Förbättrat minne för objektigenkänning med efterkodning av upprepad transkraniell magnetisk stimulering Del 2

3. Resultat

Vi använde ORT med en {{0}}h fördröjning mellan samplings- och testfasen för att bedöma effektiviteten av rTMS på minnet. Det fanns ingen skillnad i OFT-aktivitet och objektutforskningstider i provtagningen och testförsöket mellan SHAM v TMS (p > 0,05, Fig. 1BD).

Minnet är en viktig del av livet, det hjälper oss att registrera, minnas och sluta oss till tidigare erfarenheter, och påverkar även våra beslut om framtiden.

Minnet ses ofta som en av manifestationerna av mänsklig intelligens, och det kan förändras beroende på de olika lärande och erfarenheter som en individ möter. För de flesta tenderar minnet att minska något när människor åldras, men detta kan förbättras genom konstant träning och träning.

Minnets effektivitet är också en mycket viktig aspekt. Effektivt minne kan hjälpa oss att bättre förstå våra erfarenheter och kunskaper och bättre kommunicera med andra. Det kan också hjälpa oss att bättre hantera utmaningar och påfrestningar och bli mer framgångsrika i lärande och arbete.

Därför måste vi lära oss hur vi kan förbättra effektiviteten och styrkan i vårt minne. Detta inkluderar att utveckla goda minnesvanor, som att etablera effektiva anteckningsmetoder och skapa en effektiv minnesmiljö. Vi kan också förbättra minnet genom att ägna oss åt en hälsosam livsstil, som att sova tillräckligt och träna ordentligt.

Kort sagt, minnets effektivitet och styrka är mycket viktiga för våra liv. Genom att använda positiva metoder och tillvägagångssätt för att förbättra vårt minne och effektivitet kan vi bättre hantera våra dagliga liv och mer framgångsrikt uppnå våra personliga och professionella mål. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche kan förbättra minnet avsevärt eftersom Cistanche är ett traditionellt kinesiskt läkemedelsmaterial med många unika effekter, varav en är att förbättra minnet. Effekten av Cistanche kommer från de olika aktiva ingredienserna den innehåller, inklusive garvsyra, polysackarider, flavonoidglykosider, etc. Dessa ingredienser kan främja hjärnans hälsa på flera sätt.

Klicka på Vet sätt att förbättra minnet

Dessutom fanns det ingen partiskhet för objektets plats i försöket med förvärvet (p > {{0}}.05, data visas inte). Mössen som fick TMS under 72-h hade ett signifikant diskrimineringsindex för det nya objektet (Envägs-t-test t(9) ¼ 3.067, p ¼ 0,0134), medan SHAM-möss gjorde inte (Envägs t-test t(10) ¼ 0,705,p ¼ 0,496).

Vid jämförelse av de två diskrimineringsindexen var TMS signifikant större än SHAM (Student t-test t(19) ¼ 2.77,p ¼ 0.0122, Fig. 1E). Dessutom hade endast gruppen som fick rTMS en signifikant t- Vi analyserade också skillnaden inom varje behandlingsgrupp för utforskning av det nya och välbekanta objektet och fann en signifikant skillnad mellan det utforskade objektet och den behandling som gavs (Two Way Repeated Measures ANOVA F(1) ,19) ¼ 8,305, p ¼ 0,0096, hp 2¼,304 Fig. IF).

Post-hoc-analys visade att TMS-gruppen hade en signifikant ökning av nya objektutforskningar (p ¼ 0.0092), men ingen skillnad i SHAM-gruppen (p > 0,05), vilket indikerar att rTMS mellan inlärning och hämtning befäste minnet bättre.

Efter detta resultat var vi intresserade av att förstå neurobiologiska förändringar associerade med förbättrad minnesprestanda hos möss som fick rTMS. Vi använde Western Blot för att analysera mängden CREB, CAMKII och ERK och deras fosforylering med hjälp av Full homogenat från hippocampus och FC (Fig. 2).

I hippocampus, totalt sett, var det en förändring i mängden CREB (Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 6,20 p ¼ 0.013,hp2¼.488 Fig. 2a). Post-hoc-analys visade att detta härrörde från en ökning av CREB i båda grupperna som gjorde beteendetestet, SHAM (p ¼ 0,048) och TMS (p ¼ 0,016) jämfört med KONTROLLgruppen.

Det var dock fosforyleringen av CREB som verkade påverkas enbart av rTMS i hippocampus (Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 11,813 p ¼ 0.00 1, hp2¼.645 Fig. 2a), visade aspost-hoc-analys att mössen som fick rTMS hade signifikant högre nivåer av pCREB än KONTROLL (p¼ 0,001) och SHAM-gruppen (p¼ 0,041).

