हिप्पोकैम्पस थीटा दोलनों की ऑप्टोजेनेटिक फ्रीक्वेंसी स्क्रैम्बलिंग हिप्पोकैम्पस स्पैटिओटेम्पोरल कोड से कार्यशील मेमोरी पुनर्प्राप्ति को अलग कर देती है भाग 1

मस्तिष्क में गतिविधि का सटीक अस्थायी समन्वय स्मृति समारोह के लिए मौलिक माना जाता है। मीडियल सेप्टम में निरोधात्मक न्यूरॉन्स हिप्पोकैम्पस को संक्रमण का एक प्रमुख स्रोत प्रदान करते हैं और हिप्पोकैम्पस थीटा (~8 हर्ट्ज) दोलनों को नियंत्रित करने में प्रमुख भूमिका निभाते हैं। जबकि औसत दर्जे का सेप्टल न्यूरॉन्स का औषधीय निषेध स्मृति को बाधित करने के लिए जाना जाता है, हिप्पोकैम्पस प्रतिनिधित्व और स्मृति को विनियमित करने में सेप्टल अवरोधक न्यूरॉन्स की सटीक भूमिका पूरी तरह से समझ में नहीं आती है।

मस्तिष्क की गतिविधि और स्मृति के बीच गहरा संबंध है। हमारी याददाश्त हमारे मस्तिष्क के कामकाज से निकटता से जुड़ी हुई है, जो हमारे शरीर के मुख्य अंगों में से एक है जो हमारे सोचने, महसूस करने और कार्य करने के तरीके को नियंत्रित करता है। इसलिए, यदि हम बेहतर यादें चाहते हैं, तो हमें अपने दिमाग का अधिक कुशलता से उपयोग करने की आवश्यकता है।

सबसे पहले, हमें यह समझने की ज़रूरत है कि हमारा दिमाग कैसे काम करता है। मस्तिष्क में हिप्पोकैम्पस नामक एक भाग होता है, जो हमारा स्मृति केंद्र होता है। यह संसाधित जानकारी को दीर्घकालिक स्मृति में परिवर्तित करने और इसे हमारे मस्तिष्क में संग्रहीत करने के लिए जिम्मेदार है। हिप्पोकैम्पस के कार्य को प्रभावित करने वाले कारक मुख्य रूप से मस्तिष्क का रक्त परिसंचरण और तंत्रिका कोशिकाओं की मात्रा और गुणवत्ता हैं।

दूसरे, हमें मस्तिष्क को सक्रिय रखने पर ध्यान देना चाहिए। लगातार नई चीजें सीखने से, मस्तिष्क सूचना प्रसंस्करण और मेमोरी रिकॉल में अधिक बार संलग्न होता है, जो हिप्पोकैम्पस स्वास्थ्य को बढ़ावा देता है और बेहतर मेमोरी को बढ़ावा देता है। इसलिए, हम अपने दिमाग को सक्रिय रख सकते हैं और किताबें पढ़कर, भाषाएँ सीखकर, याददाश्त का अभ्यास करके अपनी याददाश्त में सुधार कर सकते हैं।

अंत में, हमें अच्छी जीवनशैली बनाए रखने पर ध्यान देना चाहिए। उदाहरण के लिए, पर्याप्त नींद लेना, संतुलित आहार लेना और नियमित व्यायाम करना स्वस्थ मस्तिष्क और शरीर को बढ़ावा देने में मदद कर सकता है, जिससे हमारी याददाश्त में सुधार होता है।

