nov 23, 2023
XULOSA
Xotirani tadqiq qilishning asosiy tushunchasi bo'lgan tizim darajasidagi xotira konsolidatsiyasi hipokampusga bog'liq bo'lgan xotiralarni, ehtimol, kortikokortikal ulanishlar bilan kodlangan samarali hipokampusdan mustaqil shakllarga aylantirishni o'z ichiga oladi. Shunga qaramay, uyali ansambl darajasida konsolidatsiyalangan nerv kodlarining tabiati haqida juda kam narsa tushuniladi.
Tizim darajasidagi xotiralar inson hayotining boshida rivojlanadigan va vaqt o'tishi bilan chuqurlashib boradigan imtiyozlar yoki xatti-harakatlar modellarini bildiradi. Tizim darajasidagi xotira insonning fikrlashi, harakatlari va qarorlariga ta'sir qiladi. Bu ongsiz xatti-harakatlardir.
Bundan farqli o'laroq, xotira insonning ma'lumotni eslab qolish va saqlash qobiliyatini anglatadi. Yaxshi xotira bizga ko'nikmalarni o'rganishga, muammolarni hal qilishga va muvaffaqiyatga erishishga yordam beradi. Biroq, mukammal xotiraga ega bo'lish uchun bizga tizim darajasidagi xotirani qo'llab-quvvatlash kerak.
Tizim darajasidagi xotira xotiramizni yaxshilaydi, chunki u bizga yangi bilimlarni olish uchun asos yaratadi. Biz har doim yangi narsalarni o'rganganimizda, biz ularni avval o'rgangan narsalarimiz bilan bog'laymiz. Ushbu bog'liqlik yangi ma'lumotlarni yaxshiroq tushunish va eslab qolishimizga yordam beradigan mustahkam bilim tuzilmasini tashkil qiladi.
Bundan tashqari, tizim darajasidagi xotira bizning fikrlash tarzimizga ta'sir qilishi mumkin. Agar biz ijobiy, muammolarni hal qilish nuqtai nazarini rivojlantirsak, biz aniqroq va tezroq fikr yuritamiz, bu ma'lumotni saqlash va muammolarni hal qilishni osonlashtiradi. Aksincha, agar bizda salbiy, passiv munosabat rivojlansa, fikrlashimiz sekin va loyqa bo'lib, xotiramiz va o'rganish qobiliyatimizga to'sqinlik qiladi.
Shuning uchun biz tizim darajasida yaxshi xotirani rivojlantirishga harakat qilishimiz kerak, bu bizning xotiramiz va muvaffaqiyat tezligimizni yaxshilashga yordam beradi. Ijobiy yo'nalishda harakat qilish va ularni kundalik hayotimizga singdirish orqali biz yaxshi odatlarni rivojlantirishimiz mumkin, shu bilan muammolarni hal qilishda ijobiy va faol munosabatni shakllantirishimiz mumkin. Shunday qilib, biz xotiramiz va o'rganish qobiliyatimizni yaxshilash uchun tizim darajasidagi xotiradan yaxshiroq foydalanishimiz mumkin. Ko'rinib turibdiki, biz xotirani yaxshilashimiz kerak va Cistanche deserticola xotirani sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, chunki Cistanche deserticola an'anaviy xitoylik dorivor material bo'lib, u juda ko'p noyob ta'sirga ega, ulardan biri xotirani yaxshilashdir. Qiymaning samaradorligi uning tarkibidagi turli faol moddalar, jumladan kislota, polisakkaridlar, flavonoidlar va boshqalardan kelib chiqadi. Bu ingredientlar turli yo'llar bilan miya salomatligini mustahkamlashi mumkin.
