Une transmission altérée de la noradrénaline après que l'apprentissage spatial altère la consolidation de la mémoire médiée par le sommeil chez le rat

L'utilisation thérapeutique des médicaments noradrénergiques rend prioritaire l'évaluation de leurs effets sur la cognition. La norépinéphrine (NE) est un neuromodulateur important pour divers processus cognitifs et peut contribuer de manière importante à la consolidation de la mémoire médiée par le sommeil. La transmission NE fluctue en fonction de l'état comportemental et/ou cérébral et influence l'activité neuronale associée. Ici, nous avons évalué les effets d'une transmission altérée de la NE après l'apprentissage d'une tâche dépendante de l'hippocampe sur l'activité neuronale et la mémoire spatiale chez des rats mâles adultes.

De plus en plus d’études montrent que la noradrénaline est étroitement liée à la mémoire. La norépinéphrine est un neurotransmetteur qui joue des rôles importants dans l’organisme, dont l’un favorise la formation et le stockage de la mémoire.

La fonction principale de l'épinéphrine est de stimuler le système nerveux et d'améliorer la concentration et la vigilance. Ce sont des caractéristiques étroitement liées à la mémoire. Lorsque nous sommes dans une situation stressante, les niveaux d’adrénaline augmentent, mettant le cerveau dans un état d’alerte élevé et facilitant la mémorisation des informations importantes.

De plus, l’épinéphrine peut avoir des effets à long terme sur la formation de la mémoire. Des recherches récentes ont montré que lorsque les souvenirs sont activés de manière répétée, les niveaux d’épinéphrine augmentent, ce qui contribue à améliorer la préservation et la persistance de la mémoire.

En plus des effets ci-dessus, l’épinéphrine peut également affecter la formation et le stockage des souvenirs en affectant l’interaction entre les neurones du cerveau. Cet effet peut favoriser la formation et la préservation des souvenirs en régulant la connectivité des réseaux neuronaux.

En résumé, l’épinéphrine entretient une relation importante avec la mémoire. Nous devons maintenir une attitude positive et nous concentrer sur l’exercice de notre corps et de notre cerveau pour augmenter les niveaux d’adrénaline, améliorant ainsi notre mémoire et nos capacités cognitives. On peut voir que nous devons améliorer la mémoire, et la Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire, car la Cistanche deserticola est une matière médicinale traditionnelle chinoise qui a de nombreux effets uniques, dont l'un est d'améliorer la mémoire. L’efficacité de la viande hachée vient des différents ingrédients actifs qu’elle contient, notamment des acides, des polysaccharides, des flavonoïdes, etc. Ces ingrédients peuvent favoriser la santé cérébrale de diverses manières.

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Nous avons administré de la clonidine (0,05 mg/kg, ip ; n= 12 rats) ou du propranolol (10 mg/kg, ip ; n= 11) après chacune des sept séances d'apprentissage quotidiennes sur un 8-labyrinthe radial des bras. Par rapport au groupe salin (n= 9), les rats traités par le médicament ont montré des taux d'apprentissage inférieurs. Pour évaluer les effets des médicaments sur l'activité corticale et hippocampique, nous avons enregistré l'EEG préfrontal et les potentiels de champ locaux du sous-champ CA1 de l'hippocampe dorsal pendant 2 h après chaque séance d'apprentissage ou administration de médicament. Les deux médicaments ont réduit de manière significative le nombre d'ondulations de l'hippocampe pendant au moins 2 heures. Un score de sommeil basé sur l'EEG a révélé que la clonidine accélérait l'endormissement tout en prolongeant l'éveil calme.

Le propranolol a augmenté l'éveil actif au détriment du sommeil à mouvements oculaires non rapides (NREM). La clonidine a réduit l'apparition d'oscillations lentes (SO) et de fuseaux de sommeil pendant le sommeil NREM et a modifié le couplage temporel entre le SO et les fuseaux de sommeil. Ainsi, l’altération pharmacologique de la transmission de l’EN a produit un état cérébral sous-optimal pour la consolidation de la mémoire. Nos résultats suggèrent que l'EN post-apprentissage contribue à l'efficacité de la communication hippocampique-corticale qui sous-tend la consolidation de la mémoire.

L'utilisation clinique des médicaments noradrénergiques évalue leurs effets sur les fonctions cognitives de grande importance1,2. La clonidine et le propranolol font partie des médicaments les plus couramment prescrits. La clonidine est utilisée comme antihypertenseur et analgésique, mais elle est également prescrite pour traiter les troubles du sommeil et, depuis récemment, pour le traitement du trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH) et de la maladie de Parkinson1,3,4. Le propranolol est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies cardiovasculaires et de l’anxiété5.

Malgré les bénéfices évidents pour la santé, l'altération pharmacologique des taux de noradrénaline (NE) peut, comme effet secondaire, altérer les capacités cognitives des patients. Le rôle essentiel de la transmission de la NE dans le traitement conscient (ou « en ligne ») de l'information est bien établi2,6, 7. Des études antérieures ont souligné l'importance de l'EN également pendant les états inconscients (ou « fins ») comme le sommeil8-10, lorsque les modifications moléculaires, synaptiques et de circuits induites par l'apprentissage ont lieu11. Au cours du sommeil post-apprentissage, initialement, les traces mnésiques labiles se stabilisent via la réactivation des représentations neuronales codant la mémoire dans l'hippocampe (HPC) et sont ensuite intégrées dans le néocortex pour un stockage à long terme12.

