การแย่งชิงความถี่ Optogenetic ของการสั่นของ Hippocampal Theta จะแยกการดึงหน่วยความจำการทำงานออกจากรหัส Spatiotemporal ของ Hippocampal ตอนที่ 2

ผสมผสานการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ของ MS และการถ่ายภาพแคลเซียมฮิปโปแคมปัส

เพื่อศึกษาผลกระทบของการปรับเปลี่ยนทีต้าต่อรหัสชั่วคราวของ hippocampal spatialand เราได้รวมการกระตุ้นออพโตเจเนติกของ MS เข้ากับการถ่ายภาพแคลเซียมใน CA1 กระบวนทัศน์การทดลองนี้ก่อให้เกิดประเด็นสำคัญสองประการ: การปลูกถ่ายเลนส์ GRIN เกี่ยวข้องกับความเสียหายของเนื้อเยื่อที่อาจเปลี่ยนแปลงสถานะทางสรีรวิทยาของการสั่นของทีต้า และสเปกตรัมความยาวคลื่นของ LED กระตุ้นที่ใช้ในการกระตุ้น GCaMP6fc อาจทับซ้อนกับของ opsin ที่อยู่บนเทอร์มินัลไฟเบอร์ของเส้นใย GABAergic MS ใน ฮิปโปแคมปัส

ฮิบโปเป็นโครงสร้างที่สำคัญมากในสมอง มีหน้าที่หลักในการจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลหน่วยความจำ ดังที่เราทุกคนทราบดีว่า ความทรงจำเป็นส่วนสำคัญของกิจกรรมทางปัญญาของมนุษย์ และเป็นวิธีสำคัญสำหรับเราในการสื่อสารและมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมโดยรอบ ดังนั้นการทำงานของฮิปโปแคมปัสจึงมีความสำคัญต่อชีวิตของเรา

พื้นที่ Hippocampal เป็นวิธีการอธิบายวิธีการประมวลผลข้อมูลเชิงพื้นที่ในสมองของเรา มันหมายถึงพื้นที่ทำงานของกลุ่มเซลล์ประสาทในสมองของเราที่ประมวลผลข้อมูลเชิงพื้นที่ บริเวณนี้เรียกว่าพื้นที่พาราฮิปโปแคมปัสและมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับม้าน้ำ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ใกล้กับฮิปโปแคมปัสประมวลผลข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับอวกาศและความทรงจำ และเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการจดจำของเรา

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การประมวลผลข้อมูลเชิงพื้นที่ของฮิบโปแคมปัสประกอบด้วยสองลักษณะเป็นหลัก ประการแรกคือการรับรู้ถึงทิศทางและความสามารถในการนำทางของเรา เมื่อเราเดิน ฮิปโปแคมปัสจะบันทึกก้าวและตำแหน่งของเรา โดยคงทิศทางของเราในอวกาศ หากฮิปโปแคมปัสของเราเสียหาย ก็อาจทำให้เกิดปัญหา เช่น สับสนหรือหาทางกลับบ้านไม่ได้

อีกแง่มุมหนึ่งคือความสามารถในการจดจำ ผู้คนใช้ข้อมูลเชิงพื้นที่ที่ได้รับจากฮิบโปแคมปัสเพื่อช่วยให้ผู้คนจดจำ หากเราประสบกับบางสิ่งบางอย่างในสถานที่ใดสถานที่หนึ่ง ฮิปโปแคมปัสจะจัดเก็บข้อมูลนี้ไว้ และเราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับประสบการณ์เหล่านี้หรือผู้คนผ่านการเรียกคืนได้

เรากำลังเสริมสร้างความสามารถในการจำของเราอย่างต่อเนื่องผ่านการเรียนรู้ และฮิบโปมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ เนื่องจากความสำคัญของฮิบโป เราจึงต้องใส่ใจกับสุขภาพของมันและปกป้องมันด้วยวิธีการบางอย่าง ซูโดกุ การวิ่ง การเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ ฯลฯ ล้วนสามารถพัฒนาความจำของเราและปกป้องสุขภาพของฮิบโปแคมปัสของเราได้

