Foghlaim Chomhthiomsaitheach sa Cnidarian Nematostella Vectensis

Ligeann cumas foghlama agus cuimhní cinn d'ainmhithe a n-iompraíocht a oiriúnú bunaithe ar eispéiris roimhe seo. Tá staidéar forleathan déanta ar fhoghlaim chomhthiomsaitheach, an próiseas trína bhfoghlaimíonn orgánaigh faoin ngaol idir dhá imeacht ar leith, i tacsaithe éagsúla ainmhithe. Mar sin féin, níl sé soiléir go bhfuil foghlaim chomhthiomsaitheach ann roimh theacht chun cinn na néarchóras láraithe in ainmhithe déthaobhacha. Tá néarlíon ag cnidarians mar anemóin mhara nó smugairle róin, nach bhfuil lárnú ann.

Nuair is gá dúinn díriú, comhordaíonn ár néarchóras comhchruinnithe an líonra néaróin san inchinn chun sinn a dhéanamh níos dírithe agus níos dírithe. Cuidíonn an staid chomhchruinnithe seo lenár ngníomhaíochtaí éagsúla sa staidéar, san obair agus sa saol.

Agus is cuid an-tábhachtach dár bhfeidhm inchinn í an chuimhne, baineann sé lenár gcumas cognaíocha, ár n-éifeachtúlacht foghlama, agus ár luas próiseála faisnéise. Nuair a fhoghlaimímid eolas nua nó nuair a dhéanaimid tascanna oibre, ní mór dúinn a lán tacaíochta cuimhne ionas gur féidir linn tascanna a chur i gcrích ar bhealach níos éifeachtaí.

Dá bhrí sin, más mian linn ár gcuimhne a fheabhsú, ní mór dúinn díriú ar ár lárchóras néaróg ar dtús. Is féidir ár gcumas smaointeoireachta agus ár n-éifeachtúlacht oibre a fheabhsú trí dhíriú ar an néarchóras trí oiliúint agus cleachtadh, agus feabhas a chur ar ár gcumas foghlama agus cuimhne.

Go sonrach, is féidir an néarchóras a oiliúint agus a fheidhmiú trí: stíl mhaireachtála shláintiúil a chothabháil, amhail aiste bia cothrom, aclaíocht measartha, agus codladh maith; ag baint úsáide as modhanna oiliúna feasachta, mar mhachnamh, obair rialta/scíth, agus pleanáil phearsanta, etc.; mothúcháin agus mothúcháin a threorú, foghlaim conas déileáil go gníomhach le strus agus droch-mhothúcháin, agus meon cothrom a choinneáil.

Sa deireadh, déanfar ár n-obair chrua a mhalartú le haghaidh cumas foghlama agus cuimhne níos tapúla agus níos éifeachtaí, chun a bheith ina leagan níos fearr dínn féin. Is féidir a fheiceáil go gcaithfimid ár gcuimhne a fheabhsú. Is féidir le Cistanche cuimhne a fheabhsú go suntasach toisc gur ábhar íocshláinte traidisiúnta Síneach é Cistanche le go leor éifeachtaí uathúla, agus is é ceann acu cuimhne a fheabhsú. Tagann éifeachtúlacht na feola mionaithe ó éagsúlacht de chomhábhair ghníomhacha atá ann, lena n-áirítear aigéad carbocsaileach, polaisiúicrídí, flavonoids, etc. Is féidir leis na comhábhair seo sláinte na hinchinne a chur chun cinn trí bhealaí éagsúla.

Tá éifeachtaí frithocsaídeacha, frith-athlastacha agus frith-iomaíocha ag liathróidí feola.

Cliceáil a fhios 10 bealaí chun cuimhne a fheabhsú

Mar dheirfiúr grúpa déthaobhacha, tá siad thar a bheith oiriúnach chun staidéar a dhéanamh ar éabhlóid fheidhmeanna an néarchórais. Anseo, déanaimid iniúchadh ar chumas an anamóin mhara réaltbhuíon Nematostella vectensis chun cuimhní comhthiomsaitheacha a fhoirmiú trí úsáid a bhaint as cur chuige riochtaithe clasaiceach.