Il a été démontré que l'alternance pharmacologique du niveau de NE après l'apprentissage affectait la consolidation de la mémoire chez les animaux13-18 et les humains9,10,19,20. De plus, les études de pharmacologie comportementale concordent avec le rôle facilitateur de l'EN pour la plasticité synaptique . Malgré de nombreuses preuves fournies par la psychopharmacologie sur le rôle de la NE dans le codage et la consolidation de la mémoire, la dynamique post-apprentissage de la transmission de la NE n'a pas été systématiquement caractérisée. Des études récentes sur la surveillance de la libération de NE à une résolution temporelle élevée chez des souris à comportement spontané ont affiné des travaux antérieurs et proposé un rôle de la libération de NE pour la continuité du sommeil à mouvements non rapides (NREM) et la consolidation de la mémoire médiée par le sommeil NREM26,27.

Les oscillations néocorticales lentes (~ 1 Hz) (SO), les fuseaux thalamocorticaux du sommeil (10 à 16 Hz) et les ondulations hippocampiques (~ 150 Hz) sont les caractéristiques du sommeil NREM et ont été identifiées comme les oscillations clés permettant un niveau de système dépendant du sommeil. consolidation de la mémoire28. L'impact de la NE sur l'activité temporellement coordonnée au sein d'un réseau cortico-hippocampique soutenant la mémoire reste insuffisamment compris11. La mesure par microdialyse de la libération préfrontale de NE chez le rat a détecté une augmentation transitoire environ 2 heures après la discrimination des odeurs, tandis que le blocage des récepteurs adrénergiques préfrontaux après l'apprentissage a provoqué un déficit de mémoire . Dans le HPC dorsal, l’activation des récepteurs -adrénergiques est nécessaire à la consolidation efficace de la mémoire émotionnelle et spatiale30,31. Les récepteurs 1- et -adrénergiques sont tous deux impliqués dans la génération des fuseaux du sommeil et des ondulations de l'hippocampe26,32,33. Précédemment, nous avons documenté une activité élevée des neurones noradrénergiques du Locus Coeruleus (LC) pendant le sommeil NREM après l'apprentissage34 et leur coordination. tir avec SO35. Dans notre étude récente, nous avons montré que chez les rats anesthésiés, l'activation phasique LC modulait la dynamique de la population corticale à l'échelle temporelle d'un cycle unique de SO. Enfin, l'altération des schémas d'activité naturalistes des LC pendant le sommeil NREM a entraîné un déficit de mémoire .

Dans la présente étude, nous avons lié un déficit d’apprentissage spatial à une activité neuronale altérée au sein du réseau de support de la mémoire. Pour modifier la transmission de l'EN, nous avons utilisé de la clonidine et du propranolol, deux médicaments cliniquement pertinents. La clonidine supprime l'activation des neurones LC-NE via l'activation des 2- récepteurs adrénergiques et réduit la libération de NE par les terminaux LC39. Le propranolol bloque la transmission de la NE en se liant aux récepteurs adrénergiques et après un traitement répété à dose modérée (< 40 mg/kg) inhibits the LC activity40,41. We report that the alteration of NE transmission during the post-acquisition period impaired spatial learning. The reduction of SO, sleep spindles, and hippocampal ripples together with the appearance of high voltage spike-and-wave patterns (HVS) was indicative of a pharmacologically induced switch to a brain state that was likely suboptimal for memory consolidation. Our results further support the view that NE transmission during NREM sleep importantly contributes to information processing within the thalamocortical and hippocampal-cortical networks, which are thought to mediate systems-level memory consolidation.

Résultats

Les résultats ont été obtenus à partir de rats Sprague-Dawley mâles adultes (300 à 400 g) (n=38) répartis au hasard en trois conditions médicamenteuses (clonidine, propranolol et solution saline). Les conditions pour chaque rat et l'inclusion/exclusion des données sont répertoriées dans le tableau supplémentaire S1.

La clonidine et le propranolol post-apprentissage provoquent un déficit de mémoire spatiale.

Nous avons entraîné un total de 32 rats à une tâche de mémoire spatiale au cours de sept séances quotidiennes (Fig. 1a ; voir Méthodes supplémentaires pour plus de détails). Vingt-six rats ont reçu des électrodes chroniques pour surveiller l'EEG frontal et les potentiels de champ local (LFP) dans le hippocampe (voir Méthodes pour plus de détails). Six rats supplémentaires étaient intacts (non implantés) mais suivaient le même protocole d'entraînement/médicament. Il est important de noter qu’il n’y avait aucune différence dans le taux d’apprentissage entre les rats implantés et non implantés (Figure supplémentaire S1). Immédiatement après chaque session d'apprentissage, les rats ont reçu de la clonidine (0.05 mg/kg, ip ; n=12), du propranolol (10 mg/kg, ip ; n=11 ), ou une solution saline (1 ml/kg, ip ; n=9). Lors de la première séance d'apprentissage (sans drogue), il n'y avait aucune différence entre les groupes pour aucune variable comportementale (Tableau supplémentaire S1). Au cours de l'apprentissage, tous les rats sont entrés activement dans différents bras du labyrinthe (Fig. 1b) et ont collecté toutes les récompenses presque à chaque essai (Fig. 1c) ; ce modèle comportemental n'indiquait aucune différence entre les groupes en termes d'activité locomotrice générale ou de motivation alimentaire. La plupart des variables comportementales reflétaient la dynamique d'apprentissage. La précision de l'exécution des tâches augmentait progressivement (mesures répétées ANOVA, F (3.7,106.6)=12.0, p<0.0001; Fig. 1d) with the between-group difference approaching a significance level (F (2,29)=3.33, p=0.05). The overall number of errors was significantly higher in the drug-treated rats (Fig. 1e). There was a significant effect of repetition (F (5,145)=11.0, p<0.001) and between-group difference by the number of errors (F(2,29)=7.34, p=0.003). The post-hoc comparisons confirmed a higher number of errors in the drug-treated groups (clonidine: p=0.031, propranolol: p=0.002; Bonferroni post-hoc comparisons vs. saline). Notably, propranolol-treated rats made the most errors during the first trial (Fig. 1f); the latter was indicative of a memory retrieval defect. To further explore the nature of spatial memory deficit, we split the errors into working memory (WM, re-entering the maze arm within a trial) and reference memory (RM, entering unbaited maze arm) errors. There was a significant between-group difference by both WM (F (2, 29)=8.0, p=0.002) and RM (F (2, 29)=5.0, p=0.014). The posthoc comparisons showed that drug-treated rats committed significantly more RM errors (Fig. 1g). Besides, the propranolol-treated rats also made more WM errors (Fig. 1g). Despite obvious spatial memory deficit at the early stages of learning, all rats reached a similar performance level by the end of the learning period (Fig. 1d,e). The trial time was decreasing (F (3.5, 102.4)=16.1, p<0.0001), yet equally in all groups (time: F (2,29)=0.43, p=656). Finally, we used the K-means cluster analysis to split rats according to their learning speed (see Methods for details). Indeed, individual rats learned the task at different rates (Fig. 1h). Remarkably, the proportion of 'slow' learners was much higher among the drug-treated rats (Fig. 1i).

