1-qism: Sichqonchaning o'ziga xos modeli erta hayot mashqlari Hipokampal xotira va sinaptik plastisiyani ta'minlaydi

qo'shimcha ma'lumot uchun:ali.ma@wecistanche.com

Iltimos, 2-qismga bu yerni bosing

Autumn S. ivy1,4 ✉, TimYu1, Enikö Kramár3,4, Sonia Parievsky2, Fred Sohn2 & thaoVu2

jismoniy mashqlar o'rganishning kuchli modulatoridir vaxotira. Jismoniy mashqlarning kognitiv afzalliklariga asoslangan mexanizmlar kattalar kemiruvchilarda yaxshi hujjatlashtirilgan. Gippokampal kamolotning postnatal davrlarini (ayniqsa, sinaptik qayta tashkil etish va plastisiya davrlarini maqsad qilib olgan) mashqlarni o'rganish yo'q. Biz erkak va urg'ochi sichqonlarda mashqlar hipokampalga doimiy ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan muhim davrlarni aniqlash uchun mo'ljallangan erta hayot mashqlari (ELE) modelini tavsiflaymiz.xotirava sinaptik plastika. Sichqonlar tug'ruqdan keyingi uchta davrda yugurish g'ildiragiga erkin kirishdi: tug'ruqdan keyingi 4-hafta (balog'atga etmagan bolalar ELE, P21-27), 6-postnatal hafta (o'smirlik ELE, P35-41) yoki tug'ruqdan keyingi 4- -6haftalar (balog'atga etmaganlar-o'smirlar). ELE, P21-41). Barcha mashqlar guruhlari ELE davomida yugurish masofalarini oshirdilar. Eshikdan past o'rganish stimuliga duchor bo'lganda, juv ELE va juvadol ELE uzoq muddatli shakllangan.xotiraob'ektning joylashuvi uchunxotiraO'tirgan va adol ELE sichqonlari esa buni qilmagan. Elektrofiziologik tajribalar balog'atga etmagan o'smirlar ELE guruhidagi hipokampal CA1da uzoq muddatli kuchayganligini aniqladi. I/U egri chiziqlari ham sezilarli darajada modulyatsiya qilingan

ELE dan o'tkazilgan barcha sichqonlarda. Bizning natijalarimiz shuni ko'rsatadiki, erta hayot mashqlari, ayniqsa tug'ruqdan keyingi 4-haftada, hipokampalni faollashtirishi mumkin.xotira, sinaptik plastisit va hipokampal kamolotning postnatal davrlarida yuzaga kelganda hipokampal qo'zg'aluvchanlikni o'zgartiradi.

ga bosingXotirani yaxshilash uchun Cistanche herba

Balog'at yoshidagi mashqlar odamlarda ham, kemiruvchilarda ham kognitiv funktsiyalarni yaxshilashda yuqori samara beradi1,2. Bolalarda klinik tadqiqotlar yuqori jismoniy faollik darajasini ishning yaxshilanishi bilan ijobiy bog'laydixotira 3, akademik samaradorlik4 va tizimli miya salomatligi5. Kattalar kemiruvchilardan foydalangan holda klinikadan oldingi mashqlar modellari mashqlar hipokampusga bog'liqligini yaxshilashi mumkin bo'lgan asosiy neyrobiologik mexanizmlarni aniqladi.xotira: mashqlar neyrogenezni6, vaskulyarizatsiya7, sinaps raqami8ni kuchaytiradi, DG9-11da uzoq muddatli potentsiallanishni (LTP) osonlashtiradi (lekin urg'ochi sichqonlarga nisbatan 12-ga qarang) va ba'zi hollarda CA113,14 maydoni (lekin 15-ga qarang) va bir nechta sinaptik genlarni va oqsillar, shu jumladan asosiy plastisiyani modulyatsiya qiluvchi o'sish omili miyadan olingan neyrotrofik omil (BDNF; 16,17). Jismoniy mashqlar rivojlanayotgan miyada o'xshash plastisiya mexanizmlarini jalb qilishi mumkinligi haqida ba'zi dalillar mavjud18, ammo erta hayot mashqlarining neyrobiologik oqibatlariga qaratilgan tadqiqotlar etishmayapti. Shunday bo'lsa-da, hayotning erta rivojlanish davrlarida jismoniy mashqlar ta'siri eng uzoq muddatli foyda keltirishi mumkin.xotirava butun umr davomida kognitiv qobiliyat19.