संक्षेप में, मस्तिष्क की गतिविधि और स्मृति का गहरा संबंध है। हम कई पहलुओं में मस्तिष्क के स्वास्थ्य और प्रशिक्षण को बढ़ावा दे सकते हैं, जिससे हमारी याददाश्त में सुधार होगा और जीवन और कार्य में विभिन्न चुनौतियों का सामना किया जा सकेगा। यह देखा जा सकता है कि हमें अपनी याददाश्त में सुधार करने की जरूरत है। सिस्टैंच डेजर्टिकोला हमारी याददाश्त में काफी सुधार कर सकता है क्योंकि सिस्टैन्चे डेजर्टिकोला एक पारंपरिक चीनी औषधीय सामग्री है जिसके कई अनोखे प्रभाव हैं, जिनमें से एक है याददाश्त में सुधार करना। कीमा बनाया हुआ मांस की प्रभावकारिता इसमें मौजूद विभिन्न सक्रिय तत्वों से आती है, जिसमें एसिड, पॉलीसेकेराइड, फ्लेवोनोइड आदि शामिल हैं। ये तत्व विभिन्न तरीकों से मस्तिष्क स्वास्थ्य को बढ़ावा दे सकते हैं।

शॉर्ट-टर्म मेमोरी कैसे सुधारें, जानें पर क्लिक करें

यहां, हम ऑल-ऑप्टिकल पूछताछ और रिकॉर्डिंग दृष्टिकोण का उपयोग करके स्पेटियोटेम्पोरल कोडिंग और मेमोरी में थीटा लय की भूमिका को अलग करते हैं। हम पाते हैं कि ऑप्टोजेनेटिक फ्रीक्वेंसी स्क्रैम्बलिंग उत्तेजनाएं थीटा दोलनों को खत्म कर देती हैं और हिप्पोकैम्पस में न्यूरॉन्स के एक हिस्से को नियंत्रित करती हैं। इस तरह की उत्तेजना ने हिप्पोकैम्पस स्पेटियोटेम्पोरल कोड को बरकरार रखते हुए एपिसोडिक और कामकाजी मेमोरी पुनर्प्राप्ति को कम कर दिया। हमारे अध्ययन से पता चलता है कि थीटा लय स्मृति में एक आवश्यक भूमिका निभाती है लेकिन हिप्पोकैम्पस स्पेटियोटेम्पोरल कोड के लिए आवश्यक नहीं हो सकती है।

न्यूरोनल गतिविधि का सटीक अस्थायी समन्वय मेमोरी एन्कोडिंग और पुनर्प्राप्ति के लिए मौलिक माना जाता है। विशेष रूप से, औसत दर्जे का सेप्टम (एमएस) को डाउनस्ट्रीम संरचनाओं के मुख्य क्षेत्र के रूप में कार्य करने और हिप्पोकैम्पस1 को सबसे बड़ा सबकोर्टिकल इनपुट प्रदान करने के लिए प्रस्तावित किया गया है। एमएस एक न्यूरोकेमिकल रूप से विषम संरचना है जो GABAergic2, मुख्य रूप से Parvalbumin (PV)-पॉजिटिवन्यूरॉन्स3, साथ में कोलीनर्जिक4 और ग्लूटामेटेरिक न्यूरॉन्स5,6 की एक छोटी आबादी से बनी है।

एमएस पीवी कोशिकाएं सीधे हिप्पोकैम्पस में GABAergicinterneurons पर प्रोजेक्ट करती हैं, जिससे हिप्पोकैम्पस पिरामिडल कोशिकाओं के फीडफॉरवर्ड निरोधात्मक नियंत्रण को बढ़ावा मिलता है। इसके अतिरिक्त, हिप्पोकैम्पस के भीतर पीवी इंटरन्यूरॉन्स थीटा (~8 हर्ट्ज) लय को गति देने में आवश्यक हैं, और हिप्पोकैम्पस में सीधे एमएस पीवी न्यूरॉन्स या उनके टर्मिनलों की ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना हिप्पोकैम्पस दोलनों की आवृत्ति-विशिष्ट गति से जुड़ी होती है, जबकि एमएसइन विवो का निषेध कम थीटा दोलन शक्ति11-13 के साथ जुड़ा हुआ है।

