Cód Comhghníomhaíochta Néarach Éigeandála Le haghaidh Cuimhne Dinimiciúla

Déan teagmháil le:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Teibí

Soláthraíonn comhghaolta néaracha na n-athróg sheachtrach cóid inmheánacha féideartha a threoraíonn iompar ainmhí. Go háirithe, tá baint ag gnéithe den chéad ordú de ghníomhaíocht néaraíoch, amhail rátaí lámhaigh aon-néaróin, le faisnéis a ionchódú. Mar sin féin, ní léir cé chomh mór agus a imríonn gnéithe ardoird, amhail comhghníomhaíocht il-néaróin, príomhróil maidir le faisnéis a ionchódú nó róil thánaisteacha chun tacú le cóid aon-néaróin. Léirímid anseo go ndéanann comhghníomhaíocht millisecond-scála ama i measc néaróin hippocampal CA1 idirdhealú ar theagmhais iompraíochta ar leith a mhaireann milleasoicindí. Ní raibh baint ag an idirdhealú teagmhasach seo le tiúnadh néaróin aonair ach ina ionad sin ba airí éiritheach dá gcomhghníomhaíocht. Rinneadh patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha a athghníomhú as líne tar éis na foghlama agus réamh-mheastar iad a n-athchur triail ar thriailcuimhnefeidhmíocht. Ina theannta sin, chuir cosc ​​optogenetic ionchuir ón réigiún CA3 in aghaidh an tsrutha go roghnach le linn faisnéis theagmhasach bunaithe ar chomhghníomhaíocht in CA1 lagaithe agus dinimiciúil ina dhiaidh sin.cuimhneaisghabháil. Aithníonn na torthaí seo comhghníomhaíocht mar phríomhghné de lámhach néarúil a dhéanann idirdhealú ar athróga agus ar thacaí sainiúla a bhaineann le hiompar.cuimhneaisghabháil.

cuimhne a fheabhsúCistancheforlíonadh

Cad iad na gnéithe de ghníomhaíocht néaraíoch a úsáideann an inchinn chun faisnéis faoin domhan seachtrach a ionchódú? Tugann neart fianaise le fios go léiríonn na rátaí lámhaigh1,2 agus airíonna tiúnta ama3,4 na néaróin aonair comhghaolta láidre le hathróga seachtracha. D'fhéadfadh na gnéithe céad-ordaithe seo de ghníomhaíocht néarúil feidhmiú mar chóid néaracha a léitear ag struchtúir iartheachtacha chun iompar a threorú ina dhiaidh sin5. Ina theannta sin, de bharr dul chun cinn i dtaifeadtaí ilaonad in vivo is féidir tuiscint bhreise a fháil ar an ról atá ag dinimic an daonra néaróin maidir le tacú le léirithe inmheánacha-, D’fhéadfadh an scála ama ag a n-eagraítear gníomhaíocht daonra a bheith ríthábhachtach. Go háirithe, cuireann sníomh comhtharlaitheach ag amscála tairiseach ama membrane néaróin (~10-30 ms do néaróin cortical) go héifeachtach le néaróin ghlacadóra iartheachtacha5,10, is féidir é a pharsáil laistigh de ascaluithe líonra a luasaíonn lámhaigh na ndaonraí néarónacha agus is féidir iad a dhéanamh. chobhsaithe go tapa trí phlaisteacht atá ag brath ar spíosraí (STDP) l1,2. Go deimhin, tá comhghníomhaíocht ar scála milleasoicindí ina sainmharc ar roinnt cód néarach5-15. Eagraíonn comhghníomhaíocht ghearr-ama den sórt sin lámhaigh néaróin le tiúnadh gaolmhar le hathróga seachtracha, rud a fhágann go n-eascraíonn léiriúcháin láidre, bunaithe ar dhaonra, atá ar aon dul leo siúd ina néaróin rannpháirteacha14,16,17. Ina theannta sin, d’fhéadfadh ról príomhúil a bheith ag comhghníomhaíocht scála milleasoicindí maidir le faisnéis a ionchódú. Is é sin le rá, féadfaidh grúpaí néaróin athróg a ionchódú mar fheidhm dá gcomhghníomhaíocht is cuma an bhfuil gach néaróin tiúnáilte don athróg seo ina n-aonar. Cé go bhfuil cur síos déanta ar an gcineál seo códaithe atá ag teacht chun cinn, bunaithe ar chomhghníomhaíocht, d’athróga atá sainithe go maith go fisiciúil amhail ionchuir agus gníomhartha céadfacha sonracha-20, níor scrúdaíodh a fheidhm chognaíoch fhéideartha.

CistancheIs féidir le Alzheimer a chóireáilsochair cistanche desert

Ós rud é go bhféadfaí cóid néaracha a chobhsú agus a aisghabháil go tapa bunaithe ar chomhghníomhaíocht amscála milleasoicindí, d’fhéadfadh cóid den sórt sin tacú le feidhmíocht iompraíochta nuair nach mór d’ainmhithe eolas suntasach a fhoghlaim go tapa agus a aisghabháil go solúbtha - próiseas ar a dtagraítear dúinn anseo mar “dinimiciúilcuimhne". Tugann fianaise inréimneach le fios go bhfuil ról suntasach ag an hippocampus d'fhoghlaim chomh tapaidh agus chomh solúbtha21-23 seo, ag tacú le samhlacha a fhrámaíonn an hippocampus mar chóras mearfhoghlama24. Ina theannta sin, eagraítear gníomhaíocht néaraíoch sa hippocampus ina phatrúin chomhghníomhaithe atá beacht ó thaobh ama15, 225. Rinneamar hipitéis, mar sin, go bhfuil príomhról san ionchódú ag patrúin comhghníomhaíochta milleasoicindí-amscála sa hippocampus.

faisnéis a bhaineann le hiompraíocht a thacaíonn le dinimiccuimhne, Chun an hipitéis seo a thástáil. d’fhorbraíomar tasc idirdhealaithe aon lae, dhá theagmhas a chomhcheangaileamar le taifeadadh ilaonad ar néaróin CAl hippocampal agus ionramháil cúiseach optaigineach ar shionapses laistigh den hippocampal. Léiríonn ár dtorthaí go bhfuil ról ag léiriúcháin éiritheach atá bunaithe ar chomhghníomhaíocht maidir le faisnéis theagmhasach a ionchódú agus tacú le haisghabháil chuimhne dinimiciúil.

