ความอดทนชั่วขณะของผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายต่อความจำที่ขึ้นกับฮิบโปแคมปัสและความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกในหนูตัวเมีย ตอนที่ 3

3.4. Hippocampal BDNF ไม่ได้รับการยกระดับหลังจากการดึงข้อมูล OLM

การส่งสัญญาณ BDNF เป็นกลไกสำคัญที่อยู่ภายใต้การปรับปรุงความเป็นพลาสติกของฮิปโปแคมปัสและการเรียนรู้โดยการออกกำลังกาย (Cotman et al., 2007; Intlekofer et al., 2013; S. Vaynmanet al., 2004; SS Vaynman et al., 2006) ดังนั้นเราจึงตรวจสอบการแสดงออกของฮิปโปแคมปัสของ Bdnf mRNA ในระหว่างการดึงข้อมูล 1 ชั่วโมงหลังจากการทดสอบพฤติกรรม เราตัดสินใจประเมินระดับ BDNF ณ เวลานี้ด้วยเหตุผลหลักสองประการ

ฮิบโปเป็นโครงสร้างประสาทที่สำคัญในสมองที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการจดจำและการเรียนรู้ ความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกของ Hippocampal หมายถึงปรากฏการณ์ที่การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับกิจกรรมระหว่างเซลล์ประสาท ความเป็นพลาสติกนี้เป็นปัจจัยสำคัญในความจำและกระบวนการเรียนรู้ของสมอง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การศึกษาจำนวนมากขึ้นได้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ใกล้ชิดระหว่างความเป็นพลาสติกของซินแนปติกฮิปโปแคมปัสและความทรงจำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อมีการเรียนรู้ความรู้ใหม่ การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทจะเปลี่ยนไป ทำให้เกิดการเชื่อมต่อแบบไซแนปติกใหม่ การเชื่อมต่อใหม่เหล่านี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในโครงข่ายประสาทเทียมที่ปรับปรุงความสามารถด้านความจำ ความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกของ Hippocampal จึงรองรับการจัดเก็บข้อมูลความทรงจำระยะยาวที่จำเป็น

นอกจากนี้ การศึกษายังแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างความเป็นพลาสติกซินแนปติกของฮิปโปแคมปัสกับโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท เช่น โรคอัลไซเมอร์และโรคพาร์กินสัน โรคเหล่านี้ทำให้สูญเสียการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท ส่งผลต่อความจำและความสามารถในการเรียนรู้ ดังนั้นการทำความเข้าใจความเป็นพลาสติกของฮิปโปแคมปัสซินแนปติกจึงมีนัยสำคัญในการป้องกันและรักษาสภาวะทางระบบประสาทเสื่อมเหล่านี้

โดยสรุป ความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกของฮิปโปแคมปัสเป็นปรากฏการณ์ทางระบบประสาทที่สำคัญซึ่งสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความทรงจำ การทำความเข้าใจเป็นสิ่งสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาความจำและความสามารถในการเรียนรู้ ตลอดจนการป้องกันและรักษาโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท เราควรให้ความสนใจและศึกษาความเป็นพลาสติกของฮิปโปแคมปัสมากขึ้นเพื่อส่งเสริมการพัฒนาวิทยาศาสตร์สมองและการรักษาโรคทางระบบประสาท จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำของเรา Cistanche Deserticola สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche Deserticola เป็นยาแผนโบราณของจีนที่มีลักษณะพิเศษมากมาย หนึ่งในนั้นคือการปรับปรุงความจำ ประสิทธิภาพของเนื้อสับมาจากส่วนผสมออกฤทธิ์หลายชนิดในเนื้อสับ เช่น กรด โพลีแซ็กคาไรด์ ฟลาโวนอยด์ ฯลฯ ส่วนผสมเหล่านี้สามารถส่งเสริมสุขภาพสมองได้หลายวิธี

คลิกรู้อาหารเสริมเพื่อเพิ่มความจำ

ประการแรก ช่วงเวลานี้หลังจากการดึงข้อมูลเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนระยะเริ่มแรก (IEGs) หลายยีนในฮิบโปแคมปัสหลัง (Keiser et al., 2017) ประการที่สอง เมื่อพิจารณาถึงการจัดวางตำแหน่งของวัตถุใหม่ในระหว่างช่วงทดสอบ การเรียนรู้ใหม่ก็อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน ดังนั้นหลังการเรียนรู้ 1 ชั่วโมงจึงเป็นส่วนหนึ่งของหน้าต่างการรวมที่เกี่ยวข้องกับการรวมเซลล์และการรักษาเสถียรภาพของการติดตามหน่วยความจำ (McGaugh, 2000) ในระหว่างที่ IEGs ที่สำคัญสำหรับการรวมได้รับการควบคุมอย่างมาก (เช่น Lonergan et al., 2010; Radulovic et al. , 1998)

ประการที่สาม การระบุตำแหน่งวัตถุแบบใหม่อาจถูกรวมเข้ากับการติดตามความทรงจำก่อนหน้าผ่านการรวมตัวกันใหม่ มากกว่าการเรียนรู้ใหม่ (Kwapis et al., 2020) BDNF เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรวมใหม่ (Radiske et al., 2015) และระดับโปรตีน BDNF จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญใน 3–4 ชั่วโมงหลังการดึงข้อมูล (Radiske et al., 2015, Radiske et al., 2017) ดังนั้นการควบคุม Bdnf mRNA อาจเกิดขึ้นที่จุดเวลาก่อนหน้า โดยรวมแล้ว เราให้เหตุผลว่า 1 ชั่วโมงหลังจากการดึงข้อมูลจะจับการเปลี่ยนแปลงในนิพจน์ BDNF ได้ดีที่สุด