ดังนั้นการรับประทานอาหาร การออกกำลังกาย และการรักษาการนอนหลับที่ดีสามารถช่วยปกป้องฮิบโปแคมปัสของเราและปรับปรุงความสามารถในการจดจำของเราได้ เมื่อเรามีจิตใจที่ชัดเจนและความทรงจำที่แข็งแกร่ง เราก็จะสามารถเข้าใจโลกได้ดีขึ้นและสร้างชีวิตที่ดีขึ้นได้ จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำของเรา Cistanche Deserticola สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche Deserticola ยังสามารถควบคุมความสมดุลของสารสื่อประสาท เช่น การเพิ่มระดับอะซิติลโคลีนและปัจจัยการเจริญเติบโต สารเหล่านี้มีความสำคัญมากต่อความจำและการเรียนรู้ นอกจากนี้ เนื้อสัตว์ยังช่วยเพิ่มการไหลเวียนของเลือดและส่งเสริมการส่งออกซิเจน ซึ่งช่วยให้สมองได้รับสารอาหารและพลังงานที่เพียงพอ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความมีชีวิตชีวาและความทนทานของสมอง

คลิกรู้อาหารเสริมเพื่อเพิ่มความจำ

เพื่อตรวจสอบว่าการปลูกถ่ายเลนส์ GRIN เปลี่ยนแปลงสรีรวิทยาของทีต้าหรือไม่ อันดับแรกเราได้ปลูกฝังหนูด้วยเลนส์ GRIN ในฮิบโปแคมปัสด้านขวา และอิเล็กโทรดสองอันในฮิปโปแคมปีทั้งซ้ายและขวา และพบสัญญาณทีต้าที่เปรียบเทียบได้ในซีกโลกทั้งสอง (รูปที่ 3a) เราเปรียบเทียบการสั่นของทีต้าระหว่างการสำรวจทุ่งโล่งในหนูที่มีทั้งเลนส์ GRIN และอิเล็กโทรด LFP ที่ติดอยู่ กับหนูที่มีอิเล็กโทรดเท่านั้น และไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างทั้งสองกลุ่ม (รูปที่ 3b) เราไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างกำลังทีต้าสัมพัทธ์ในหนูที่ปลูกด้วยเลนส์ GRIN และอิเล็กโทรด LFP (0.14 ± 0.007) เทียบกับแอนอิเล็กโทรดเท่านั้น ( 0.154 ± 0.008; t-test, t54=1.060, p=0.29)

แม้ว่ารายงานก่อนหน้านี้ได้อธิบายว่าการรวมการกระตุ้นด้วยแสงของ ChrimsonR ในตัวเซลล์เข้ากับการถ่ายภาพของเซลล์ประสาท GCaMP ที่บริเวณใกล้กับเทอร์มินัลนั้นเป็นไปได้ด้วย crosstalk ที่น้อยที่สุด แต่ wenext ได้ตรวจสอบการเปิดใช้งาน opsin ที่อาจเกิดขึ้นของเทอร์มินัล MS ในฮิบโปแคมปัสโดยการบันทึก CA 1- LFP ขณะปล่อยแสงกระตุ้นด้วยมินิสโคปของเราผ่านเลนส์ GRIN หลังจากปรับเทียบกำลังเอาท์พุตของแสงขอบเขตขนาดเล็ก (รูปที่ 3c) เราพบว่าไม่มีผลกระทบของแสงกระตุ้นสีน้ำเงินขอบเขตขนาดเล็กกับกำลังทีต้าภายนอก (1ANOVA, F(4,295)= 0.7729, p=0.5435 รูปที่ 3 มิติ) เนื่องจากมีรายงานว่าแสงกระตุ้นขอบเขตขนาดเล็กสามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนขั้วแสงของเทอร์มินัลที่ถ่ายด้วย ChrimsonR53 ซึ่งอาจขัดขวางการสลับขั้วที่เกิดจากออพโตเจเนติกส์ต่อไป เราจึงใช้การกระตุ้น MSoptogenetic ต่อไปในขณะที่ถ่ายภาพด้วย ~ {0.3mW กำลังไฟ LED ขอบเขตขนาดเล็ก /mm2 และสามารถขัดขวางหรือเร่งความเร็วทีต้าได้อย่างมีนัยสำคัญโดยใช้การกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวนหรือ 8 Hz ตามลำดับ (การทดสอบฟรีดแมน χ2=6.000,p=0.0278; รูปที่ 3e) .