Balog'at yoshidagi jismoniy mashqlarning kognitiv va neyrotrofik ta'siri o'tkinchi bo'lib, kunlar va haftalar ichida yo'qoladi. Misol uchun, bitta tadqiqot kattalar kalamushlarini uch hafta davomida mashq qildi, so'ngra mashqlar to'xtatilganidan ikki hafta o'tgach, kognitiv testni o'tkazdi. Tese kalamushlari zaifroq edixotiraMashqdan keyin ikki hafta davomida harakatsiz bo'lgandan keyin radial qo'l labirintidagi vazifani bajarish. Ushbu mablag' bilan birgalikda BDNF mRNK va gippokampdagi oqsilning bosqichma-bosqich qisqarishi, natijada mashqlar to'xtatilgandan 14 kun o'tgach, boshlang'ich darajaga qaytdi20. Bundan farqli o'laroq, so'nggi tadqiqotlar erta hayot mashqlariga qaratilgan va bu fazoga foyda keltiradixotirava gipokampal plastisiya mashqlar o'smirlik davrida boshlanganda balog'at yoshiga qadar saqlanib qoladi21-23. Bu o'smirlik mashqlari tajribasining o'rganish va xotiraga doimiy ta'sirini taklif qiladi24. Erta hayot mashqlari tajribasi neyron funktsiyasi, hipokampal plastika va xatti-harakatlardagi barqaror o'zgarishlarga yordam beradigan aniq vaqtinchalik oynalar hali to'liq o'rganilmagan.

Sutemizuvchilarning miyasi mintaqaga va funktsional tarmoqqa xos tarzda uzoq davom etadigan postnatal rivojlanishdan o'tadi25,26. Odamlarda hipokampus ichidagi neyronal differentsiatsiya va sinaptogenez 1 Pediatriya bo'limiga etadi, Kaliforniya universiteti-Irvine tibbiyot maktabi, Irvine, AQSh. 2 Biologiya fanlari maktabi, Kaliforniya-Irvine universiteti, Irvine, AQSH. 3 Neyrobiologiya va xulq-atvor bo'limi, Kaliforniya-Irvine universiteti, Irvine, AQSH. 4 Ta'limning neyrobiologiyasi markazi vaXotira, Irvine, CA, AQSH. ✉ elektron pochta:aivy@uci.edu

