Un mécanisme de circuit reliant l'apprentissage passé et futur à travers des changements de perception, partie 2

Élucider le circuit de contrôle qui entraîne le changement de perception

Ensuite, pour caractériser les mécanismes de circuit qui interviennent dans ce changement de perception induit par l'apprentissage, nous avons mesuré l'activité de deux interneurones d'ordre supérieur, le ventral cérébral 1a (CV1a) et le neurone à inversion de modèle (PRN). Ces cellules sont des neurones de type commande dans les circuits d'ingestion et d'égestion, respectivement, et, lorsqu'elles sont actives, sont suffisantes pour piloter leurs programmes moteurs respectifs (16, 31). Les enregistrements intracellulaires ont montré que l'activité CV1a était significativement régulée positivement 4 heures après un entraînement intensif par rapport aux animaux naïfs, tandis que l'activité PRN était significativement régulée négativement (Fig. 3, A à E).

Le changement de perception est un changement dans la façon de penser et un ajustement de la mentalité. Cela comprend la conscience de l’environnement, la conscience de son identité personnelle, la compréhension des expériences personnelles et la poursuite d’objectifs et d’aspirations. Les changements de perception peuvent encourager les gens à adopter une approche plus positive de la vie et à mieux faire face aux défis. Et cette attitude et cette mentalité positives peuvent améliorer la mémoire des gens.

Premièrement, un changement de perception permet aux gens de se concentrer davantage sur les aspects positifs de leur vie. Comme le dit « À la recherche de visages optimistes », il existe souvent de nombreux facteurs positifs dans la vie, mais nous ne parvenons souvent pas à les découvrir. Et grâce à des changements de perception, nous pouvons être plus conscients de ces facteurs positifs et leur accorder suffisamment d’attention et d’importance. Ces facteurs optimistes peuvent non seulement accumuler notre bonheur, mais aussi nous inciter à mieux saisir les informations de la vie, améliorant ainsi la mémoire.

Deuxièmement, le changement de perception peut également aider les gens à mieux se comprendre eux-mêmes, y compris leurs forces, leurs faiblesses, leurs valeurs, etc. Cet approfondissement de la conscience de soi permet aux gens de mieux gérer leurs émotions et leur stress, et d’être plus motivés à poursuivre leurs objectifs et leurs désirs. Ce type d'ambition et de motivation peut stimuler le cerveau des gens à être plus créatifs et plus réfléchis, et améliorer encore leur mémoire.

Enfin, les changements de perception peuvent également amener les gens à accorder davantage d’attention à leurs propres expériences et à leur croissance. Qu’il s’agisse de succès ou d’échecs, chaque expérience est un atout précieux. Grâce à des changements de perception, nous pouvons mieux réfléchir et résumer, non seulement mieux découvrir nos points de croissance et nos lacunes, mais aussi mieux absorber et mémoriser les expériences et les leçons.

En bref, un changement de perception, même s’il s’agit simplement d’un ajustement mental, peut avoir un impact profondément positif sur nos vies et notre apprentissage. Avec une attitude positive et ensoleillée, nous pouvons mieux relever les défis, poursuivre notre croissance, mieux maîtriser l’information et mémoriser le contenu. Investissons activement dans la transformation de la perception et améliorons continuellement notre croissance et notre qualité. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire, car Cistanche deserticola peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme en augmentant les niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance. Ces substances sont très importantes pour la mémoire et l'apprentissage. En outre, la viande peut également améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutriments et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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Nous avons estimé que cette relation d’activité antagoniste induite par l’apprentissage pourrait s’expliquer par un motif de circuit commun, à savoir une inhibition entre circuits concurrents (32). Dans ce scénario, une régulation positive de l’activité dans un réseau entraînerait une suppression dans le réseau antagoniste. À l'appui de cela, CV1a reçoit d'importants apports inhibiteurs tout au long de la phase de protraction au cours des cycles d'égestion spontanés et pilotés par PRN (Fig. 3F). Ces apports inhibiteurs ne proviennent pas directement du PRN, ce qui suggère que les neurones en aval ont été recrutés.

Fig. 2. Previous learning alters the perception of future training by shifting the feeding network state. (A) Example frames showing mouth movements during ingestion or egestion. Frames are color-matched to (B) (red: ingestion, blue: egestion). White dots indicate the distal tip of the radula tracked during bite classification. Scale bar, 0.5 mm. (B) Heat plots of radula movements during the first 15 bites in response to the CS + US during weak training in animals receiving weak training only versus animals receiving vital training 4 hours earlier. Red-white-blue lookup table represents radula movements. Positive (blue) is egestion; negative (red) is ingestion. (C) Statistical summary of (B) shows a significant change in the mean difference in radula movements between conditions (two-tailed t-test, P < 0.01, t = 3.1). (D) The plot of the fraction of ingestion/egestion bites produced during weak training shows a significant difference between conditions(Fisher's exact test, P < 0.01). (E) The plot of fraction of animals performing no egestion bites versus >{{0}} les piqûres d'égestion montrent une différence significative entre les conditions (test exact de Fisher, P < 0,001). (F) Activité B11 et N2v dans une préparation in vitro pendant les cycles d'ingestion et d'égestion. B11 est principalement actif dans la phase de rétraction lors de l'ingestion et dans la phase de protraction lors de l'égestion.

