L'inactivation optogénétique du septum médial altère la formation de mémoire de reconnaissance d'objets à long terme

Abstrait

Thêta est l’une des oscillations synchrones extracellulaires les plus importantes du cerveau des mammifères. L'hippocampalthète repose sur un septum médial (MS) intact et a été systématiquement enregistré pendant la phase d'entraînement de certains paradigmes d'apprentissage, ce qui suggère qu'il pourrait être impliqué dans le traitement de la mémoire à long terme dépendant de l'hippocampe.

Le traitement de la mémoire est une fonction importante du cerveau humain. Cela implique des processus tels que l’identification, l’encodage, le stockage et la récupération d’informations. Il s’agit d’une capacité importante dans notre vie quotidienne, étroitement liée à l’apprentissage, au travail, aux interactions sociales et à d’autres aspects. La mémoire fait référence à la capacité du cerveau humain à retenir des informations, ce qui détermine notre capacité à tirer les leçons des expériences passées et à les appliquer à nos vies futures.

Le traitement de la mémoire est la base de l’amélioration de la mémoire. Grâce à des capacités efficaces de traitement de la mémoire, nous pouvons mieux coder, stocker et récupérer des informations, améliorant ainsi la mémoire. Lorsque nous devons mémoriser une information, nous devons d’abord identifier et coder l’information, puis stocker l’information codée dans la banque de mémoire à long terme du cerveau. Enfin, lorsque nous avons besoin d'utiliser ces informations, nous pouvons les récupérer grâce à la récupération. Si ces processus sont effectués efficacement, notre mémoire s’améliorera naturellement.

Bien entendu, la capacité de traitement de la mémoire ne s’obtient pas du jour au lendemain et doit être améliorée grâce à un entraînement accumulé au fil du temps. Par exemple, en termes d'informations d'identification, nous pouvons améliorer notre sensibilité aux informations grâce à un exercice continu, pour effectuer une reconnaissance préliminaire ; en termes de codage et de stockage des informations, nous pouvons améliorer les effets de mémoire en utilisant des méthodes telles que les palais de la mémoire ; En termes de récupération d'informations, nous pouvons améliorer la vitesse et la précision de la récupération grâce à une pratique répétée.

Bref, traitement mémoire et mémoire sont indissociables. Grâce à la formation et à l'accumulation continue d'expériences, nous pouvons améliorer notre capacité de traitement de la mémoire, améliorant ainsi notre mémoire et rendant nos vies plus colorées. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. La Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire car la Cistanche deserticola est une matière médicinale traditionnelle chinoise avec 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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La mémoire de reconnaissance d'objets (ORM) permet aux animaux d'identifier des objets familiers et est essentielle pour se souvenir des faits et des événements. Chez les rongeurs, la formation d'ORM à long terme nécessite un hippocampe fonctionnel mais l'implication du MS dans ce processus reste controversée. Nous avons constaté que l'entraînement de rats Wistar mâles adultes à une tâche d'apprentissage à long terme induisant l'ORM impliquant l'exposition à deux nouveaux objets de stimuli différents, mais comportementalement équivalents, augmentait la puissance de l'hippocampalthêta, et que la suppression de thêta via l'inactivation optogénétique de la SEP provoquait l'amnésie.

Il est important de noter que l’amnésie était spécifique à l’objet exploré par les animaux lorsque le MS était inactivé. Pris ensemble, nos résultats indiquent que la SEP est nécessaire à la formation d'ORM à long terme et suggèrent que l'activité thêta de l'hippocampe est liée de manière causale à ce processus.

Mots clés:

Rythme thêta, amnésie, hippocampe, oscillations cérébrales et mémoire à long terme.

Texte principal

Les oscillations neuronales sont des schémas rythmiques répétitifs d'activité électrique qui se produisent spontanément ou en réponse à des stimuli. Teta est une oscillation neuronale lente (5 à 10 Hz) que l'on retrouve principalement dans l'hippocampe, en particulier dans la région CA1, où elle est plus régulière et présente une amplitude maximale [1]. L'hippocampalthète est sensible aux lésions du septum médial (SEP) [2] et, bien que ses corrélats comportementaux n'aient pas encore été entièrement élucidés, de nombreuses preuves indiquent qu'il favorise l'apprentissage [3-5].