La clonidine et le propranolol suppriment les ondulations de l'hippocampe.

Nous avons évalué les effets de la clonidine et du propranolol sur les ondulations de l'hippocampe en tant qu'éléments clés de la consolidation de la mémoire12. Une analyse rétrospective a révélé que chez 14 des 26 rats initialement implantés et entraînés dans le labyrinthe, la détection des ondulations n'était pas fiable en raison de diverses défaillances techniques. Par conséquent, pour augmenter la taille de l'échantillon, les LFP EEG et hippocampiques ont été enregistrées chez 6 rats supplémentaires, qui ont été traités avec des médicaments, mais non testés sur le labyrinthe (Figure supplémentaire S1). Ainsi, les effets des médicaments sur les ondulations de l'hippocampe ont été testés chez 24 rats (clonidine, n=8 ; propranolol, n=9 et solution saline, n=7 ; tableau supplémentaire S1). Les deux médicaments ont réduit de manière significative le taux d'ondulation pendant au moins 2 heures après l'injection (F (2, 23) =13,27, p =0,0002 ; Fig. 2a – d). La classification du comportement du rat en éveil actif (AW), éveil calme (QW) et sommeil NREM (voir Méthodes pour plus de détails) a révélé que l'effet le plus prononcé des deux médicaments s'est produit pendant le sommeil NREM par rapport aux épisodes AW et QW (Tableau 1). À savoir, par rapport au groupe salin (n =7), le degré de suppression des ondulations pendant le sommeil NREM variait de 40,1 % à 91,3 % après la clonidine (n=8) et de 2,3 % à 86 0,6 % après injection de propranolol (n=9). Hormis une diminution frappante du taux d'ondulation, aucun effet du médicament n'a été révélé sur les propriétés intrinsèques de l'ondulation (amplitude : F(2, 23)=1. 12, p=0.34 ; puissance : F(2, 23)=3.3, p=0.056 ; fréquence intra-ondulation : (F(2, 23){{ 45}}.40,p=0.11), sauf pour une durée d'ondulation plus longue après la clonidine (F(2, 23)=11.47, p=0.0004 ; Fig. 2d–f).

Effets de la clonidine et du propranolol sur l'état comportemental et les oscillations EEG associées au sommeil. Après l'exclusion des données EEG invalides (n{{0}} rats), les analyses basées sur l'EEG ont été effectuées en utilisant un total de 21 ensembles de données (clonidine, n=6 ; propranolol, n{{4} } et solution saline, n=6 ; tableau supplémentaire S1). En plus de leurs effets sur l'activité de la population hippocampique, les deux médicaments ont affecté le comportement spontané. Il y avait une différence entre les groupes dans le temps global passé dans chaque état comportemental (AW : F(2, 20)=4.09, p=0.034 ; QW :F(2, 20){{ 16}}.84, p=0.021 ; NREM : F(2, 20)=4.66, p=0.023). Plus précisément, au cours de la période d'observation de 2 heures après l'injection, la clonidine a prolongé le QW tandis que le propranolol a prolongé l'AW et a raccourci le sommeil NREM (Figure supplémentaire S2). Aucun des deux médicaments n'a affecté la durée moyenne de l'époque dans l'un ou l'autre état comportemental (F (2, 20) ⩽ 2,57, p ⩾ 0,10 pour tous). Un léger effet sédatif de la clonidine s'est traduit par un endormissement plus rapide (Figure supplémentaire S2).

De plus, l'EEG préfrontal était affecté d'une manière spécifique au médicament (Fig. 3a – c). Plus précisément, la clonidine a augmenté la puissance sigma (10–16 Hz) pendant l'AW et le QW tout en la réduisant pendant le sommeil NREM (Fig. 3d – f). De plus, pendant le sommeil NREM chez les rats traités par médicament, le delta (< 2 Hz) power was decreased and the power within the 5–7 Hz frequency range was increased due to the appearance of HVS (Fig. 3f). Te observed changes in the EEG power spectrum reflected drug-induced modulation of the oscillatory events like SO and sleep spindles (Figs. 3a–c and 4). In clonidine-treated rats, the SO was less frequent (Table 1) and of smaller amplitude (Supplementary Figure S3). There was no effect on the SO (half-wave) duration (F(2, 20)=2.55, p=0.11). The effect of clonidine on SO was almost immediate and lasted at least for 2 h (Fig. 4d). In clonidine-treated rats, the spindles were more frequent during AW and QW, while their occurrence was decreased during NREM sleep (Table 1). Notably, the effect of clonidine was delayed (Fig. 4h). Te spindle power was significantly decreased by clonidine (Supplementary Figure S3). No change was detected in the spindle length (F(2, 20)=0.08, p=0.92) or the intra-spindle frequency (F(2, 20)=1.09, p=0.36). Te clonidine-induced effects persisted across repeated drug treatments (Supplementary Figure S3). The SO and sleep spindles were unaffected by propranolol (Fig. 4d,h, and Supplementary Figure S3).