N2v activity does not change during ingestion and egestion cycles. B11 is therefore a readout of ingestion versus egestion. Gray lines represent the retraction phase onset. (G) Heat plots of B11 activity during fictive feeding cycles. Lookup table colors are normalized B11 spike differences. Positive (blue) is egestion; negative (red) is ingestion. (H) Statistical summary of (G) shows a significant change in the 11 spike difference between conditions (Mann-Whitney test, P < 0.01, U = 70). (I) The plotof fraction of ingestion/egestion cycles shows a significant difference between conditions (Fisher's exact test, P < 0.001). (J) The plot of the fraction of preparations producing no egestion cycles versus >Les cycles d'égestion {{0}} montrent une différence significative entre les conditions (test exact de Fisher, P < 0,001). h, heures.

Ensuite, pour identifier la source de ces entrées, nous avons effectué une recherche approfondie d'un type de neurone qui remplirait les critères suivants : (i) il devrait inhiber CV1a lorsqu'il est actif, (ii) il devrait être actif pendant la phase de protraction de l'égestion. cycles, et (iii) il devrait être excité par l’activité PRN. En utilisant une approche de marquage par fluorescence pour révéler les neurones dépassant des ganglions buccaux où se trouvent la plupart des circuits d'alimentation (33), nous avons identifié un seul type de neurone candidat, le commutateur de motif 1 (PS1) (Fig. 4A), qui satisfaisait aux trois critères. . Premièrement, la stimulation artificielle de PS1 de manière monosynaptique a inhibé le CV1a ipsilatéral (Fig. 4, B et C). Deuxièmement, ce neurone était fortement actif pendant la phase de prolongation des cycles d'égestion pilotés par PRN et par stimulus (Fig. 4D et fFig.S9A) lorsque CV1a était inhibé. Troisièmement, l'activité PRN a excité PS1 de manière monosynaptique, observée sous la forme de potentiels post-synaptiques excitateurs (EPSP) 1: 1 (Fig. 4, E et F). Pour déterminer si PS1 était la seule source d'inhibition de CV1a lors du comportement d'alimentation par égestion, nous avons artificiellement manipulé son activité au cours des cycles pilotés par PRN. Lorsqu'il est hyperpolarisé, il y a maintenant une augmentation significative de l'activité de CV1a (Fig. 4, G et H) sans aucune preuve des entrées synaptiques inhibiteurs phasiques qu'il reçoit normalement. De plus, l'hyperpolarisation PS1 était également suffisante pour augmenter l'activité CV1a pendant les cycles d'égestion sensoriels (fig. S9B). Ainsi, ce type de neurone inhibiteur essentiel agit comme un interrupteur lors de la sélection d’action, empêchant l’activation perturbatrice des centres de commande d’ingestion pendant l’égestion.

Puisque CV1a n’a pas de connexion monosynaptique avec le PRN, comment assure-t-il la suppression de l’égestion lorsqu’il est actif ? Nous avons pu répondre à cette question en identifiant le deuxième composant du circuit de contrôle : un interneurone buccal de type PS2, fortement couplé électriquement au PRN et suffisant pour piloter des cycles d'égestion robustes (fig. S9, C et D). Il reçoit une forte inhibition facilitante de la part de CV1a et conduit ainsi à la suppression de l'égestion lorsque des cycles d'ingestion sont générés (fig. S9, E et F). De plus, l'activation artificielle de PS2 a provoqué des entrées d'inhibition polysynaptiques sur CV1a, résultant de sa connexion excitatrice monosynaptique sur PS1 (fig. S9, G et H). Ensemble, ces résultats démontrent que l'inhibition mutuelle est utilisée pour empêcher l'activation de circuits compétitifs et que ce motif de circuit fournit un point de contrôle sur lequel la plasticité pourrait agir (fFigS9I). Nous avons ensuite exploré le rôle possible de la suppression du circuit d'égestion dans la perception des événements d'apprentissage.

La manipulation du circuit de contrôle perceptuel permet un nouvel apprentissage in vivo

Étant donné qu'elle favorise l'expression du comportement d'égestion, nous avons estimé qu'une réduction de l'activité PRN → PS1 pourrait être suffisante pour modifier la perception d'un entraînement faible par un animal et ainsi améliorer l'acquisition de la mémoire. Pour étudier cela, nous avons développé une stratégie pharmacologique qui nous a permis de manipuler la voie de sortie du PRN. Nous avons précédemment montré que ce neurone est dopaminergique et que le bloqueur des récepteurs D2, le sulpiride, est très efficace pour inhiber son action sur les motoneurones suiveurs (16). Ici, nous avons confirmé que la connexion PRN → PS1 est également sensible au sulpiride (Fig. 5, A et B), provoquant une réduction significative de l'amplitude de l'EPSP PRN → PS1. Ensuite, nous avons testé si le blocage de cette connexion pouvait imiter l'augmentation de l'activité CV1a observée 4 heures après un entraînement intensif. Nous avons constaté que le sulpiride provoquait une forte élévation de l'activité du cycle CV1a par rapport au prétraitement (Fig. 5, C et D), ce qui concorde avec nos travaux antérieurs montrant que l'application du sulpiride biaise l'activité en faveur des événements d'ingestion (16). Ainsi, le sulpiride peut modifier de manière robuste l’état du réseau, se substituant aux effets d’un entraînement intensif. En tant que tel, cet agent offre la possibilité de tester in vivo si cette voie est à l'origine de la perception altérée de l'entraînement faible par l'animal. Les animaux ont reçu une injection de sulpiride ou de solution saline normale et ont subi le protocole d'entraînement faible avec des réponses alimentaires mesurées comme sur la figure 2 (A et B). Nous avons constaté que les animaux ayant reçu une injection de sulpiride effectuaient significativement plus d'événements d'ingestion en réponse à un entraînement faible que les animaux ayant reçu une injection de solution saline (Fig. 5, E à G), et qu'un nombre significativement plus élevé d'animaux ayant reçu une injection de sulpiride n'effectuaient aucune réponse d'égestion (Fig. 5, E à G). .5H). De plus, il y avait une diminution significative de la probabilité de transition entre les états après l'injection de sulpiride (fig. S10, A à D). Par conséquent, l’entraînement intense et l’injection de sulpiride modifient l’état du réseau in vitro et stabilisent la perception d’un entraînement faible in vivo.
Nous avons ensuite testé si le changement de perception induit par le sulpiride était suffisant pour l'acquisition du LTM après un entraînement faible, comme nous l'avons montré dans le cas d'un entraînement fort. Les animaux ont reçu une injection de sulpiride ou de solution saline, puis ont subi un entraînement faible avec du LTM testé un jour plus tard. Conformément aux effets d'un entraînement intensif, nous avons constaté que les animaux ayant reçu une injection de sulpiride avant un entraînement faible présentaient une réponse significativement plus importante au GNL que les animaux naïfs ou entraînés avec une injection de solution saline (Fig. 5I). De plus, l'injection de sulpiride en l'absence d'un faible entraînement n'a pas augmenté la réponse alimentaire au GNL lorsqu'elle a été testée un jour plus tard (Fig. 5I). Ainsi, la manipulation pharmacologique de l’état du réseau provoque un changement dans la perception du faible entraînement, suffisant pour que l’animal acquière et consolide pleinement une mémoire.