1An Chomhairle Taighde Leighis Aonad Dinimic Líonra Inchinne, Roinn Nuffield na nEolaíochtaí Cliniciúla, Ollscoil Oxford, Oxford, OX1 3TH, An Ríocht Aontaithe

2Saotharlann Fiseolaíochta, Roinn na Fiseolaíochta, Forbartha agus Néareolaíochta, Ollscoil Cambridge, Cambridge, CB2 3EG, An Ríocht Aontaithe

3An Roinn Cógaseolaíochta, Ollscoil Oxford, Oxford, OX1 3TH, An Ríocht Aontaithe

Torthaí

Foghlaimíonn lucha agus aisghabhann siad dhá theagmhas iompraíochta nua gach lá

Bhunaíomar paraidím iompraíochta aon lae ar dtús a earcaíonn cuimhne dhinimiciúil (Fig.1). Rinneadh réamhoiliúint ar lucha ar dtús chun braon de shiúcrós a bhí ar fáil go neamhbhuan (5-) a bhailiú ó dháileoir leachtach tar éis leid éisteachta a chur i láthair (céim réamhoiliúna l; Sonraí Breisithe Fíor 1). Ina dhiaidh sin, bhí imfhálú foghlama nua ag ainmhithe gach lá, rud a shainmhínigh topology spásúlachta nua, dhá shraith nua de thaispeántais LED balla-suite, agus dhá dháileoir nua-shuíomh (céim réamh-oiliúna 2; Sonraí Leathnaithe Fíor.1). San imfhálú foghlama seo, tháinig ainmhithe ar an riail seo a leanas: díreach tar éis cur i láthair ton, seachadann dáileoir amháin braon de thuaslagán siúcróis agus seachadann an ceann eile tuaslagán searbh (quinine); tá an dá titeann ar fáil go sealadach. Rud atá tábhachtach, bhí an péireáil réitigh-dáileora ag brath ar cé acu den dá shraith leideanna LED atá soilsithe i gcomhthráth leis an ton (Fig. la, b). Nuair a shroich ainmhithe feidhmíocht 80 faoin gcéad ar an meán sa chéim réamhoiliúna seo, thosaigh muid ansin ar an gcéim oiliúna, a chuimsigh trí chéim gach lá (Fíor IC). Sa chéad chéim, rinne ainmhithe iniúchadh ar an imfhálú foghlama nua i dhá sheisiún, gach ceann acu le ceann amháin den dá shraith LED soilsithe go leanúnach ach gan cur i láthair ton nó seachadadh titim, chomh maith le seisiún taiscéalaíochta eile i imfhálú rialaithe (tasc-neamhghaolmhara) (céim "Taiscéalaíochta"; Fíor, lc agus Sonraí Leathnaithe Fíor.2a). Sa dara céim, d'fhoghlaim ainmhithe conas gach sraith LED a cheangal le toradh titim roghnaithe ton-spreagtha ag gach dáileoir thar cheithre sheisiún ag malartú idir soilse gníomhacha ("Learming'stage; Fig. lc).

sochair cistanche desert

Tagraíonn muid do na cumainn seo mar "teagmhais" iompraíochta atá sainmhínithe ag LED (Xand Y, Fig, la), le hainmhithe ag foghlaim dhá theagmhas nua gach lá (Sonraí leathnaithe Fíor 2b). Le linn na foghlama, d'fhorbair lucha cur chuige rathúil go tapa mar fhreagra ar an dáileoir ceart (siúcrós) thar an dáileoir mícheart (quinine) i ngach teagmhas (Fíor ld,e agus Sonraí Leathnaithe Fíor. 2b). Sa chéim dheireanach a rinneadh ag deireadh na bliana. gach lá (uair an chloig tar éis dheireadh na foghlama), rinneadh tástáil ar an gcuimhne do na teagmhais nua-fhoghlama i seisiún taiscéalaithe nuair a cuireadh an ton i láthair gan seachadadh titime agus athrú bréige go randamach idir an dá shraith LED (céim "Tóraigh"; Fig .1c). Sna trialacha taiscéalaithe seo, lean lucha ar aghaidh ag aithint an dáileoir ceart (Fíor, 1f, agus Sonraí Leathnaithe Fíor 2c). Ní raibh baint ag feidhmíocht cuimhne ar lá ar leith leis an lá roimhe sin (Sonraí Leathnaithe Fíor.3a) agus coinníodh é nuair a rinneadh meánú ar gach feidhmíocht taiscéalaithe do gach luch aonair (Sonraí Leathnaithe Fíor.3b).

Ina theannta sin, cé go ndearna ainmhithe níos mó botúin ar an gcéad triail taiscéalaithe tar éis lasc i LEDs i gcomparáid leis na trialacha eile (Sonraí Leathnaithe Fíor. 3c), ní raibh aon meath ar fheidhmíocht de réir mar a chuaigh an seisiún taiscéalaithe ar aghaidh (Sonraí Leathnaithe Fíor 3d). Mar sin, d'éirigh le lucha idirdhealú a dhéanamh ar dhá theagmhas iompraíochta nua gach lá agus fuair siad cuimhne ar an idirdhealú seo go solúbtha, ag soláthar paraidím chun staidéar a dhéanamh ar fhoshraitheanna néaracha na cuimhne dinimiciúil.