Nous avons ensuite évalué l'effet du médicament sur le couplage temporel entre le SO et les fuseaux de sommeil, un phénomène bien établi qui a été suggéré comme mécanisme de coordination du réseau sous-jacent à la consolidation fine . À cette fin, nous avons sélectionné les épisodes de sommeil NREM et extrait les fuseaux se produisant à ± 1,5 autour du pic SO négatif. Dans l'ensemble, environ 1/3 des broches étaient couplées au SO (F(2, 20)=1.03, p=0.38) ; cependant, le groupe de fuseaux autour du pic SO négatif est divisé entre les groupes (Fig. 4i – l). Chez les rats traités avec une solution saline et du propranolol, les fuseaux se produisaient préférentiellement le long de la phase ascendante du SO, atteignant le maximum en ms après le pic négatif du SO, tandis que chez les rats traités à la clonidine, les fuseaux se regroupaient autour du pic négatif du SO (Fig. 4l).

Enfin, l'administration de clonidine a favorisé le HVS, des oscillations transitoires de haute amplitude qui se produisent rarement dans des conditions sans médicament (Tableau 1 et Figure supplémentaire S4). Le premier HVS est apparu aussi rapidement que 8,4 ± 1,0 min (plage : 5,4 – 11,3 min) après l'injection de clonidine, ce qui était beaucoup plus tôt qu'après une solution saline (24,6 ± 2,3 min) (plage : 16,6 – 30,7 min) ou propranolol (27,6 ± 6,2 min) (plage : 7,7 – 62,2 min).

Remarquablement, chez 5 rats traités par la clonidine sur 6 (83,3 %) et 5 rats traités par le propranolol sur 9 (55,5 %), le HVS a été détecté pendant l'état AW, alors que le HVS était absent pendant l'AW dans 5 des 6 solutions salines. -rats traités. Chez les rats traités à la clonidine, le taux de HVS était plus élevé au cours de la première heure post-injection et cet effet persistait au fil des jours (Figure supplémentaire S4). En outre, la clonidine a augmenté la durée du HVS (Figure supplémentaire S4) et diminué la fréquence inter-HVS (F (2, 20) =7,94, p =0,003). La puissance HVS n'a pas été affectée par la clonidine (F (2, 20) =2.28, p =0.13). Aucun effet détectable du propranolol sur le HVS (Figure supplémentaire S4).

Discussion

Dans la présente étude, nous avons montré que l'administration répétée de clonidine (0,05 mg/kg, ip) et de propranolol (10 mg/kg, ip) après une exposition quotidienne à une tâche de labyrinthe radial à bras 8- consolidation de la mémoire spatiale altérée chez les rats mâles adultes. Le déficit de mémoire spatiale chez les rats traités par le médicament était évident par un nombre plus élevé d'erreurs de MW et de RM. Des études antérieures ont souligné un effet bénéfique du sommeil NREM sur la MW, probablement dû à une activité SO accrue et à la potentialisation des réseaux préfrontaux-autonomiques45,46. En effet, l'activité parasympathique est augmentée pendant le sommeil NREM et est susceptible de favoriser la libération de NE par le LC via les entrées vagales45. Ainsi, le couplage couleur-SO pendant le sommeil NREM35 pourrait prendre en charge les performances de MW dépendantes du préfrontal le lendemain45. Nos résultats soutiennent indirectement cette hypothèse, car la suppression pharmacologique de l'activité LC-NE pendant la période post-apprentissage pourrait en effet avoir affecté la fonction préfrontale essentielle à la capacité de MW. La moindre précision de la mémoire spatiale qui se reflétait dans les erreurs RM indiquait l'effet des médicaments sur la communication corticale hippocampique médiée par les ondulations, un élément clé de la consolidation au niveau des systèmes . Enfin, le déficit de mémoire le plus important au début de l'apprentissage a indiqué l'importance de la transmission NE pour le traitement fin des informations nouvellement reçues 8–10.

Un taux d'apprentissage plus faible chez la majorité des rats traités par le médicament était probablement lié à une altération de l'activité cérébrale associée au sommeil. En effet, l'altération pharmacologique de la transmission de l'EN a affecté la dynamique neuronale associée au sommeil au sein des réseaux thalamocorticaux et hippocampiques impliqués dans la consolidation de la mémoire au niveau des systèmes . Plus précisément, les deux médicaments ont considérablement réduit l’apparition d’ondulations hippocampiques, censées jouer un rôle médiateur dans la stabilisation des assemblages cellulaires codant pour la mémoire12,47. Nos résultats ont montré que le mécanisme générateur d'ondulations nécessite un niveau optimal de NE, tandis que l'activité LC-NE augmentée et diminuée est défavorable aux ondulations. Ainsi, la suppression des ondulations induite par le médicament au cours de la période post-apprentissage pourrait expliquer le déficit de mémoire spatiale. Ce résultat est cohérent avec un défaut d’apprentissage produit par la suppression des ondulations électriques48,49. À notre connaissance, les effets noradrénergiques sur les ondulations hippocampiques n’ont pas encore été caractérisés chez les animaux comportementaux. Outre son effet sur les ondulations de l'hippocampe, la clonidine, mais pas le propranolol, a supprimé le SO et les fuseaux de sommeil, ce qui est cohérent avec la littérature existante50,51 ; cela a également modifié le couplage SO-broche.