Ensuite, nous avons examiné si le changement d'état du réseau induit par l'apprentissage après un entraînement vital était impliqué dans l'expression de la mémoire forte d'origine ou s'il s'agissait d'un processus parallèle visant à améliorer les événements d'apprentissage futurs. Pour tester cela, nous avons injecté du sulpiride ou une solution saline à des animaux et enregistré leur réponse à l'entraînement intense CS (AA), mais en l'absence d'entraînement vital préalable. Nous avons émis l'hypothèse que si le changement induit par l'apprentissage dans l'état du réseau était impliqué dans l'expression de la mémoire originale, alors le comportement alimentaire en réponse au CS (AA) utilisé pour un entraînement intense serait augmenté en induisant artificiellement le même changement dans le réseau. état au sulpiride, mais en l’absence d’entraînement vital préalable. Cependant, nous avons constaté que l'injection de sulpiride n'entraînait pas d'augmentation de la réponse à l'AA par rapport aux animaux naïfs ou ayant reçu une injection de solution saline (Fig. 5J). Par conséquent, bien que l’entraînement vital provoque un changement dans l’état du réseau, ce changement induit par l’apprentissage ne participe pas activement à l’expression de la mémoire forte elle-même, ce qui suggère que des mécanismes distincts sont impliqués. Ensemble, ces résultats démontrent qu'un apprentissage fort provoque des changements parallèles dans l'activité neuronale : un pour l'expression de la mémoire elle-même et un pour modifier la perception de l'apprentissage appétitif futur.

Les changements de perception liés à la mémoire se généralisent à un paradigme de formation alternatif

Quel rôle joue le mécanisme identifié ici ? La capacité à relier des événements d'apprentissage forts et faibles étroitement couplés dans le temps suggère que Lymnaea pourrait utiliser cette capacité pour identifier des périodes « riches en apprentissage », par exemple compatibles avec l'arrivée de l'animal dans un environnement abondant. Si tel est le cas, nous nous attendrions à ce que l’apprentissage se généralise plutôt que de dépendre des mêmes États-Unis pour la formation forte et faible. Pour tester cette idée importante, nous avons mené des expériences dans lesquelles nous avons remplacé le saccharose US utilisé dans le protocole d'entraînement faible par de la L-sérine (Fig. 6A), un stimulus d'appétit alternatif connu chez Lymnaea (29). Ainsi, le CS et l’US sont distincts selon les deux paradigmes de formation. Nous avons constaté que même si l'appariement GNL + L-sérine à lui seul ne produisait pas de réponse conditionnée, une expression robuste de la mémoire 1-jour en GNL était observée si l'entraînement intense la précédait (Fig. 6B). Ainsi, l’expression de la mémoire ne se limite pas à un seul État américain mais peut plutôt permettre la formation de différentes associations, ce qui suggère qu’elle serait très appropriée pour permettre un abaissement généralisé du seuil de formation de nouveaux souvenirs.

DISCUSSION

La capacité d’apprendre de nouvelles associations est essentielle pour survivre dans un environnement imprévisible. Étant donné que l’acquisition et la consolidation de la mémoire sont des processus coûteux en énergie (1, 2, 34), l’utilisation de stratégies qui aident à orienter les décisions sur quoi et quand apprendre présente des avantages potentiels clés. Ici, nous identifions un mécanisme simple chez Lymnaea par lequel les événements passés sont utilisés pour biaiser la perception. Notamment, nous démontrons également que ce mécanisme peut guider l’apprentissage futur – en facilitant l’acquisition de la mémoire pour des associations qui auraient auparavant été ignorées – et nous élucidons les circuits neuronaux responsables. Nous proposons que cela serve à alerter un animal pour qu'il dirige efficacement les ressources vers un nouvel apprentissage, là où une expérience récente suggère qu'il peut y avoir un avantage particulier à former des associations positives.