Dessutom fann vi en effekt på nivåerna av pCAMKII (Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 4,817 p ¼ 0.029,hp2¼.445, Fig. 2d), där liknande till pCREB post-hoc-tester visade att rTMS ökade mängden pCAMKII jämfört med KONTROLLgruppen (p ¼ 0.027). I frontala cortex verkade fosforyleringen av CREB påverkas av rTMS (Envägs ANOVA F( 2,15) ¼ 10,572p ¼ 0,003, hp2¼,658, fig. 2b).

Post-hoc-analys visade att mössen som fick rTMS hade signifikant högre nivåer av pCREB än KONTROLLgruppen (p ¼ 0.002)/Det fanns också en effekt på pCAMKII i FC ( One-Way ANOVA F(2,15) ¼ 6,452 p ¼ 0.011,hp2¼.498, Fig. 2e), men posthoc analys visade att det var oberoende av behandlingen som både SHAM (p ¼ 0,016) och TMS(0,035)-grupper hade ökat pCAMKII jämfört med CONTROL-gruppen.

I FC berodde den ökade pCAMKII på ökad fosforylering av befintlig CAMKII, eftersom andelen pCAMKII till CAMKII också ökade med beteendetestet (One-WayANOVA F(2,15) ¼ 7,387 p ¼ 0.{{11 }}07, hp2¼.532, Fig. 2e). Post-hoc-testning visade att både SHAM (p ¼ 0,026) och TMS (0,010) hade en signifikant större andel än KONTROLL. I både hippocampus och FC såg vi inga signifikanta förändringar i ERK eller dess fosforylering efter rTMS.

Vi använde Western Blot på de synaptiska homogenaten från hippocampus och FC för att bestämma effekten av rTMS på olika synaptiska receptorer involverade i inlärning och minne.

Vi undersökte förändringen i AMPA-receptorsubenheter GluR1 och GluR2, såväl som BDNF-receptorn TrkB. I hippocampus fanns en skillnad i nivåerna av GluR2 (Welch Test F(2,15) ¼ 6,718 p < 0.001, Fig. 3g) och pGluR2 (Envägs ANOVA F( 2,15) ¼ 7,189 p ¼ 0,023, hp2¼,461, fig. 3g).

Post-hoc-analys visade att SHAM-möss hade mindre GLUR2 än KONTROLLEN (Games-Howell p ¼ 0.022) och mössen som fick rTMS-behandling hade signifikant högre nivåer av bådeGluR2 (Games-Howell p ¼ { {10}}.037) och pGluR2 (p < 0.05) än SHAM-mössen. I hippocampus hittade vi också förändringar i pTrKB(Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 8,449 p ¼ 0,005, hp2¼.585, Fig. 3J).

Aspost-hoc-testning visade att både SHAM-mössen (p ¼ 0.008) och TMS-möss (p ¼ 0,013) hade mindre pTRKb än KONTROLL, det tyder på att denna effekt var relaterad till beteendetestet och oberoende av behandling .

Denna effekt berodde också på en förändring i andelen totalTrkB som var fosforylerad (Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 8.882p ¼ 0.{{10}}04, hp2¼ .597, Fig. 3J), både SHAM (p ¼ 0,042) och TMS (p ¼ 0,004) var signifikant lägre än KONTROLL.

Den enda effekten på GluR1 hittades i FC där det fanns en förändring i andelen GluR1 fosforylerad vid S845-stället, pGluR1(845) (Envägs ANOVA F(2,15) ¼ 4,170 p ¼ 0,040 , hp2¼.391, Fig. 3e), men inte S831-platsen.

Post-hoc-analys visade att det fanns en minskning efter rTMS jämfört med KONTROLLER (p ¼ 0.038). Det fanns ingen förändring av GluR2-receptorer i FC, men vi fann en effekt på nivåerna av TrkB (Envägs ANOVAF(2,15) ¼ 13,601 p ¼ 0,001, hp2¼,712, Fig. 3K) och pTrkB (Welch TestF(2,15) ¼ 4,745 p ¼ 0,035, Fig. ).

Post-hoc-analys visade att denna effekt endast berodde på en ökning av nivåerna efter rTMS-behandling jämfört med kontroller för både TrkB (p ¼ 0.001) och pTrKB(Games-Howell p ¼ 0,037) .

Eftersom det inte fanns någon skillnad i andelen pTrKb till TrkB (Fig. 3K) tyder detta på att till skillnad från i hippocampus var förändringen i pTrkB ett resultat av den totala ökningen av TrKB.