การหยุดชะงักของจังหวะทีต้าจะปรับส่วนเล็กๆ ของเซลล์ CA1

จากนั้นเราทำการกระตุ้นออพโตเจเนติกของเฟสิก (เปิด 5 วินาที, ปิด 5 วินาที) ของ MS ในขณะที่บันทึกเซลล์เสี้ยม CA1 ในขณะที่หนูสำรวจสนาม anopen ได้อย่างอิสระ (รูปที่ 4a) เราพบว่าส่วนหนึ่งของเซลล์ที่บันทึกไว้มีความตื่นเต้นอย่างต่อเนื่องในสภาวะเหล่านี้ ในขณะที่เซลล์อื่นๆ ถูกยับยั้ง (รูปที่ 4b; ดูวิธีการ) กิจกรรมของเซลล์พีระมิดในระหว่างการกระตุ้นโดยรวมต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการตรวจวัดพื้นฐาน สำหรับการกระตุ้นด้วยสัญญาณรบกวนทั้งสองในระหว่างการวิ่ง (สหสัมพันธ์แบบเพียร์สัน, R2=0.567, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0 0{{20}}1)และช่วงเวลาพัก (R2=0.521, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001) รวมถึงสำหรับการกระตุ้น 8 Hz (R{{ 14}}.6, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001 สำหรับช่วงพัก R2=0.632, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001 สำหรับช่วงการทำงาน n=1849 เซลล์, N=5 หนู รูปที่ 4c) โดยรวมแล้ว ~ 6.42 ± 0.52% ของเซลล์ทั้งหมดถูกมอดูเลตอย่างมีนัยสำคัญโดยการกระตุ้นออปโตเจเนติกส์แบบสัญญาณรบกวน (รูปที่ 4d) ในบรรดาเซลล์ที่ถูกมอดูเลตเหล่านั้น 50.56 ± 6.38% ถูกยับยั้งในขณะที่ 49.43 ± 6.38% รู้สึกตื่นเต้น (เซลล์ n=1849 เซลล์, หนูเมาส์ N=5; รูปที่ 4e)

ต่อไปเราจะวิเคราะห์ผลกระทบของการกระตุ้นออพโตเจเนติกต่อการปรับเชิงพื้นที่ของเซลล์ประสาทฮิปโปแคมปัสในขณะที่หนูสำรวจสนามเปิดอย่างอิสระ ด้วยเหตุนี้ เราจึงคำนวณแผนที่อัตรากิจกรรมโดยใช้ยุคภายในหรือภายนอกช่วงเวลาการกระตุ้น (สำหรับเงื่อนไขพื้นฐาน เรารวมยุคที่ตามรูปแบบ 5 วินาที ON, 5 วินาที OFF เดียวกันที่ใช้สำหรับการกระตุ้นจริง รูปที่ 4f) จากนั้นคำนวณความเสถียรเป็นความสัมพันธ์ระหว่างแผนที่อัตราสำหรับยุคพื้นฐานและยุคการกระตุ้น แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงที่กล่าวมาข้างต้นในกิจกรรมโดยรวม แผนที่อัตราไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงของความเสถียรเชิงพื้นที่สำหรับการกระตุ้น scrambledor 8 Hz (Kruskal – Wallis H 3=3.5, p=0.1773; รูปที่ 4g)

การกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ของ MS จะเปลี่ยนพฤติกรรม แต่ไม่ใช่รหัส spatiotemporal

เพื่อประเมินผลกระทบของการหยุดชะงักของทีต้าต่อโค้ดชั่วคราวและเชิงพื้นที่ เราได้ติดตามกิจกรรมของเซลล์ประสาทเสี้ยม CA1 บนแทร็กเชิงเส้นโทน 3- (รูปที่ 5a) ที่นี่ เราใช้ประโยชน์จากข้อดีหลักประการหนึ่งของการสร้างภาพแคลเซียม ซึ่งก็คือความสามารถในการลงทะเบียนเซลล์ที่บันทึกไว้เป็นเวลาหลายวัน ในขณะที่ดำเนินการกระตุ้นสัญญาณรบกวนหรือ 8 เฮิร์ตซ์ในวันที่เลือก (รูปที่ 5b, c, แผงด้านล่าง) เราเน้นการวิเคราะห์เป็นคู่ของวันด้วยระยะเวลาเท่ากัน (48 ชั่วโมง) ระหว่างการทดสอบ (รูปที่ 5c แผงด้านบน) สำหรับแต่ละเงื่อนไข เราประเมินส่วนของเซลล์ทั้งหมดซึ่งเข้ารหัสตัวแปรหนึ่งหรือหลายตัวอย่างมีนัยสำคัญ และพบว่าไม่มีผลกระทบของ 8 Hz หรือการกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวนต่อการเข้ารหัสเชิงพื้นที่และเชิงเวลา (RM-ANOVA; F2=0.807, p {{11 }}.453 สำหรับผลหลักของการกระตุ้น F6=1.283, p=0.285 สำหรับอันตรกิริยาระหว่างการกระตุ้นและตัวแปรที่เข้ารหัส, n=5 หนู; รูปที่ 5d)