Une caractéristique clé du mécanisme que nous élucidons est qu’un apprentissage fort initie des processus parallèles dans le cerveau : un pour l’expression de la mémoire originale et un pour modifier la perception des événements d’apprentissage futurs et faciliter l’acquisition de nouveaux souvenirs. Ceux-ci semblent indépendants puisque le changement d’état du réseau neuronal mesuré après un entraînement intensif n’est pas suffisant pour l’expression de la mémoire originale, comme en témoigne l’absence de faux souvenir lorsque l’état du réseau est modifié pharmacologiquement. Des voies parallèles similaires ont été identifiées lors d’expériences de conditionnement chez la souris. Par exemple, dans une tâche de discrimination olfactive, un entraînement approfondi a modifié l’excitabilité des neurones pyramidaux du cortex piriforme, coïncidant avec une capacité accrue à apprendre de nouvelles tâches (apprentissage de règles), mais cela n’était pas en corrélation avec l’expression de la mémoire originale (35). , 36). Ainsi, même si ces changements induits par l’apprentissage ne font pas partie de « l’engramme » exprimant la mémoire, ils remplissent néanmoins des fonctions adaptatives essentielles chez les animaux, leur permettant d’utiliser leurs expériences passées pour guider leur comportement futur – un processus sans doute aussi important que le rappel. de la mémoire elle-même.

Le mécanisme que nous avons identifié présente des caractéristiques temporelles clés. Il permet des capacités d'apprentissage améliorées de 30 minutes à 4 heures après un entraînement intensif, ce qui suggère que l'acquisition de nouvelles mémoires est facilitée dans une fenêtre de temps critique. Informé par nos travaux précédents, ce laps de temps s'aligne avec l'émergence de la mémoire à moyen terme pour un entraînement solide et dure jusqu'à l'émergence du LTM (17). L'expression de cette mémoire sur cette période dépend de la synthèse des protéines, alors que la trace de mémoire enregistrée à un moment plus court, 10- min, ne l'est pas (17). Cela suggère fortement que le changement d'état du réseau identifié dans notre présente étude dépend également de la synthèse des protéines, expliquant l'absence d'effet 10 minutes après un entraînement intense. De plus, la capacité d'apprentissage améliorée n'est pas maintenue à des moments plus longs : la formation de mémoire d'apprentissage faible est absente à partir d'environ 6 heures, bien que la mémoire forte d'origine soit toujours présente et exprimable. Par conséquent, le changement d’état du réseau induit par l’apprentissage est induit de manière transitoire et ne dure pas plus longtemps que les mécanismes moléculaires connus pour être nécessaires à la consolidation de la mémoire originale au cours des 6 premières heures suivant un entraînement intense (37). Nous émettons l’hypothèse qu’un changement permanent de perception dû à un apprentissage passé pourrait être préjudiciable à l’animal, conduisant à des souvenirs énergétiquement coûteux et potentiellement inadaptés. Il existe également une exigence pour une séquence temporelle stricte de formation forte suivie d'une formation faible. Cela diffère d'un processus précédemment identifié, le marquage comportemental (38, 39), qui facilite l'interaction et l'amélioration des souvenirs basés sur les étiquettes synaptiques et la capture (40, 41). Lors du marquage comportemental, une balise déclenchée par un événement d'apprentissage faible est ciblée et améliorée par un événement d'apprentissage fort, quelle que soit la séquence temporelle des deux événements d'apprentissage (42, 43).

Cette caractéristique clé du marquage comportemental conduit à une altération de la mémoire de l’événement, et non de l’événement d’apprentissage lui-même. En revanche, le changement de perception induit par l'apprentissage que nous identifions ici guide l'animal dans la décision sur les événements futurs à connaître, plutôt que sur les souvenirs récemment acquis qui doivent être davantage consolidés. Ainsi, même si les deux mécanismes présentent certains parallèles et servent tous deux à augmenter le nombre de mémoires à long terme consolidées, ils fonctionnent dans des circonstances différentes et utilisent des mécanismes de circuits distincts. Nous démontrons également que le changement de perception induit par l’apprentissage se généralise à d’autres formes d’apprentissage appétitif puisqu’un deuxième type d’entraînement appétitif faible pourrait également être amélioré par un apprentissage fort passé. Une amélioration généralisée similaire des capacités d'apprentissage a été observée chez la souris, où l'on pense que l'apprentissage par discrimination olfactive dépendant de l'hippocampe fait passer le réseau hippocampique en « mode d'apprentissage », améliorant d'autres types d'éducation dépendant de l'hippocampe, tels que l'apprentissage spatial (44). ). L'évolution temporelle et la nature non spécifique du mécanisme identifié chez Lymnaea pourraient servir à alerter l'animal d'une période « riche en apprentissage » permettant d'établir des associations positives avec des signaux qui, s'ils étaient rencontrés isolément, seraient probablement ignorés.

Quel mécanisme facilite un entraînement faible après un entraînement fort ? Nous notons que les animaux naïfs exposés au faible entraînement « flip-flop », ou transition, entre les comportements d'ingestion et d'égestion, suggèrent que l'animal a une perception bistable des stimuli CS + US pendant l'entraînement, ce qui représente une période d'ambiguïté ( 45). Notamment, nous constatons également que l’entraînement fort biaise et stabilise la perception de l’animal d’un entraînement faible pour favoriser le comportement d’ingestion. Nous suggérons que la perception bistable lors d'un entraînement faible est une propriété émergente de l'activité relative des circuits d'ingestion et d'égestion puisque la même commutation persiste in vitro en l'absence de toute stimulation externe. En caractérisant la connectivité entre les deux circuits, nous montrons que les interactions compétitives sont dues à un motif de circuit d'inhibition réciproque (32, 46), suggérant que la sélection d'action est probablement générée par un modèle où le gagnant remporte tout. L'inhibition par anticipation du circuit d'égestion empêche la coactivation du circuit d'ingestion (PRN + PS2 → PS1 → CV1a), tandis que le circuit d'ingestion inhibe directement une partie du circuit d'égestion couplé électriquement (CV1a → PS2) (Fig. 6C et Fig. S9I).

