Comhdhlúthú Léirithe Cuimhne Ceallacha i Neocortex Superficial

ACHOIMRE

Is éard atá i gceist le comhdhlúthú cuimhne ar leibhéal córais, atá ina phríomhchoincheap i dtaighde cuimhne, ná cuimhní cinn a bhraitheann ar an hippocampus le haghaidh a bhfoirmithe a thiontú ina bhfoirmeacha éifeachtacha atá neamhspleách ar an hippocampus, arna ionchódú ag naisc corticocortical, is dócha. Mar sin féin, is beag a thuigtear faoi nádúr na gcód néaróg comhdhlúite ag leibhéal an ensemble cheallacha.

Tagraíonn cuimhní ar leibhéal córais do roghanna nó patrúin iompraíochta a fhorbraíonn duine go luath sa saol agus a dhoimhníonn le himeacht ama. Bíonn tionchar ag cuimhne ar leibhéal an chórais ar smaointeoireacht, ar ghníomhartha agus ar chinntí duine. Is iompar fo-chomhfhiosach é.

I gcodarsnacht leis sin, tagraíonn cuimhne do chumas duine faisnéis a thabhairt chun cuimhne agus a choinneáil. Cuidíonn cuimhne mhaith linn scileanna a fhoghlaim, fadhbanna a réiteach, agus rath a bhaint amach. Chun cuimhne den scoth a bheith againn, áfach, teastaíonn tacaíocht ó chuimhne ar leibhéal an chórais uainn.

Feabhsaíonn cuimhne ar leibhéal an chórais ár gcuimhne toisc go dtugann sé creat dúinn chun eolas nua a fháil. Aon uair a fhoghlaimímid rudaí nua, is gnách linn iad a nascadh leis an méid atá foghlamtha againn roimhe seo. Cruthaíonn an nasc seo struchtúr soladach eolais a chuidíonn linn eolas nua a thuiscint agus a mheabhrú níos fearr.

Ina theannta sin, is féidir le cuimhne ar leibhéal an chórais tionchar a imirt ar an mbealach a smaoinímid. Má fhorbraímid dearcadh dearfach, réiteach fadhbanna, déanfaimid smaoineamh níos soiléire agus níos tapúla, rud a fhágann go mbeidh sé níos éasca faisnéis a choinneáil agus fadhbanna a réiteach. I gcodarsnacht leis sin, má fhorbraímid dearcadh diúltach, éighníomhach, éireoidh ár smaointeoireacht mall agus doiléir, ag cur bac ar ár gcumas cuimhne agus foghlama.

Mar sin, ba cheart dúinn tréaniarracht a dhéanamh chun cuimhne mhaith ar leibhéal an chórais a chothú, rud a chuideoidh lenár gcuimhne agus ár ráta rathúlachta a fheabhsú. Is féidir linn dea-nósanna a fhorbairt trí bhogadh i dtreo dearfach agus iad a dhéanamh fite fuaite inár saol laethúil, rud a chruthóidh dearcadh dearfach agus réamhghníomhach maidir le réiteach fadhbanna. Ar an mbealach seo, is féidir linn cuimhne ar leibhéal an chórais a úsáid níos fearr chun ár gcuimhne agus ár gcumas foghlama a fheabhsú. Is féidir a fheiceáil go gcaithfimid cuimhne a fheabhsú, agus is féidir le Cistanche deserticola feabhas mór a chur ar chuimhne toisc gur ábhar íocshláinte traidisiúnta Síneach é Cistanche deserticola a bhfuil go leor éifeachtaí uathúla aige, agus is é ceann acu cuimhne a fheabhsú. Tagann éifeachtúlacht na mionfheoil ó na comhábhair ghníomhacha éagsúla atá ann, lena n-áirítear aigéad, polaisiúicrídí, flavonoids, etc. Is féidir leis na comhábhair seo sláinte inchinn a chur chun cinn ar bhealaí éagsúla.