3-5 yoshdagi kattalar darajasi27, ya'ni bolalar ishonchli tarzda uzoq muddatli fazoni shakllantirishlari mumkin bo'lgan vaqt.xotira28. Kemiruvchilarda gippokamp sinaps zichligi va zanjirni takomillashtirish bo'yicha 3-4-haftalarda (29,30-da ko'rib chiqilgan) muhim bosqichlarga erishadi, bu barqaror uzoq muddatli potentsiallikning rivojlanishi (LTP31,32) va o'rganish va o'rganishning o'rnatilishi bilan bir vaqtga to'g'ri keladi.xotirafunktsiyalari33,34. Postnatal miya kamolotining o'ziga xos xususiyati sinaptik ortiqcha ishlab chiqarish va keyinchalik kesish35 bo'lib, bu rivojlanish jarayonlarini atrof-muhit tajribasiga juda sezgir qiladi36. Postnatal neyrorivojlanishning normal jarayonlari, ehtimol, gen ekspresyonining o'ziga xos faoliyat va tajribaga bog'liq naqshlari bilan boshqariladi, bu oxir-oqibatda zanjirlar ichidagi hujayra funktsiyasi haqida ma'lumot beradi37,38. Shunday qilib, sichqonchaning biologik modellaridan foydalangan holda, hipokampalning strukturaviy va funktsional etukligining belgilangan davrlarini maqsad qilib qo'yish maqsadga muvofiqdir, bunda postnatal rivojlanishning vaqtinchalik oynalari paydo bo'ladi, bu orqali hipokampal funktsiya jismoniy mashqlar tajribasi bilan doimiy ravishda o'zgarishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda biz sichqonlarning erta rivojlanish davrlarida (erta hayot mashqlari yoki ELE) ixtiyoriy jismoniy faoliyat modelini ishlab chiqdik, bu postnatal hipokampal kamolot davridagi mashqlar vaqti kognitiv rivojlanishda doimiy foyda keltirishi mumkinligi haqidagi gipotezani hal qilish uchun. funktsiya va sinaptik plastisiya. Biz sichqoncha hayotining 4-haftasini (21-27-sonli tug'ruq kunlari) o'smirlik davridan (39,40-da ko'rib chiqilganidek, tug'ruqdan keyingi 5 -6hafta) "balog'atga etmaganlik" davri deb nomlaymiz. Biz balog'atga etmagan davrda mashq qilayotgan erkak va urg'ochi sichqonlar gippokampga bog'liq bo'lgan fazoviylikni namoyish qilishini ko'rsatamiz.xotirauzoq muddatli potentsialning kuchayishi va sinaptik qo'zg'aluvchanlikning o'zgarishi. Muhimi, bizning ELE modelimiz neyronlarning funktsiyasi va xatti-harakatlariga doimiy ta'sir qilish uchun ELE tomonidan jalb qilingan vaqtinchalik o'ziga xos molekulyar mexanizmlarni ochish uchun ishlatilishi mumkin.

Natijalar

Erta hayot mashqlari (ELE) sichqoncha modelining yugurish harakati va vazn ortishi xususiyatlari. Ushbu modeldagi ixtiyoriy mashqlarning rivojlanish vaqtini hisobga olgan holda, biz vazn ortishi va vaqt oralig'ida masofa bo'yicha jinsga xos va yugurish guruhiga xos muhim farqlar bo'lishini taxmin qildik. Bu farqlar erta hayotdagi mashqlar ta'sirining vaqtiga (balog'atga etmagan va/yoki o'smirlik) va davomiyligiga (1- yoki 3- hafta) bog'liq bo'ladi. Erkak va urgʻochi sichqonlar yo toʻgʻridan-toʻgʻri ishlaydigan gʻildiragi boʻlmagan (sed), P21 (juv ELE va juv-Adol ELE guruhlari) da yuguruvchi gʻildirak bilan jihozlangan yoki P35 (adol ELE guruhi, 2-rasm)gacha yuguruvchi gʻildiraksiz kataklarga joylashtirildi. 1a). Sichqonlarning alohida guruhi P21-41 (sta) davrida statsionar g'ildirak bilan joylashtirilgan. ELE sichqonlariga bir hafta (juv ELE va Adol ELE guruhlari) yoki uch hafta (juv-Adol ELE guruhi, 1a-rasm) ishlashga ruxsat berildi. Ijtimoiy izolyatsiya stressi ta'sirini oldini olish uchun barcha sichqonlar juft-joylashtirildi41. Sichqonlar qorong'u fazada yugurishga moyil edi. Barcha yugurish guruhlari uchun mashqlar ta'siri sichqonlarda o'smirlik davridagi o'sish sur'atlaridan oldin yoki vaqtida sodir bo'lgan (odatda tug'ruqdan keyingi 4-haftada sodir bo'ladi), shuning uchun P21 va P42 o'rtasida ortgan vazn sed va ELE guruhlari bo'yicha taqqoslandi. va jinslar o'rtasida. Ikki tomonlama ANOVA jins va ELE guruhi o'rtasidagi sezilarli o'zaro ta'sirni aniqladi, bu ELE jinsga bog'liq bo'lgan vazn ortishiga differentsial ta'sir ko'rsatishini ko'rsatdi (1b-rasm; F(4,94)=2.48, p {{26} }.049). Post hoc bir nechta taqqoslash shuni ko'rsatdiki, erkaklarda juv-Adol ELE sichqonlari faqat ELE sichqonlariga qaraganda sezilarli darajada kamroq vazn ortishiga ega (p=0.045). Statsionar g'ildirak (sta) bilan joylashtirilgan urg'ochi sichqonlar sed (p=0.0005), juv-Adol ELE (p=0.0007) va adol ELE urg'ochi sichqonlariga (p) qaraganda sezilarli darajada ko'proq vazn ortishiga ega edi. < 0,0001).="" tese="" topilmalari="" shuni="" ko'rsatadiki,="" balog'atga="" etmagan="" o'smirlik="" davrida="" ele="" ta'sirining="" uzoq="" davom="" etishi="" (uch="" hafta)="" erkak="" sichqonlarda="" vazn="" ortishini="" sezilarli="" darajada="" kamaytiradi,="" urg'ochi="" sichqonlarda="" esa="" statsionar="" g'ildirakning="" mavjudligi="" yugurmasdan="" o'tirgan="" kataklardagi="" sichqonlarga="" qaraganda="" ko'proq="" vazn="" ortishiga="" olib="" keldi.="" o'smirlik="" davrida="" yugurgan="" g'ildirak="" va="">