Étant donné que les deux circuits sont innervés par le même générateur de motifs central (16, 31) alimentant le noyau, nous proposons que l'expression du cycle soit dictée par le premier circuit pour atteindre un seuil de taux de pointe suffisant pour inhiber l'autre. Après un entraînement intense, il y a un changement dans l'activité relative des deux circuits et, en tant que telle, l'expression des cycles d'ingestion est dominante (Fig. 6C). Un motif de circuit similaire est observé lors du conditionnement de la peur chez la souris, où l'un des deux comportements incompatibles peut être généré : la fuite ou le gel. L’apprentissage modifie l’équilibre de deux classes de neurones réciproquement inhibitrices dans l’amygdale centrale, ce qui biaise l’expression en faveur de l’un ou l’autre comportement (47). Chez Lymnaea, cependant, le changement d'activité induit par l'apprentissage n'est pas utilisé pour l'expression de la mémoire mais plutôt pour faciliter un nouvel apprentissage (Fig. 6C). Nous montrons que la stabilisation pharmacologique du circuit d'ingestion en bloquant l'inhibition feedforward du circuit d'égestion est suffisante pour modifier la perception de l'animal du CS + US lors d'un entraînement faible in vivo. De plus, nous montrons que cela peut remplacer l'acquisition d'une mémoire forte, modifiant l'état du réseau pour permettre de nouvelles associations positives, suggérant que la formation de la mémoire peut être facilitée en réduisant l'ambiguïté lors d'un événement d'apprentissage. Des études antérieures chez l'homme ont démontré qu'un apprentissage antérieur peut modifier le contrôle attentionnel, ce qui ajuste la sensibilité perceptuelle (3-5), et il a également été démontré que l'attention joue un rôle dans la multistabilité perceptuelle (45, 48).

Bien que seule la lecture perceptuelle de l'animal ait été mesurée dans cette étude, il est possible que le mécanisme identifié ici comprenne également un changement d'attention qui pourrait moduler la perception du faible entraînement. Le fait que le changement d’état du réseau soit présent avant l’exposition à la formation faible pourrait suggérer l’existence d’un mécanisme d’attention anticipée qui, à son tour, ajuste la perception des futurs événements d’apprentissage. Cependant, si un tel changement d’attention est impliqué, il ne peut moduler la perception et, ainsi, améliorer la formation de nouveaux souvenirs qu’à partir d’environ 30 minutes après l’entraînement intensif.

Pourquoi la stabilisation du réseau vers les événements d'ingestion facilite-t-elle une formation faible ? Une explication simple est que, lors de l'ingestion, l'animal aspire activement le CS et l'US dans la cavité buccale puis dans l'œsophage, permettant ainsi à chacun d'être avalé. Cela contraste avec l'égestion où le contenu est efficacement expulsé de la cavité buccale. Des travaux antérieurs ont démontré que le succès du conditionnement in vitro dépend de l’atteinte de l’œsophage par les États-Unis (17) et de l’activation des neurones œsophagiens (49), qui renforcent le CS via l’activation du récepteur D1 dans les neurones suiveurs (50-52). Par conséquent, favoriser les cycles d’ingestion servira à augmenter l’atteinte et l’activation de ces neurones par les États-Unis, renforçant ainsi le CS + US.

Ici, nous avons découvert un mécanisme jusqu'à présent inédit par lequel des changements de perception peuvent coupler des apprentissages antérieurs et nouveaux dans des conditions et des délais spécifiques. Nous proposons que cela puisse servir de mécanisme général de définition d'état, permettant à un animal de former des associations entre de nouvelles combinaisons de stimuli, ce qui, isolément, serait insuffisant pour induire la mémoire. Étant donné que les associations entre l'apprentissage et les changements de perception sont bien établies chez les animaux supérieurs, y compris les humains, nous suggérons qu'un parcours apprentissage → perception → apprentissage pourrait être une caractéristique largement conservée qui mérite une attention plus approfondie dans les études sur l'apprentissage. Étant donné que la formation de LTM est associée à une augmentation des coûts énergétiques, en particulier l'engagement et le recrutement de machines moléculaires pour la consolidation de la mémoire, un mécanisme qui dirige l'apprentissage a une valeur potentiellement importante pour la capacité de survie. Dans le cas d'un animal en quête de nourriture tel que Lymnaea, fonctionnant avec un budget énergétique serré (53), l'apprentissage de différentes associations est très bénéfique, les alertant des sources de nourriture potentielles ou des dangers possibles dans leur environnement, mais cela doit être mis en balance avec l'énergie. les coûts de consolidation de ces souvenirs. Ce mécanisme leur permet ainsi d’adapter leur apprentissage futur aux succès d’apprentissage passés, en abaissant efficacement le seuil nécessaire pour apprendre de nouvelles associations.