Cliceáil a fhios 10 bealaí chun cuimhne a fheabhsú

Teastaíonn hippocampus slán ó lucha le haghaidh foghlama spásúlachta ''fhíorúil'' agus chun léiriúcháin neocortical a fhorbairt ar na heispéiris chomhfhreagracha. Faighimid amach, cé nach bhfoghlaimítear ná nach léirítear timpeallacht fhíorúil úrnua sa cortex superficial tar éis damáiste mór don hippocampus, go gcaomhnaítear cuimhní cinn a foghlaimíodh roimh ré agus a n-uiríll comhfhreagracha ensemble tearc agus forleathan i sraitheanna cortical II–III, a sine qua non. de chomhdhlúthú cuimhne. Soláthraíonn na torthaí seo fuinneog nua chun staidéar a dhéanamh amach anseo ar mheicníochtaí ceallacha comhdhlúthaithe cuimhne.

RÉAMHRÁ

Cuireann damáiste don fhoirmiú hippocampal isteach go mór ar éadáil cuimhne ‘eipeasóideach’’ nua.1,2 D’fhéadfadh baint a bheith ag an bhfeiniméan seo le suíomh an hippocampus ag barr ordlathas na réimsí neocortical comhlachais, agus leis an bhfíric go bhfuil baint ag líon na tá néaróin cortical i bhfad níos mó ná líon na nasc ar féidir le néaróin ar leith tacaíocht a thabhairt dóibh (Schwindel & McNaughton, 2011, le hathbhreithniú).3Ciallaíonn an ghanntanas naisc seo go mbeadh sé deacair cumainn treallacha a fhoirmiú i bhfíor-am (go háirithe raonta fadraoin). is dócha nach ann do na synapses riachtanacha idir aon dá chill neocortical gníomhach treallach roimhe seo.

D’fhéadfadh an neocortex an fhadhb seo a shárú trí cheangail indíreacha a chruthú go gasta i measc na néaróin atá gníomhach faoi láthair, arna idirghabháil ag patrún coiteann ó bharr anuas ón hippocampus. De réir na tuairime seo, gineann gach eispéaras uathúil patrún comhfhreagrach uathúil, gann sa hippocampus, a fheidhmíonn mar chomhthéacs nó “innéacs”4-6 don tsraith cortical néaróin atá gníomhach faoi láthair. Tá na patrúin seo uathúil maidir le suíomh agus nádúr gach eispéiris (m.sh. Leutgeb et al.7).Plaisteachacht chomhthiomsaitheach sna réamh-mheastacháin aiseolais ón hippocampus (an ''innéacs'') go dtí na cealla cortical gníomhacha comhfhreagracha (na ''tréithe' ') go bhféadfaí na tréithe cuimhne a aisghabháil ina dhiaidh sin.

Mar sin, ar dtús ar a laghad, déantar an chuimhne a ionchódú mar naisc idir an hippocampus agus cortex, seachas i measc cealla cortical go díreach. Ní chailleann roinnt cuimhní cinn agus iompraíochtaí foghlamtha a spleáchas ar hippocampus slán; Mar sin féin, éiríonn roinnt acu in aghaidh damáiste do hippocampal le himeacht ama,8 ag tabhairt le tuiscint go bhforbróidh naisc chuí cortico-cortical, atá leordhóthanach le cur in ionad na cinn hippocampo-cortical, le himeacht ama agus go n-éireoidh siad ceannasach.

Féadfaidh an próiseas seo a bheith ag gabháil le heastóscadh struchtúir ón gcuimhne go heolas ''séimeantach'' an choirtéis,9–15 a mhaireann go hiondúil don hippocampalloss. Cé go bhfuil go leor staidéir déanta ar dhinimic iompraíochta agus géine-léirithe an phróisis chomhdhlúthaithe cuimhne seo, is beag fiosrúchán a rinneadh ag leibhéal an ionchódaithe cille ar nádúr agus ar shuíomh na n-uiríll cuimhne hippocampus-neamhspleách sin sa cortex.

Léiríodh i staidéir le déanaí go bhforbraíonn cortical néaróin, go háirithe sa choirtéis superficial, le linn seicheamh suíomhanna a thrasnú (fíor nó fíorúil), sraitheanna de ghníomhaíocht néaraíoch atá gann, a bhaineann le suíomh, 16-19, chomh maith leis an hippocampus.