Idirdhealú comhghníomhaíochta millisecond-scála ama atá ag teacht chun cinn ar theagmhais iompraíochta

Chun imscrúdú a dhéanamh an bhfuil cód comhghníomhaíochta éiritheach ag forbairt inár dtasc, rinneamar monatóireacht ar ensembles néarónacha hippocampal CAl le linn laethanta oiliúna. Chuireamar oiliúint ar aicmitheoir Bayesian ar dtús chun an teagmhais a bhí i réim a dhíchódú ar bhonn trialach ar thriail ó mheánrátaí lámhaigh na bpríomhnéaróin agus ó chomhghaolta ama déthreo idir traenacha spíce néarónacha agus gearr-ama ({3}}ms). Laghdaíodh comhghaolta ama trasna trialacha a shuffadh, agus meánrátaí lámhaigh triail-ar-thrialach á gcaomhnú, agus lagaíodh díchódú teagmhasach leanúnach go suntasach (Fig.2a; Sonraí leathnaithe Fig.4a). Thairis sin, bhí lagú suntasach ar fhaisnéis theagmhasach i gcomhghaolta ama amháin nuair a aistríodh spikes chun comhghníomhaíocht ghearr-ama a scriosadh agus comhghaolta á gcoinneáil ag an am céanna mar gheall ar luaineachtaí mall sa ráta lámhaigh daonra i ngach triail (Fíor 2b). Mhínigh comhghaolta gearr-ama go suntasach freisin an éagsúlacht maidir le teagmhais thasc (Fíor 2c). Léirigh na torthaí seo láithreacht faisnéise a bhaineann le teagmhasacht i gcomhghníomhaíocht ghearr-ama thar an bhfaisnéis i rátaí lámhaigh aon-néaróin.

Chun imscrúdú a dhéanamh ar ábharthacht an taisc a bhaineann le comhghníomhaíocht theagmhasach, d’aonraigh muid patrúin chomhghníomhaíochta neadaithe laistigh de 25-ms ama-fhuinneoga26 ar leithligh i ngach teagmhas laistigh den imfhálú foghlama. Rinneamar ionadaíocht ar gach patrún le veicteoir meáchain ina raibh an méid a chuir gach néaróin leis an gcomhghníomhaíocht atá mar bhonn agus thaca ag an bpatrún sin (Fig.2d). Bhí na patrúin chomhghníomhaíochta seo difriúil leo siúd a bhaintear as an imfhálú rialaithe (Fíor 2e, f), ag taispeáint a gcur in iúl spásúil comhthéacs-roghnach. Ina theannta sin, rinne roinnt patrúin imfhálaithe foghlama leatrom ar an dá theagmhas, agus iad roghnaitheach do cheachtar acu Xor Y(Fig.2e,f; Sonraí sínte Fíor 4b; oráiste). de phatrúin imfhálaithe foghlama a bhfuil cosúlachtaí ard idir theagmhais acu (Fíor 2e,f Sonraí Breisithe Fíor 4b; gorm). Déanaimid tagairt dóibh seo mar phatrúin comhghníomhaíochta teagmhais-idirdhealaitheach agus teagmhasach-athraitheach, faoi seach. Tagraítear as seo amach do néaróin a chuir an chuid is mó le patrún ar leith mar “baill” den phatrún sin (féach Modhanna).

Dhearbhaíomar go raibh níos mó comhghaolaithe ag an bpatrún i dteagmhas amháin i gcás teagmhas amháin ná an ceann eile i gcás baill den teagmhais chéanna idirdhealaitheach, ach gan a bheith éagsúil (Fíor 3a). Is tábhachtaí, áfach, nach raibh baill de phatrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha roghnach ina n-aonar (Fíor 3b; Sonraí Leathnaithe Fíor. 4c), beag beann ar an tairseach ballraíochta a úsáideadh (Sonraí Leathnaithe Fíor.4d,e); agus mar sin is féidir iad a scaradh ó néaróin a modhnaíodh go comhthéacs2-29 a tuairiscíodh roimhe seo. Ina theannta sin, níor míníodh idirdhealú teagmhasach bunaithe ar chomhghníomhaíocht den sórt sin trí dhifríochtaí in airíonna lámhaigh ama na néaróin ball aonair idir teagmhais (Fíor 3c-e). Ina theannta sin, ní raibh baill phatrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha tiúnta leis an sprioc (Fíor 3fg) agus mar sin níor thuairiscigh siad ruthag chuig sprioc 30. Thugamar faoi deara freisin nach raibh aon difríochtaí i rannpháirtíocht néaróin feadh ais trasna na CAl le hidirdhealú teagmhasach agus patrúin athróg (52.1 faoin gcéad agus 48.2 faoin gcéad de na baill phatrúin néaróin le fáil i CAl proximal agus distal, faoi seach; tástáil bheacht Fisher: cóimheas corrlaigh=1.17; P=0.55), gan aon deighilt de réir leathsféar ( Sonraí Breisithe Fíor.4f) agus gan aon difríochtaí i rannpháirtíocht néaróin ón bhfoshraith pirimideach CAl domhain nó dromchlach go teagmhais idirdhealaitheach i gcomparáid le patrúin teagmhasacha-athraitheacha (39.9 faoin gcéad agus 28.4 faoin gcéad de na baill phatrúin néaróin, faoi seach; Tástáil bheacht Fisher: corr cóimheas=1.44; P-0.20). Mar sin féin, thugamar faoi deara treocht i dtreo teagmhasach-idirdhealaitheach baill patrún comhghníomhaíochta lámhaigh ag céimeanna téite níos luaithe i gcomparáid le baill de phatrúin inathraithe teagmhasacha (Sonraí Breisithe Fig.4g). Tríd is tríd, sainaithníonn na torthaí seo idirdhealú néaránach atá bunaithe ar chomhghníomhaíocht ghearr-ama atá ag teacht chun cinn maidir le teagmhais iompraíochta san CA1 hippocampal.