MATÉRIELS ET MÉTHODES

Entretien des animaux

Les animaux ont été gardés en groupes dans de grands réservoirs contenant de l'eau sans Cu2+-à 20 degrés selon un régime de 12-heure de lumière/12-heure d'obscurité. Les animaux ont été nourris avec de la laitue trois fois par semaine et de la nourriture pour poissons à base de légumes (Tetra-Phyll ; TETRA Werke, Melle, Allemagne) deux fois par semaine. Les animaux ont été transférés dans des réservoirs plus petits et privés de nourriture pendant 2 jours avant les expériences. Pour toutes les expériences, des escargots adultes (3 à 4 mois) (Lymnaea stagnalis) ont été utilisés. Lymnaea est un organisme invertébré inférieur (mollusque) qui ne relève pas de la loi de 1986 sur les animaux (procédures scientifiques) (Royaume-Uni). Par conséquent, aucune approbation ou orientation éthique n’était requise pour ces expériences.

Procédures de formation et de test d'appétit à essai unique

Un fort conditionnement appétitif à essai unique a été réalisé en associant AA (0,004 %) au CS avec du saccharose ({{10}},33 % ) comme aux États-Unis en utilisant une méthode bien décrite précédemment (23, 24). Un faible conditionnement appétitif à essai unique a été réalisé en associant GNL (0, 004 %) comme CS avec du saccharose (0,11 %) ou de la L-sérine (0,11 %) comme aux États-Unis. Dans une expérience de contrôle de contrepoids, un conditionnement fort a été réalisé en associant GNL comme CS avec du saccharose (0, 33%) comme US et un conditionnement faible a été réalisé en associant AA comme CS avec du saccharose (0, 11%) comme US. En bref, les animaux ont été placés individuellement dans des boîtes de Pétri contenant 90 ml d'eau sans Cu2+- pendant 10 minutes pour s'acclimater au nouvel environnement avant le début de la procédure d'entraînement. Cinq millilitres de CS ont été ajoutés à l'eau et 30 secondes plus tard, 5 ml d'US ont été appliqués. Les animaux ont été laissés dans la solution contenant le CS et l'US pendant 2 minutes, puis rincés à l'eau sans Cu2+- et renvoyés dans leurs réservoirs d'origine. Pour tester les réponses CS un jour après le conditionnement, les animaux de groupes entraînés et naïfs ont été transférés de leurs réservoirs d'origine dans une boîte de Pétri remplie de 90 ml d'eau libre de Cu 2+- et autorisés à s'acclimater pendant 10 min.

Cinq millilitres d'eau ont ensuite été ajoutés au plat et le nombre de réponses alimentaires (morsures) au cours des 2 minutes suivantes a été compté. Ensuite, 5 ml de CS ont été ajoutés au plat et le nombre de réponses alimentaires a été compté au cours des 2 minutes suivantes. Les réponses CS ont ensuite été évaluées à l'aide d'un « score de différence » (∆ nombre de morsures). Ceci a été obtenu en soustrayant le nombre de cycles d'alimentation observés pendant 2 minutes après l'application d'eau du nombre de cycles d'alimentation en 2 minutes après l'application de CS. Au cours des expériences de double conditionnement, les animaux ont reçu un conditionnement appétitif fort et faible, séparés par des intervalles de temps, comme décrit dans les résultats. Pour tester si la préexposition aux États-Unis utilisée lors d'un entraînement intense (0,33 % de saccharose) a amélioré l'apprentissage par entraînement faible, nous avons effectué l'entraînement intense comme décrit ci-dessus mais en l'absence de présentation du CS (AA). Les animaux ont ensuite reçu un entraînement faible au GNL et au saccharose (0,11 %) 4 heures plus tard et ont été testés pour leur réponse au GNL 1 jour plus tard.

Mesure de la perception lors d'un entraînement faible

L'effet de l'apprentissage antérieur sur la perception d'un entraînement faible par l'animal a été testé en effectuant un entraînement vital suivi d'un entraînement faible 4 heures plus tard, comme ci-dessus. Au cours de la faible présentation CS + US, les réponses alimentaires des animaux ont été filmées (33 images/s) par le bas. La direction du mouvement de la radula et de la structure sous-jacente de l'odontophore a été mesurée au cours des 15 premières réponses alimentaires, comme indiqué dans (16). En bref, la position de la mandibule dorsale a d'abord été marquée dans le cadre précédant le premier cadre dans lequel la radula était visible lors de chaque morsure à l'aide du logiciel ImageJ. La radula a ensuite été suivie sur toute la morsure et la distance depuis la position initiale de la mandibule dorsale a été calculée. La différence moyenne déplacée entre les images a ensuite été mesurée. Un score négatif représentait donc que la radula et la mandibule dorsale étaient écartées au début de la morsure et que la radula se déplaçait vers la mandibule dorsale pendant la morsure, tandis qu'un score positif représentait que la mandibule et la radula étaient rapprochées au début de la morsure. et la radula s'éloigne à mesure que la morsure progresse. Les critères permettant de définir si une réponse était une ingestion ou une égestion étaient basés sur le fait que la différence de mouvement était négative (ingestion) ou positive (égestion). Pour mesurer comment un entraînement vital antérieur modifie la stabilité de la perception du CS + US utilisé lors d'un entraînement faible, des paires de morsures consécutives ont été analysées. Une paire de bouchées stables a été classée comme deux piqûres consécutives identiques (ingest-ingest ou egest-egest). Une paire de bouchées de commutation a été classée comme deux bouchées consécutives différentes (ingest egest ou egest-ingest).