En effet, thêta facilite la potentialisation à long terme de l'hippocampe (LTP) [6], le principal modèle cellulaire de la mémoire à long terme dépendante de l'hippocampe. La mémoire de reconnaissance d'objets (ORM) permet aux animaux de déterminer la familiarité des objets et est essentielle pour se souvenir des événements et planifier des actions. Chez les rongeurs, l'entraînement dans un paradigme d'apprentissage basé sur l'ORM active plusieurs voies de signalisation liées à la plasticité et induit la LTP CA1 indorsale, indiquant que l'hippocampe est essentiel à la formation d'ORM à long terme (7–9). A l’inverse, la participation des États membres à ce processus reste controversée. Par exemple, les lésions septales qui altèrent la mémoire spatiale et de travail n'affectent pas l'ORM à long terme [10, 11] mais la stimulation par la SEP atténue le déficit d'ORM à long terme observé chez les souris épileptiques en augmentant l'activité thêta de l'hippocampe [12].

Par conséquent, nous avons entrepris d'analyser si le thêta de l'hippocampe régulé par la SEP est effectivement associé à la rétention d'ORM à long terme. Premièrement, nous avons déterminé si la formation d'ORM à long terme affecte le thêta de l'hippocampe. Pour ce faire, nous avons implanté des réseaux d'électrodes dans la région dorsale CA1 de rats Wistar mâles adultes (âgés de 3 mois, 300 à 350 g). Nous les avons formés au nouveau paradigme de reconnaissance d'objets, une tâche induisant un ORM à long terme basée sur la préférence naturelle des rongeurs pour la nouveauté qui implique une exposition à deux nouveaux objets différents mais comportementalement équivalents A et Bin, une arène de champ ouvert familière pour {{10} }min (Fig. 1a) [13]. Une caméra vidéo numérique fixée au-dessus de l'arène a été utilisée pour suivre, enregistrer et analyser la position et le comportement des animaux avec le logiciel du système ObjectScan (pour plus de détails, voir le fichier supplémentaire 1).

Les événements d'exploration ont été définis comme des périodes supérieures ou égales à {{0}}.5-s pendant lesquelles les animaux reniflaient et/ou touchaient les objets stimuli avec leur museau et/ou leurs pattes avant. Toutes les autres époques d'induration supérieure ou égale à 0,5 s ont été considérées comme des événements inter-explorations et, parmi celles-ci, nous avons en outre considéré uniquement celles au cours desquelles la vitesse de locomotion moyenne était inférieure ou égale à la vitesse de locomotion moyenne de tous les événements d'exploration. Événements durables< 0.5 s were excluded from the analysis. Local field potentials (LFP) were recorded continuously during the training session. Signals were amplified, digitized, filtered at cutoff frequencies of 0.3 and 250 Hz, and sampled at 1 kHz. Data from time windows corresponding to exploration and inner exploration events were extracted and analyzed often using built-in or custom-written routines (see Additional file 1 for details). As expected, the exploration time and the number of exploration events during training did not differ between objects A and B (Fig. 1b; t (5)=0.79, P=0.46 for exploration time; t (5)=1.21, P=0.28 for exploration events in paired t-test). 

Une activité exploratoire a été observée tout au long de la session de formation (Fig. 1b). L'activité Têta était également évidente tout au long de cette session (Fig. 1c), mais le pouvoir thêta, qui prédit l'apprentissage [14], était particulièrement élevé lors de l'exploration d'objets (Fig. 1d, e). ). En effet, l'analyse des spectres de puissance a montré que la puissance thêta pendant les époques d'exploration d'objets était 36 ​​± 7 % plus élevée que pendant les périodes inter-exploration (Fig. 1f, g; F (2, 10) =15 0,55; P {{12} }.0009. Obj A vs IE, P=0.002, ObjB vs IE, P=0.001 dans le test de comparaisons multiples de Bonferroni après ANOVA unidirectionnelle RM).

Teta peak frequency did not differ between exploration and inter-exploration events (Fig. 1f; F (2, 10)=3.29; P=0.079 in RM one-way ANOVA). Neither the power nor the peak frequency of theta differed between object A and object B exploration epochs (Fig.  1f; Obj A vs Obj B, P>0,99 pour la puissance thêta ; Obj A vs Obj B, P=0.13 pour la fréquence de pointe dans le test de comparaisons multiples de Bonferroni après ANOVA unidirectionnelle RM). Un jour après l'entraînement, la rétention ORM à long terme a été évaluée en réexposant les animaux à un objet familier A et à un nouvel objet C. Comme prévu, les animaux ont exploré préférentiellement le nouvel objet lors du test (TT ; Fig. 1h ; t (5) { {9}}.95, P=0.0009 dans un échantillon de test t avec moyenne théorique=50).