Keyin biz uchta ELE guruhimizdagi kunlik va kümülatif yugurish masofalarida jinsiy farqlar bormi degan savolga murojaat qildik. Jul-adol ELE erkak va urg'ochi sichqonlari 3 hafta davomida kunlik yugurish masofasini asta-sekin oshirdi (1c-rasm). Ikki tomonlama takroriy o'lchovlar ANOVA tug'ruqdan keyingi kunning sezilarli ta'sirini aniqladi (F(3,57)=41.95, p < 0.00{{="" 58}}1)="" va="" jinsiy="" aloqa="" bilan="" sezilarli="" o'zaro="" ta'sir="" (f(20,400)="2.15," p="0.003)." jinsning="" kundalik="" yugurish="" masofasiga="" mustaqil="" ta'siri="" yo'q="" (f(1,20)="0.15," p="0.70)," jami="" yugurish="" masofasida="" ham="" jinslar="" o'rtasida="" sezilarli="" farq="" yo'q="" (f(1,20)="0." p="0.70)." qisqaroq="" (1-hafta)="" yugurgan="" sichqonlarning="" mashqlar="" harakatini="" baholashda="" biz="" tug'ruqdan="" keyingi="" kunlar="" juv="" ele="" sichqonlarida="" kunlik="" yugurish="" masofasiga="" sezilarli="" ta'sir="" ko'rsatishini="" aniqladik="" (1d-rasm;="" f(3,51)="" {="" {29}}.93,="" p=""><0.0001). jinsiy="" aloqaning="" yugurish="" masofasiga="" mustaqil="" ta'siri="" (f(1,15)="1.11," p="0.31)" va="" o'zaro="" ta'sir="" (f(6,90)="1" bo'lmagan.="" 20,="" p="0.31)." aksincha,="" adol="" ele="" sichqonlari="" tug'ruqdan="" keyingi="" kun="" x="" jinsining="" statistik="" jihatdan="" muhim="" o'zaro="" ta'siriga="" ega="" edi="" (1e-rasm;="" f(6,84)="4.77," p="0.0003)." adol="" ele="" ayol="" sichqonlari="" o'smirlik="" davrining="" oxiriga="" kelib="" kamroq="" yugurish="" tendentsiyasiga="" ega="" bo'lsa-da,="" bu="" ahamiyatli="" emas="" (p=""> 0,05). Boshqa barcha yugurish guruhlari singari, adol ELE sichqonlari ham tug'ruqdan keyingi kunlarda yugurishlarini sezilarli darajada oshirdi (F(4,58)=24,87, p <0,0001). keyingi="" haftalik="" yuguruvchilarda="" kunlik="" va="" jami="" yugurish="" masofalarini="" solishtirdik,="" natijada="" yugurish="" masofasi="" adol="" ele="" sichqonlari="" juv="" ele="" sichqonlariga="" (jinsidan="" qat'iy="" nazar)="" nisbatan="" sezilarli="" darajada="" kattaroq="" bo'lishini="" kutdik,="" ularning="" rivojlanish="" bosqichi="" va="" tana="" massasi="" farqi="" hisobga="" olindi.="" ishlaydigan="" qafaslar.="" tere="" juv="" va="" adol="" ele="" guruhlarida="" umumiy="" yugurish="" masofasida="" jinsiy="" farqlar="" yo'q="" edi="" (1f-h-rasm);="" biroq,="" ularning="" tegishli="" yugurish="" davrlarida="" bosib="" o'tgan="" yig'indisi="" masofa="" juv="" ele="" guruhi="" bilan="" solishtirganda="" adol="" ele="" guruhida="" sezilarli="" darajada="" kattaroq="" bo'lgan="" va="" bu="" ikkala="" jinsga="" ham="" tegishli="" (erkaklar:="" t(15)="11.96," p="">< 0,0001;="" ayollar:="" t(14)="4,69," p="0,0004)." jismoniy="" mashqlar="" ta'sirining="" davomiyligi="" davomida="" har="" bir="" katak="" uchun="" o'tkazilgan="" umumiy="" masofalar="" quyidagicha="" edi:="" juv-adol="" ele="" sichqonlari;="" erkaklar="87,8" ±="" 6,9="" km,="" ayollar="92,2" ±="" 9,3="" km;="" juv="" ele="" sichqonlari;="" erkaklar="14,7" ±="" 1,8="" km,="" ayollar="12,29" ±="" 1,2="" km;="" adol="" ele="" sichqonlari;="" erkaklar="53,6" ±="" 2,8="" m,="" ayollar="41,8" ±="" 6,2="" km.="" xulosa="" qilib="" aytganda,="" barcha="" yuguruvchi="" guruhlar="" va="" sichqonlarning="" ikkala="" jinsi="" vaqt="" o'tishi="" bilan="" yugurish="" masofalarini="" asta-sekin="" va="" sezilarli="" darajada="" oshirdi.="" yugurish="" davridagi="" ixtiyoriy="" yugurishning="" umumiy="" miqdori="" erta="" hayot="" mashqlari="" qachon="" boshlanganiga="" bog'liq="" edi="" (balog'atga="" etmaganlik="" davrida="" va="" o'smirlik="">