ในหนู ยีน Bdnf ประกอบด้วย exon การเข้ารหัสทั่วไป 3 ′(exon IX) และ exons 5′noncoding แปดตัว (exon I-VIII) (Aid et al., 2007) exon ที่ไม่มีการเข้ารหัส 5 ′untranslated แต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับ exon ทั่วไป 3 ′เพื่อสร้างการถอดเสียง Bdnf หลายรายการ (Aid et al., 2007) ทำให้ exon IX เป็นเครื่องหมายสำหรับการถอดเสียง Bdnf ทั้งหมด การออกกำลังกายยังเลือก upregulateshippocampal Bdnf exon I, IV และ VI (Baj et al., 2012; Intlekofer et al., 2013; Sleiman etal., 2016); ดังนั้นเราจึงประเมินการแสดงออกของฮิปโปแคมปัสของ Bdnf exons เหล่านี้

รูปแบบการออกกำลังกายที่แตกต่างกันไม่ส่งผลกระทบต่อการแสดงออกของฮิปโปแคมปัสของ Bdnf exon XI (รูปที่ 4D; การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว, F (3,25)=0.18, p=0.90), exon I ( รูปที่ 4A; การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว, F(3,26)=0.90, p=0.45), exon IV (รูปที่ 4B; การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว, F (3,26 )=0.03, p=0.99), orexon VI (รูปที่ 4C; การวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว, F (3,26)=0.57, p {{30} }.63)

4. การอภิปราย

การศึกษาครั้งนี้ตรวจสอบผลของการออกกำลังกายต่อการเรียนรู้ที่ขึ้นกับฮิบโปแคมปัสและความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกในหนูเพศเมีย เราระบุว่าระยะเวลาการออกกำลังกายโดยสมัครใจของการเรียนรู้ 14 ครั้งและการสร้างหน่วยความจำระยะยาวภายใต้เงื่อนไขการได้มาซึ่งเกณฑ์ย่อยของงาน OLM ที่ขึ้นกับฮิบโปแคมปัส หลังจากการออกกำลังกายครั้งแรก ความล่าช้าในการอยู่ประจำที่ 7 วันส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง ซึ่งได้รับการอำนวยความสะดวกอีกครั้งเมื่อสัตว์ได้รับ 2 วันของการออกกำลังกายอีกครั้งหลังจากความล่าช้าในการอยู่ประจำ

หนูเมาส์ตัวเมียแสดงฤทธิ์การวิ่งที่เพิ่มขึ้นในระหว่างระยะการเป็นสัดที่สัมพันธ์กับระยะไดสทรัส และไม่พบผลของระยะการเป็นสัดต่อประสิทธิภาพของ OLM ในระดับซินแนปติก การออกกำลังกายช่วยอำนวยความสะดวก LTP ในภูมิภาค CA1 ของฮิบโปแคมปัส ซึ่งคงอยู่ตลอดช่วงความล่าช้าที่อยู่ประจำ และหลังจากเซสชันการออกกำลังกายที่เปิดใช้งานอีกครั้ง

การประเมินการแสดงออกของฮิปโปแคมปัสของ Bdnf หลังจากการทดสอบพฤติกรรมพบว่าไม่มีความแตกต่างระหว่างกลุ่ม การศึกษาของเราร่วมกันสร้างหลักฐานว่าการออกกำลังกายโดยสมัครใจสามารถมีส่วนร่วมและรักษาผลประโยชน์การเรียนรู้ที่เกิดจากการออกกำลังกายและความยืดหยุ่นของระบบประสาทในสตรี

ข้อมูลของเราเป็นหลักฐานสำหรับการเรียนรู้ที่เน้นการออกกำลังกายในหนูตัวเมีย การค้นพบที่สอดคล้องกับรายงานก่อนหน้านี้ที่แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการออกกำลังกายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของสัตว์ตัวเมียในระยะสั้นที่ขึ้นกับฮิบโปแคมปัส (Kim et al., 2010; Marosi et al., 2012; Siette et al., 2013) และงานความจำระยะยาว (Aguiar et al., 2011; Harburger et al., 2007; Kim et al., 2010; Marlatt et al., 2012; Marosi et al., 2012 ; แวน แพรก, คริสตี้ และคณะ 1999) การศึกษาส่วนใหญ่ที่ตรวจสอบผลกระทบของการออกกำลังกายต่อการเรียนรู้โดยอาศัยฮิปโปแคมปัสในสัตว์ฟันแทะตัวเมียรายงานว่ามีระยะเวลาการออกกำลังกายนานขึ้น ซึ่งอาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 6 สัปดาห์ถึง 8 เดือน (ดู Barha et al., 2017; Uysal et al., 2014)