Le fonctionnement normal de la SEP est essentiel à l’activité thêta de l’hippocampe [2]. L'inactivation de la SEP a déjà été utilisée comme outil pour abolir le thêta de l'hippocampe pendant l'apprentissage [15]. Précédemment, nous avons montré que la stimulation par la lumière jaune (565 nm) de la MS de rats exprimant le silencieux neural optique sensible à la lumière jaune, l'archaerhodopsine T (ArchT ; voir le fichier supplémentaire 1 pour les détails techniques) [16], annule rapidement et de manière réversible le thêta dans la CA1 dorsale [17]. . Par conséquent, pour analyser l'implication de la SEP dans la formation d'ORM à long terme et pour évaluer plus en détail si le thêta de l'hippocampe est effectivement lié à ce processus, des rats exprimant ArchT dans la SEP ont été formés au nouveau paradigme de reconnaissance d'objets en utilisant des objets stimuli A et B, et des stimuli jaunes. la lumière a été délivrée au MSjust lors de l'exploration de l'objet A (Fig. 1i).

Cette procédure n'a pas affecté l'activité locomotrice (Fig. 1j, k ; t (39)=1.29, P=0.20 pour LigthOFF vs LightON A dans le test t non apparié), le temps d'exploration des objets (Fig. . 1l ; t (39)=1.33, P=0.18 pour LigthOFF vs LightON A dans un test t non apparié), ou le nombre d'événements d'exploration (Fig. 1l ; t (39){ {16}}.93, P=0.06 pour LigthOFF vs LightON A dans le test t non apparié). L'ORM à long terme a été évalué lors d'une session de test de rétention en présence d'un objet familier A ou d'un objet familier B aux côtés d'un nouvel objet C effectué 24- h après la formation. Nous avons constaté que les animaux exprimant ArchT non stimulés discriminaient les objets A et B du nouvel objet C (Fig. 1m, n ; t (10) =5.96, P<0.0001 for test AC, t (10)=7.48, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50); however, rats that had been delivered yellow light on the MS during object A exploration at training discriminated object B but not object A from novel object C at test (Fig. 1m, n; t (9)=1.38, P=0.19 for test AC, t (8)=7.30, P<0.0001 for test BC in one sample t-test with theoretical mean=50).

L'amplitude thêta de l'hippocampe dépend de la vitesse de locomotion [18], mais il est peu probable que des changements dans cette variable puissent expliquer l'augmentation de la puissance thêta que nous avons observée pendant l'entraînement, car nous avons uniquement comparé les événements d'exploration avec des événements inter-explorations correspondant à des vitesses similaires. Il est également peu probable que l'amnésie déclenchée par l'inactivation de la SEP soit due à une mémoire altérée, à des performances d'entraînement médiocres, à une surexpression des constructions optogénétiques ou à un effet nocif de la stimulation lumineuse en soi, car elle était spécifique à l'objet que les animaux exploraient lorsque la suppression optogénétique était appliquée et à l'émission de lumière. n'a pas affecté l'exploration des objets. La SEP se projette non seulement sur l'hippocampe mais également sur le cortex cingulaire antérieur (ACC) [19]. Par conséquent, l’amnésie induite par l’inactivation de la MS pourrait potentiellement être causée par une altération de cette interaction.

Cependant, l'ACC n'est pas impliqué dans la formation d'ORM à long terme [20] et l'inhibition des projections MS-ACC n'affecte pas cette forme de mémoire de type déclaratif [21]. Par conséquent, il est peu plausible qu’une perturbation de la fonction de l’ACC puisse expliquer nos résultats, probablement dus à l’inhibition thêta de l’hippocampe. L'idée selon laquelle l'hippocampe est nécessaire au traitement ORM a reçu un large soutien expérimental, mais elle n'est pas unanimement acceptée (22). Par exemple, l'administration intra-hippocampique de muscimol avant l'entraînement affecte l'ORM uniquement lorsque l'intervalle d'entraînement est supérieur à 10 minutes [23], ce qui suggère que l'hippocampe n'est pas nécessaire pour l'ORM à court terme. le traitement ORM à terme lorsqu'il reste désactivé pendant une longue période, ou que l'ORM à court et à long terme implique des mécanismes indépendants, comme cela a été rapporté pour d'autres types de mémoire [24].

À cet égard, nos données indiquent que l'hippocampe est la clé de la formation d'ORM à long terme et confirment davantage l'idée selon laquelle les deux mémoires d'objets à long terme acquises au cours de l'entraînement à la nouvelle tâche de reconnaissance d'objets sont indépendantes (13). De plus, le fait que les animaux étaient amnésiques uniquement pour l'objet qu'ils exploraient lorsque la MS était inactivée indique fortement que thêta n'est pas seulement un sous-produit de la plasticité neuronale induite par l'apprentissage, mais qu'il est fonctionnellement lié aux calculs qui se produisent dans l'hippocampe pendant la formation à long terme de l'ORM.

Les références

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