Xotirani yaxshilashning 10 ta usulini bilish tugmasini bosing
Sichqonlar "virtual" fazoviy o'rganish va tegishli tajribalarning neokortikal tasvirlarini ishlab chiqish uchun buzilmagan hipokampusni talab qiladi. Biz shuni aniqlaymizki, gippokampning jiddiy shikastlanishi natijasida yuzaki korteksda yangi virtual muhit o'rganilmagan va aks ettirilmagan bo'lsa-da, operatsiyadan oldin o'rganilgan xotiralar va ularning II-III kortikal qatlamlarida siyrak va keng tarqalgan neyron ansambl tasvirlari saqlanib qoladi, bu sine qua non. xotira konsolidatsiyasi. Ushbu topilmalar kelajakda xotira konsolidatsiyasining uyali mexanizmlarini o'rganish uchun yangi oynani taqdim etadi.
KIRISH
Gippokamp shakllanishining shikastlanishi yangi, "epizodik" xotirani o'zlashtirishni jiddiy ravishda buzadi.1,2 Bu hodisa gippokampning neokortikal assotsiatsiya sohalari ierarxiyasining eng yuqori qismida joylashganligi va ularning soni bilan bog'liq bo'lishi mumkin. kortikal neyronlar ma'lum bir neyron tomonidan qo'llab-quvvatlanishi mumkin bo'lgan ulanishlar sonidan ancha oshadi (Schwindel & McNaughton, 2011, ko'rib chiqish uchun). Har qanday ikkita ixtiyoriy faol neokortikal hujayralar orasidagi zarur sinapslar, ehtimol, ilgari mavjud emas.
Neokorteks bu muammoni o'zining hozirgi faol neyronlari o'rtasida gipokampusdan yuqoridan pastga qarab umumiy naqsh orqali tez shakllangan bilvosita assotsiatsiyalar orqali yengishi mumkin. Ushbu fikrga ko'ra, har bir noyob tajriba gippokampda mos keladigan noyob, siyrak naqsh hosil qiladi, u hozirgi faol kortikal neyronlar to'plamiga kontekst yoki "indeks"'4-6 bo'lib xizmat qiladi. Bu naqshlar har bir tajribaning joylashuvi va tabiati uchun o'ziga xosdir (masalan, Leutgeb va boshqalar. 7). Gippokampdan (''indeks'') mos keladigan faol kortikal hujayralarga (''atributlar') qayta aloqa proektsiyalarida assotsiativ plastisiya. ') xotira atributlarini keyinchalik qayta tiklash imkonini beradi.
Shunday qilib, hech bo'lmaganda, xotira to'g'ridan-to'g'ri kortikal hujayralar o'rtasida emas, balki hipokampus va korteks o'rtasidagi bog'lanish sifatida kodlanadi. Ba'zi xotiralar va o'rganilgan xatti-harakatlar hech qachon buzilmagan hipokampusga bog'liqligini yo'qotmaydi; Biroq, ba'zilari vaqt o'tishi bilan hipokampal shikastlanishga chidamli bo'lib qoladi8, bu hipokampo-kortikal aloqalarni almashtirish uchun etarli bo'lgan tegishli kortiko-kortikal birikmalar vaqt o'tishi bilan rivojlanib, dominant bo'lib qoladi.
Bu jarayon, shuningdek, strukturaning xotiradan korteksning "semantik" bilimiga, 9–15, odatda, gippokampallosdan omon qolishi bilan birga bo'lishi mumkin. Ushbu xotira konsolidatsiya jarayonining xulq-atvori va gen-ekspressiyasi dinamikasi juda ko'p o'rganilgan bo'lsa-da, korteksdagi hipokampusdan mustaqil xotira tasvirlarining tabiati va joylashuvi bo'yicha uyali kodlash darajasida kam tadqiq qilingan.
So'nggi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bir qator joylarni (haqiqiy yoki virtual) kesib o'tish paytida kortikal neyronlar, ayniqsa, yuzaki korteksda, gipokampusdagi kabi siyrak, pozitsiyaga bog'liq bo'lgan asabiy faoliyat ketma-ketligini rivojlantiradi16-19.