जबकि पूर्ण एमएस ऑप्टोजेनेटिक निषेध स्थानिक स्मृति हानि से जुड़ा हुआ है, ये प्रभाव संभावित रूप से कोलीनर्जिक कार्यों के विघटन को हरा सकते हैं, जो स्मृति के लिए महत्वपूर्ण माने जाते हैं। हाल ही में, नॉनकोलिनर्जिक एमएस पीवी कोशिकाओं की गतिविधि मेमोरी एन्कोडिंग और पुनर्प्राप्ति 17,18 के लिए आवश्यक है। विशेष रूप से, हिप्पोकैम्पस एपिसोडिक19,20 और वर्किंग21 मेमोरी के लिए एक मुख्य संरचना भी है। चूंकि एमएस हिप्पोकैम्पस थीटा लय को उत्पन्न करने और बनाए रखने में आवश्यक है, इसलिए एमएस गतिविधि में व्यवधान से डाउनस्ट्रीम हिप्पोकैम्पस फिजियोलॉजी और कामकाजी मेमोरी22 पर असर पड़ने की संभावना है।
यद्यपि हिप्पोकैम्पस-निर्भर स्मृति के सटीक शारीरिक तंत्र वर्तमान में अज्ञात हैं, यह प्रस्तावित किया गया है कि हिप्पोकैम्पस स्थान कोशिकाएं जो किसी दिए गए संदर्भ के विशिष्ट स्थानों को एन्कोड करती हैं, एपिसोडिक मेमोरी 24 का समर्थन कर सकती हैं। हिप्पोकैम्पस उपक्षेत्र CA1 में, स्थानिक ट्यूनिंग प्रासंगिक संवेदी इनपुट25 पर निर्भर करती है। अन्य चर जैसे समय और दूरी को भी दृष्टि से निर्देशित गति 26,27 के दौरान एन्कोड किया जा सकता है, लेकिन संवेदी संकेतों की अनुपस्थिति में भी, संभवतः आत्म-गति 29 सहित आंतरिक जानकारी का उपयोग करके (समीक्षा के लिए मेहता 30 और मैकनॉटन 31 देखें)।

समय और स्थान के प्रतिनिधित्व को हिप्पोकैम्पस न्यूरॉन्स में संयुक्त रूप से दर्शाया जा सकता है, और ऐसे मल्टीप्लेक्स्ड स्पेटियोटेम्पोरल कोड कार्यशील मेमोरी 32-34 के लिए एक उम्मीदवार सब्सट्रेट हो सकते हैं। ट्रेडमिल35-37 का उपयोग करके या आभासी वास्तविकता प्रतिमानों26,27,38 का उपयोग करके दूरस्थ दृश्य संकेतों को क्लैंप करने के अलावा, स्थान, समय और दूरी37 को लागू करने वाले सामान्यीकृत रैखिक मॉडल का उपयोग करके स्पेटियोटेम्पोरल कोड भी विश्लेषणात्मक रूप से निकाले गए हैं। हालाँकि, मुक्त अन्वेषण के दौरान न्यूरोनल गतिविधि की रिकॉर्डिंग पर ऐसे दृष्टिकोणों को व्यापक रूप से नियोजित नहीं किया गया है।