ในขณะที่ส่วนของเซลล์ไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้เงื่อนไขการกระตุ้น เราได้ประเมินผลของการกระตุ้น MS ต่อความเสถียรของการปรับจูนเซลล์แบบปรับสถานที่ เวลา และระยะทาง ด้วยเหตุนี้ เซลล์ประสาทจึงถูกติดตามข้ามวัน (รูปที่ 5c; ดูวิธีการ) และคำนวณความเสถียรของฟิลด์สถานที่และเวลาเป็นความสัมพันธ์แบบคู่ระหว่างฟิลด์ตลอด 48 ชั่วโมง เนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่า CA1 แสดงการแมปที่โดดเด่นในช่วงหลายวัน เราจึงใช้เวลาสองสามวันโดยไม่มีการกระตุ้นเพื่อคำนวณคะแนนความเสถียรพื้นฐานเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิง (รูปที่ 5e – g) เราพบว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความเสถียรในระหว่างการกระตุ้น MS สำหรับเซลล์ที่ถูกมอดูเลตแบบเพลส (1ANOVA, F2=1.907, p=0.1511; n=205 คู่เซลล์ที่รวมกลุ่มจาก N=5 หนูอิสระ รูปที่ 5 ชม.) เซลล์ปรับเวลา (1ANOVA, F2=2.201, p=0.113; n=227 คู่เซลล์รวมกันจาก N=5 อิสระ หนู รูปที่ 5i) และเซลล์ปรับระยะทาง (1ANOVA, F 2=0.6962, p=0.5024; n=64 คู่เซลล์รวมตัวกันจาก N=5 อิสระ หนูเมาส์ รูปที่ 5j) นอกจากนี้เรายังขยายการวิเคราะห์เดียวกันไปยัง conjunctiveneurons (เช่น เซลล์ประสาทที่สามารถเข้ารหัสได้มากกว่าหนึ่งตัวแปร; รูปที่ 5a–f เพิ่มเติม) และพบว่าไม่มีผลกระทบของการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ เกี่ยวกับความเสถียรของเชิงพื้นที่ที่เชื่อมต่อกัน (1ANOVA, F 2=3.731, p=0.0661;N=4 หนูอิสระ รูปที่ 5g เพิ่มเติม), เวลา (1ANOVA,F2=1.993, p=0.8228; N {{47 }} หนูอิสระ รูปที่ 5h เพิ่มเติม) และเซลล์ระยะห่าง (1ANOVA, F 2=0.469, p=0.6400; N=4 หนูอิสระ; รูปที่ 5i เพิ่มเติม)

ต่อไปเราจะประเมินคุณภาพของรหัส spatiotemporal โดยใช้ลักษณนามแบบ Bayesian แบบไร้ค่าเพื่อถอดรหัสตำแหน่ง (รูปที่ 6a, b) เวลา (รูปที่ 6cd) และระยะทางที่เดินทาง (รูปที่ 6e, f) โดยใช้ตัวอย่าง bootstrap แบบสุ่ม (n {{3 }} ตัวอย่างบูตสแตรป n=160 เซลล์ต่อตัวอย่าง) ข้อผิดพลาดในการถอดรหัสมีค่าต่ำกว่าตัวแทนที่สับเปลี่ยนอย่างเป็นระบบ รวมถึงในช่วง 8 เฮิร์ตซ์หรือการกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวนสำหรับตำแหน่ง (2ANOVA,F5=2172, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001; n=50 ตัวอย่างบูตสแตรปจากเมาส์ตัวแทนหนึ่งตัว รูปที่ 6a) เวลา (2ANOVA, F5=1292, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001; n=50 ตัวอย่างบูตสแตรปจากเมาส์ตัวแทนหนึ่งตัว; รูปที่ 6c) และระยะทาง (2ANOVA, F{5=1964, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001; n=50 ตัวอย่างบูทสแตรปจากเมาส์ตัวแทนหนึ่งตัว รูปที่ 6e) บ่งชี้ว่ารหัส spatiotemporal ถูกเก็บรักษาไว้ในระหว่างการกระตุ้น เพื่อประเมินความสำคัญระหว่างบุคคลของรหัส spatiotemporal ข้อผิดพลาดในการถอดรหัสแบบ wez-score โดยใช้ทั้งผลลัพธ์จริงและแบบสับเปลี่ยน (ดูวิธีการ) สำหรับวันที่กำหนด สำหรับเมาส์ทุกตัว (รูปที่ 6b, d, f) การควบคุมออพโตเจเนติกของ MS ไม่ได้ เปลี่ยนการเข้ารหัสของตำแหน่งอย่างมีนัยสำคัญ (1ANOVA, F2, 11=2.2332, p=0.1432; N=5 หนู; ขนาดเอฟเฟกต์ η 2=0.29; รูปที่ 6b) เวลา (1ANOVA, F2,11=0.4561, p=0.6452; N=5หนู; ขนาดเอฟเฟกต์ η2=0.07; รูปที่ 6d) หรือระยะทาง ( 1ANOVA,F2,11=0.6102, p=0.5606; N=5 หนูเมาส์; ขนาดเอฟเฟกต์ η2=0.09; รูปที่ 6f)