sochair cistanche desert

D’fhiafraigh muid den chéad uair an mbaineann patrúin comhghníomhaíochta a dhéanann leatrom teagmhasach le foghlaim theagmhasach, Nuair a rinneamar neart gach patrún a rianú (Fíor 2d) le himeacht ama, fuaireamar amach gur thosaigh patrúin teagmhasacha-athraitheach ag dul i méid le linn an iniúchta tosaigh ar an imfhálú nua foghlama. gach lá, sular fhulaing ainmhithe teagmhais thasc, tháinig méadú breise ar a neart agus ina dhiaidh sin ardchláraíodh iad le linn foghlama (Fíor 4a; Sonraí sínte Fíor 5a,b). Os a choinne sin, bhí comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach níos cobhsaí le linn na taiscéalaíochta ach tháinig méadú suntasach uirthi le linn na foghlama teagmhasaí (Fíor 4a; Sonraí leathnaithe Fíor 5a, b). Léirigh neartú patrún le linn foghlama comhghaolmhaireacht mhéadaithe ama idir gníomhaíocht na mball seachas athruithe ar a meánrátaí lámhaigh (Sonraí Leathnaithe Fíor, 5c,d). Ina theannta sin, tháinig méadú ar chónaidhm na mball patrún teagmhasach-athraitheach le linn tonnta géara / ripples iar-i gcomparáid le codlata réamh-taiscéalaíochta, agus mhéadaigh arís sa seisiún codlata tar éis foghlama, cé gur mhéadaigh baill patrún-idirdhealaitheach teagmhasach ach a gcuid géartonn / ripple. cónaidhm tar éis foghlaim theagmhasach (Fíor 4b,c). Mar sin, ní raibh an t-idirdhealú idir baill de phatrún teagmhasach-athraitheach agus teagmhais-idirdhealaitheach comhionann leis an difríocht idir na cealla "docht" agus "plaisteach" ar cuireadh síos orthu roimhe seo31. Ina theannta sin, ní hamháin gur léirigh ár dtorthaí léiriúcháin ar shuíomhanna ar tugadh luaíocht dóibh/cosúil leo2/ó ríomhadh láidreacht an phatrúin lasmuigh de shuíomhanna dáileacháin, ná ní léiriú simplí iad ar iompar difreálach an ainmhí thar an dá theagmhas (ie ceannteideal i dtreo dáileoir ar leith, Sonraí Leathnaithe Fig 5e). Is é an rud is tábhachtaí ná go bhfuil feidhmíocht trialach-ar-thrialach tuartha le hathbhunú patrúin teagmhasacha-idirdhealaitheacha le linn aisghabháil cuimhne; bhí na patrúin seo níos láidre sular cheart iad, i gcomparáid le freagraí iompraíochta míchearta ar chur i láthair toin (Fíor 4d; Sonraí Leathnaithe Fíor. 5f). Ní raibh baint ag an t-athshuíomh teagmhasach-roghnach seo de chomhghníomhaíocht CAl le claonadh ráta lámhaigh de bhall-néaróin ná luas rith ainmhithe (Sonraí Leathnaithe Fíor. 5gh) agus go háirithe bhí sé as láthair nuair a d'fheidhmigh ainmhithe ar an seans (.i. bhí trialacha mícheart coibhéiseach; Sonraí Leathnaithe Fíor. 5i). I gcodarsnacht leis sin, ní raibh baint ag neart patrúin teagmhasacha-athraitheach le feidhmíocht chuimhne triail-ar-thrialach (Fíor 4d). Ina theannta sin, cé go raibh faisnéis a bhain le teagmhais i gcomhghníomhaíocht amscála níos faide({1-dara) (Sonraí Leathnaithe Fíor. 5j), níor thuar feidhmíocht chuimhne nuair a athchuireadh comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach dara scála ama le linn an tseisiúin taiscéalaithe. Sonraí Fíor, 5k). Léiríonn na torthaí seo go n-eagraítear spiking néaránach CAl de réir a chéile le linn na foghlama chun patrúin comhghníomhaíochta scála milleasoicindí a fhoirmiú a léiríonn teagmhais nua-fhoghlama, a athbhunaítear ina dhiaidh sin ar bhonn trialach ar thriail le linn aisghabháil cuimhne dinimiciúil.

Tiúnadh spásúil ar leith ar phatrúin comhghníomhaíochta teagmhais-idirdhealaitheacha agus athraitheacha