Slutligen undersökte vi effekten av rTMS-stimulering på att öka och bibehålla synaptiska anslutningar i områden av hjärnan som är involverade i ORT. Vi använde immunhistokemi för att bestämma kolokaliserade presynaptiska (SV2A) och postsynaptiska (PSD95) puncta för att indikera andelen aktiva, anslutna synapser i dessa områden.

Totalt sett skedde en förändring i antalet kolokaliserade synapser i CA1-regionen i hippocampus (OneWay ANOVA F(2,16) ¼ 4.231 p ¼ 0.038, hp2¼.377, Fig. 4a ), EC(Envägs ANOVA F(2,16) ¼ 4,658 p ¼ 0.030, hp2¼.392, Fig. 4c) och PC:n (Envägs ANOVA F(2,16) ¼ 7,895 , p ¼ 0,006, hp 2¼,548, fig. 4d).

I både CA1-regionen och PC var det ökad samlokalisering i TMS-gruppen till KONTROLL (CA1 p ¼ 0.031, PCp ¼ 0.005), I EG var det dock en ökning från CONTROL i både SHAM (p ¼ 0,047) och TMS (p ¼ 0,022) grupper, vilket tyder på en övergripande effekt av beteendetestet i denna region med liten effekt av behandlingen. Vi såg inga betydande förändringar i FC.

4. Diskussion

Våra resultat visar att rTMS, om det ges mellan kodning och hämtning, förbättrar minnet i ORT hos möss. Dessa resultat återspeglar mänskliga studier som har visat en liknande effekt av post-encodingrTMS eller andra former av icke-invasiv hjärnstimulering, på att förbättra minnet [2,3].

Övervägande gnagarstudier har fokuserat på förkodning av rTMS för att förbättra minnet i det förflutna[29e32], därför har de neurobiologiska mekanismerna för konsolideringsinriktad rTMS, även om det för specifik minnesförbättring är mer effektivt än andra stimuleringstider [1], inte undersökts.

En indikator på ihållande LTM är bildandet av starka, stabila synaptiska förbindelser. I både PC och CA1 hade bara mössen som hade rTMS ökade synaptiska anslutningar jämfört med CONTROL-mössen, medan SHAM-möss inte hade det.

PC och dorsala CA1 är viktiga i objektigenkänningsminnet genom distinkta mekanismer [33]. Medan datorn är involverad i igenkännandet av objekt baserat på deras nyhet eller förtrogenhet, är hippocampus involverad i att koda den specifika objektinformationen från sensoriska stimuli till minnet [33e35]. Eftersom båda regionerna hade förhöjda synaptiska kopplingar i rTMS-mössen, vilket hade förbättrat minne, tyder detta på att stimuleringen bibehöll båda de viktiga kopplingarna i dessa områden som kodar både objektinformationen och förtrogenhet.

En av de mest slående biologiska förändringarna vi observerade var ökningen av uttrycket av GluR2 vid synapsen av hippocampus efter rTMS-behandling förbättrade minnet jämfört med minskningen hos SHAM-mössen.

Detta stod i motsats till mycket liten förändring av GluR1-uttryck. Tidigare studier har visat attGluR2-receptorer är viktiga för LTM-lagring och avlägsnandet avGluR2-receptorer från synapsen är inblandat i att glömma [36]. Däremot förhindrar blockering av GluR2-endocytos att glömma inexperimentella inställningar [37].

Det har bara gjorts ett fåtal studier som har visat motstridiga bevis för effekten av rTMS på GluR2-receptorer [26,38,39]. Vi tror att våra resultat visar en unik effekt eftersom rTMS parades med inlärningsuppgiften vilket resulterade i att GluR2-receptorer glömdes och förlorades i SHAM-mössen.

Därför har vi för första gången visat att rTMS kan främja stabiliteten hos GluR2-receptorer vid synapsen om objektigenkänningsuppgiften, vilket, som visats i tidigare litteratur, är viktigt för att upprätthålla ett minne [36,37].

Intressant nog i FC var rTMS associerad med en ökning av TrKB och fosforyleringen av TrKB, medan minnesuppgiften i hippocampus minskade pTrkB-uttrycket. Kinetiken för TrkB vid synapsen är beroende av många faktorer, eftersom TrkB kan internaliseras vid synapsen när BDNF binder [40].

Men längre aktiveringsperioder av BDNF resulterar i en stabil uppreglering av TrkB medan övergående BDNF ökar TrkB endast tillfälligt [41]. Därför kan det olika uttrycket av FC och hippocampus TrkB vara en indikation på de regionspecifika effekterna av BDNF.