Balog'atga etmagan bolalarning jismoniy mashqlari uzoq muddatga yordam beradixotiraerkak va urg'ochi sichqonlarda ham doimiy tarzda. Oldingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, kattalar sichqonlarida uzoq muddatli xotirani mashq qilish natijasida yaxshilanish uchun kamida 2-3 hafta mashq qilish kerak42,43; ammo, o'rganish va foyda uchun mashqlar minimal miqdori zarurxotirabalog'atga etmagan va o'smir sichqonlarda aniqlanmagan. Bundan tashqari, in

Shakl 1. Eksperimental dizayn, yugurish xulq-atvori va dastlabki mashqlar modelidagi vazn tendentsiyalari. (a) Eksperimental dizayn diagrammasi. P21da sutdan ajratilgandan so'ng, juv ELE va juv-adol ELEdagi yovvoyi tipdagi erkak va urg'ochi sichqonlar 1 hafta (juv ELE) yoki 3 hafta (juv-adol ELE) ixtiyoriy yugurish g'ildiraklari bilan jihozlangan kataklarga joylashtirildi. Adol ELE sichqonlari P35-da qafaslarga joylashtirildi va 1 hafta davomida erkin ishlashga ruxsat berildi. Keyin barcha sichqonlar ob'ekt joylashgan joyda sinovdan o'tkazildixotira(OLM) yoki elektrofiziologiya tadqiqotlari uchun qurbon qilingan. (b) ELE davrida erishilgan vaznda sezilarli farq erkak juv ELE va juvadol ELE guruhlari o'rtasida kuzatildi. Urg‘ochi statsionar sichqonlar sedentary, juv-adol ELE va adol ELE sichqonlariga qaraganda sezilarli darajada ko‘proq vaznga ega bo‘ldi. (c-e) Barcha ELE sichqonlari yugurish g'ildiragiga kirishning dastlabki davrida yugurish masofasini sezilarli darajada oshirdi. (f-h) Hech qanday ELE guruhida umumiy yig'ma masofada jinsiy farqlar yo'q. Ma'lumotlar bir tomonlama ANOVA yordamida post-hoc taqqoslash yoki Student t-testlari yordamida tahlil qilindi: **p 0 dan kichik yoki unga teng.01 va ***p dan kichik yoki teng 0,001. n=8–guruhga 12 ta mashq qafas, har bir katakka 2 sichqon. Biorender.com akademik obunasi bilan yaratilgan eksperimental dizayn diagrammasi.