Le linn iniúchadh a dhéanamh ar thimpeallacht nua, is féidir le néaróin CAl a bhfuil réimsí áite forluiteacha acu patrúin comhghníomhaíochta atá tiúnta go spásúil a chruthú,17,32. Chun tiúnadh spásúil na bpatrún comhghníomhaíochta a fhiosrú le linn na foghlama teagmhasaí, rinneamar an léarscáil spásúlachta a fhreagraíonn d'amchúrsa a láidreachta gníomhachtaithe a ríomh do gach patrún braite, chomh maith le léarscáileanna ráta lámhaigh aonair gach néaróin ina mbaill. Bhí comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach i bhfad níos lú comhleanúnach ó thaobh spáis de ná comhghníomhaíocht teagmhasach-athraitheach (Fig.5a-d agus Sonraí Leathnaithe Fíor.6). Bhí sé seo comhréireach leis an líon a bhí chomh comhleanúnach ó thaobh spáis de de bhaill phatrúin teagmhasacha-idirdhealaitheacha i gcoibhneas lena gcomhghleacaithe teagmhasacha-athraitheach (Sonraí Breisithe Fíor. Ta,b), agus léirigh comhaltaí teagmhasacha-idirdhealaitheacha treocht i dtreo níos mó réimsí áite laistigh de sheisiún ar leith i gcomparáid le chéile. do bhaill teagmhasacha-athraithe (Sonraí Breisithe Fíor, 7c). Ina theannta sin, cé go raibh réimsí lámhaigh forluiteacha forluiteacha ag baill de phatrún teagmhais-athraitheach ar leith, bhí comhghaolú spásúil i bhfad níos lú ag baill de phatrún teagmhais-idirdhealaitheach ar leith (Fíor 5a, b, e; Sonraí Breisithe Fíor. 6). Breathnaíodh an forluí spásúlachta níos laige seo beag beann ar an tairseach ballraíochta a úsáideadh (Sonraí Leathnaithe Fíor. 7d,e) agus bhí sé láidir do dhifríochtaí i gcomhghaolmhaireacht ama i measc thraenacha spike na mball (Sonraí Leathnaithe Fíor. 7f. Ina theannta sin, cé go raibh comhghníomhaíocht teagmhasach-athraitheach spásúil ann. claonta i dtreo réimsí áite a mball néaróin, bhí an claonadh seo i bhfad níos laige maidir le patrúin teagmhasacha-idirdhealaitheacha (Sonraí Leathnaithe Fíor. 7g,h), Comhthacaíodh an toradh seo le hanailís ar leith a thaispeánann cosúlacht réimse íochtair na bpéirí néaróin le hathraithis ard mínithe le haghaidh teagmhais i gcomparáid le péirí néaróin le hathraitheas íseal mínithe (Sonraí Breisithe Fíor. 7i) Ar deireadh, ní bhfuaireamar aon fhianaise go léiríonn idirdhealú teagmhasach trí phatrún comhghníomhaíochta ar leith athmhúnlú spásúil teagmhasach-gheataithe ar a mball néaróin. bhí ball aonair de cheachtar den dá chineál patrún ar an meán níos cosúla thar sheisiúin de theagmhais dhifriúla ná seisiúin den chineál céanna teagmhasach (Fig. 5f,g; Sonraí Breisithe Fíor 7j), fiú nuair a dhéantar comhleanúnachas spásúil na mball patrún teagmhais-idirdhealaitheach a mheaitseáil le comhleanúnachas teagmhasach-athraitheach (Sonraí Breisithe Fíor 7k). Ina theannta sin, rinneadh comhghaolú spásúil idir baill den phatrún idirdhealaitheach teagmhasach céanna thar sheisiúin an teagmhais ab fhearr leo mar a bhí siad thar sheisiúin teagmhais eile (Sonraí Leathnaithe Fíor.7). Tríd is tríd, léiríonn na torthaí seo go soláthraíonn comhghníomhaíocht theagmhasach-athraitheach léiriúcháin láidre áite trí néaróin atá iomchuí ó thaobh spáis de a cheangal. I gcodarsnacht leis sin, cuireann patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha néaróin le chéile beag beann ar a ngníomhaíocht chomhghaolmhar ó thaobh spáis de, rud a fhágann go bhfuil comhghníomhaíocht neamhtheagmhálach ó thaobh spáis de ag teacht le speisialtóireacht in ionadaíocht a dhéanamh ar theagmhas leanúnach iompraíochta.

CA3-→ Tá ionchuir CA1 riachtanach chun comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach agus chun cuimhne dinimiciúil a aisghabháil

Ar deireadh, chun aghaidh a thabhairt ar ról feidhme na comhghníomhaíochta idirdhealaitheach teagmhasach, d’fhéachamar le conair néarúil a aithint agus a ionramháil a bhí riachtanach dá bhfoirmiú. D’fhéadfadh comhghníomhaíocht CAl a bheith ag brath ar ionchuir synaptic ón limistéar hippocampal in aghaidh an tsrutha CA333,34 atá nasctha go hathfhillteach33,34, agus tugann obair le déanaí le fios go bhfuil ról ríthábhachtach cuimhneacháin ag ionchuir CA3(CA3L) clé chuig CA135,36. Dá réir sin, d'aistrigheamar CA3-néaróin phirimidiúla de Grik{{10}}Cre lucha leis an gcaidéal prótóin buí éadrom-tiomáinte Archaerhodopsin-3.0(Fig.6a,b); cheadaigh ionchlannú déthaobhach tetrodes agus snáithíní snáthoptaice monatóireacht chomhuaineach ar ensembles CAl agus seachadadh éadrom dóibh. Laghdaigh seachadadh solais a dhírigh ar CA3-acsonáin in CAl le linn foghlama go mór an chumhacht atá ag gáma mall neadaithe téite, ach ní lár-gháma, ascaluithe in CAl (Fig.6c; Sonraí Leathnaithe Fíor. 8a-c), comhsheasmhach leis an moladh go dtuairiscíonn ascaluithe mall-gháma CAl ionchuir CA3 ag teacht isteach37,38. Cé gur choinnigh ionchur CA3L→CAl eagrú néaróin CAl i bpatrúin chomhghníomhaíochta le linn foghlama agus neart athshuiteála patrún dá leithéid le linn aisghabháil cuimhne (Sonraí Breisithe Fíor. 8d,e), d'athraigh an idirghabháil seo ábhar faisnéise comhghníomhaíochta CAal. Ar an gcéad dul síos, aistríodh dáileadh na cosúlachta patrún idir-teagmhais agus cóimheas neart patten i dtreo teagmhasach-difríocht (Fíor 6d,e; Sonraí Leathnaithe Fíor 8f, Sonraí Leathnaithe Fíor.9). Ar an dara dul síos, laghdaigh an t-ionramháil seo an t-athraitheas a míníodh do theagmhais i gcomhghaolta gearrscála ama (Sonraí Leathnaithe Fíor. 8g). Ar an tríú dul síos, bhí lagú suntasach ar dhíchódú teagmhasach Bayesian ag baint úsáide as a leithéid de chomhghníomhaíocht scála-ama le CA3L→ CAl faoi chois (Sonraí Breisithe Fíor. 8h). Ag an leibhéal iompraíochta, ní raibh tionchar ar bith ag baint le hionchur CA3-→ CAl go roghnach le linn na foghlama ar fheidhmíocht leanúnach (Sonraí Leathnaithe Fíor 8i) ach laghdaigh feidhmíocht cuimhne go leibhéil seans sa tástáil taiscéalaíochta ina dhiaidh sin uair an chloig ina dhiaidh sin, tráth a raibh ní raibh aon chosc ar ionchur (Fig. 6f). Chonacthas an lagú cuimhne folaigh seo nuair a bhí ar lucha dhá theagmhas a aisghabháil go solúbtha (Fig.6f; Sonraí Leathnaithe Fíor 8j-1), ach ní nuair a bhí teagmhais amháin á aisghabháil (Sonraí Breisithe Fíor. 8m). Ina theannta sin, caomhnaíodh aisghabháil chuimhne sholúbtha an dá theagmhas tar éis ionchuir CA3 cearta a shochtadh go CAl (Sonraí Leathnaithe Fíor 8n-u). Le chéile, léiríonn na torthaí seo go dteastaíonn ionchuir CA3L le faisnéis theagmhasach gearr-ama bunaithe ar chomhghníomhaíocht CAl agus go bhfuil sé riachtanach chun cuimhne dhá theagmhas a aisghabháil go dinimiciúil.