Bien qu'une période d'observation relativement courte (~ 2 h) n'ait pas permis de caractériser le cycle veille/sommeil, les effets du médicament sur l'EEG préfrontal étaient généralement cohérents avec la littérature existante50,51. Nous avons observé des effets spécifiques aux médicaments sur le rythme veille/sommeil et sur le spectre de puissance EEG. À savoir, la clonidine a provoqué une légère sédation en accélérant l’endormissement et en prolongeant la QW, tandis que le propranolol a augmenté l’AW au détriment du sommeil NREM. Les deux médicaments ont diminué la puissance EEG dans une plage faible (<2 Hz) frequency range and increased 5–7 Hz power during NREM sleep due to the appearance of the HVSs; clonidine also reduced the sigma (10–16 Hz) power. The effects of clonidine were overall more pronounced, lasted for at least 2 h, and were consistent across daily injections. Of note, the aforementioned effects were observed during the dark (active) phase of the rat circadian cycle, while the drug-induced effects may differ during the light (inactive) phase as well as during the extended post-administration period.

Des études pharmacologiques antérieures ont démontré à plusieurs reprises que la modulation de la transmission de l'EN après l'apprentissage affectait la force de la mémoire13-15,18,29,52,53. L'activité plus élevée de LC-NE pendant les états de vigilance a incité à des recherches sur son rôle dans le traitement de l'information en ligne6,7, tandis que le rôle de la modulation noradrénergique des réseaux cérébraux pendant les états de faible vigilance, comme le sommeil, est longtemps resté flou. Plusieurs études ont souligné l'importance de l'action de la NE via les récepteurs -adrénergiques30,31 pour la consolidation de la mémoire dépendante de l'hippocampe10,37,38,54,55. Il est bien établi que la NE favorise la plasticité synaptique à long terme21-25 qui se produit souvent. Dans notre étude précédente, nous avions signalé qu'un calme relatif des neurones LC-NE pendant le sommeil NREM était interrompu par des périodes d'activité transitoires, plus susceptibles de se produire après l'apprentissage. L'altération optogénétique de l'activité LC pendant le sommeil NREM a altéré les performances du rat lors d'une tâche de mémoire dépendante de l'hippocampe. Deux études récentes mesurant la libération corticale de NE ont démontré le couplage LC-fuseau à l'échelle infra-temporelle lente.

Outre les poussées d'activité noradrénergique post-apprentissage29,34, un engagement temporellement coordonné des neurones LC-NE peut influencer les réseaux ofine. Bien que le mécanisme exact régissant la dynamique de l'activité LC pendant le sommeil soit inconnu, des relations temporelles entre le niveau NE et les oscillations associées au sommeil existent. Le taux d'alimentation des neurones LC-NE augmente pendant les fuseaux de sommeil et diminue avant l'apparition du fuseau57. Nous avons précédemment démontré un couplage temporel entre le déclenchement des neurones LC-NE et une phase de SO35.

Dans notre étude récente chez des rats sous anesthésie à l'uréthane, nous avons montré que l'activation phasique de la LC prolongeait l'état cortical d'excitabilité accrue et augmentait la cadence de déclenchement des neurones préfrontaux . Nous avons précédemment signalé que la stimulation électrique LC déclenchée par ondulation produisait un défaut de mémoire spatiale, probablement dû à une interférence avec le modèle d'activité LC endogène. Dans notre présente étude, la suppression de la libération de NE induite par la clonidine a affecté le réseau de génération de fuseaux, perturbant probablement le couplage LC-fuseau. Malgré l'origine corticale du SO, les entrées sous-corticales du thalamus58 et des noyaux neuromodulateurs59, y compris les LC36,60, affectent la dynamique spatio-temporelle du SO. La modulation médiée par NE de la dynamique du SO est en outre corroborée par les présents résultats. Plus précisément, nous avons montré que la clonidine supprimait la génération de SO, réduisait l'amplitude du SO et affectait le couplage SO-broche. On pense que les épisodes de couplage SO-broche indiquent l’activation du contenu d’apprentissage, la précision du couplage prédisant la force de réactivation bénéfique pour la mémoire61-63. Ainsi, un couplage temporel interrégional, qui est un élément clé de la consolidation au niveau des systèmes, peut nécessiter un niveau NE optimal. La force du couplage SO-broche et broche-ondulation peut dépendre du modèle de déclenchement des neurones LC-NE et du moment de la libération du NE. L'altération temporelle et spatiale de la transmission NE peut entraîner un traitement moins efficace et des déficits de mémoire. Il existe un besoin urgent d'explorer davantage les implications fonctionnelles de cette relation temporelle finement réglée entre le déclenchement neuronal LC-NE et les oscillations associées au sommeil. Plus important encore, les déclencheurs d’une explosion coordonnée d’activité neuromodulatrice pendant le sommeil restent à déterminer.

Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent qu'un niveau optimal de NE est requis pour un traitement efficace de l'information. Les preuves expérimentales accumulées et nos résultats actuels soutiennent l'opinion selon laquelle la libération de NE au cours des finetats favorise à la fois la consolidation synaptique et au niveau des systèmes8,11. L'altération de la transmission de l'EN a affecté essentiellement toutes les oscillations thalamocorticales et hippocampiques impliquées dans la consolidation de la mémoire au niveau des systèmes. Les larges projections des neurones LC-NE dans tout le cerveau64 offrent à l'EN de multiples façons d'influencer l'activité coordonnée au sein des réseaux de soutien à la mémoire, y compris les neurones thalamocorticaux, préfrontal et limbique d'où proviennent SO, les fuseaux de sommeil et les ondulations12,65,66. Les études futures exploreront plus en détail les mécanismes thénoradrénergiques qui sous-tendent l'émergence, le maintien et la réactivation d'un réseau à grande échelle supportant la mémoire.