kattalar sichqonlari, jismoniy mashqlar bilan bog'liqxotiraJismoniy mashqlar to'xtatilgandan keyin 3 kundan keyin foyda yo'qoladi43. ELE gippokampalga foyda keltiradimixotirajismoniy mashqlar to'xtatilgandan keyin kattalar sichqonlariga qaraganda uzoqroq (yoki qisqaroq) muddatga javob berilmagan savol. Shunday qilib, biz quyidagi gipotezalarni sinab ko'rdik: 1) o'rganish stimuli odatda uzoq muddat uchun etarli emasxotiraO'tirgan yovvoyi tipdagi sichqonlarda shakllanish ELE dan keyin etarli bo'lishi mumkin (balog'at yoshidagi 2-3 haftalik mashqlardan keyin bo'lgani kabi) va 2) balog'atga etmagan va/yoki o'smirlik davridagi mashqlarning erta hayot vaqtiga doimiy ta'sir qiladi. uzoq muddatda ELE bilan bog'liq yaxshilanishlarning davomiyligixotira.

Shakl 2. Voyaga etmagan o'smirlar ELE natijalari yangi ob'ektni tanib olishni yaxshilaydixotiraerkak va urg'ochi sichqonlarda. (a) OLM eksperimental dizayn diagrammasi. (b, c) Odatlanish tahlili shuni ko'rsatdiki, erkak va urg'ochi o'smir sichqonlari guruhdan qat'i nazar, OLM kameralariga o'xshash tarzda odatlangan, bu sinovlar davomida bosib o'tgan masofani sezilarli darajada qisqartirishi bilan ko'rsatilgan. (d) OLM ni {0}} daqiqada oʻqitilgan erkak va urgʻochi sichqonlar obʼyekt kamsitishini koʻrsatmadi. (e) OLM sinovi paytida barcha sichqonlar yangi joylashtirilgan ob'ektni sezilarli darajada o'rganishni namoyish etdilar va guruhlar o'rtasida DIlarda sezilarli farqlar yo'q edi. (f) 10-daqiqiy oʻqitilgan sichqonlarda OLM sinovi davomida umumiy tadqiqotda farq yoʻq. (g) OLMni olish jarayonida 3- daqiqa davomida oʻqitilgan sichqonlar obʼyekt afzalligini koʻrsatmadi. (h) Juv ELE va juv-adol ELE erkak sichqonlari va juv ELE urg'ochi sichqonlari o'tirgan nazorat bilan solishtirganda yangi joyga joylashtirilgan ob'ektni afzal ko'rdilar, adol ELE sichqonlari esa yo'q. (i) OLM sinovi davomida 3-daqiqa oʻqitilgan sichqonlarda jami tadqiqot vaqtlari guruhlar yoki jinslar boʻyicha farq qilmadi. Post hoc taqqoslash va "ELE yo'q" guruhi: (*p < 0.05;="" **p="">< 0.01;=""><0.005 vs="" no="" ele)="" and="" within-group="" comparisons="" vs="" olm="" training="" di:="" (#p="" <="" 0.05;="" ##p="" <="" 0.01;="" ###p="" <="" 0.005="" vs="" training="" di).="" n="6–12" mice="" per="" group.="" experimental="" design="" diagram="" generated="" with="" biorender.com="" academic="">