कई अध्ययनों से पता चलता है कि हिप्पोकैम्पस थीटा लय अस्थायी कोड को रेखांकित कर सकती है क्योंकि थीटा लय हिप्पोकैम्पस गतिविधि को कसकर व्यवस्थित करती है। जबकि सीए1 और सीए3 दोनों कृंतकों में समय कोशिकाओं की भी सूचना मिली है, जो ऐसे कार्य कर रहे हैं, जिनके लिए कार्यशील स्मृति41 की आवश्यकता नहीं होती है, एमएस के औषधीय निषेध के परिणामस्वरूप समय का विशिष्ट व्यवधान होता है, लेकिन कोशिकाओं का स्थान नहीं होता है और यह कार्यशील स्मृति36 में कमी के साथ जुड़ा होता है। औषधीय दृष्टिकोण का एक महत्वपूर्ण दोष यह है कि वे मेमोरी फ़ंक्शन में GABAergic बनाम कोलीनर्जिक कोशिकाओं के सापेक्ष योगदान को अलग नहीं करते हैं। विशेष रूप से, एमएस कोलीनर्जिक गतिविधि के अवरोध से हिप्पोकैम्पसस्पैशियल अभ्यावेदन43 में परिवर्तन और कार्यशील स्मृति प्रदर्शन44,45 में कमी पाई गई। आश्चर्यजनक रूप से, एमएस का औषधीय निषेध कम थीटा दोलन शक्ति से जुड़ा था, लेकिन प्लेसफील्ड्स46 से नहीं, और कम थीटा के दौरान प्लेस सेल गतिविधि का यह लचीलापन अनुभव-संबंधित प्लास्टिसिटी तंत्र47 के कारण नहीं था।

विशेष रूप से ऑप्टोजेनेटिक्स का उपयोग करके एमएस जीएबीएर्जिक इंटिरियरनों को बाधित करने के पिछले प्रयास, केवल आंशिक कमी से जुड़े थे, लेकिन थीटा सिग्नल13 के पूर्ण विघटन से नहीं। बदले में, थीटा दोलन की ऑप्टोजेनेटिक पेसिंग केवल प्लेससेल विशेषताओं में मामूली बदलाव के साथ जुड़ी हुई है, जिसमें फायरिंग आवृत्ति 9 और चरण 48 में मामूली बदलाव भी शामिल है। इसके अतिरिक्त, जबकि यह परिकल्पना की गई है कि एमएस इनपुट सीधे हिप्पोकैम्पस टेम्पोरल कोड को नियंत्रित कर सकते हैं, कारण संबंधी साक्ष्य अभी भी कमी है। आज तक, हिप्पोकैम्पल स्पेटियोटेम्पोरल कोड और मेमोरी को व्यवस्थित करने में एमएस-पीवी न्यूरॉन्स की सटीक भूमिका अज्ञात बनी हुई है।

यहां, हमने लाल-स्थानांतरित उत्तेजक ऑप्सिन का उपयोग करके थीटा दोलनों को गति देने के लिए ऑप्टोजेनेटिक्स का उपयोग करके एमएस पीवी गतिविधि को नियंत्रित किया। हम एमएस न्यूरॉन्स की ऑप्टोजेनेटिक फ्रीक्वेंसी स्क्रैम्बलिंग उत्तेजनाओं के आधार पर हिप्पोकैम्पस थैरिथम्स को पूरी तरह से खत्म करने के लिए एक दृष्टिकोण का प्रस्ताव करते हैं। वैकल्पिक रूप से, उन्हीं जानवरों में थीटा लय को उनकी प्राकृतिक आवृत्ति पर गति देने से विषय के भीतर नियंत्रण मिलता है। हमने अनुक्रमिक स्वरों के साथ एक रैखिक ट्रैक पर चलने वाले चूहों में CA1 पिरामिड कोशिकाओं की कैल्शियम इमेजिंग के साथ ऑप्टोजेनेटिक नियंत्रण को संयोजित किया।

इन स्थितियों में, हम सूचना सैद्धांतिक दृष्टिकोण का उपयोग करके स्थान, समय और दूरी कोशिकाओं को अलग कर सकते हैं। थीटा संकेतों की ऑप्टोजेनेटिक फ़्रीक्वेंसी स्क्रैम्बलिंग करते समय, स्थान और समय दोनों के प्रतिनिधित्व को संरक्षित किया गया था और उत्तेजना द्वारा CA1 पिरामिड कोशिकाओं का केवल एक छोटा उपसमूह संशोधित किया गया था। हमने आगे पाया कि थीटाओसिलेशन का उन्मूलन बिगड़ा हुआ कामकाजी मेमोरी पुनर्प्राप्ति से जुड़ा था, यह सुझाव देते हुए कि एमएस पीवी कोशिकाएं हिप्पोकैम्पस थीटा दोलन उत्पन्न करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं जो मेमोरी पुनर्प्राप्ति के लिए आवश्यक हैं लेकिन स्पेटियोटेम्पोरल अभ्यावेदन में शामिल नहीं हैं।