Malgré leurs mécanismes d’action différents, il a été démontré que les deux médicaments réduisent l’activité de la LC. Notamment, l’effet inhibiteur de la clonidine in vitro était plus fort sur les neurones LC-NE projetant l’hippocampe que sur le préfrontal. La clonidine supprime principalement la libération présynaptique de NE via les récepteurs adrénergiques 2- et le propranolol bloque la transmission de NE via les récepteurs –adrénergiques. En outre, le propranolol peut inhiber la recapture de la NE, potentialiser la transmission de la NE au niveau des 1-récepteurs adrénergiques et diminuer la transmission dopaminergique en raison de l'inhibition de la synthèse des catécholamines69 ; il peut également affecter la transmission sérotoninergique en raison de son affinité avec les récepteurs centraux 5-HT70. Les effets convergents de deux médicaments noradrénergiques cliniquement pertinents, malgré leur action sur des récepteurs adrénergiques différents, suggèrent que la transmission pharmacologiquement modifiée de l'EN au cours de la période post-apprentissage peut interférer avec le réseau de soutien de la mémoire et provoquer un effet secondaire cognitif de l'utilisation thérapeutique de ces médicaments.

Méthodes

Nous avons utilisé 38 rats Sprague-Dawley mâles (300 – 400 g, Charles Rivers Laboratories, Sulzfeld, Allemagne). L'animalerie présentait des conditions environnementales contrôlées : cycle lumière/obscurité de 12 h (lumières éteintes à 8h00), température de 20 à 23 degrés et 40 à 60 % d'humidité. Les rats étaient hébergés par paires ou individuellement et avaient accès à volonté à la nourriture et à l'eau, à l'exception des restrictions alimentaires (~ 15 g de granulés de nourriture par rat et par jour) pendant l'expérience d'apprentissage. Le poids du rat a été contrôlé quotidiennement pour s'assurer qu'il n'était pas inférieur à 85 % du poids du rat à volonté. Toutes les expériences ont été menées en totale conformité avec la directive 2010/63/UE du Parlement européen, la loi allemande sur la protection des animaux (TierSchG) et l'ordonnance sur les animaux de laboratoire sur la protection des animaux (TierSchVersV). L'étude a été examinée par le comité régional de protection des animaux conformément au § 15 de la loi allemande sur la protection des animaux (Kommission nach § 15 des Tierschutzgesetzes), par la commission d'éthique (§ 15 TierSchG) et approuvée par les autorités de l'État (Regierungspräsidium, Tübingen, Bade-Wurtemberg). , Allemagne, Referat 35, Veterinärwesen). La présente étude est réalisée selon les lignes directrices ARRIVE (https://arriveguidelines.org).

Enregistrements chirurgicaux et électrophysiologiques. Les procédures chirurgicales et d'enregistrement ont été décrites en détail ailleurs 38,71. En bref, un rat anesthésié à l'isoflurane (5 % pour l'induction, ~ 2 % pour la maintenance) a été fixé dans un cadre stéréotaxique (David Kopf Instruments, Tujunga, CA) avec un angle de tête ajusté à zéro degré. Un anesthésique local (Lidocard 2%, B. Braun, Melsungen, Allemagne) a été injecté par voie sous-cutanée avant les craniotomies pour l'insertion des électrodes. Pour l'électroencéphalogramme (EEG), deux vis en acier inoxydable (0,86 mm de diamètre) ont été fixées au-dessus du cortex préfrontal et du cervelet. Deux électrodes simples en platine-iridium (FHC Inc., Bowdoin, ME) collées ensemble avec une distance de 100 à 200 µm entre les pointes ont été montées sur un entraînement mobile fait maison et implantées dans le HPC dorsal ( AP=-3,5 mm, L=2,0 mm, DV=2,0 mm). La surveillance en ligne de l'activité neuronale a assuré un ciblage précis de la zone CA1 du HPC dorsal pendant l'électroimplantation. L'entraînement mobile permettait un réglage supplémentaire de la profondeur de l'électrode pour un enregistrement d'ondulation optimal pendant l'entraînement au labyrinthe. Pour l'électromyographie (EMG), une électrode en fil d'argent a été insérée dans le muscle du cou. Un cadre en plastique imprimé en 3D connecté à un treillis en cuivre pour la protection des fils de l'électrode et l'isolation du bruit électrique a été collé au crâne. La température corporelle (~ 37 degrés), la fréquence cardiaque et l'oxygénation du sang (au-dessus de 90 %) ont été surveillées. Pendant 5 à 7 jours de récupération post-chirurgicale, les rats ont été traités avec un antibiotique (10 mg/kg, ip, Baytril, Bayer) et un analgésique (5 mg/kg, ip, Rymadil, Zoetis).

Après la récupération postopératoire, les rats ont été habitués à la boîte de sommeil (plexiglas noir, 20×20×80 cm) et à une procédure de connexion par câble. L'implant a été connecté au système d'acquisition Neuralynx Digital Lynx (Neuralynx, Bozeman, MT) via un 32-étage principal de canal (Neuralynx, Bozeman, MT) et un adaptateur sur mesure (SSD10-SS- GS, Omnetic, Minneapolis, Minnesota). Des signaux extracellulaires à large bande (0, 1 Hz - 8 kHz) provenant d'électrodes EEG et HPC ont été numérisés à 32 kHz. Le placement des électrodes dans le HPC a été optimisé pour la détection des ondulations au moins 24 heures avant le début de l'enregistrement. Chaque session d'enregistrement commençait à la même heure pour chaque animal et durait 2 h. Cette période d'observation a été sélectionnée sur la base de preuves antérieures selon lesquelles la phase précoce de consolidation fine dépend du NE8. L'enregistrement a été réalisé dans une faible lumière et pendant la phase active (sombre) du rythme circadien, qui est la plus optimale pour l'entraînement des rats.

Tâche de mémoire spatiale.