I lucha slána, tagann cealla comhghaolaithe suímh chun cinn sa cortex laistigh de chúpla seisiún i ''timpeallacht'' fhíorúil úr, ina bhfuil crios treadmill le leideanna ''spásúla'' ceangailte,20 ach a fhorbraíonn go dona i lucha le loit hippocampal droma. 16,17 Anseo, léirímid go gcoinnítear léirithe superficialcortical de thimpeallacht fhíorúil réamh-obráide a foghlaimíodh tar éis loit hippocampal, mar atá an chuimhne spásúil chomhfhreagrach, ach ní fhoghlaimíonn na lucha céanna timpeallacht iar-obráide nua-aimseartha ná ní léiríonn siad é mar chealla a bhaineann le suíomh. sa cortex superficial.

TORTHAÍ

Baineadh úsáid as íomháú Ca2+ dhá fhótón chun gníomhaíocht néarúil i lucha a thaifeadadh le linn rith ceann seasta ar chriosanna treadmill ina raibh roinnt leideanna amhairc-thadhaill (Fíor 1; Modhanna STAR), roimh agus tar éis loit déthaobhacha den hippocampus droma. Rinneadh tástáil ar ainmhithe ar an gcreasa ''eolach'' céanna roimh agus tar éis hippocampallesions (nó lialanna seamna). Baineadh úsáid as criosanna ''úrscéalta'' le tacair leideanna éagsúla ar feadh na dtréimhsí réamh-agus iar-obráide (lot/sham) tar éis (ath)aithne a bheith acu ar an gcreasa ''eolach''. Rinneamar rianú ar ghníomhaíocht néarónach i dtrí réimse neocortical: cortex retrosplenial (RSC), cortex mótair tánaisteach, agus cortex somatosensory bunscoile.

Is cúis leis an lot hippocampal amnesia anterograde ach ní retrograde do shuímh luaíochta timpeallachtaí spásúla fíorúil

Bhí suíomh fíorúil ar leith ag gach crios inar seachadadh an luach saothair uisce (Fíor 1C). Roimh an oibríocht, léirigh an dá ghrúpa iompar comhchosúil i dtimpeallachtaí aithnidiúla agus núíosacha araon Fíor S2. Bhí na luasanna reatha iar-obráide sna criosanna aithnidiúla agus núíosacha mar a chéile freisin idir na grúpaí sham agus loit. I ndiaidh na hoibríochta, rinne na grúpaí sham agus loit líon inchomparáide iarrachtaí ar an bport luach saothair a lí le linn an turgnaimh (Fíor 2- chlé); áfach, bhí difríocht shuntasach idir dáileadh na leamaí sa timpeallacht úrnua idir grúpaí.

Maidir leis an ngrúpa sham, díríodh cuid mhór de na míolta ar shuíomh na luaíochta i dtimpeallachtaí aithnidiúla agus núíosacha. Bhí an t-iompar céanna ar taispeáint ag an ngrúpa lota sa timpeallacht aithnidiúil; áfach, sa timpeallacht nua, bhí na micelicked loit lasmuigh den chrios luach saothair den chuid is mó. (Fíor 2-lár, ar dheis). Mar sin, coinníodh cuimhne réamh-obráide, ach bhí lagú tromchúiseach ar an bhfoghlaim sa timpeallacht nua-aimseartha. Is é seo an ghné shainithe den choincheap comhdhlúthaithe cuimhne.

Coinníonn néaróin cortical ionchódú timpeallacht spásúil aithnidiúil tar éis hippocampallesion, ach ní éiríonn le hionchódú timpeallachta núíosaigh a fhoirmiú.