ในกระบวนทัศน์พฤติกรรมที่ใช้ในการวิเคราะห์การปรับกิจกรรมของเซลล์ประสาทชั่วคราว หนูจะได้รับการจัดตารางเวลาน้ำและได้รับการฝึกเพื่อรับรางวัล ตามสมมติฐานนี้ เราได้วัดจำนวนจำนวนผลตอบแทนที่ไปยังไซต์รางวัลที่ว่างเปล่าว่าเป็นข้อผิดพลาด และคำนวณเปอร์เซ็นต์ของการทดลองที่ถูกต้องต่อการทดลองทั้งหมดเพื่อเป็นพร็อกซีสำหรับประสิทธิภาพ (รูปที่ 6g) ในสภาวะเหล่านี้ เราพบผลกระทบที่มีนัยสำคัญของการกระตุ้นออปโตเจเนติกส์ต่อประสิทธิภาพการทำงานข้ามวัน (Friedman testχ2=6.000, p=0.0278) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในประสิทธิภาพระหว่างระหว่างการตรวจวัดพื้นฐาน (78.70 ± 2.45%) และการกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวน (44.44 ± 5.56%; การเปรียบเทียบหลายรายการ, p=0.0429;N=3 หนู; รูปที่ 6 ชม.) มีเพียงหนูที่มีการวิ่งอย่างน้อย 12 ครั้งเท่านั้นที่รวมอยู่ในการวิเคราะห์นี้ เนื่องจากข้อ จำกัด ของงานนี้ (โหลดการรับรู้ต่ำและหนูจำนวนน้อยที่ทดสอบ) เราจึงเริ่มประเมินผลกระทบของการกระตุ้นออพโตเจเนติกของ MS ในงานหน่วยความจำมาตรฐาน

การหยุดชะงักของสัญญาณทีต้าจะบั่นทอนการรับรู้เชิงพื้นที่และการเรียกค้นหน่วยความจำในการทำงาน

เพื่อทดสอบบทบาทของสัญญาณทีต้าในหน่วยความจำเชิงพื้นที่ เราใช้กลุ่มหนูเฉพาะที่ฉีดด้วย ChrimsonR และฝังด้วยไฟเบอร์ออปติกใน MS (รูปที่ 7a แผงด้านซ้าย) หนูอยู่ภายใต้งานการจดจำวัตถุ (NPOR) แบบใหม่ (รูปที่ 7a แผงด้านขวา) เพื่อประเมินบทบาทของการสั่นของทีต้าในการเข้ารหัสและการเรียกค้นหน่วยความจำ เรารูปที่ 1 7|การกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ของ MS ขัดขวางการบำรุงรักษาและการดึงข้อมูล แต่ไม่มีการเข้ารหัสของหน่วยความจำตอนและการทำงาน หนูถูกฝังด้วยไฟเบอร์ออปติกใน MS หลังจากแปลง ChrimsonR (บนสุด) จากนั้นพวกเขาก็ถูกมอบหมายให้ทำภารกิจการรู้จำสถานที่ของวัตถุใหม่ (ด้านล่าง ดูวิธีการ) b ในงานนี้ ทั้งการกระตุ้นด้วยสัญญาณรบกวน (สีแดง) และ 8 Hz (สีน้ำเงิน) ในระหว่างการดึงข้อมูล ตลอดจนการกระตุ้นด้วยสัญญาณรบกวน 8 Hz (สีเขียว) แต่ไม่มีสัญญาณรบกวน (สีเหลือง) ในระหว่างการเข้ารหัสประสิทธิภาพหน่วยความจำที่หยุดชะงัก (2ANOVA, F4, 31=3 283 สำหรับผลหลักของการรักษา,p=0.0097; ขนาดผลสำหรับผลหลักของกลุ่ม, η2p=0.306; N=12 หนูเมาส์) ค