D'fhorbraíomar prótacal a chomhcheanglaíonn solas mar an spreagadh coinníollach le turraing leictreach mar an spreagadh neamhchoinníollach neamhchoinníollach. Tar éis oiliúna athchleachtach, léirigh ainmhithe freagairt choinníollach don solas amháin - rud a thugann le fios gur fhoghlaim siad an cumann.

I gcodarsnacht leis sin, níor chruthaigh na coinníollacha rialaithe go léir cuimhní comhthiomsaitheach. Chomh maith le solas a chaitheamh ar ghné den iompar cnidarian, cuireann na torthaí seo tús le foghlaim chomhthiomsaitheach roimh theacht chun cinn lárnú NS sa tsliocht meiteasón agus ardaíonn siad ceisteanna bunúsacha faoi bhunús agus éabhlóid na cognaíocha in ainmhithe gan inchinn.

Soláthraíonn foghlaim agus cuimhne cumais oiriúnaitheacha a ligeann d'ainmhithe a n-iompraíocht a choigeartú go tapa i dtimpeallacht atá ag athrú, bunaithe ar eispéiris roimhe seo (1-4). Is é an toradh a bhíonn ar nósmhaireacht agus íogrú ná modhnú ar an neart freagartha iompraíochta nuair a chuirtear spreagadh amháin i láthair arís agus arís eile. I gcodarsnacht leis sin, le linn foghlama comhlach, cruthaíonn orgánaigh nasc réamh-mheasta idir tarluithe éagsúla teagmhais.

Braitheann riochtú Clasaiceach (nó Pavlovian) ar thoradh atá suntasach ó thaobh na bitheolaíochta de, an spreagadh neamhchoinníollach (SAM), a bhíonn go hiondúil blasta nó corraitheach, le himeacht neodrach ar dtús, an spreagadh coinníollach (CS) a chur le chéile. Cé go bhfuil díospóireacht fós ar chumas na n-orgánach aoncheallach cuimhní comhthiomsaitheacha a fhoirmiú (5, 6), glactar leis go ginearálta go soláthraíonn éabhlóid na néarchóras (NS) an talamh le haghaidh foirmiú cuimhne, bunaithe ar mhodhnú neart synaptic agus plaisteacht (7) .

Mar sin féin, cé go bhfuil staidéar déanta ar an bhfoghlaim chomhthiomsaitheach in iliomad phyla déthaobhacha, tá staidéir ar chlaí neamhbhileatach, mar spúinsí, ctenophores, placozoans, agus cnidarians, fós gann (8).

Áirítear le Cnidaria, comhghrúpa Bilateria, coiréil, smugairle róin, agus anemóin mhara. Tá néaróin acu, atá eagraithe i líontán nerve idirleata. Comhaontaítear go ginearálta go n-eascraíonn córais néaróg cnidarian agus déthaobhacha ó NS sinsear coitianta cosúil le líontán nerve (9). Go dtí seo, níor léirigh ach dhá staidéar luath, nach ndearnadh a mhacasamhlú riamh, fianaise pháirteach maidir le riochtú clasaiceach in anemóin farraige (10, 11).

D’fhéadfadh go mbeadh a leithéid de ghanntanas mar thoradh ar thorthaí diúltacha neamhfhoilsithe nó d’fhéadfadh go léireodh sé fócas an phobail eolaíochta ar mhúnla-orgánaigh roghnaithe. Mar sin, is féidir le staidéar a dhéanamh ar cnidarians ceisteanna ríthábhachtacha a fhreagairt faoi bhunús éabhlóideach agus feidhm na foghlama comhthiomsaí.

Anseo, rinneamar turgnaimh aeroiriúnaithe clasaiceach Pavlovian, ag péireáil solas mar an spreagadh coinníollaithe (CS) le turraing leictreach mar an spreagadh neamhchoinníollach (SAM) sa tsamhail anthozoan Nematostella vectensis.