D'úsáideamar critéir réasúnta liobrálacha (féach Modhanna STAR) chun cealla a chatagóiriú mar ''spásúil roghnaíoch'' agus cealla a shainiú ''áit réimsí''. Ar an iomlán, ní raibh aon difríochtaí idirghrúpa (lesion vs sham) nó idir-chomhshaoil ​​(F, N) in aon cheann de na trí réigiún cortical i gcion na gceall a chuaigh thar an tairseach roghnaíochta, a bhí thart ar 40% ar an iomlán leis na critéir liobrálacha seo. (Fíor S3A). Maidir leis an timpeallacht núíosach, áfach, ní raibh na cealla a chomhlíon na critéir roghnaíochta ar an iomlán chomh roghnaíoch ó thaobh spáis de agus bhí siad i dteannta a chéile ar ionchódú daonra nach raibh chomh haonfhoirmeach don chrios sa ghrúpa loit (Fíoracha 3A agus 3B). Bhain an difríocht seo le méadú ar na comhréireanna de chealla grúpa loit le réimsí iolracha, in ionad ceann amháin (Fíor S3B).

Rinneadh teacht chun cinn ionchódú suímh cortical ciseal II-III a chainníochtú trí úsáid a bhaint as tomhais d'ábhar faisnéise spásúla ar bhonn in aghaidh an néaróin21 do na cealla go léir a théann thar an tairseach roghnaíochta spáis. Bhíothas ag súil le roinnt dearmad sa sos 30-lá idir an seisiún réamhléan/sham deiridh agus na chéad seisiúin iar-obráide. Go deimhin, bhí díghrádú (dearmad) a bhí ag brath ar am ar ábhar faisnéise spáis sa timpeallacht aithnidiúil ; áfach, tháinig an chuimhne ar an eolas ar ais thar seisiúin i lucha loit agus sham araon, gan aon difríocht idir grúpaí (Fíor 3C-barr). Léirigh na lucha sham gnáthéadáil ar léiriú cortical na timpeallachta núíosacha (Creasa 3); áfach, níor léirigh an grúpa lota ach fíorbheagán faisnéise spáis sa timpeallacht nua-aimseartha in RSC (Fíor 3C-bun). I ngach réigiún cortical, bhí ábhar faisnéise spásúlachta na néaróin mar an gcéanna idir sham agus lot don timpeallacht aithnidiúil, agus laghdaíodh an chainníocht seo go suntasach sa ghrúpa lota don chomhshaol núíosach (Figiúirí 3D agus 3E).

Rinneamar iontaofacht an chódú spáis a chainníochtú ag leibhéal an daonra tríd an earráid a bhaineann le díchódú lap-le-lapposition a ríomh, ag baint úsáide as díchódóir Bayesian (Modhanna STAR). Le linn na céime iar-oibriúcháin, léiríonn dáileadh an tsuímh díchódaithe mar fheidhm de shuíomh an ainmhí go dtugann an díchódóir ón ngrúpa thelesion sa timpeallacht úrscéal meastachán níos lú cruinn ar an suíomh (Fíor 4A). Bhí méadú suntasach (2 x) ar earráid díchódaithe sa timpeallacht núíosach i ngach ceann de na trí réigiún cortical, sa ghrúpa loit, ach ní sa ghrúpa sham, agus ní raibh aon cheann sa timpeallacht eolach in aon ghrúpa (Fíor 4B).

PLÉ

Tríd is tríd, cé gur chuir loit hippocampal isteach go mór ar theacht chun cinn na gcealla suímh-chomhghaolmhara a léirigh timpeallacht fhíorúil úrnua, agus ar an bhfoghlaim spásúlachta a raibh lagú comhchosúil uirthi sa chomhthéacs úr sin, nuair a cuireadh i láthair timpeallacht eolach a nochtaíodh roimh an oibríocht agus sábháladh an chuimhne don suíomh luach saothair sa timpeallacht sin. . Bhí gníomhaíocht lámhaigh spásúil roghnach lucha lesion sa timpeallacht nua claonta i dtreo lámhaigh i gcóngar na leideanna suntasacha. Bhí freagairtí neamhroghnacha nó freagraí lag-roghnacha ar na leideanna suntasacha coitianta i lucha loit sna timpeallachtaí núíosacha, rud a d'eascair réimsí iolracha''áit'', rud a d'fhéadfadh cur leis an earráid díchódaithe spásúlachta níos airde.