Buzilmagan sichqonlarda pozitsiyaga bog'liq bo'lgan hujayralar korteksda yangi virtual "muhit"da bir necha seanslar ichida paydo bo'ladi, ular biriktirilgan "fazoviy" belgilarga ega treadmill kamaridan iborat20, lekin dorsal hipokampal lezyonlari bo'lgan sichqonlarda yomon rivojlanadi. 16,17 Bu erda biz operatsiyadan oldin o'rganilgan virtual muhitning yuzaki kortikal tasvirlari hipokampal lezyonlardan keyin saqlanib qolishini ko'rsatamiz, xuddi shu sichqonlar operatsiyadan keyingi yangi muhitni o'rganmaydilar va uni pozitsiyaga bog'liq hujayralar sifatida ko'rsatmaydilar. yuzaki korteksda.
NATIJALAR
Ikki fotonli Ca2+ tasviri dorsal hipokampusning ikki tomonlama lezyonlaridan oldin va keyin bir nechta vizual-taktil signallarni o'z ichiga olgan yugurish yo'lakchasi kamarlarida bosh bilan fiksatsiyalangan yugurish paytida sichqonlarda nerv faolligini qayd etish uchun ishlatilgan (1-rasm; STAR usullari). Hayvonlar hipokampalleziyadan (yoki soxta operatsiyalardan) oldin va keyin bir xil "tanish" belbog'da sinovdan o'tkazildi. "Tanish" belbog' bilan (qayta) tanishgandan so'ng operatsiyadan oldingi va keyingi (lezyon/sham) davrlar uchun turli xil belgilar to'plamlari bo'lgan "novella" kamarlari ishlatilgan. Biz uchta neokortikal sohada neyron faolligini kuzatdik: retrosplenial korteks (RSC), ikkilamchi motor korteksi va birlamchi somatosensorik korteks.
Gippokampal lezyon invirtual fazoviy muhitlar uchun mukofotlangan joylar uchun anterograd, lekin retrograd amneziyani keltirib chiqaradi.
Har bir kamarda suv mukofoti topshiriladigan ma'lum bir virtual joy bor edi (1C-rasm). Operatsiyadan oldin ikkala guruh ham tanish muhitda ham, yangi muhitda ham o'xshash xatti-harakatlarni ifodaladilar. Mashhur va yangi belbog'lardagi operatsiyadan keyingi yugurish tezligi soxta va lezyon guruhlari o'rtasida ham o'xshash edi. Operatsiyadan keyingi davrda soxta va lezyon guruhlari eksperiment davomida mukofotni yalash uchun bir xil miqdordagi urinishlar qilishdi ({{5}-rasm) chap); biroq, yangi muhitda yalashlarning taqsimlanishi guruhlar o'rtasida sezilarli darajada farq qilgan.
Soxta guruh uchun yalashlarning katta qismi tanish va yangi muhitda mukofot joyida to'plangan. Xuddi shu xatti-harakat lezyon guruhi tomonidan tanish muhitda namoyon bo'ldi; ammo, yangi muhitda, zararlangan sichqonlar asosan mukofot zonasidan tashqarida bo'lgan. (rasm 2-oʻrtada, oʻngda). Shunday qilib, operatsiyadan oldingi xotira saqlanib qoldi, ammo yangi muhitda o'rganish jiddiy ravishda buzildi. Bu xotira konsolidatsiyasi kontseptsiyasining belgilovchi xususiyati.
Kortikal neyronlar hipokampalleziyadan keyin tanish fazoviy muhitni kodlashni saqlaydi, ammo yangi muhitni kodlash amalga oshirilmaydi.