เพื่อตรวจสอบผลกระทบของการกระตุ้น MS ต่อการเข้ารหัสหน่วยความจำ การบำรุงรักษา และการดึงข้อมูล หนูได้รับการฝึกอบรมในงานล่าช้าที่ไม่ตรงกับตัวอย่าง (DNMTS) ใน T-maze อัตโนมัติ d หนูที่แปลงร่างด้วย ChrimsonR (สีแดง) หรือ YFP (สีดำ) ได้รับการฝึก (ในกรณีที่ไม่มีการกระตุ้น) เพื่อเลือกแขนที่ถูกต้องและไม่ตรงกันจนกว่าประสิทธิภาพจะเกินเกณฑ์ 0.8 ส่วนของตัวเลือกที่ถูกต้องต่อวัน สำหรับ อย่างน้อยสองวันติดต่อกัน (แถบสีเขียว; RM-ANOVA, F8=8.738,p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001 สำหรับผลกระทบหลักของวันฝึกอบรม; การทดสอบการเปรียบเทียบหลายรายการแบบคู่ของ Tukey ระหว่างกลุ่ม p=0.420; N=17 หนูเมาส์) e – g ประสิทธิภาพระหว่างการกระตุ้นในระยะต่าง ๆ ของงานสำหรับหนูที่ฉีดด้วย ChrimonR (บนสุด) หรือตัวควบคุม YFP (ล่าง) การแรเงาสีแดงบ่งบอกถึงบริเวณที่ถูกกระตุ้นของเขาวงกต e ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยรายวันเมื่อทำการกระตุ้น MS ในระหว่างการเข้ารหัสเท่านั้น (RMANOVA, F 11=2.197, p=0.547; N=17 หนู) f ประสิทธิภาพเฉลี่ยรายวันเมื่อทำการกระตุ้น MS ในช่วงหน่วงเวลา 10 วินาทีเท่านั้น (RM-ANOVA, F11=3.483,p=0.0495; ขนาดเอฟเฟกต์สำหรับผลกระทบหลักของการรักษา, η2p {{ 25}}.109; N=17 หนู) g ประสิทธิภาพเฉลี่ยรายวันเมื่อทำการกระตุ้น MS ระหว่างการดึงข้อมูลเท่านั้น (RM-ANOVA, F11=3.265, p=0.050; N { {33}} หนู)

กราฟแท่งและกราฟเส้นทั้งหมดแสดงถึงค่าเฉลี่ย ± SEM ของการทดลองอิสระอย่างน้อยสามครั้ง บทความ https://doi.org/10.1038/s41467-023-35825-5Nature Communications|(2023) 14:410 10ดำเนินการกระตุ้นออพโตเจเนติกโดยเฉพาะในระหว่างขั้นตอนตัวอย่างและการทดสอบ และคำนวณดัชนีการจดจำ (RI; ดูวิธีการ) เมื่อกระตุ้นระหว่างการดึงข้อมูล ประสิทธิภาพของหน่วยความจำลดลงอย่างมีนัยสำคัญสำหรับทั้งหนูที่มีสัญญาณรบกวน (0.472 ± 0.048 RI, n {{10}} หนู) และ 8 การกระตุ้น Hz (0.435 ± {{40}}.057 RI, n=6 กลุ่มหนู) เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุม YFP ที่แสดงการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการสำรวจวัตถุในระหว่างการทดสอบ (0.61 ± 0.018 RI; 2ANOVA, F4,31=3.283 สำหรับผลหลักของการรักษา, p=0.0097; ขนาดผลสำหรับผลหลักของกลุ่ม, η2p=0.306; N {{30 }} หนูเมาส์ รูปที่ 7b) ในทางกลับกัน การกระตุ้นที่มีสัญญาณรบกวนระหว่างการเข้ารหัสไม่ได้ทำให้หน่วยความจำลดลง ณ เวลาทดสอบ (0.60 ± 0.034 RI, p=0.0157, n=6 หนู) แต่การกระตุ้น 8 Hz ระหว่างการเข้ารหัสทำให้ประสิทธิภาพของหน่วยความจำลดลงเหลือระดับโอกาส (0.39 ± 0.074 RI, p=0.8740, n=6 หนูเมาส์)