Rinne na loit féin damáiste do 50% nó níos mó den dobhareach droma, ach d’fhág siad an hippocampus ventral slán den chuid is mó (Fíor 1E). Mar sin, ní féidir linn a thabhairt ar an gconclúid go raibh an chuimhne leasaithe go hiomlán neamhspleách ar eis-sreabhadh hippocampal22 cé go léiríonn go leor staidéir gurb é an hippocampus droma is mó atá riachtanach don fhoghlaim spásúil23,24 agus a bhfuil a aschur dírithe ar an cortex aissplenach.25–28 Léirigh an dá ghrúpa meath sa tiúnadh spásúil don timpeallacht aithnidiúil le linn an 30-lae idir an triail dheireanach réamh-lota/sham agus an chéad triail iarbhloit/sham. Cibé an raibh sé seo mar gheall ar an merepassage ama nó an nós imeachta máinliachta (m.sh., ainéistéise) anaithnid; léiríonn na dinimic seo, áfach, gur caomhnaíodh rian éigin den chódú roimhe seo, ach go raibh lagú ar ionchódú nua. Míniú amháin a d’fhéadfadh a bheith ar an laghdú ar an tiúnadh spásúlachta thar na 30 lá is ea gur féidir leis an hippocampuser slán naisc nua synaptic a fhoirmiú sa cortex, rud a d’fhéadfadh éifeachtúlacht a chailleadh le himeacht ama ach go seasfaidh siad go fisiciúil ionas gur féidir iad a athpholús nuair a nochtar arís don cortex iad. timpeallacht eolach.

Míniú eile is ea go gcaomhnaítear an códú i sraitheanna níos doimhne den cortex, nach raibh inrochtana don íomháú sna staidéir seo. Is eol go maith nach bhfuil athnochtadh do thimpeallacht aithnidiúil riachtanach chun go dtarlódh próisis chomhdhlúthaithe foirme; is féidir leo tarlú freisin le linn tréimhsí ''as líne'' cosúil le codladh mall.

Tríd is tríd, léiríonn na torthaí reatha go gcuireann hippocampus slán ar chumas an choirtéacs dromchlaigh léirithe tanaí, roghnacha a fhorbairt ar an taithí a bhaineann le bheith ag láithreacha ar leith faoi chomhthéacs céadfach iompraíochta ar leith agus go leanann na cóid néaracha éiritheacha seo tar éis damáiste hippocampal leordhóthanach chun foghlaim nua a chosc ag an leibhéil néarúla agus iompraíochta faoi choinníollacha comhchosúla. Soláthraíonn na torthaí seo creat nua chun staidéar a dhéanamh ar bhunsraitheanna ceallacha agus móilíneacha cuimhne fhadtéarmach, hippocampus-neamhspleách.

Teorainneacha an staidéir

I bhfianaise mhéid an tsampla teoranta, ní fhéadfaí ach limistéar cortical amháin as na trí réigiún leasa a mheasúnú le cumhacht staidrimh réasúnta le linn chéimeanna nochta/athnochta na dturgnamh, thar laethanta taifeadta comhleanúnacha. Roghnaigh muid an cortex aissplenial ag cur san áireamh go bhfaigheann sé réamh-mheastacháin díreacha ón hippocampus droma.25–28 Thugamar faoi deara tar éis lot hippocampal, go bhfaightear léiriú néareolaíoch de thimpeallacht aithnidiúil sa cortex aissplenial de réir a chéile le nochtadh arís agus arís eile. Mar sin féin, ní chuireann sé seo as an áireamh go bhféadfadh limistéir cortical eile téarnamh ar ráta níos tapúla. Ina theannta sin, féadfaidh malartuithe idir réigiúin dháilte cur leis an téarnamh seo, rud nach féidir a chinneadh mura ndéantar measúnú comhuaineach ar dhá réigiún nó níos mó. Mar a dhéantar rianta cuimhne spásúlachta a chaomhnú agus a “ath-phoitéinseáil” thar réimsí cortical éagsúla, tar éis caillteanas hippocampal, tá sé fós le cinneadh a dhéanamh.