La même tâche de labyrinthe et le même protocole d'entraînement ont été utilisés comme décrit en détail ailleurs. Les rats ont été entraînés sur un labyrinthe radial surélevé à huit bras (Fig. 1a). Bras de labyrinthe (66 cm de long × 10 cm de large) avec une petite fosse (1 cm de diamètre) à l'extrémité pour la récompense alimentaire (lait au chocolat) étendue à partir d'une plate-forme centrale (30 cm de diamètre). Deux grands repères visuels étaient fixés sur les rideaux noirs entourant le labyrinthe. Pendant l'intervalle entre les essais, un rat a été placé sur un support surélevé. Le comportement des rats a été surveillé par vidéo. Après accoutumance et préentraînement (méthodes supplémentaires), 3 bras de labyrinthe sur 8 ont été appâtés ; les emplacements des récompenses ont été attribués au hasard à chaque rat et maintenus les mêmes pour toutes les séances d'entraînement (3 essais par jour pendant 7 jours). Un essai a commencé en plaçant un rat sur la plate-forme centrale et a duré jusqu'à ce que les 3 récompenses soient collectées ou que 5 minutes se soient écoulées. La surface du labyrinthe a été essuyée après chaque essai pour minimiser les signaux olfactifs. Les variables comportementales suivantes ont été enregistrées et analysées : nombre de bras de labyrinthe visités, durée de l'essai, précision du choix (calculée comme un rapport entre le nombre total de bras appâtés et visités), erreurs de mémoire de travail (MW) (nombre de réentrées dans les bras visités). , erreurs de mémoire de référence (RM) (entrées dans des bras non appâtés).

Injections de drogues

La poudre de clonidine et de propranolol (Sigma Aldrich, Burlington, MA) a été dissoute dans une solution saline et injectée par voie intrapéritonéale (ip) dans un volume de 1 ml/kg immédiatement après chaque séance de labyrinthe (clonidine : 0.05 mg/kg, ip ; propranolol : 10 mg/kg, ip). Les rats témoins ont reçu une solution saline (1 ml/kg, ip). La clonidine supprime la transmission de la NE72 et, à une dose de 0,05 mg/kg (ip), il a été démontré chez le rat qu'elle réduisait l'activité de la CL à 60 % du niveau de base67. Propranolol, un antagoniste des récepteurs adrénergiques, après un traitement répété à dose modérée (<40 mg/ kg) inhibits the LC activity40,41. Besides, propranolol in a dose of 10 mg/kg (i.p.) was shown to modulate NEmediated excitability of the hippocampal neurons73 while it did not affect rat spontaneous behavior74–76. The half-life of clonidine may greatly vary between 6 and 23 h depending on the dosage, chronic use, and metabolism level75,77. Typically, the plasma peak levels are reached 60–90 min after clonidine administration. The plasma half-life of propranolol is 3 to 6 h with a peak of 1–3 h after ingestion76. The elimination half-life of propranolol is approximately 8 h (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Propranolol). This, according to the pharmacokinetics of both drugs, the drug concentration was close to the highest during the observation period of up to 2 h post-injection. Importantly, both drugs are effectively washed out within less than 24 hours.

Perfusion et histologie.

Les rats ont été euthanasiés (100 mg/kg ip, Narcoren, Merial) et perfusés par voie transcardiaque avec une solution saline à 0,9 % suivie de 4 % de paraformaldéhyde. Les cerveaux ont été découpés (50 µm) à l'aide d'un microtome à congélation horizontal (Microm HM 440E, Thermo Fischer Scientific, Waltham, MA). Pour vérifier le placement des électrodes, des coupes de cerveau colorées au Nissl ont été examinées au microscope (Axiovision, Zeiss, Oberkochen, Allemagne).

Détection d'événements.

Le SO, les fuseaux de sommeil et les ondulations de l'hippocampe ont été détectés comme décrit précédemment ailleurs71,78. Le signal EEG a été sous-échantillonné à 1 kHz et filtré passe-bande (0,3 – 4 Hz). Pour la détection du SO, les passages à zéro de l'EEG filtré se produisant dans une fenêtre temporelle de 0,4 à 1- ont été extraits. Deux passages par zéro consécutifs de négatif à positif avec une amplitude de pic négative inférieure à 1 00 μV et une amplitude crête à crête de négative à positive supérieure à 12 0 μV ont été attribués. comme SO. Pour la détection du fuseau, l'EEG filtré passe-bande (1 0 – 16 Hz) a été rectifié et lissé. Les fuseaux ont été détectés par une amplitude de signal dépassant un seuil de 1,5 écart-type (SD) du signal moyen pendant les époques de sommeil NREM pendant 0,4 à 2,0 s. Les fuseaux apparaissant en moins de 50 ms ont fusionné. Les HVS ont été détectés en utilisant le même algorithme avec des paramètres ajustés (passe-bande : 5–7 Hz, seuil : 2,5 SD, min/max : 0,7 s/3 s). Deux HVS se produisant en moins de 200 ms ont été fusionnés. Pour éviter une double détection, des fuseaux de sommeil ont été identifiés à des époques sans HVS. Pour la détection des ondulations, le HPC LFP a été filtré, rectifié et lissé en passe-bande (120–250 Hz). Les ondulations ont été détectées par une amplitude de signal dépassant un seuil de 3 à 5 SD pendant 0,025 à 0,5 s. Pour tous les événements, les décalages activés et décalés ont été définis respectivement comme des passages à zéro ascendants et descendants, en utilisant un seuil de 1 SD. La puissance oscillatoire a été calculée comme l'intégrale de l'enveloppe du signal transformé par Hilbert entre l'activation et le décalage de l'événement. Le couplage temporel SO-broche a été évalué comme décrit ailleurs . Le pic négatif SO a été utilisé comme événement de référence (t =0), les pics et les creux des fuseaux se produisant en moins de ± 1,5 s ont été extraits et l'histogramme de corrélation d'événements a été généré. Le nombre de casiers a été converti en taux d'événements, transformé en Z et moyenné par groupe.