Hujayralarni "fazoviy selektiv" deb tasniflash va hujayralarni "joylarni joylashtirish" ni aniqlash uchun nisbatan liberal mezonlardan foydalandik (STAR usullariga qarang). Umuman olganda, selektivlik chegarasidan o'tgan hujayralar nisbatida uchta kortikal mintaqaning birortasida guruhlar o'rtasida (lezyon va sham) yoki atrof-muhit (F, N) farqlari yo'q edi, bu liberal mezonlar bilan umumiy 40% edi. (S3A-rasm). Biroq, yangi muhit uchun selektivlik mezonlariga javob beradigan hujayralar, umuman olganda, fazoviy jihatdan kamroq tanlangan va birgalikda lezyon guruhidagi kamarning kamroq bir xil populyatsiya kodlashini hosil qilgan (3A va 3B-rasmlar). Bu farq bitta emas, balki bir nechta joy maydoniga ega bo'lgan lezyon-guruh hujayralari nisbatlarining ortishi bilan bog'liq edi (rasm S3B).
II-III qatlam kortikal joylashuv kodlashining paydo bo'lishi fazoviy selektivlik chegarasidan o'tgan barcha hujayralar uchun har bir neyron asosida21 fazoviy axborot mazmuni o'lchovlari yordamida aniqlandi. Oxirgi lezyondan oldingi/sham seanslari va operatsiyadan keyingi birinchi seanslar o'rtasidagi 30-kunlik tanaffusda biroz unutish kutilgan edi. Haqiqatan ham, tanish muhitda fazoviy ma'lumotlar tarkibining vaqtga bog'liq degradatsiyasi (unutish) kuzatildi. ; biroq, tanish xotira lezyonda ham, soxta sichqonlarda ham seanslar davomida tiklandi, guruhlar orasidagi farq yo'q (3C-rasm). Soxta sichqonlar yangi muhitning kortikal tasvirini normal egallashini ko'rsatdi (Kamer 3); biroq, lezyon guruhi RSCdagi yangi muhitda juda kam fazoviy ma'lumotni ko'rsatdi (3C-pastki rasm). Barcha kortikal mintaqalarda neyronlarning fazoviy ma'lumotlari tanish muhit uchun soxta va lezyon o'rtasida o'xshash edi, bu miqdor yangi muhit uchun zararlanish guruhida sezilarli darajada kamaydi (3D va 3E-rasmlar).
Biz Bayes dekoderidan (STAR Methods) foydalanib, ketma-ket dekodlash xatosini hisoblash orqali aholi darajasida fazoviy kodlashning ishonchliligini aniqladik. Operatsiyadan keyingi bosqichda, dekodlangan pozitsiyaning hayvonning joylashishiga qarab taqsimlanishi, yangi muhitda zararlanish guruhidagi dekoder pozitsiyani kamroq aniq baholashini ko'rsatadi (4A-rasm). Barcha uchta kortikal mintaqada yangi muhitda dekodlash xatosi sezilarli darajada o'sdi (2 x), zararlanish guruhida, lekin soxta guruhda emas va hech qanday guruhda tanish muhitda yo'q (4B-rasm).
MUHOKAZA
Umuman olganda, hipokampal lezyonlar yangi virtual muhitni ifodalovchi pozitsiyaga bog'liq bo'lgan hujayralar paydo bo'lishiga jiddiy putur etkazgan bo'lsa-da va xuddi shunday yangi kontekstda fazoviy o'rganishni buzgan bo'lsa-da, operatsiyadan oldingi tanish muhit va mukofotning joylashuvi xotirasi saqlanib qoldi. . Zararlangan sichqonlarning yangi muhitda fazoviy tanlab otish faolligi ko'zga ko'ringan belgilar yaqinida otishmaga qaratilgan edi. Yangi muhitda shikastlangan sichqonlarda tanlanmagan yoki zaif tanlangan javoblar keng tarqalgan bo'lib, bir nechta "joy" maydonlarini keltirib chiqardi, bu esa fazoviy dekodlash xatosining oshishiga olib kelgan bo'lishi mumkin.