I hippocampus kan TrkB-internalisering ha inträffat i både SHAM- och TMS-mössen som svar på beteendetestet, eftersom genomförandet av testfasen kan ha orsakat en viss nivå av rekonsolideringsinlärningshändelse i båda dessa grupper, vilket skulle ha aktiverat ett kort BDNF-svar [42e44 ]. Medan i FC, tidigare studier har visat direkta ökningar av BDNF från rTMS[18e20], kan den ihållande ökningen av BDNF från stimuleringen under de tre dagarna ha främjat uppregleringen och translokationen av TrkB till synapsen [41].

Dessutom skulle effekten av beteendetestet som orsakar TrkB internalisering inte ha inträffat i FC som det gjorde i hippocampus, eftersom FC inte är involverat i igenkänningsminne [45e47]. Detta visades också i vår studie eftersom det inte fanns någon förändring i synaptiska kopplingar i denna region. Framtida studier bör utforska rTMS kontra beteendetesteffekter mer i detalj för att bestämma denna exakta mekanism.

Från våra resultat verkar det finnas ett starkt samband mellan CREB och förbättrad minnesprestanda hos mössen som fick TMS. Sammantaget såg vi förhöjda nivåer av CREB och dess fosforylering i både hippocampus och FC. Detta resultat kan relateras till tidigare forskning som också har visat förmågan hos rTMS att öka CREB-uttrycket och dess fosforylering [20,21].

Ökad pCREB är viktig för den transkriptionella aktiviteten som behövs för att konvertera korttidsminnet till en stabil LTM [48e50] och blockering av CREB förhindrar konsolidering av minnet under timmarna efter inlärningshändelsen [51]. Därför, vid konsolideringsstadiet, skulle det vara viktigt om rTMS kunde öka pCREB. Rollen för den förlängda aktiveringen av CREB är dock mindre tydlig.

Denna studie visar att fosforylering av CREB var associerad med förbättrat minne och därför kan vara viktigt i den förbättrade minnesprestanda vi såg hos rTMS-behandlade möss.

CREB-aktivering kan komma från många synaptiska vägar. Tyvärr fastställde denna studie inte den exakta vägen som skulle resultera i förhöjd pCREB. Fosforyleringen av CAMKII ökade i både hippocampus och FC vilket kunde orsaka den ökade CREB-fosforyleringen [9e11].

Eftersom rTMS förändrar Ca2þ-nivåer inom neuroner [18], kan denna aktivering av CAMKII ha gett en direkt väg för att aktivera CREB, dessutom har CAMKII-aktivering varit direkt kopplad till GluR2-aktivitet [52].

Men i FC hade SHAM-mössen också förhöjd CAMKII men inte CREB ellerGluR2. Den synaptiska färgningen avslöjade att hippocampus spelar en större roll i objektigenkänningsminnet än FC, så det kanske finns andra regulatoriska vägar inblandade som stödde aktiveringen av CREB från CAMKII efter rTMS i hippocampus och inte FC. Från denna studie är det svårt att skilja om förbättringarna från rTMS enbart berodde på stimuleringen som gavs 3 hpostkodning eller stimuleringarna som gavs inom 72-h.

Singularkonsoliderande stimuli är effektiva för att förbättra minnet i humantrial [3], men i gnagarstudier är konsekvent reaktivering av minnesvägar avgörande för LTM-underhåll [17].

Dessutom, från resultaten i denna studie, kan vi inte identifiera om det förbättrade minnet eller neurobiokemiska förändringarna var resultatet av rTMS-stimuleringen under konsolideringsfasen som förbättrade minneskonsolideringen eller om det fanns en sekundär mekanism som ändrade hämtningen av minnet oberoende av konsolidering.

Resultaten från denna studie visar både kortsiktiga förändringar av fosforyleringen av proteiner som behövs från synaptisk konsolidering och långsiktiga förändringar till stabila synaptiska kopplingar som behövs för minnesupprätthållande. Därför kommer det att vara viktigt för framtida studier att jämföra effekten av olika stimuleringstider och kontrollgrupper för icke-sondstudier för att bestämma de exakta mekanismerna.

5. Slutsats

Tillsammans tyder resultaten på att genom att främja större synaptiskGluR2 och förhindra dess endocytos, samt bibehålla synaptiska kopplingar i PC:n och hippocampus CA1, kan rTMS förbättra minnet i objektigenkänningstestet.