परिणाम

CA1 पिरामिड कोशिकाएं स्पेटियोटेम्पोरल जानकारी को कूटबद्ध करती हैं

CA1प्रिंसिपल कोशिकाओं की बड़ी आबादी में स्पेटियोटेम्पोरल कोड की जांच करने के लिए, हमने हिप्पोकैम्पस के CA1 क्षेत्र में CamKII प्रमोटर के तहत GCaMP6fast को व्यक्त करने वाले एक वायरल वेक्टर को इंजेक्ट किया, इंजेक्शन साइट के ऊपर aGRIN लेंस प्रत्यारोपित किया, और ओपन-सोर्स मिनीस्कोप्स49 का उपयोग करके पिरामिड न्यूरॉन्स की कैल्शियम इमेजिंग रिकॉर्डिंग की। ,50(चित्र 1ए, बी; विस्तृत ऊतक विज्ञान के लिए अनुपूरक चित्र 1 देखें)। हमने CNMFe51 का उपयोग करके न्यूरॉन्स (छवि 1 सी) और उनके संबंधित कैल्शियम क्षणिक (छवि 1 डी) के स्थानिक पदचिह्न निकाले। प्रमुख कोशिकाओं के स्थानिक और लौकिक ट्यूनिंग गुणों को अलग करने के लिए, हमने ट्रैक के दोनों सिरों पर मोशन सेंसर द्वारा ट्रिगर किए गए तीन-टोन संकेतों के साथ एक रैखिक ट्रैक के संयोजन का एक कार्य विकसित किया। प्रत्येक दौड़ के अंत में एक नया स्वर तुरंत चालू हो गया, जिससे चूहों को इनाम वितरण की दिशा में उनकी प्रगति के बारे में सूचित किया गया।

प्रत्येक चौथे रन को उच्च-पिच, निरंतर स्वर के साथ संकेतित किया गया था जो कि रैखिक ट्रैक के अंत में एक इनाम की डिलीवरी से जुड़ा था (छवि 1e)। इनाम स्थल से प्रस्थान के बाद से बीते समय और तय की गई दूरी के साथ-साथ प्रत्येक माउस की पूर्ण स्थिति की निगरानी की गई (चित्र 1एफ)। इन चर और बाइनराइज्ड न्यूरोनल गतिविधि का उपयोग करते हुए, हमने संभाव्य ट्यूनिंग वक्र (छवि 1 जी) की गणना की और न्यूरोनल गतिविधि और स्थान, समय, साथ ही प्रत्येक रिकॉर्ड किए गए सेल के लिए दूरी के बीच पारस्परिक जानकारी (एमआई) प्राप्त की। सहसंबंध-आधारित विश्लेषणों के विपरीत, एमआई न्यूरोनल गतिविधि और व्यवहार चर के बीच रैखिक, मोनोटोनिक संबंधों को नहीं मानता है, बल्कि एक चर की अनिश्चितता की मात्रा को व्यक्त करता है जिसे दूसरे द्वारा समझाया जा सकता है।