Plé

Sa staidéar seo, tuairiscímid cód hippocampal bunaithe ar chomhghníomhaíocht chun cuimhne dinimiciúil a aisghabháil ar theagmhais iompraíochta gearrshaolacha. Is airí éiritheach de chomhghníomhaíocht i measc néaróin iolracha é faisnéis a ionchódú (Sonraí Breisithe Fíor 10a) ceadaíonn sé idirdhealú éifeachtach a dhéanamh ar theagmhais nua-theagmhála gach lá, gan néaróin aonair a dhéanamh chun athróga cognaíocha gearrshaolacha den sórt sin a léiriú. Léiríonn nádúr éiritheach an chóid seo comhghníomhaíocht ghearr-ama mar phríomhghné de ghníomhaíocht néarúil a úsáidtear chun faisnéis a ionchódú agus chun cognaíocht a threorú, seachas rólanna tánaisteacha a imirt amháin, mar shampla cóid néaróin amháin bunaithe ar ráta néaróin a eagrú. Go háirithe, léiríonn ár dtorthaí go bhfuil comhghníomhaíocht ar scála milleasoicindí thar a bheith oiriúnach do phróiseáil chuimhneacháin faisnéise gearrshaolaí: déantar í a fhoirmiú go tapa agus a athbhunú go héasca chun tacú le haisghabháil sholúbtha cuimhne. D’fhéadfadh comhghníomhaíocht néarach ar scála millisecond-amscála plaistigheacht spíc-ama-spleách (STDP)11,12,39 a léiriú chun an cód a chobhsú go tapa sa chuimhne. I gcodarsnacht leis sin, cé go raibh faisnéis theagmhasach inár dtasc ag comhghníomhaíocht dara scála ama, ní raibh a athshuíomh le linn aisghabháil cuimhne dinimiciúil tuarthach ar fheidhmíocht trialach ar thriail, d'fhéadfadh go mbeadh plaisteacht níos moille ag baint le comhghníomhaíocht dara scála ama, agus dá bhrí sin a bheith níos oiriúnaí don léiriú cobhsaí. de theagmhais fadsaoil.

Soláthraíonn ár dtorthaí léargais nua freisin ar an ról atá ag gníomhaíocht néaraíoch chomhghaolaithe maidir le hiompar comhthéacsúil a threorú. Tá athmhapáil spásúlachta, áit a ndéanann patrúin comhghaolmhaireachta spásúlachta idir príomhchealla hippocampal dí- débhríocht ar chomhthéacsanna spásúla ar leith, molta mar bhonn néarach don fhoghlaim chomhthéacsúil23. Sa staidéar seo, tugaimid faoi deara nach léiriú ar athmhapáil spásúil é comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach. Ina áit sin, tá ár dtorthaí ag teacht leis an tuairim go bhféadfadh gur sampla sonrach de fheiniméan níos ginearálta de "athmapáil ama" é athmhapáil spásúlachta, ina bhfuil difríocht idir struchtúr comhghaoil ​​ama gearrscála na néaróin thar chomhthéacsanna ar leith23. Go deimhin, i gcúraimí nach mór d’ainmhithe frámaí tagartha spásúla éagsúla a dhídhébhriú, is comhghaol láidir í comhghníomhaíocht amscála milleasoicind d’idirdhealú iompraíochta nóiméad ar nóiméad i gcomhthéacsanna éagsúla, i líonraí a thaispeánann athmhapáil spásúil2 agus i líonraí nach ndéanann25. Tá sé seo comhsheasmhach freisin le dearcadh léitheoir-lárnach ar chóid néaracha² toisc gur féidir le néaróin léitheora/actuadóra iartheachtacha comhghaolta ama, ach ní comhghaolta spásúla, a bhrath i measc a néaróin ionchuir. Go háirithe, tuar amháin ón scéim códaithe seo is ea go léann néaróin ghlacadóra iartheachtacha an fhaisnéis a thagann isteach, arna léiriú mar airí éiritheach de ghníomhaíocht chomhchoiteann néaróin iolracha, trí phatrúin ábhartha chomhtharlú ionchuir milleasoicindí a dhídhébhriú ón iliomad ionchuir eile a fhaigheann siad5 . Féadfar díchódú den sórt sin a chur chun feidhme trí líonra “léitheoir”40 nó fiú néaróin “léitheoir” amháin41 (féach freisin Sonraí Breisithe Fíor, 10b).