ดังนั้น ข้อมูลของเราแนะนำว่าระยะเวลาการออกกำลังกายที่ต่ำกว่า เช่น 2 สัปดาห์ (14 วัน) ก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้เกิดประโยชน์ต่อการเรียนรู้และความจำในสตรี สิ่งนี้สอดคล้องกับการศึกษาก่อนหน้าของเราในหนูตัวผู้ (บัตเลอร์ et al., 2019) ซึ่งรายงานด้วยว่าการออกกำลังกายโดยสมัครใจ 2 สัปดาห์เป็นเกณฑ์สำหรับการเรียนรู้ที่อำนวยความสะดวกในการออกกำลังกาย ในขณะที่การออกกำลังกาย 1 สัปดาห์หรือ 2 วันเพียงอย่างเดียวล้มเหลวในการกระตุ้นการเพิ่มประสิทธิภาพการรับรู้ การศึกษาของเราไม่ได้ตรวจสอบผลของการออกกำลังกาย 1 สัปดาห์หรือ 2 วันต่อการรับรู้ในสตรี ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่ระยะเวลาการออกกำลังกายที่ต่ำกว่าสามารถเริ่มประโยชน์ด้านการรับรู้ในสตรีได้ นอกเหนือจากประโยชน์ที่ได้รับจากการออกกำลังกายโดยสมัครใจในช่วง 14 วันเริ่มแรกแล้ว ยังไม่พบการปรับปรุงประสิทธิภาพด้านความจำในสัตว์ที่มีความล่าช้าในการอยู่ประจำที่ 7 วันหลังการออกกำลังกาย

อย่างไรก็ตาม การออกกำลังกายแบบกระตุ้นการทำงานของ a2D หลังจากการหน่วงเวลาอยู่ประจำช่วยอำนวยความสะดวกในการเรียนรู้อีกครั้ง โดยเสนอว่าประโยชน์ด้านการรับรู้ที่เกิดจากการออกกำลังกายสามารถคงอยู่และคงอยู่ได้ตลอดระยะเวลาการอยู่ประจำที่ล่าช้า และสามารถเปิดใช้งานได้อีกครั้งโดยให้สัตว์อีกครั้งเพื่อลดระยะเวลาการออกกำลังกาย ซึ่งคล้ายกับการค้นพบจาก บัตเลอร์ และคณะ, ปี 2019 การใช้หนูตัวผู้ซึ่งสาธิตเซสชั่นการออกกำลังกายแบบ a2D ที่เปิดใช้งานอีกครั้งสามารถอำนวยความสะดวกในการเรียนรู้อีกครั้งหลังจากความล่าช้าในการนั่งนิ่งแบบ 7D การศึกษาในอนาคตจะต้องตรวจสอบว่าการออกกำลังกาย 2 วันเพียงอย่างเดียวโดยไม่ต้องออกกำลังกายช่วงเริ่มต้นจะเป็นประโยชน์ต่อการรับรู้หรือไม่

นอกจากนี้ บัตเลอร์และคณะ 2019 ยังแสดงให้เห็นว่าการมีส่วนร่วมอีกครั้งของผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายจะไม่ถูกสังเกตหลังจากความล่าช้าอยู่ประจำที่ 14 วัน โดยเสนอสมมติฐานที่ว่าการออกกำลังกายจะเริ่มต้น "หน้าต่างความทรงจำชั่วคราว" ในระหว่างนั้น เซสชั่นการออกกำลังกายตามเกณฑ์ย่อยที่ตามมาสามารถใช้ประโยชน์จากการปรับตัวของเส้นประสาทที่จัดตั้งขึ้น โดยการฝึกเบื้องต้นเพื่ออำนวยความสะดวกในการเรียนรู้ ในการศึกษาของเรา เราไม่ได้ตรวจสอบเพิ่มเติมว่าการเปิดใช้งานการออกกำลังกายอีกครั้งครั้งที่ 2 ยังคงสามารถอำนวยความสะดวกให้กับประโยชน์ของการออกกำลังกายอีกครั้งหลังจากความล่าช้าจากการอยู่ประจำที่ 14 วันหลังการออกกำลังกายในเพศหญิงหรือไม่

ดังนั้น การศึกษาในอนาคตจึงอาจใช้เวลานานขึ้นเพื่อตรวจสอบขอบเขตของ "หน้าต่างความทรงจำชั่วคราว" ในเพศหญิง การค้นพบของเราร่วมกันระบุว่าการออกกำลังกายโดยสมัครใจ 14 วันสามารถอำนวยความสะดวกในการสร้างหน่วยความจำระยะยาวภายใต้เงื่อนไขการได้มาซึ่ง subthreshold ของงาน OLM ที่ขึ้นกับฮิบโปแคมปัส และผลประโยชน์เหล่านี้จะถูกรักษาไว้ตลอดความล่าช้าในการอยู่ประจำที่ 7 วัน และสามารถมีส่วนร่วมอีกครั้งโดย 2 วันของการออกกำลังกายอีกครั้ง

ข้อมูลของเรายังบ่งชี้ถึงกิจกรรมการวิ่งที่คล้ายคลึงกันตลอดช่วงของวงจรการเป็นสัด โดยมีระยะการวิ่งทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในระหว่างการเป็นสัดเมื่อเทียบกับการตกสะเก็ด ในสัตว์ฟันแทะตัวเมีย วงจรการเป็นสัดประกอบด้วยระยะฟอลลิคูลาร์ (เรียกว่า metestrus anddiestrus) ซึ่งในระหว่างนั้นระดับเอสตราไดออลจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ระดับเอสตราไดออลสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อสัตว์อยู่ในช่วงก่อนตกไข่ (เรียกว่า โปรเจสเตอรัส) และตามมาด้วยฮอร์โมนโปรเจสเตอโรนที่เพิ่มขึ้นเมื่อสัตว์เข้าสู่ระยะเป็นสัด ในระหว่างที่สัตว์มีพฤติกรรมตอบรับ (Becker et al., 2017; Becker & Koob, 2016; Nilsson et อัล., 2015).