Go deimhin, in ainneoin easpa súile mar struchtúir tiomnaithe chun solas a mhothú, braitheann Nematostella ar ionchur solais chun rithimí circadian agus iompraíochtaí sceite a mhodhnú (12). Thuar muid dá mba rud é go bhfoghlaimeodh ainmhithe an nasc idir an dá spreagadh, go dtaispeánfaidís freagra coinníollaithe (ie, aistarraingt coirp), in oirchill an turraing, nuair a spreagtar iad le solas (CS amháin) tar éis riochtú.

Torthaí

Mar SAM frithchúiseach, sheachadamar turraing leictreach (ES) d'aimplitiúid bheag (6 V) d'ainmhithe gan teagmháil dhíreach a dhéanamh leo, ag baint úsáide as péire snáthaidí ceangailte le soláthar cumhachta (sonraí in Aguisín IR). Suite ar feadh tréimhse ghearr (≃1 s) thart ar an deireadh béil an ainmhí, triggers an turraing a tharraingt siar láidir, go tapa, agus inchúlaithe ar an réigiún béil agus tentacles (Fig. 1 A).

Ar dtús thaifeadamar freagairt na n-ainmhithe don chuisle solais (CS) amháin, roimh riochtú (is fearr i bhFíor 1 B agus D). Ansin, bhí an oiliúint comhdhéanta de seisiún aeroiriúnaithe mais 50 nóiméad, nuair a cuireadh solas (CS) i láthair ag an am céanna le turraing leictreach (US) don riocht péireáilte nó ar bhealach díshioncrónaithe don riocht neamhphéireáilte (Fig. 1C, sonraí in Aguisín SI). .

Ansin, 10 nóiméad tar éis dheireadh an phrótacail oiliúna, rinneadh measúnú ar imoibrithe na n-ainmhithe don CS le linn taifeadadh físe 4-nóiméad, a chuimsigh 1 nóiméad d'iarratas CS sa lár (Fíor 1 B). Rinneadh anailís dall ar thaifid, agus de láimh scóráladh líon na n-ainmhithe a tharraing siar (Fíor 1 D).

Bhí céatadán na n-ainmhithe a d'aistarraingt níos mó ná dhá oiread níos airde sa ghrúpa péireáilte (72 faoin gcéad ) i gcomparáid leis an ngrúpa neamhphéireáilte (gan phéire=30 faoin gcéad , 휒2 =10.897, P=0.001) agus níos ísle sna grúpaí rialaithe eile (is fearr=19 faoin gcéad , solas ach=11 faoin gcéad agus turraing amháin=8 faoin gcéad ).

Chun measúnú cainníochtúil a dhéanamh ar na hathruithe iompraíochta a d’eascair ón bhfreagra coinníollaithe (CR) agus chun monatóireacht a dhéanamh ar éagsúlachtaí dinimiciúla, bhunaíomar sreabhadh oibre anailíse uathoibrithe ag baint úsáide as na bogearraí meastacháin staidiúir DeepLabCut (13). Rianú againn trí phointe ar feadh an ais choirp de 10 ainmhithe a taifeadadh go comhuaineach i ngach grúpa turgnamhach (Fig. 2 A agus IR Aguisín).

Ansin, rinneamar an t-athrú ar fhad coirp gach ainmhí a ríomh le linn na céime tástála: roimh, le linn, agus tar éis an iarratais CS. Ár tuairimí le fios go ainmhithe faoi réir riochtú péireáilte retracted le linn an t-iarratas CS, i gcodarsnacht le hainmhithe ón ngrúpa unpaired ( Fíor. 2 B ). Ina dhiaidh sin, scórálamar i bhfad níos mó ainmhithe ag tarraingt siar le linn iarratas CS (Fíor 2C) sa ghrúpa péireáilte (aistarraingt péireáilte=49 faoin gcéad ) i gcomparáid leis an ngrúpa gan péire (aistarraingtunpaired=24 faoin gcéad , 휒2 = 9). 6204, P=0.002).

Mar fhocal scoir, thomhaiseamar an aistarraingt uasta a taifeadadh le linn iarratas CS i ngach ainmhí den dá ghrúpa, ag taispeáint go raibh ainmhithe sa ghrúpa péireáilte freisin ag tarraingt siar go cainníochtúil níos mó ná ainmhithe rialaithe gan péire (Fíor 2D, airmheán neamhphéireáilte=-3.59 faoin gcéad, airmheánach= −8.30 faoin gcéad , W=2,620, P=0.008).