Score du sommeil et analyse spectrale de puissance EEG. Le score du sommeil était basé sur une classification visuellement assistée pour des époques 10- consécutives des signaux EEG et EMG79. L'EEG sans artefact a été classé en éveil actif (AW, EEG rapide de faible amplitude et EMG élevé), éveil calme (QW, EEG rapide de faible amplitude et EMG faible) et NREM (EEG lent de haute amplitude et EMG faible). ). Les époques de sommeil paradoxal au cours de l'enregistrement de 2 heures étaient rares et non analysées. Les spectres de puissance EEG ont été calculés pour chaque état comportemental à l'aide de Matlab (Mathworks, USA) et de la boîte à outils FieldTrip 80. Le signal EEG a été segmenté en époques de {{10}} avec un chevauchement de 0.5-. La transformation de Fourier rapide a été appliquée aux segments de données effilés de Hanning pour calculer le spectre d'amplitude unilatéral. Pour séparer les composantes fractales et oscillatoires du spectre de puissance EEG, nous avons utilisé la procédure d’analyse auto-spectrale à rééchantillonnage irrégulier. Les tracés temps-fréquence ont été générés à l'aide d'une fenêtre effilée de Hanning coulissante et d'une longueur dépendant de la fréquence de 3 cycles. La plage de fréquences de 0,05 à 20 Hz (pas de 0,1 Hz) a été utilisée pour le SO, les fuseaux de sommeil et le HVS, et de 50 à 300 Hz (pas de 0,05 Hz et 9 cycles) pour les ondulations de l'hippocampe.

Conception expérimentale et analyse statistique.

Trente-deux rats ont été entraînés sur le labyrinthe, parmi lesquels 19 rats ont été implantés avec des électrodes et traités soit avec de la clonidine (n=16), du propranolol (n=11) ou une solution saline (n{{4} }) après chaque session d'apprentissage. Neuf rats supplémentaires ont reçu des électrodes et ont été utilisés uniquement à des fins électrophysiologiques. Les variables comportementales ont été moyennées par session et soumises à l'analyse de variance à mesures répétées (ANOVA) avec la session d'apprentissage comme facteur répété et le traitement médicamenteux comme facteur de groupe. La correction Greenhouse-Geisser a été appliquée lorsque l'hypothèse de sphéricité était violée. L'analyse groupée K-means a été utilisée pour révéler la variabilité du taux d'apprentissage entre les sujets. Plus précisément, nous avons soumis la précision du choix (telle que définie dans la section Méthode de tâche de mémoire spatiale) pour toutes les sessions d'apprentissage et divisé la série temporelle en deux groupes différant par la dynamique d'apprentissage. Nous avons ensuite calculé la proportion de rats dans chaque cluster pour chaque groupe expérimental. Les variables dérivées des signaux électrophysiologiques tels que l'apparition du sommeil, la durée de l'époque, le taux d'événements, etc., ont été soumises à une ANOVA unidirectionnelle avec le traitement médicamenteux comme facteur de groupe suivi, le cas échéant, des tests posthoc de Bonferroni. Le taux d'événements post-injection a été comparé à l'aide de l'ANOVA à mesures répétées avec une fenêtre de temps d'une heure et pour des traitements médicamenteux répétés. Le test sur échantillons appariés a été utilisé pour révéler la différence entre les groupes dans les histogrammes péri-événements. La signification statistique (-valeur) a été fixée à p=0,05. IBM SPSS Statistics (v.22) a été utilisé pour l'analyse statistique. Les progiciels Matlab (R2014a) et Adobe Illustrator® ont été utilisés pour la visualisation des résultats.

Disponibilité des données

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Les références

1. Giovannitti, JA, Toms, SM et Crawford, JJ Alpha-2 agonistes des récepteurs adrénergiques : un examen des applications cliniques actuelles.Anesth. Programme. 62, 31-39. https://doi.org/10.2344/0003-3006-62.1.31 (2015).

2. Chamberlain, SR & Robbins, TW Modulation noradrénergique de la cognition : implications thérapeutiques. J. Psychopharmacol. 27 694-718. https://doi.org/10.1177/0269881113480988 (2013).

3. Newcorn, JH, Krone, B. & Dittmann, RW Traitements non stimulants pour le TDAH. Enfant Adolesc. Psychiatre. Clin. N. Am. 31 417-435. https://doi.org/10.1016/j.chc.2022.03.005 (2022).

4. Criaud, M. et al. Noradrénaline et troubles de l'initiation du mouvement dans la maladie de Parkinson : une étude IRM fonctionnelle pharmacologique avec la clonidine. Cellules https://doi.org/10.3390/cells11172640 (2022).

5. Middlemiss, DN, Buxton, DA et Greenwood, DT Antagonistes des récepteurs bêta-adrénergiques en psychiatrie et en neurologie. Pharmacol.Ter. 12, 419-437. https://doi.org/10.1016/0163-7258(81)90089-9 (1981).

6. Berridge, CW & Waterhouse, BD Te locus coeruleus-système noradrénergique : modulation de l'état comportemental et des processus cognitifs dépendants de l'état. Brain Res Brain Res Rev 42, 33-84 (2003).

7. Sara, SJ & Bouret, S. Orientation et réorientation : Te locus coeruleus médiatise la cognition par l'éveil. Neurone 76(1), 130-141 (2012).

8. Sara, SJ Locus Coeruleus au rythme de la création de souvenirs. Curr. Avis. Neurobiol. 35, 87-94. https://doi.org/10.1016/j.conb.2015.07.004 (2015).

9. Groch, S. et coll. Contribution de la noradrénaline à la consolidation de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil. Psychoneuroendocrinologie 36,1342-1350. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2011.03.006 (2011).

10. Gais, S., Rasch, B., Dahmen, JC, Sara, S. & Born, J. Fonction de mémoire de l'activité noradrénergique dans le sommeil non paradoxal. J. Cogn. Neurosci. 23, 2582-2592. https://doi.org/10.1162/jocn.2011.21622 (2011).

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