ความผันผวนของฮอร์โมนนี้สร้างความแปรปรวนในกิจกรรมการออกกำลังกายในแต่ละวัน รายงานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นถึงความแปรปรวนในการออกกำลังกายตลอดวงจรการเป็นสัด โดยกิจกรรมการวิ่งที่สูงที่สุดเกิดขึ้นระหว่างระยะลุกลามเมื่อระดับฮอร์โมนเอสโตรเจนถึงจุดสูงสุด (Aguiar et al., 2018; Anantharaman-Barr & Decombaz, 1989; Manzanares et al., 2018)ใน หนูที่ถูกตัดรังไข่ การวิ่งล้อทุกวันจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และได้รับการฟื้นฟูด้วยการทดแทนฮอร์โมนเอสโตรเจน ซึ่งบ่งบอกถึงบทบาทของฮอร์โมนเอสโตรเจนในการปรับประสิทธิภาพการออกกำลังกายในเพศหญิง (Berchtold et al., 2001) ดังนั้น การค้นพบของเราแสดงให้เห็นว่าล้อเลื่อนลอยสูงในช่วงเป็นสัดจึงไม่สอดคล้องกับรายงานเหล่านี้ เนื่องจากระดับเอสตราไดออลต่ำในช่วงเป็นสัด (Nilsson et al., 2015) อย่างไรก็ตาม ข้อมูลของเราสอดคล้องกับการศึกษาอื่นๆ ที่สังเกตได้ว่าล้อหมุนเพิ่มขึ้นในระหว่างระยะเป็นสัด (Dixon et al., 2003; Eckel et al., 2000) การศึกษาก่อนหน้านี้โดย Steiner et al., (1981) บ่งชี้ถึงวงล้อสูงสุด การวิ่งเกิดขึ้นในช่วงกลางคืนระหว่าง proestrus และ estrus ซึ่งบ่งบอกถึงช่วงเวลาเฉพาะที่สัตว์แสดงกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นมากกว่าผลของระยะการเป็นสัดเดี่ยวๆ

ดังนั้น ผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกันอาจเนื่องมาจากความแปรปรวนในช่วงเวลาที่มีการตรวจสอบความเป็นสัดระหว่างการศึกษา ในการศึกษานี้ การประเมินการเป็นสัดถูกดำเนินการเมื่อสัตว์อยู่ในช่วงแสง (10.00 น. ± 1 ชม.) เนื่องจากหนูจะเคลื่อนไหวมากขึ้นในเวลากลางคืน และการเปลี่ยนแปลงระหว่างระยะการเป็นสัดสามารถเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ข้อมูลทางเซลล์วิทยาของเราอาจไม่บันทึกการเปลี่ยนแปลงนี้ในช่วงมืด และด้วยเหตุนี้จึงไม่ได้แสดงถึงกิจกรรมที่กำลังดำเนินอยู่อย่างสมบูรณ์ตลอด 24 ชั่วโมง ดังนั้น การศึกษาในอนาคตสามารถประเมินระยะการเป็นสัดของสัตว์ได้ใกล้กับหรือระหว่างระยะมืด เมื่อกิจกรรมของสัตว์ถึงจุดสูงสุดเพื่อแสดงประสิทธิภาพการออกกำลังกายในแต่ละวันได้ดีที่สุด

ความผันผวนของระดับเอสตราไดออลจะปรับสรีรวิทยาของฮิปโปแคมปัสในเพศหญิง ตลอดวงจรการเป็นสัด สัณฐานวิทยาของเดนไดรต์ และความหนาแน่นของกระดูกสันหลังของเซลล์ประสาทเสี้ยม CA1 จะแตกต่างกันไป โดยความหนาแน่นของกระดูกสันหลังจะสูงที่สุดในช่วงที่เป็นสัด (González-Burgos et al.,2005; Gould et al., 1990; Kato et al., 2013; Prange-Kiel et al., 2008; Woolley et al., 1990; Woolley & McEwen, 1992) การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของซินแนปติกฮิปโปแคมปัสนั้นขึ้นอยู่กับการสังเคราะห์ฮิปโปแคมปัสเอสตราไดออล (Prange-Kiel et al., 2009) ซึ่งมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับระดับเอสตราไดออลในพลาสมาตลอดวงจรการเป็นสัด (Kato et al., 2013) นอกจากนี้ Proestrus ยังเชื่อมโยงกับ LTP ที่ได้รับการปรับปรุงในเซลล์ประสาท CA1 เพื่อตอบสนองต่ออินพุตหลักประกันของ Schaffer (Biet al., 2001; Good et al., 1999; Warren et al., 1995) ซึ่งอาจเป็นสื่อกลางโดยการเปลี่ยนแปลงความรู้สึกไม่ไวต่อกลูตาเมตและ GABA (Hamson และคณะ 2016)

ข้อมูลเหล่านี้ร่วมกันให้บทบาทของเอสตราไดออลภายนอกในการปรับกิจกรรมเครือข่ายฮิปโปแคมปัส (Hamson et al., 2016) ซึ่งอาจอธิบายการแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันตลอดวงจรการเป็นสัด เมื่อระดับฮอร์โมนเอสโตรเจนมีความผันผวน (Triviño-Paredes et al., 2016; Walf et al. , 2549; วอร์เรน และจูราสกา, 1997) ในการศึกษาของเรา เมื่อเชื่อมโยงระยะการเป็นสัดในวันได้มาหรือวันทดสอบกับประสิทธิภาพของ OLM ภายในกลุ่มการรักษา เราไม่เห็นผลที่มีนัยสำคัญของประสิทธิภาพของ estrouson OLM เนื่องจากขนาดตัวอย่างของเรามีขนาดเล็กและจำนวนหนูในระยะที่แน่นอนเป็นแบบสุ่ม การศึกษาในอนาคตจึงสามารถปรับปรุงอำนาจทางสถิติได้โดยการเพิ่มขนาดตัวอย่างเพื่อให้มีสัตว์หลายตัวในแต่ละระยะการเป็นสัด ณ เวลาที่ได้มาและการทดสอบ