Plé

Le chéile, tugann ár dtorthaí le fios gur féidir le anemóin mhara cuimhní comhthiomsaitheach a dhéanamh i bparaidím oiriúnaithe clasaiceach, feiniméan nach bhfuil tuairiscithe go dtí ár n-eolas-i speiceas neamhbhileatach ó dheireadh an 20ú haois (8). Chuir ainmhithe a bhí faoi réir riochtú clasaiceach, a fuair solas (CS) agus turraing leictreach (US) ag an am céanna le linn na hoiliúna, a n-iompraíocht in oiriúint agus d'imoibrigh siad don CS ina n-aonar tar éis riochtú.

Is dócha go bhfuil an difríocht i gcéatadán na n-ainmhithe a tharraingíonn siar idir an scóráil láimhe (72 faoin gcéad , Fíor 1 D ) agus an anailís uathoibrithe (49 faoin gcéad , Fíor. 2C) mar gheall ar an tairseach socraithe ag 10 faoin gcéad den laghdú ar fhad coirp san anailís uathoibrithe. . Go deimhin, ní dhéanann an dara ceann ach crapthaí soiléire fadaimseartha, cé go bhféadfadh sé nach féidir roinnt aistarraingtí caolchúiseacha atá le feiceáil don tsúil oilte a aithint trí anailís a dhéanamh ar éagsúlacht fhad an choirp amháin.

Ar an iomlán, léirigh na hainmhithe seo freagairt iompraíochta a bhí difriúil go cainníochtúil agus go cáilíochtúil i gcomparáid le hainmhithe rialaithe, a fuair spreagthaí gan péire (Fíor 1D agus 2 C agus D).

Thairis sin, ceadaíonn na rialuithe solas-amháin agus turraing-amháin dúinn deireadh a chur le tionchar féideartha íograithe nó pseudo-oiriúnaithe a tharlódh de bharr cur i láthair arís agus arís eile ar an CS nó SAM amháin, faoi seach (14).

Tugann ár dtuairimí i ngach coinníoll rialaithe (Fíor 1D agus 2 C agus D) le fios go bhfuil an éifeacht a d'fhéadfadh a bheith ag spreagadh arís agus arís eile CS nó SAM sách teoranta. Ní mhíníonn sé, mar sin, an difríocht san iompar a breathnaíodh sa riocht péireáilte agus áitíonn sé go láidir don fhoghlaim chomhthiomsaitheach.

I bhformhór na n-orgánach múnla, sainaithníodh ciorcaid néaracha sainithe agus meicníochtaí móilíneacha atá freagrach as foirmeacha sonracha cuimhní cinn. Dealraíonn sé go bhfuil siad caomhnaithe thar a bheith laistigh de dhélathaigh (7), ag ardú an cheist an bhfuil siad i láthair freisin i cnidarians. Go háirithe, tá plé fós ar láithreacht agus ról féideartha neurotransmitters clasaiceach nó neuromodulators, mar shampla serotonin agus dopamine (15).

Mar an gcéanna, tá ról na monafosfáit adenosine timthriallach agus a éifeachtóirí iarmhartacha ar nós Protein kinase A (PKA) nó próitéin cAMP atá ceangailteach d'eilimintí (CREB) fós ina phointe ríthábhachtach le soiléiriú. Os a choinne sin, is féidir freisin go bhfuil foghlaim chomhthiomsaitheach tagtha chun cinn go neamhspleách i cnidarians agus ag brath ar mheicníochtaí éagsúla (16).

Ar deireadh, d’fhéadfaí breathnú ar fhoghlaim i cnidarians mar shampla an-láidir de “cognition corpraithe,” .i. cognaíocht gan inchinn lárnach (1, 3, 4), agus ardaíonn sé ceisteanna suimiúla maidir le próiseáil, stóráil, agus cuimhne na cumainn foghlamtha sna. ainmhithe.