Shikastlanishlarning o'zi dorsal gipokampusning 50% yoki undan ko'prog'iga zarar etkazdi, ammo ventral gippokampni asosan buzilmagan holda qoldirdi (1E-rasm). Shuning uchun biz saqlanib qolgan xotira gippokampal oqimdan butunlay mustaqil bo'lgan degan xulosaga kela olmaymiz22, garchi ko'p tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bu asosan fazoviy o'rganish uchun zarur bo'lgan dorsal hipokampus23,24 va uning chiqishi retrosplenial korteksga qaratilgan.25-28 Ikkala guruh ham pasayish ko'rsatdi. Oxirgi lezyondan oldingi/sham sinovi va birinchi post-lezyon/sham sinovi o'rtasidagi 30-kun oralig'ida tanish muhit uchun fazoviy sozlashda. Bu vaqt o'tishi bilan bog'liqmi yoki jarrohlik muolajasi (masalan, behushlik) noma'lum; ammo, bu dinamikalar oldingi kodlashning bir qancha izlari saqlanib qolganligini, yangi kodlash esa buzilganligini ko'rsatadi. 30 kun davomida fazoviy sozlashning pasayishining mumkin bo'lgan tushuntirishlaridan biri shundaki, buzilmagan gippokampus korteksda yangi sinaptik birikmalar paydo bo'lishiga yordam beradi, ular vaqt o'tishi bilan samaradorligini yo'qotishi mumkin, ammo jismoniy jihatdan saqlanib qoladi, shunda ular qayta ta'sirlanganda qayta kuchayishi mumkin. tanish muhit.
Yana bir izoh shundaki, kodlash korteksning chuqur qatlamlarida saqlanib qolgan, bu tadqiqotlarda tasvirlash imkoni bo'lmagan. Ma'lumki, tanish muhitga qayta ta'sir qilish asosiy konsolidatsiya jarayonlari emas; ular sekin uyqu kabi "oflayn" davrlarda ham sodir bo'lishi mumkin.4 Biroq, birlashtirilgan jarayonlarni olish hipokampus yo'qligida qayta ta'sir qilishni talab qilishi mumkin.
Umuman olganda, hozirgi natijalar shuni ko'rsatadiki, buzilmagan hipokampus yuzaki korteksga ma'lum bir xatti-harakat va hissiy kontekstda ma'lum joylarda bo'lish tajribasining siyrak, tanlangan tasvirlarini ishlab chiqishga imkon beradi va bu paydo bo'lgan neyron kodlar hipokampal shikastlanishdan keyin ham saqlanib qoladi, yangi o'rganishni oldini olish uchun etarli. shunga o'xshash sharoitlarda asabiy va xulq-atvor darajalari. Ushbu topilmalar uzoq muddatli, hipokampusdan mustaqil xotiraning uyali va molekulyar asoslarini o'rganish uchun yangi asosni taqdim etadi.
Tadqiqotning cheklovlari
Cheklangan namuna hajmini hisobga olgan holda, tajribalarning ta'sir qilish / qayta ta'sir qilish bosqichlarida, ketma-ket ro'yxatga olish kunlarida, qiziqish uyg'otadigan uchta hududdan faqat bitta kortikal maydon oqilona statistik quvvat bilan baholanishi mumkin edi. Biz retrosplenial korteksni uning dorsal hipokampusdan to'g'ridan-to'g'ri proyeksiyalarni qabul qilishini hisobga olgan holda tanladik.25-28 Biz gippokampal lezyondan keyin retrosplenial korteksdagi tanish muhitning neyron ifodasi qayta-qayta ta'sir qilish bilan asta-sekin qayta tiklanishini kuzatdik. Biroq, bu boshqa kortikal hududlarning tezroq tiklanishi mumkinligini istisno qilmaydi.Bundan tashqari, taqsimlangan hududlar o'rtasidagi almashinuv bu tiklanishga hissa qo'shishi mumkin, agar ikki yoki undan ortiq mintaqa bir vaqtning o'zida baholanmasa, aniqlab bo'lmaydi. Gippokampal yo'qotishdan keyin turli kortikal sohalarda fazoviy xotira izlari qanday saqlanib qoladi va "qayta kuchayadi", shuning uchun aniqlash kerak.