การเรียนรู้เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ของเส้นประสาทแบบไดนามิกเพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารของเส้นประสาทที่ไซแนปส์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าศักยภาพระยะยาว (LTP) ดังนั้นการเหนี่ยวนำและการบำรุงรักษา LTP ในฮิบโปจึงมีความสำคัญต่อการเรียนรู้และการรวมหน่วยความจำ (Elgersma & Silva, 1999; MA Lynch, 2004; Pastalkova et al., 2006) การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า LTP ของ hippocampal ที่ปรับปรุงแล้วมีความเกี่ยวข้องกับการทำงานของการรับรู้ที่ได้รับการปรับปรุง (เช่น Keizer et al., 2021; Kwapis et al., 2018; Tang et al., 1999) เพื่อให้สอดคล้องกับการศึกษาเหล่านี้ การค้นพบของเราแสดงให้เห็นว่า 14d ของการออกกำลังกายโดยสมัครใจเพิ่ม LTP ในฟิลด์ย่อย CA1 ของฮิบโปแคมปัสที่สัมพันธ์กับการควบคุมอยู่ประจำ ซึ่ง สอดคล้องกับการค้นพบพฤติกรรมของเราในการสร้างหน่วยความจำระยะยาวที่เพิ่มขึ้นในเงื่อนไขการได้มาซึ่งเกณฑ์ย่อยด้วยการออกกำลังกาย

จำนวนการศึกษาที่ตรวจสอบความเป็นพลาสติก synaptic ที่ใช้สื่อกลางในการออกกำลังกายในภูมิภาค CA1 นั้นมีอยู่ไม่มากนัก โดยเฉพาะในเพศหญิง และมักจะให้ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกัน ในสัตว์ฟันแทะตัวผู้ การออกกำลังกายจะช่วยลด LTP ที่บกพร่องใน CA1ที่เกิดจากความเครียด (Dahlin et al., 2019) การอดนอน (Zagaar et al., 2012, Zagaar et al.,2013) และในแบบจำลองเมาส์ของโรคอัลไซเมอร์ (Dao et al. ., 2013, Dao et al., 2015).ในเพศหญิง การออกกำลังกายยังช่วยลดความบกพร่องของ LTP ในหนูที่อดนอนด้วย (Saadati et al.,2014, 2015) อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาเหล่านี้ การออกกำลังกายในการควบคุมที่ดีต่อสุขภาพไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพ CA1 LTP อีกต่อไปเมื่อเทียบกับการควบคุมที่อยู่ประจำ ซึ่งบ่งชี้ว่าการออกกำลังกายนั้นออกแรงเพียงเพื่ออำนวยความสะดวกให้กับ LTPin ในภูมิภาค CA1 ภายใต้สภาวะที่ผิดปกติ ตรงกันข้ามกับรายงานเหล่านี้และสอดคล้องกับการค้นพบของเรา การศึกษาล่าสุดในสัตว์ฟันแทะตัวผู้รายงานว่า CA1 LTP ดีขึ้นในสัตว์ที่มีสุขภาพดีหลังการออกกำลังกายเมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุมอยู่ประจำ (D'Arcangelo et al., 2017; Ivy et al., 2020; Tsai et al., 2018 ). เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างการศึกษาเหล่านี้ ความแปรปรวนในประเภท ความยาว และความเข้มข้นของกระบวนทัศน์การฝึกอาจส่งผลต่อผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น การศึกษาจำนวนมากเหล่านี้ใช้การออกกำลังกายแบบบังคับ (Dao et al., 2013,2015; D'Arcangelo et al., 2017; Saadati et al., 2015; Tsai et al., 2018; Zagaar et al., 2012, Zagaar et al., 2013) ด้วยเกณฑ์วิธีที่แตกต่างกัน ในขณะที่มีงานวิจัยเพียงไม่กี่ชิ้นเท่านั้นที่ใช้การวิ่งแบบสมัครใจ (Ivy et al., 2020; Saadati et al., 2014) โดยมีระยะเวลาการออกกำลังกายต่างกัน โดยมีเงื่อนไขว่าการออกกำลังกายโดยสมัครใจและแบบบังคับไม่เท่ากันใน วิธีการ และด้วยเหตุนี้จึงอาจปรับเปลี่ยนการสร้างเซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัส ปัจจัยทางระบบประสาท เครื่องหมายความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติก และพฤติกรรมที่แตกต่างกัน (Barha et al., 2017; Leasure & Jones, 2008) จึงจำเป็นสำหรับการวิจัยการออกกำลังกายในอนาคตที่จะต้องมีความเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นในโปรโตคอลการออกกำลังกายที่ใช้เพื่อให้ เพื่อผลลัพธ์ที่เทียบเคียงได้