Deimhníonn ár dtorthaí freisin go bhfuil CA3-→ ionchuir Cal riachtanach chun cód comhghníomhaíochta milleasoicindí a “scríobh” le haghaidh teagmhais fhoghlama sa chuimhne. Tá sé fós le fiosrú an mbaineann sé seo le cliathánachú in ábhar faisnéise, próiseáil, agus/nó plaisteacht35,4 de CA3→Cal. Mar sin féin, léirímid go léiríonn cineálacha sainiúla patrún comhghníomhaíochta plaisteacht feidhmiúil ar leith go cáilíochtúil. Cé go bhforbraíonn patrúin teagmhasacha-athraitheacha le linn na taiscéalaíochta agus go ndéantar iad a athghníomhú le linn tonnta géara/rípeanna le linn tréimhsí as líne (fos codlata) tar éis taiscéalaíochta spásúlachta, léiríonn patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha méaduithe láidre i rith na foghlama agus déantar iad a athghníomhú as líne i dtonn géar/ripples ina dhiaidh sin. foghlaim theagmhasach. Mar sin, léiríonn patrúin athraitheacha agus idirdhealaitheacha síniú cealla "plaisteach" a ndearnadh cur síos orthu roimhe seo, cé gur i stáit iompraíochta éagsúla iad. Tá sé seo comhsheasmhach le roinnt an tsaothair i measc na bpatrún comhghníomhaíochta hippocampal, le patrúin teagmhasacha-athraitheach a léiríonn foghlaim gan mhaoirseacht faoi struchtúr spásúil an chomhshaoil, agus patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha a thacaíonn le hiompar solúbtha cuimhne-threoraithe. Ar an iomlán, osclaíonn ár dtorthaí peirspictíochtaí nua do staidéir eimpíreacha agus samhaltaithe amach anseo chun meicníochtaí a shoiléiriú chun faisnéis bunaithe ar chomhghníomhaíocht a scríobh agus a léamh agus chun scéimeanna códaithe a nascadh thar amscálaí iolracha de ghníomhaíocht daonra.

Conas is féidir an cód a scríobh agus a léamh?

Tá an hippocampus leabaithe i líonra níos leithne de struchtúir cortical agus subcortical a d'fhéadfadh idirghabháil nó modhnú a dhéanamh ar fhoirmiú an chóid chomhghníomhaíochta éiritheach a ndéantar cur síos air anseo (scríobh) agus a úsáid ina dhiaidh sin ag néaróin iartheachtacha (léamh) chun iompar teagmhasach-shonrach a roghnú. Tugtar breac-chuntas thíos ar hipitéisí faoi mheicníochtaí féideartha le haghaidh próisis scríbhneoireachta agus léitheoireachta.

Léirímid ionchuir CA3--CAL le linn foghlama chun cód comhghníomhaíochta éiritheach a léiriú le haghaidh teagmhais iompraíochta gearrshaolacha, a osclaíonn fuinneog isteach sna meicníochtaí giniúna atá i bhfeidhm. Léiríonn ionchuir leathsféar clé de thionscnamh CA3 i lucha plaisteacht fhadtéarmach níos láidre35,42, lena n-áirítear STDp2, agus baineann siad go fabhrach le cuimhne fhadtéarmach i gcomparáid le hionchuir CA3 ar dheis35,6. D’fhéadfadh difríocht den sórt sin i plaisteacht a bheith mar chuid den mheicníocht trína neartaítear patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha le linn na foghlama. Éilíonn an tasc cuimhne dinimiciúil a mheasúnaítear anseo eolas teagmhasach a fháil agus a chobhsú go tapa (laistigh de 30 triail i ngach teagmhas thar ~ 3 huaire an chloig) chomh maith lena aisghabháil tapa agus solúbtha sa tástáil taiscéalaithe cuimhne (mé uair tar éis foghlama, go minic, lasca pseudorandom i gcás teagmhasach). D’fhéadfadh próiseáil mhear cuimhneacháin den sórt sin a bheith códaithe go fabhrach le comhghníomhaíocht ghearr-ama ós rud é gur dóichí go ndéanfaidh meicníochtaí STDP comhadhaint néarónach a chobhsú go tapa laistigh de ghearr(10s de ms) i gcomparáid leis an gceann laistigh d’fhuinneoga(ls) níos faide1,239. Go deimhin, léirímid go gcuirtear comhghníomhaíocht scála ama gearr (25ms) ach nach bhfuil níos faide (ls) ar ais chun feidhmíocht a thuar (Fíor 4d; Sonraí Breisithe Fíor. 5k). Mar sin féin, is féidir freisin go bhfuil meicníochtaí plaistigh eile i bhfeidhm (lena n-áirítear cinn neamh-synaptic). Cé go bhféadfadh STDP patrúin chomhghníomhaíochta scála milliseoicindí a chobhsú, cad iad na próisis a ghineann comhghníomhaíocht idirdhealaitheach teagmhasach den sórt sin ar an gcéad dul síos? Tá baint ag néaróin sna gíreascóip dentate, dhá shionaps in aghaidh an tsrutha ón CAl, le próisis dheighilte patrún a d'fhéadfadh a bheith riachtanach don iompar comhthéacsúil43 agus is féidir leo é sin a dhéanamh trí dhifríochtaí i gcomhghníomhaíocht scála milleasoicindí25. Ina theannta sin, tá fianaise ann go bhfuil ceannasacht ar chlé i léiriú na marcóir gníomhaíochta cFos sna gyrus dentate le linn taiscéalaíochta réad núíosaigh. Rud atá tábhachtach, cé go seolann néaróin CA3 i leathsféar amháin réamh-mheastacháin choimisiúnta chuig an leathsféar contrathaobhach33, is cosúil go gcoimeádann an dá leathsféar difríochtaí feidhmiúla ina gcuid réamh-mheastacháin go CA35,2 ar a ndírímid go díreach.