Les probabilités de transition ont ensuite été calculées en comptant le nombre de morsures de commutation exprimé en fraction du nombre total de paires de morsures. Pour tester si la préexposition aux États-Unis utilisés lors d'un entraînement intense ({{0}},33 % de saccharose) modifiait la perception d'un entraînement faible, nous avons effectué l'entraînement intense comme décrit ci-dessus mais en l'absence de présentation du CS (AA) et les comportements d'ingestion/égestion mesurés comme ci-dessus. Pour tester si un entraînement faible antérieur modifiait la perception d'un entraînement faible ultérieur, les animaux ont d'abord reçu de l'AA associé à 0,11 % de saccharose, puis leurs réponses d'ingestion/égestion au GNL et à 0,11 % de saccharose ont été mesuré 4 heures plus tard. Pour tester les effets d'un entraînement intense sur la réactivité de l'animal au CS ou aux US utilisés lors d'un entraînement faible, les animaux ont reçu l'entraînement intense comme ci-dessus. Quatre heures plus tard, les animaux ont été placés dans une boîte de Pétri contenant 90 ml d'eau sans Cu2+- et laissés s'acclimater pendant 10 min. Ils ont ensuite reçu 5 ml d’eau et leurs réactions alimentaires ont été comptées. Ils ont ensuite reçu 5 ml de GNL ou de saccharose à 0, 11%, et les réponses alimentaires ont été comptées afin que le nombre de morsures ∆ puisse être calculé comme ci-dessus.

Préparations et méthodes électrophysiologiques

Suivant les procédures décrites précédemment dans (16), nous avons réalisé des expériences in vitro en utilisant une préparation isolée du SNC. Une petite région de l'œsophage antérieur était maintenue attachée au SNC par les nerfs buccaux dorsaux. Les préparations ont été perfusées avec une solution saline normale contenant 5 0 mM de NaCl, 1,6 mM de KCl, 2 mM de MgCl2, 3,5 mM de CaCl2 et 1 0 mM de tampon Hepes dans l'eau. Les connexions monosynaptiques ont été testées en baignant la préparation dans une solution saline hautement divalente (HiDi), ce qui augmente le seuil de potentiel d'action, réduisant ainsi les connexions polysynaptiques. La solution saline HiDi était composée de 35,0 mM de NaCl, 2 mM de KCl, 8,0 mM de MgCl2, 14,0 mM de CaCl2 et 10 mM de tampon Hepes dans l'eau. Les enregistrements intracellulaires ont été réalisés à l'aide d'électrodes pointues (10 à 40 mégohms) remplies de KAc 3 M et de KCl 0, 5 mM. Les signaux ont été collectés à l'aide d'amplificateurs NL 102 (Digitimer Ltd.) et Axoclamp 2B (Axon Instrument, Molecular Device), et les données ont été acquises à l'aide d'une interface micro 1401 Mk II et analysées à l'aide du logiciel Spike2 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, Royaume-Uni).

Identification des neurones

Le motoneurone à commutation de phase B11 est situé dans les ganglions buccaux et a été identifié en fonction de son emplacement, de la forme de sa pointe, des entrées synaptiques du PRN et de sa capacité à changer de modèle d'activité pendant les cycles d'ingestion et d'égestion (16). L'interneurone CV1a, semblable à une commande d'ingestion, est situé dans les ganglions cérébraux et a été identifié par ses propriétés électriques, son emplacement caractéristique et sa capacité à conduire des cycles d'alimentation fictifs lorsqu'il est artificiellement dépolarisé en pics de feu (31). L'interneurone PRN de type commande d'égestion est situé dans les ganglions buccaux et a été identifié par son emplacement et sa connexion excitatrice monosynaptique à B11. Le neurone N2v est un interneurone générateur de motifs central situé sur la surface ventrale des ganglions buccaux. Il peut être identifié par son plateau caractéristique pendant la phase de rétraction d'un cycle, et son activation artificielle provoque une activité généralisée en phase de rétraction dans de nombreux neurones buccaux (25). B9 est un motoneurone en phase de rétraction situé dans les ganglions buccaux. Les CGC sont de grands interneurones sérotoninergiques situés dans les ganglions cérébraux, qui peuvent être identifiés par leur taille, leur emplacement et leur activité de dopage tonique (30). Pour identifier les membres candidats du réseau d'égestion jusqu'alors non caractérisés, nous avons rempli le conjonctif cérébro-buccal (CBC) avec le colorant fluorescent, la 5 (6) -carboxyfluorescéine (5- CF). Les interneurones de projection sont connus pour avoir une influence sur l'activité structurée des Lymnaea (30, 31), et des neurones responsables de l'égestion ont été identifiés dans les ganglions buccaux (16). Le remplissage du CBC a révélé une population d'interneurones à projection buccale que nous avons pu réidentifier dans d'autres préparations et tester électrophysiologiquement. Les neurones d'intérêt ont été empalés et enregistrés avec des neurones de type commande d'ingestion et d'égestion.

Analyse et classification des cycles in vitro

L'activité sur B11 a été mesurée concernant le début de la phase de rétraction, tel que déterminé par le plateau N2v ou une forte excitation sur l'interneurone B9 de la phase de rétraction. Pour analyser l'activité relative de B11 dans un cycle, elle a été mesurée 4 s avant et 4 s après le début de la phase de rétraction. Le nombre de pics B11 après le début de la phase de rétraction a été soustrait du nombre de pics B11 avant le début de la phase de rétraction, puis divisé par le nombre total de pics au cours de la période 8- pour obtenir un score de différence normalisé. En utilisant ce score, une valeur positive représente une plus grande activité se produisant avant le début de la phase de rétraction et est donc classée comme un cycle d'égestion. Un score négatif représente une activité accrue après le début de la phase de rétraction et est donc classé comme un cycle d'ingestion. Pour comparer les effets d'un entraînement intensif sur des cycles d'alimentation fictifs in vitro, les 10 premiers cycles spontanés ont été analysés à partir de 19 préparations naïves et 19 préparées entraînées. Pour mesurer comment l’entraînement modifie la stabilité de l’expression du cycle, des paires de cycles consécutifs ont été analysées. Une paire de cycles stables a été classée comme deux cycles consécutifs identiques (ingest-ingest ou egest-egest).