MAQDAT
Mikroskop va chorvachilik ob'ektlarini nazorat qilish/boshqaruvi uchun doktor M. Mohajerani, logistika yordami uchun Jennifer Tarnovskiy, texnik ko'mak uchun Valeri Lapointe va Karim Ali, IT-quvvatlashi uchun WestGrid va Compute Canadaga minnatdorchilik bildiramiz. BLM NIH Research ProjectGrant dasturi (R01) tomonidan moliyalashtirilganligini tan oladi [no. NS121764], Mudofaa ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi (DARPA) [no. HR0011-18-2-0021], Kanada Tabiiy fanlar va muhandislik tadqiqotlari kengashi (NSERC) [no. 1631465] va Kanada Sog'liqni saqlash tadqiqotlari institutlari (CIHR) [no. PJT 156040]. HC Kanadada doktorantura dasturi uchun stipendiyalar (NSERC CGS-D) tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
MUALFOLAR HISSALARI
IME va BLM tajribani kontseptsiyalashtirdi. IME va ARN tajribalar o'tkazdi va ma'lumotlarni to'pladi. IME, HC va BLM ma'lumotlarni tahlil qildi va sharhladi. IME, HC va BLM qo'lyozmani yozgan, barcha mualliflar uni qayta ko'rib chiqishga yordam bergan.
MANFATLAR BAYONATI
Mualliflar o'zlarining raqobatdosh manfaatlari yo'qligini e'lon qiladilar.
ADABIYOTLAR
1. Scoville, WB va Milner, B. (1957). Ikki tomonlama gipokampal lezyonlardan keyin so'nggi xotirani yo'qotish. J. Neurol. Neyroxirurg.Psixiatriya 20, 11-21.https://doi.org/10.1136/jnnp.20.1.11.
2. Yonelinas, AP, Kroll, NEA, Quamme, JR, Lazzara, MM, Sauve´, MJ, Widaman, KF va Knight, RT (2002). Temporal lobning keng shikastlanishi yoki engil gipoksiyaning xotira va tanishlikka ta'siri. Nat.Neurosci. 5, 1236–1241.https://doi.org/10.1038/nn961.
3. Schwindel, CD va McNaughton, BL(2011). Hipokampal-kortikal o'zaro ta'sirlar va xotirani qayta faollashtirish dinamikasi. Prog. Miya Res. 193, 163–177.https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53839-0.00011-9.
4. McNaughton, BL (2010). Kortikal ierarxiyalar, uyqu va xotiradan bilim olish. Artif. Intell. 174,205–214.https://doi.org/10.1016/j.artint.2009.11.013.
5. Teyler, TJ va DiScenna, P. (1986). Hipokampal xotirani indekslash nazariyasi. Xulq-atvor. Nevrologlar. 100, 147–154. https://doi.org/10.1037/0735-7044.100.2.147.6. Teyler, TJ va Rudy, JW (2007). Hipokampal indekslash nazariyasi va epizodik xotira: indeksni yangilash. Gippokampus17, 1158–1169.https://doi.org/10.1002/hipo.20350.
7. Leutgeb, S., Leutgeb, JK, Barnes, CA, Moser, EI, McNaughton, BL va Moser, M.-B. (2005). Hipokampal neyron ansambllarida spatial va epizodik xotira uchun mustaqil kodlar. Fan 309, 619–623.https://doi.org/10.1126/science.1114037.
8. Sutherland, RJ, and Lehmann, H. (2011). Xotira konsolidatsiyasining muqobil tushunchalari va kemiruvchilarda tizimlar darajasida hipokampusning roli. Curr. Fikr. Neyrobiol. 21, 446–451.https://doi.org/10.1016/j.conb.2011.04.007.
9. Frankland, PW va Bontempi, B. (2005). Yaqin va uzoq xotiralarni tashkil qilish.Nat. Rev. Neurosci. 6, 119–130. https://doi.org/10.1038/nrn1607.10. Marr, D. (1970). Serebralneokorteks uchun nazariya. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 176,161–234.
For more information:1950477648nn@gmail.com