Vi fann bevis för att dessa förändringar möjligen var kopplade till CAMKII- och CREB-vägar i hippocampala neuroner. Dessa resultat stelnar ytterligare och levererar rTMS i konsolideringsfasen för LTM och förändrar synaptisk plasticitet, vilket kan ha större implikationer i det kliniska neuromodulationsfältet, inte bara för att förbättra minnet utan även i fall där större bevarande av information är fördelaktigt, till exempel psykoterapi [53].

Framtida studier kan använda liknande metoder för att jämföra konsolidering och underhållsstimulering för att direkt bestämma den molekylära mekanismen som bidrar till effekten, samt avgöra om denna effekt kan förlängas med förlängt underhåll rTMS.

CRediT författarskapsbidragsförklaring

AM Heath: konceptualisering, formell analys, utredning, skriva det ursprungliga utkastet. M. Brewer: Utredning. J. Yesavage: Supervision, Writing e review & editing. MW McNerney: Övervakning, resurser, finansieringsförvärv, skriva e-granskning och redigering.

Erkännanden

Författarna vill tacka Dr. Eugenia Poh för att ha tillhandahållit sin figur för användning i manuskriptet. Författarna skulle också vilja att Ass. Prof. Jennifer Roger för att ha tillhandahållit det anpassade TMS som används i denna studie.

Detta arbete stöddes av Department of Veteran's Affairs [bidragsnummer 5IK2BX004105-2]. Informationen i detta dokument representerar inte åsikterna från USA:s regering, Department of Veteran's Affairs eller Stanford University School of Medicine.

Referenser

[1] Yeh N, Rose NS. Hur kan transkraniell magnetisk stimulering användas för att modulera episodiskt minne?: en systematisk översikt och metaanalys. FrontPsychol 2019;10:993.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00993.

[2] Turriziani P, Smirni D, Zappala G, Mangano GR, Oliveri M, Cipolotti L. Förbättra minnesprestanda med rTMS hos friska försökspersoner och individer med mild kognitiv funktionsnedsättning: rollen av den högra dorsolaterala prefrontala cortex. Front Hum Neurosci 2012;6:62.https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00062.

[3] Sandrini M, Censor N, Mishoe J, Cohen LG. Den kausala rollen av prefrontal cortex i förstärkning av episodiska minnen genom rekonsolidering. Curr Biol2013;23:2181e4.https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.045.

[4] Nilakantan AS, Bridge DJ, Gagnon EP, VanHaerents SA, Voss JL. Stimulering av det bakre kortikala-hippocampala nätverket förbättrar precisionen i minnesåterställning. Curr Biol 2017;27:465e70.https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.042.

[5] Bekinschtein P, Cammarota M, Igaz LM, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH. Uthållighet av långtidsminneslagring kräver en sen proteinsyntes och BDNF-beroende fas i hippocampus. Neuron 2007;53:261e77.https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.11.025.

[6] Bailey CH, Kandel ER, Harris KM. Strukturella komponenter av synaptisk plasticitet och minneskonsolidering. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015;7:a021758.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021758.

[7] Rossato JI, Bevilaqua LRM, Myskiw JC, Medina JH, Izquierdo I, Cammarota M. Om rollen av hippocampus proteinsyntes vid konsolidering och konsolidering av objektigenkänningsminne. Learn Mem 2007;14:36e46.https://doi.org/10.1101/lm.422607.

[8] Cunha C, Brambilla R, Thomas KL. En enkel roll för BDNF i lärande och minne? Front Mol Neurosci 2010;3.https://doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.

[9] Yan X, Liu J, Ye Z, Huang J, He F, Xiao W, et al. CaMKII-medierad CREB-fosforylering är involverad i Ca(2þ)-inducerad BDNF mRNA-transkription och neuritutväxt främjad av elektrisk stimulering. PLoS One 2016;11:e0162784.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162784.

[10] Deisseroth K, Bito H, Tsien RW. Signalering från synaps till kärna: postsynaptisk CREB-fosforylering under flera former av hippocampus synaptisk plasticitet. Neuron 1996;16:89e101.https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80026-4.

[11] Ahmed T, Frey JU. Plasticitetsspecifik fosforylering av CaMKII, MAP-kinaser och CREB under sen LTP i råtthipocampusskivor in vitro. Neuropharmacology 2005;49:477e92.https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2005.04.018.

[12] Kristensen AS, Jenkins MA, Banke TG, Schousboe A, Makino Y, Johnson RC, et al. Mekanism för Ca2þ/calmodulin-beroende kinas II-reglering av AMPAreceptor-gating. Nat Neurosci 2011;14:727e35.

For more information:1950477648nn@gmail.com