เพื่อตรวจสอบผลของการควบคุมออพโตเจเนติกของ MS ต่อเฟสเฉพาะของฟังก์ชันหน่วยความจำในการทำงาน (การเข้ารหัส การบำรุงรักษา และการดึงข้อมูล) หนูจะถูกเปลี่ยนถ่ายด้วย ChrimsonR และปลูกฝังด้วยไฟเบอร์ออปติกใน MS และฝึกฝนในงานล่าช้าที่ไม่ตรงกับตัวอย่าง (DNMTS) . ในระยะตัวอย่าง หนูถูกบังคับให้วิ่งไปยังแขนที่กำหนดโดยสุ่มเพื่อรับรางวัล หลังจากหน่วงเวลา (10 วินาที) พวกเขาสามารถวิ่งในแขนตรงข้าม (ตัวเลือกที่ถูกต้อง) เพื่อรับรางวัลอื่นหรือวิ่งในแขนเดียวกันที่ไม่ได้รับการตอบแทน (แขนไม่ถูกต้อง; รูปที่ 7c) ข้อดีของงานนี้คือเพื่อให้สามารถทำการทดสอบซ้ำ การแยกขั้นตอนงานเฉพาะ (การฝึกอบรม ความล่าช้า การทดสอบ) และการควบคุมภายในวิชา หนูได้รับการฝึกในงานนี้โดยไม่มีการกระตุ้นจนกว่าจะบรรลุประสิทธิภาพตามเกณฑ์ที่ 0.8 (ส่วนหนึ่งของการทดลองที่ถูกต้อง) เป็นเวลาอย่างน้อยสองวัน หนูควบคุมทั้ง ChrimsonR และ YFP แสดงการปรับปรุงที่สำคัญเมื่อเวลาผ่านไป (RM-ANOVA, F8=8.738,p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.00{{21} }1 สำหรับผลหลักของวันฝึกอบรม) ที่สำคัญ เราพบว่าไม่มีอัตราการเรียนรู้ที่แตกต่างกันระหว่างทั้งสองกลุ่ม (ตามคู่ Tukey;p=0.420; รูปที่ 7d) เมื่อหนูได้เรียนรู้กฎที่เกี่ยวข้องกับงาน DNMTS แล้ว เราจะประเมินประสิทธิภาพขณะส่งสัญญาณรบกวน (0.792 ± 0.045) หรือ 8 Hz (0 850 ± 0.036) การกระตุ้นออพโตเจเนติกในขั้นตอนการเข้ารหัส (ตัวเลือกบังคับ) เท่านั้น และไม่พบความแตกต่างในประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นพื้นฐาน (0.825 ± 0.030, RMANOVA, F11=2.197, p=0.547, N=17; รูปที่ 7e) เมื่อกระตุ้นเฉพาะในช่วงระยะเวลาล่าช้า เฉพาะการกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวนเท่านั้นที่ลดประสิทธิภาพของหน่วยความจำลงอย่างมีนัยสำคัญ (0.733 ± 0.057) เมื่อเทียบกับการตรวจวัดพื้นฐาน (0.825 ± 0.030, RM-ANOVA, F11=3.483, p=0.0495; ขนาดผลกระทบ สำหรับผลหลักของการรักษา η2p=0.109; รูปที่ 7f) ในทางตรงกันข้าม เมื่อถูกกระตุ้นในระหว่างการดึงข้อมูล หนูที่ถูกกระตุ้นด้วย 8 Hz จะแสดงประสิทธิภาพของหน่วยความจำลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (0.675 ± 0.049) เมื่อเทียบกับระดับพื้นฐาน (0.825 ± 0.030, RM-ANOVA, F11=3.265, p=0 050; รูปที่ 7g) ความไม่ตรงกัน หนูควบคุม YFP ไม่ได้รับผลกระทบจากการกระตุ้นระหว่างการเข้ารหัส (RM-ANOVA, F2=0.1314, p=0.8781) ระยะเวลาล่าช้า (RMANOVA, F2=0.2020, p=0.8197) หรือการดึงกลับ (RM-ANOVA, F2=0.0454,p=0.9557; ขนาดผลสำหรับผลหลักของการรักษา η2p=0 .196) หน่วยความจำการทำงาน

การควบคุมออพโตเจเนติกของเซลล์ประสาท MS ไม่เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนไหว

ที่สำคัญมีรายงานก่อนหน้านี้ว่าการสั่นของทีต้าสามารถลดความเร็วของหัวรถจักรและความแปรปรวนได้ ซึ่งสามารถอธิบายอย่างน้อยในบางส่วนถึงผลกระทบของการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ต่อการทำงานและความจำตอน เพื่อประเมินความจำเพาะของการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ของ MS ต่อหน่วยความจำอย่างละเอียด เราได้ทำการทดลองเพิ่มเติมเพื่อแยกแยะผลกระทบโดยตรงของการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ต่อความเร็วของหัวรถจักร ชุดย่อยของหนูที่ฉีดด้วย ChrimsonRand ที่ปลูกฝังด้วยไฟเบอร์ออปติกใน MS และอิเล็กโทรด LFP ใน CA1 ได้รับอนุญาตให้สำรวจสนามเปิดได้อย่างอิสระในขณะที่ถูกกระตุ้นด้วยแสง 5 วินาที, 5 วินาทีจากการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ (รูปที่ 6a เสริม) การกระตุ้น 8 Hz นำไปสู่การเว้นจังหวะของการแกว่งของฮิปโปแคมปัสที่สม่ำเสมอถึงความถี่นั้น (รูปที่ 6b เพิ่มเติม) การกระตุ้นเหล่านั้นไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในพฤติกรรมของหัวรถจักร (รูปที่ 6c เพิ่มเติม) รวมถึงความเร็วเฉลี่ย (unpaired, two-tailed ttest, t 116=0.4140, p=0.6796; มะเดื่อเสริม 6d) และค่าสัมประสิทธิ์ความเร็วของการแปรผัน (CV; unpaired, two-tailed t-test, t116=0.8296,p=0.4095, n=59 ยุคการกระตุ้น; รูปที่ 6e เพิ่มเติม) . ในทำนองเดียวกันการกระตุ้นแบบสัญญาณรบกวนนำไปสู่การยกเลิกการสั่นของทีต้าอย่างสม่ำเสมอ (รูปที่ 6f เสริม) แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในพฤติกรรมของหัวรถจักร (รูปที่ 6g เสริม) รวมถึงความเร็วเฉลี่ย (unpaired, two-tailed t-test, t 118=0.2268 , p=0.8210; n=60 ยุคการกระตุ้น; รูปที่ 6h เสริม) และความเร็ว CV (unpaired, two-tailed t-test,t118=1.838, p {{36 }}.686; n=60 ยุคการกระตุ้น รูปที่ 6i เพิ่มเติม)

ในขณะที่ความถี่ทีต้าตามธรรมชาติและความเร็วของหัวรถจักรมีความสัมพันธ์กัน แต่ทิศทางที่แน่นอนของสาเหตุระหว่างตัวแปรเหล่านี้ยังคงเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดี เพื่อตอบคำถามนี้ เราทำการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์โดยใช้กระบวนทัศน์ 5s ON, 5s OFF และเลือกความถี่สุ่มสำหรับแต่ละยุคการกระตุ้น (รูปที่ 6j เพิ่มเติม) ความถี่การกระตุ้นเหล่านี้ครอบคลุมสเปกตรัมแถบแบนด์ทั้งหมด (รูปที่ 6k เพิ่มเติม) ตามที่คาดไว้ เราพบว่าความถี่การสั่นของทีต้าตามธรรมชาติมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วในการวิ่งสำหรับเมาส์ตัวอย่างหนึ่งตัว (R 2=0.1114, p น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0001; เสริมรูปที่ 6l) ที่สำคัญเมื่อความถี่การสั่นของทีต้าเป็นผลมาจากการควบคุม MSoptogenetic ความสัมพันธ์จะลดลงต่ำกว่าระดับโอกาส (R 2=0.0006779, p=0.6244; รูปที่ 6 เพิ่มเติม) แนะนำว่าการเคลื่อนไหวนั้นกำหนดความถี่ทีต้า แต่ไม่ใช่ ตรงข้าม. เราจำลองผลลัพธ์เหล่านี้ในหนูอย่างเป็นระบบ และสังเกตความสัมพันธ์ที่ลดลงระหว่างความถี่ทีต้าและความเร็วของหัวรถจักร การควบคุมการกระตุ้นด้วยออปโตเจเนติกส์ (paired t-test, t3=3.922, p=0.0295;N {{20 }} หนู รูปที่ 6n เพิ่มเติม) โดยรวมแล้ว ผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนว่าการกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ของเราไม่ได้เปลี่ยนพฤติกรรมของหัวรถจักร ซึ่งมีความเกี่ยวข้องสูงสำหรับการตรวจวิเคราะห์พฤติกรรมครั้งต่อไป

For more information:1950477648nn@gmail.com