Abhair agus modhanna

Coinníodh ainmhithe fireanna agus baineanna óga neamhshórtáilte ag 19 céim, agus lean timthriall éadrom 12:12. Le haghaidh turgnaimh foghlama, aistríodh 10 nó 18 ainmhí in aghaidh an ghrúpa (le haghaidh turgnaimh uathoibrithe nó anailíse de láimh, faoi seach) ar maidin i miasa Petri cearnacha i seomra a choimeádtar ag 19 céim .

Rinneadh ceithre ghrúpa ainmhithe/miasa a riochtú agus a thástáil go comhuaineach le haghaidh gach turgnaimh: ceachtar acu 1 ghrúpa/riocht, .i. grúpaí péireáilte, neamhphéireáilte, éadrom amháin, agus grúpaí turrainge amháin (Fig. 1C), 2 ghrúpa péireáilte agus 2 ghrúpa de gan phá (Fig. 2). Rianaíodh baill choirp ainmhithe trí úsáid a bhaint as DeepLabCut 2.2.0.2 (13), agus rinneadh anailís ar na sonraí in R (17).

Infhaighteacht Sonraí, Ábhair agus Bogearraí.

Déantar cur síos ar gach ábhar staidéir, prótacail mhionsonraithe, agus modhanna in IR Appendix. Tá sonraí agus cód i dtaisce i stór Zenodo ( https://doi.org/10.5281/ zenodo.7568367) (18).

BUÍOCHAS.

Gabhaimid buíochas le Fabian Rentzsch as a aiseolas ar leaganacha níos luaithe den lámhscríbhinn seo agus leis an mbeirt athbhreithneoirí gan ainm as a dtuairimí cabhracha a chuir feabhas ar ár gcuid oibre. Gabhaimid buíochas freisin le baill de shaotharlann Sprecher as plé cuiditheach agus le Rudolf Rohr as a chomhairle ar anailís sonraí. Thacaigh deontas na hEilvéise NSF IZCOZ0_182957 do SGS leis an obair seo

Tagairt

P. Lyon, Cad é an leagan leathbhácáilte de "gognaíocht íosta"? Oiriúnú. iompar. 28, 407–424 (2020).

2. AB Barron et al., ag glacadh le sainmhínithe iolracha ar an bhfoghlaim. Treochtaí Neurosci. 38, 405–407 (2015).

3. FA Keijzer, Cóineasú éabhlóideach agus cognaíocht atá corpraithe go bitheolaíoch. Fócas Comhéadain 7, 20160123 (2017).

4. P. Lyon, F. Keijzer, D. Arendt, M. Levin, Cognaíocht a athchruthú: Dul síos ar na bunghnéithe bitheolaíocha. Fealsúnacht. tras. R. Soc. B Biol. Sci. 376, 20190750 (2021).

5. SJ Gershman, PE Balbi, CR Gallistel, J. Gunawardena, Ag athmhachnamh ar an bhfianaise foghlama i gcillíní aonair. Elife 10, e61907 (2021).

6. A. Dussutour, Foghlaim in orgánaigh aonchealla. Bithcheimic. Bithfhis. Res. Cumann. 564, 92–102 (2021).
7. ER Kandel, Y. Dudai, MR Mayford, Bitheolaíocht chuimhne mhóilíneach agus chórais. Cill 157, 163–186 (2014).

8. K. Cheng, Foghlaim i Cnidaria: Athbhreithniú córasach. Foghlaim. iompar. 49, 175–189 (2021).

9. MJ Layden, F. Rentzsch, E. Röttinger, An t-ardú ar an anemone farraige starlet Nematostella vectensis mar chóras eiseamláireach chun forbairt agus athghiniúint a imscrúdú: Forbhreathnú ar anemone farraige starlet Nematostella vectensis. Idirdhisciplíneach Wiley. Rev. Dev. Biol. 5, 408–428 (2016).

10. JV Haralson, CI Groff, SJ Haralson, riochtú clasaiceach san anemone farraige, Cribrina xanthogrammica. Fisiol. iompar. 15, 455–460 (1975).

For more information:1950477648nn@gmail.com