Une paire de cycles de commutation a été classée en deux cycles consécutifs différents (ingest-egest ou egest ingest). Les probabilités de transition ont ensuite été calculées en comptant le nombre de cycles de commutation exprimé en fraction du nombre total de paires de cycles. Pour tester si l'entraînement vital modifie la réactivité de la préparation aux signaux d'appétit, nous avons stimulé la principale voie chimiosensorielle, le MLN (28), qui peut piloter une alimentation fictive vitale (29). Le MLN a été stimulé à l'aide d'une électrode d'aspiration en verre avec des impulsions biphasiques de 4 V d'une durée de 0, 5- ms à 1 Hz pendant 120 s. Le nombre de cycles d'alimentation fictif ∆ a été calculé en enregistrant l'activité des motoneurones d'alimentation, tels que B9, en comptant le nombre de cycles survenus au cours de la période 120- précédant la stimulation MLN, et en soustrayant ce chiffre du nombre de cycles en réponse à Stimulation MLN. L'activité CGC a été mesurée pendant les 120 s précédant et 120 s pendant la stimulation MLN. Pour provoquer une égestion sensorielle in vitro, un stimulus tactile 1- a été appliqué à l'œsophage, qui active les neurones mécanosensoriels qui signalent des signaux aversifs au réseau d'alimentation en réponse à une extension excessive de l'intestin due à un objet non comestible logé dans l'œsophage (16). Le stimulus tactile a été appliqué à l'aide d'une sonde mécanique contrôlée par une impulsion logique transistor-transistor du micro 1401 Mk II (CED).

Remplissage de colorants iontophorétiques des neurones

Following procedures previously described in (16), we filled target neurons with a fluorescent dye (5-CF) using a microelectrode. This was achieved iontophoretically using a pulse generator to apply regular interval negative square current pulses into the neuron for >30 minutes. Les préparations ont ensuite été laissées une nuit à 4 degrés. Les images des neurones ont été prises à l'aide d'un appareil photo numérique (dispositif à couplage de charge multiplicateur d'électrons Andor Ixon) monté sur un stéréomicroscope Leica.

Application du bloqueur des récepteurs D2 in vitro et in vivo

Le sulpiride est un antagoniste dopaminergique efficace dans Lymnaea, bloquant les effets des interneurones dopaminergiques sur les neurones suiveurs ainsi que l'application focale de la dopamine (16, 54). Pour tester l'effet du sulpiride (±) (Sigma-Aldrich) sur la connexion PRN → PS1, les préparations ont d'abord été baignées dans une solution saline HiDi (voir ci-dessus). Les amplitudes de base de l'EPSP ont été enregistrées avant que du sulpiride 10−4 M dans une solution saline HiDi ne soit perfusé dans le bain pendant 10 minutes, puis les amplitudes de l'EPSP ont été à nouveau enregistrées. Pour tester les effets du sulpiride sur la génération de cycles in vitro dans des préparations naïves, les 10 premiers cycles spontanés générés ont été enregistrés, puis 10−4 M de sulpiride dans une solution saline normale ont été perfusés sur la préparation. Les 10 premiers cycles spontanés générés après 10 min de perfusion ont été analysés. Pour tester les effets du sulpiride sur la perception d'un entraînement faible et sur l'acquisition/le rappel de la mémoire, des animaux ont reçu une injection de 100 ul de sulpiride 10−3 M dans une solution saline normale. Il a déjà été démontré que la concentration injectée du médicament est diluée environ 10- fois par les fluides corporels de l'animal (55). Les animaux témoins ont reçu une injection de 100 ul de solution saline normale seule. Les animaux ont été laissés 2 heures avant de réaliser des tests comportementaux.

L'analyse des données

Les données ont été analysées à l'aide de statistiques paléontologiques (PAST version 4.1) (56) et exprimées sous forme de tracés de nuages ​​de pluie (57). Dans tous les cas, les points individuels sont tracés sous forme de points et la région ombrée (nuage) indique la forme globale de la distribution s'étendant des valeurs minimales aux valeurs maximales. Les boîtes à moustaches internes montrent la plage interquartile médiane (ligne noire) (premier et troisième quartile) et la moyenne (ligne grise). Chaque « n » représente un animal/préparation individuel. La normalité a été testée à l'aide du test de Shapiro-Wilk. Des comparaisons statistiques à deux groupes ont été effectuées à l'aide de tests statistiques bilatéraux (appariés ou non, comme indiqué dans le texte), ou d'un test de Mann-Whitney ou d'un test de rang signé de Wilcoxon pour les données non paramétriques. Les données comportant plus de deux groupes ont d'abord été analysées à l'aide d'une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) ou du test de Kruskal-Wallis. Des comparaisons ultérieures ont été effectuées à l'aide des tests post-hoc de Tukey ou Dunn avec correction séquentielle de Bonferroni. Les comparaisons entre le pourcentage de piqûres/cycles classés comme ingestion ou égestion et le nombre d'animaux/préparations effectuant zéro ou plus de zéro cycles d'égestion ont été effectuées à l'aide d'un test exact de Fisher. Le niveau de signification a été fixé à P < 0,05.

RÉFÉRENCES ET REMARQUES

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