BUÍOCHAS

Gabhaimid buíochas leis an Dr. M. Mohajerani as maoirseacht/riarachán an mhicreascóip agus na n-áiseanna pórúcháin ainmhithe, Jennifer Tarnowsky as tacaíocht lóistíochta, Valerie Lapointe agus Karim Ali as tacaíocht theicniúil, agus WestGrid agus Compute Canada as tacaíocht TF. Admhaíonn BLM maoiniú ó Chlár Deontas Tionscadal Taighde NIH (R01) [uimh. NS121764], Gníomhaireacht um Thionscadail Ardtaighde na Cosanta (DARPA) [uimh. HR0011-18-2-0021], Comhairle Taighde na nEolaíochtaí Nádúrtha agus Innealtóireachta Cheanada (NSERC) [uimh. 1631465], agus Institiúidí Cheanada um Thaighde Sláinte (CIHR) [uimh. PJT 156040]. Faigheann HC tacaíocht ó Scoláireachtaí Iarchéime Cheanada do Chlár Dochtúireachta (NSERC CGS-D).

RANNÍOCAÍOCHTAÍ AN ÚDAR

Rinne IME agus BLM an turgnamh a choincheapú. Rinne IME agus ARN na turgnaimh agus bhailigh siad na sonraí. Rinne GS, HC, agus BLM anailís agus léirmhíniú ar na sonraí. Scríobh IME, HC, agus BLM an lámhscríbhinn, a chabhraigh leis na húdair go léir a athbhreithniú.

DEARBHÚ LEASANNA

Dearbhaíonn na húdair nach bhfuil aon leasanna iomaíocha acu.

TAGAIRTÍ

1. Scoville, WB, agus Milner, B. (1957). Cailliúint cuimhne le déanaí tar éis loit déthaobhacha hippocampal. J. Neurol. Neurosurg.Síciatracht 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, agus Knight, RT (2002). Éifeachtaí damáiste fairsing ama don lobe ama nó mildhypoxia ar chuimhne agus ar eolas. Nat.Neurosci. 5, 1236–1241.https://doi.org/10.1038/nn961.

3. Schwindel, CD, agus McNaughton, BL(2011). idirghníomhaíochtaí hippocampal-corticalagus dinimic an rianghníomhaithe cuimhne. Clár. Brain Res. 193, 163–177.https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53839-0.00011-9.

4. McNaughton, BL (2010). Ordlathais cortical, codlata, agus asbhaint eolais ón gcuimhne. Ealaín. Intleacht. 174,205–214.https://doi.org/10.1016/j.artint.2009.11.013.

5. Teyler, TJ, agus DiScena, P. (1986). Thehippocampal cuimhne innéacsú teoiric.Behav. Neurosci. 100, 147–154. https://doi.org/10.1037/0735-7044.100.2.147.6. Teyler, TJ, agus Rudy, JW (2007). Teoiric innéacsú Thehippocampal agus cuimhne eipeasóideach: an t-innéacs a nuashonrú. Hippocampus17, 1158–1169.https://doi.org/10.1002/hipo.20350 .

7. Leutgeb, S., Leutgeb, JK, Barnes, CA, Moser, FÉ, McNaughton, BL, agus Moser,M.-B. (2005). Cóid neamhspleácha do chuimhne eipeasóideach i dtír spásúil i ensembles hippocampalneuronal. Eolaíocht 309, 619–623.https://doi.org/10.1126/science.1114037.

8. Sutherland, RJ, agus Lehmann, H. (2011).Smaointe malartacha ar chomhdhlúthú cuimhne agus ról an hippocampus ag leibhéal an chórais i gcreimirí.Curr. Tuairim. Neurobiol. 21, 446–451.https://doi.org/10.1016/j.conb.2011.04.007 .

9. Frankland, PW, agus Bontempi, B. (2005). Theorganization na cuimhní cinn le déanaí agus iargúlta.Nat. An tUrr Neurosci. 6, 119–130. https://doi.org/10.1038/nrn1607.10 . Marr, D. (1970). Teoiric le haghaidh cerebralneocortex. Proc. R. Soc. Londain. B Biol. Sci. 176,161–234.

For more information:1950477648nn@gmail.com