D’fhéadfadh cliathánachú den sórt sin a bheith mar thoradh i bpáirt ar chliathánachú forbraíochta na bhfachtóirí a bhaineann le neamhghníomhaíocht agus le plaisteacht45, a d’fhéadfadh a bheith láidir d’aon éifeachtaí sioncronaithe a d’fhéadfadh a bheith ag réamh-mheastacháin choimisiúnaigh. Tá sé sochreidte mar sin go gcuireann meascán de phróiseáil cliathánach faisnéise comhthéacs, ag tosú chomh luath le ciorcaid dheighilte patrún na gíreascóip dentate, agus plaisteacht cliathánach ag synapses CA3-Cal le foirmiú agus cobhsú patrún idirdhealaitheach teagmhasach atá ag teacht chun cinn. sa CAl, faoi seach. Ós rud é go dtagann patrúin idirdhealaitheacha teagmhasacha chun cinn le linn foghlama seachas taiscéalaíocht spásúil (Fíor 4a), ní léiriú é a bhfoirmiú ar na difríochtaí céadfacha idir an dá thaispeántas LED (atá éagsúil freisin le linn seisiúin taiscéalaíochta X0 agus YO). ach ina ionad sin baineann sé leis na teagmhais luach saothair éagsúla a chaithfidh an t-ainmhí a fhoghlaim chun idirdhealú a dhéanamh, Go deimhin, tugann fianaise le déanaí le fios go bhfuil baint ag idirdhealú néarach ar chomhthéacsanna spásúla ar leith sa CAl, ach nach bhfuil dentate gyrus, le hidirdhealú iompraíochta de na comhthéacsanna seo46, ag moladh geataí breise de difríochtaí comhshaoil ​​a bhaineann le hiompar idir na gyrus dentate agus CA1. Níl sé soiléir faoi láthair conas a chuirtear faisnéis theagmhasach iompraíochta den sórt sin in iúl don CAl agus d’fhéadfadh ionchuir ón cortex réamhéadanach*7 a bheith i gceist. Spreagfaidh an toradh a gcuirtear síos air anseo, go bhfuil gá le cód comhghníomhaíochta éiritheach in CAl hippocampal le haghaidh aisghabháil dinimiciúil ar idirdhealú teagmhasach, staidéir eimpíreacha agus samhaltaithe ina dhiaidh sin a shoiléiríonn na hidirghníomhaíochtaí traschiorcaid a bhaineann le comhghníomhaíocht fheidhmiúil den sórt sin a ghiniúint.

Conas a dhéantar an cód comhghníomhaíochta hippocampal do theagmhais a dhíchódú ag néaróin iartheachtacha i réimsí feidhmiúcháin agus mótair chun iompraíochtaí cuí a fháil i ngach teagmhas? Tá tairisigh ama membrane ag néaróin cortúla sa raon 10-30ms' a chiallaíonn gur féidir le hionchur comhréimseach ó néaróin chomhghníomhacha ag an scála ama 25-ms a ndéanaimid iniúchadh air anseo suimiú éifeachtach ama a thaispeáint sa néaróin iartheachtacha ("léitheoir"). dendrites agus cuireann siad lena spiking. Ina theannta sin, tá gníomhachtú synaptic comhtharlaitheach laistigh den fhuinneog ama seo comhsheasmhach le seoltaí gníomhacha, voltas- gheataithe i dendrites, a cheadaíonn a shuimiú forlíneach48. D’fhéadfadh sé seo feidhmiú mar mheicníocht freisin chun patrúin dhifriúla comhghníomhaíochta a dhídhébhriú ag néaróin aon léitheora, nuair is dóichí go n-eascróidh ionchuir atá cnuasaithe go spásúil go fabhrach ar dendrites aonair neamhlíneachtaí den sórt sin ná ionchuir níos scaipthe4, fiú nuair a bhíonn na meánmheáchan synaptic ní féidir ionchuir dá leithéid a aithint (Sonraí Breisithe Fíor 10b). D’fhágfadh sé seo go bhféadfaí comhghníomhaíocht atá ag teacht chun cinn a léamh go roghnach, mar ní dhéanfadh léitheoirí díbhrí ar mhúchadh baill aonair patrúin comhghníomhaíochta idirdhealaitheacha teagmhasacha, ach a ngníomhaíocht shioncrónach amháin. Moladh freisin meicníochtaí léitheoireachta comhghníomhaíochta aon-néaróin agus líonra-bhunaithe1041. I gcás gach ceann de na cásanna sin, ba cheart go gceadódh nádúr gasta (10danna) an chóid seo próiseáil tapa a dhéanamh ar fhaisnéis theagmhasach a thacaíonn le freagairtí iompair tapa i dtimpeallachtaí atá ag athrú go dinimiciúil. Is féidir na meicníochtaí iarrthóra imlíne seo trína bhféadfaí cóid chomhghníomhaíochta éiritheacha a léamh ag ciorcaid iartheachtacha a thástáil i staidéir ex viva in Vivo agus i silico amach anseo.