นอกเหนือจากประเด็นนี้ ความแตกต่างในด้านอายุและความเครียดของสัตว์ทดลองยังอาจแนะนำปริมาณการออกกำลังกายที่แตกต่างกันซึ่งจำเป็นเพื่อให้เกิดประโยชน์บางประการของการออกกำลังกาย ซึ่งมีส่วนเพิ่มเติมในการควบคุมแบบไดนามิกของผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกาย โดยรวมแล้ว การศึกษาของเราเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าการออกกำลังกายโดยสมัครใจเป็นเวลา 2 สัปดาห์สามารถช่วย LTP ในภูมิภาค CA1 ของฮิบโปแคมปัสในหนูตัวเมียได้

นอกเหนือจากความสามารถในการออกกำลังกายเพื่อเพิ่มความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกในฟิลด์ย่อย CA1 ของฮิบโปแคมปัสแล้ว เรายังแสดงให้เห็นถึงความคงอยู่ของการเพิ่มประสิทธิภาพของ LTP หลังจากการเลิกออกกำลังกาย ซึ่งสร้างหลักฐานแรกสำหรับความทนทานชั่วคราวของผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายต่อความยืดหยุ่นของระบบประสาทในสตรี การค้นพบการเพิ่มประสิทธิภาพ LTP ในระยะยาวนั้นน่าประหลาดใจเนื่องจากประสิทธิภาพ OLM ลดลงหลังจากความล่าช้าอยู่ประจำ เนื่องจากโปรโตคอลการกระตุ้นของเราประกอบด้วย 5 ทีต้า - ระเบิดและแสดงให้เห็นว่ากระตุ้นให้เกิดศักยภาพที่มั่นคงในหนูที่อยู่ประจำ (Acharya et al., 2019; Keizer et al., 2021; Kwapis et al., 2018; Vogel-Ciernia et al., 2013 ; White et al., 2016) การกระตุ้น subthreshold อาจประกอบด้วย 3 theta-bursts (López et al., 2016) ซึ่งอาจเลียนแบบกิจกรรม hippocampal ในระหว่างเงื่อนไขการได้มาของ subthreshold อย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น อาจสามารถจับการขาดการออกกำลังกาย- ก่อให้เกิดผลประโยชน์ในระดับซินแนปติกระหว่างการอยู่ประจำที่ล่าช้า

เป็นที่น่าสังเกตว่า LTP ถูกบันทึกจากเนื้อเยื่อฮิปโปแคมปัสที่รวบรวม 1 ชั่วโมงตามการได้มาของ OLM ย่อย subthreshold ในระหว่างที่ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับพลาสติกซินแนปติกได้รับการควบคุม (Carulli et al., 2011; Irvine et al., 2006; Wang & Peng, 2016) ซึ่ง อาจชดเชยการลดและ/หรือการสูญเสียปัจจัยที่จำเป็นสำหรับการปรับปรุง LTP ที่เกิดขึ้นระหว่างความล่าช้าอยู่ประจำ ดังนั้นการบันทึก LTP จากหนูที่ไม่ผ่านการได้มาซึ่ง OLM ตามเกณฑ์ย่อยอาจให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับข้อมูลพฤติกรรมของเรามากกว่า อย่างไรก็ตาม การคงอยู่ของ LTP ที่ได้รับการปรับปรุงในหนูเพศเมียในระหว่างการอยู่ประจำที่สัมพันธ์กับการควบคุม แสดงให้เห็นการรักษาผลประโยชน์ของฟังก์ชั่น synaptic จากการออกกำลังกายครั้งแรก

การออกกำลังกายกระตุ้นการแสดงออกของฮิปโปแคมปัสของปัจจัย neurotrophic ที่ได้มาจากสมอง (BDNF) เพื่ออำนวยความสะดวกในความยืดหยุ่นของระบบประสาทและการเรียนรู้ (Cotman et al., 2007; Cotman & Engesser-Cesar,2002; Loprinzi & Frith, 2018; S. Vaynman et al., 2004) . การส่งสัญญาณ BDNF ส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซินแนปติกซึ่งในทางกลับกันจะปรับการส่งผ่านซินแนปติกและ LTP (Kramár et al.,2004; Lu & Chow, 1999; Soulé et al., 2006) การแสดงออกของ BDNF มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความจำระยะยาว (Bekinschtein et al., 2008; Lubin, 2011) และจำเป็นต้องมีการเหนี่ยวนำ BDNF สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการรับรู้โดยการออกกำลังกาย (Gomez-Pinilla et al., 2008; Intlekofer et al., 2013) เมื่อรวมกันแล้ว BDNF จะเป็นกลไกที่มีศักยภาพในการรักษาผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายในสตรี ด้วยความประหลาดใจของเรา การแสดงออกของ Bdnf mRNA จากเนื้อเยื่อ hippocampal ที่รวบรวม 1 ชั่วโมงหลังการทดสอบ OLM ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างเงื่อนไขการออกกำลังกายและการควบคุมอยู่ประจำ ทำให้การค้นพบของเราไม่สอดคล้องกับรายงานอื่น ๆ ที่แสดงให้เห็นการเหนี่ยวนำอย่างมีนัยสำคัญของ hippocampal Bdnf mRNA หลังจากการออกกำลังกายโดยสมัครใจในเพศหญิง (Berchtold และคณะ , 2001; Gallego และคณะ 2015; Uysal และคณะ 2014)

การค้นพบของเราเกี่ยวกับ LTP ที่ปรับปรุงการออกกำลังกายแม้จะไม่มีการควบคุม hippocampal Bdnf นั้นสอดคล้องกับ Titterness และคณะ (2011) ซึ่งแสดงหลักฐานว่าการออกกำลังกายสามารถเพิ่มหนูตัวผู้ DG LTPin และลดเกณฑ์การเหนี่ยวนำสำหรับ DG LTP ในเพศหญิงใน ไม่มีการควบคุม BDNF การประเมินระยะเวลาของ Bdnf mRNA หลังจากการออกกำลังกายโดยสมัครใจในหนูตัวผู้เผยให้เห็นการควบคุมแบบเลือกของ Bdnf exons หลังจากการออกกำลังกาย 1 วันและ 28 วันเท่านั้น แต่ไม่ใช่การออกกำลังกาย 14 วัน (Adlard et al., 2004) ซึ่งสอดคล้องกับการสังเกตของเรา การขาดการเปลี่ยนแปลงใน การแสดงออกของ hippocampal Bdnf mRNA หลังการออกกำลังกาย 14dof ในหนูเพศเมีย ในระดับโปรตีน มีรายงานว่า hippocampal BDNF ในหนูตัวผู้เพิ่มขึ้นด้วยการออกกำลังกาย 7 วัน และกลับสู่ระดับพื้นฐานหลังจากออกกำลังกาย 14 วัน (Adlardet al., 2005) ด้วยการออกกำลังกายในระยะยาว จะพบว่าระดับ BDNF ที่เป็นผู้ใหญ่เพิ่มขึ้นด้วยการออกกำลังกายโดยสมัครใจเป็นเวลา 8 เดือน (Marlatt et al., 2012) แต่ไม่ใช่การออกกำลังกายเป็นเวลา 5 เดือน (Venezia et al., 2016)

แม้ว่าเราไม่ได้ตรวจสอบระดับโปรตีน BDNF ของ hippocampal ในการศึกษาของเรา แต่ข้อมูลของเราพร้อมกับการศึกษาที่กล่าวมาข้างต้น ชี้ให้เห็นว่าการควบคุม BDNF อย่างต่อเนื่องอาจไม่จำเป็นเพื่อรักษาประโยชน์ของการออกกำลังกาย และสนับสนุนกลไกแบบไดนามิกที่เป็นรากฐานของผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกาย นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่ามีการรวบรวมเนื้อเยื่อฮิปโปแคมปัสสำหรับการวัดปริมาณ Bdnf ในระหว่างการดึงหน่วยความจำ 1 ชั่วโมงหลังจากการทดสอบ OLM การไม่มีการควบคุม BDNF ระหว่างกลุ่มอาจเนื่องมาจาก Bdnf ที่เกิดจากการเรียนรู้ (Hall et al., 2000) จุดเวลานี้ยังแสดงถึง 2d หลังจากเสร็จสิ้นตารางการออกกำลังกาย ดังนั้นระดับ Bdnf ที่เพิ่มขึ้นอาจกลับสู่ระดับพื้นฐานหลังจากที่สัตว์หยุดออกกำลังกาย การศึกษาในอนาคตสามารถประเมินช่วงเวลาของการแสดงออกของ BDNF ในฮิบโปแคมปัสตัวเมียหลังการออกกำลังกาย เพื่อเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีการรักษาผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายเมื่อเวลาผ่านไป

ตามความรู้ของเรา นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวของการออกกำลังกายเกี่ยวกับความยืดหยุ่นของระบบประสาทและการรับรู้ในหนูเพศเมีย ข้อมูลเหล่านี้มีส่วนทำให้เกิดสมมติฐานของ "หน้าต่างความทรงจำระดับโมเลกุล" ของประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกาย ซึ่งกำหนดโดยเกณฑ์การออกกำลังกาย โดยในระหว่างนั้นประโยชน์ด้านความยืดหยุ่นของระบบประสาทและการรับรู้จะถูกรักษาไว้และพร้อมสำหรับการกระตุ้นอีกครั้งโดยสิ่งกระตุ้นการออกกำลังกายในอนาคต ข้อมูลของเรายังเสนอว่าผลประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายและกลไกเบื้องหลังอาจแตกต่างกันระหว่างภูมิภาคย่อยที่แตกต่างกันของฮิบโปแคมปัส เมื่อพิจารณาจากหลักฐานที่เพิ่มขึ้นซึ่งเน้นถึงการมีส่วนร่วมของกฎระเบียบทางอีพีเจเนติกส์ในความเป็นพลาสติกและการรับรู้ของซินแนปติกที่ใช้สื่อกลางในการออกกำลังกาย (Fernandes etal., 2017; Intlekofer et al., 2013; Keizer & Wood, 2019) ประโยชน์ที่เกิดจากการออกกำลังกายอาจถูกจัดเตรียมและดูแลรักษาโดย กลไกของอีพีเจเนติกส์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจว่าการออกกำลังกายจะปรับเปลี่ยนและรักษาประโยชน์ด้านการรับรู้ในทั้งสองเพศได้อย่างไร ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบขอบเขตของ "หน้าต่างความจำระดับโมเลกุล" ของการออกกำลังกายในสตรี และกลไกเบื้องหลังของทั้งสองเพศในการพัฒนาวิธีการออกกำลังกายที่เป็นประโยชน์ต่อสุขภาพสมองอย่างเหมาะสม

วัสดุเสริม

โปรดดูเนื้อหาเสริมในเวอร์ชันเว็บบน PubMed Central

กิตติกรรมประกาศ:

งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากเงินทุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (R01 DA047981/NIDA NIHHHS/สหรัฐอเมริกา, R01 DA047981/NIDA NIH HHS/สหรัฐอเมริกา, R01 NS083801/NIDS NIH HHS/สหรัฐอเมริกา, R01 AG051807/NIA NIH HHS/สหรัฐอเมริกา , R01 DA047441/NIDA NIH HHS/สหรัฐอเมริกา, R21AG067613/NIA NIH HHS/สหรัฐอเมริกา, F32 AG071209/NIA NIH HHS/สหรัฐอเมริกา, NSF GRFP

เราขอขอบคุณสมาชิกทุกคนของ Wood lab สำหรับการสนทนาทางวิทยาศาสตร์และความช่วยเหลือด้านเทคนิค นอกจากนี้ เราขอขอบคุณสมาชิกของห้องปฏิบัติการ Cotman สำหรับการอภิปรายทางวิทยาศาสตร์

อ้างอิง:

1.อาจารย์ MM, Baulch JE, Klein PM, Baddour AAD, Apodaca LA, Kramár EA, Alikhani L, GarciaC, Angulo MC, Batra RS, Fallgren CM, Borak TB, Stark CEL, Wood MA, Britten RA, Soltesz I,& ลิโมลี ซีแอล (2019) ข้อกังวลใหม่เกี่ยวกับการทำงานของระบบประสาทในระหว่างการสัมผัสกับห้วงอวกาศเรื้อรัง อัตราปริมาณรังสีต่ำ การแผ่รังสีนิวตรอน อียูโร, 6(4), เอเนยูโร.0094-19.2019.

2.Adlard PA, Perreau VM และ Cotman CW (2005) การแสดงออกของ BDNF ที่เกิดจากการออกกำลังกายภายในฮิบโปแคมปัสนั้นแตกต่างกันไปตามช่วงอายุ ชีววิทยาวิทยาแห่งวัย, 26(4), 511–520. 10.1016/J.NEUROBIOLAGING.2004.05.006 [PubMed: 15653179]

3.Adlard PA, Perreau VM, Engesser-Cesar C และ Cotman CW (2004) ระยะเวลาของการเหนี่ยวนำ mRNA ของปัจจัยประสาทที่ได้มาจากสมองและโปรตีนในหนูฮิบโปหลังการออกกำลังกายโดยสมัครใจ จดหมายประสาทวิทยาศาสตร์, 363(1), 43–48 10.1016/J.NEET.2004.03.058 [PubMed:15157993]

4.แอดเลอร์ เอ็นที และโซลอธ เอสอาร์ (1970) พฤติกรรมการมีเพศสัมพันธ์สามารถยับยั้งการตั้งครรภ์ในหนูเพศเมียได้ วิทยาศาสตร์,168(3938), 1480–1482. 10.1126/SCIENCE.168.3938.1480 [PubMed: 5445942]

5.อากีอาร์ อาส, คาสโตร เอเอ, โมไรรา เอล, กลาเซอร์ วี, ซานโตส อาอาร์ส, ทาสก้า ซีไอ, ลาตินี่ อา และเปรดิเกอร์ อาร์ดีเอส(2011) การออกกำลังกายที่มีความเข้มข้นเล็กน้อยสั้นๆ ช่วยปรับปรุงการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความทรงจำในหนูสูงวัย: การมีส่วนร่วมของความเป็นพลาสติกของฮิปโปแคมปัสผ่านการส่งสัญญาณ AKT, CREB และ BDNF กลไกของการสูงวัยและการพัฒนา, 132(11–12), 560–567 10.1016/J.MAD.2011.09.005[PubMed: 21983475]

6.อากีอาร์ อาส, สเป็ค เออี, อมารัล ไอเอ็ม, คานาส พีเอ็ม และคูนญา รา (2018) ช่องว่างระหว่างเพศในการออกกำลังกายและผลกระทบของวงจรการเป็นสัดต่อประสิทธิภาพการออกกำลังกายในหนูเมาส์ รายงานทางวิทยาศาสตร์ 2018 8:1, 8(1), 1–8.10.1038/s41598-018-29050-0

7.Aid T, Kazantseva A, Piirsoo M, Palm K และ Timmusk T (2007) โครงสร้างและการแสดงออกของยีน BDNF ของหนูและหนูกลับมาอีกครั้ง วารสารการวิจัยประสาทวิทยาศาสตร์, 85(3), 525–535 10.1002/JNR.21139[PubMed: 17149751]

8. อาจายี เอเอฟ และ อาคิกเบ รี (2020) การแบ่งระยะของวงจรการเป็นสัดและการชักนำของสัตว์ฟันแทะที่ไม่มีการทดลอง: การปรับปรุง การวิจัยและการปฏิบัติเรื่องการเจริญพันธุ์ 2020 6:1, 6(1), 1–15 10.1186/ส40738-020-00074-3

9.Alomari MA, Khabour OF, Alzoubi KH และ Alzubi MA (2013) แบบฝึกหัดบังคับและสมัครใจช่วยเพิ่มหน่วยความจำการเรียนรู้เชิงพื้นที่และระดับ BDNF ในฮิปโปแคมปัสอย่างเท่าเทียมกัน การวิจัยพฤติกรรมสมอง,247, 34–39. 10.1016/J.BBR.2013.03.007 [PubMed: 23499703]

10.อนันตรามัน-บาร์ เอชจี, & เดคอมบาซ เจ (1989) ผลของการหมุนวงล้อและวงจรการเป็นสัดต่อการใช้พลังงานในหนูแรทเพศเมีย สรีรวิทยาและพฤติกรรม, 46(2), 259–263.10.1016/0031-9384(89)90265-5 [PubMed: 2602468]

For more information:1950477648nn@gmail.com