एमआई मानों के महत्व का परीक्षण शफ़ल्ड सरोगेट्स का उपयोग करके किया गया था, जो कैल्शियम क्षणकों की अस्थायी गतिशीलता को संरक्षित करने के लिए परिपत्र क्रमपरिवर्तन (एन {{0}}) से गुजरा था। न्यूरॉन्स जो 95% समय (पी 0.05 से कम या उसके बराबर) से अधिक एमआई के साथ विशेष रूप से एक चर को एन्कोड करते थे, उन्हें स्थान-संग्राहक (स्थानिक), समय-संग्राहक (लौकिक), या दूरी-संग्राहक (देखें) के रूप में लेबल किया गया था विधियाँ)। निम्नलिखित विश्लेषणों के लिए, हमने उम्मीदवार कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया जो केवल महत्वपूर्ण चर (चित्र 1h) को एन्कोड करते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि समय-संग्राहक कोशिकाएँ विशेष स्थानों पर व्यवस्थित रूप से सक्रिय नहीं थीं, और स्थान-संग्राहक कोशिकाएँ किसी निश्चित समय पर व्यवस्थित रूप से सक्रिय नहीं थीं (चित्र 1i,j)।

जबकि एकल चर को एन्कोड करने वाली अधिकांश कोशिकाएँ स्थान-संग्राहक थीं, न्यूरॉन्स का एक बड़ा हिस्सा संयोजी न्यूरॉन्स थे जो एक से अधिक चर (17.98 ± 1.77%) को एन्कोड करते थे। इसके विपरीत, सेल एन्कोडिंग स्थान विशेष रूप से कुल दर्ज की गई जनसंख्या का 9.02 ± 1.61% प्रतिनिधित्व करता है, जबकि 1.79 ± {{15%).68% चयनात्मक रूप से एन्कोडेड दूरी और 1.27 ± 0.09% चयनात्मक एन्कोडेड समय (चित्र 1k; अतिरिक्त) समय, स्थान या दूरी के अनुरूप न्यूरॉन्स के उदाहरण उनकी सूचना सामग्री के साथ पूरक चित्र 2 में दिखाए गए हैं)।

यद्यपि हमारा सूचना-सैद्धांतिक दृष्टिकोण उन कोशिकाओं को अलग करके ओवरलैपिंग वेरिएबल्स को सुलझा सकता है जो केवल एक वेरिएबल को महत्वपूर्ण रूप से एनकोड करते हैं, हमने स्थान को डिकोड करने के लिए एक भोले बायेसियन क्लासिफायरियर का उपयोग करके स्पेटियोटेम्पोरल वैरिएबल को एनकोड करने में प्रत्येक सेल प्रकार की प्रासंगिकता का परीक्षण किया (छवि 1 एल-एन), बीता हुआ समय (चित्र 1o-q), और रैखिक ट्रैक52 पर तय की गई दूरी (चित्र 1r-t)।

हमने प्रत्येक माउस की वर्तमान स्थिति का अनुमान न्यूरोनल गतिविधि को देखते हुए अधिकतम पोस्टीरियर (एमएपी) मान की गणना करके और बूटस्ट्रैप्ड ट्यूनिंग वक्रों की गणना करके वास्तविक या परिपत्र रूप से शफ़ल किए गए बाइनराइज्ड गतिविधि (छवि 1 एल, ओ, आर; विस्तृत प्रोटोकॉल के लिए तरीके देखें) का उपयोग करके किया है। भविष्यवाणियों की गुणवत्ता का आकलन कन्फ्यूजन मैट्रिक्स (छवि 1 एम, पी, एस) का उपयोग करके और अनुमानित स्थिति और वास्तविक स्थिति (छवि 1 एन, क्यू, टी) के बीच यूक्लिड और दूरी की गणना करके किया गया था। महत्वपूर्ण बात यह है कि हमारे बायेसियन डिकोडर ने 16.58 सेमी की औसत त्रुटि उत्पन्न की, जो कि शफ़ल्ड सरोगेट्स से डिकोडिंग की तुलना में काफी कम थी (5{{10}}.95 सेमी; युग्मित टी-परीक्षण, टी4=19.75 ,पी 0.0001 से कम या उसके बराबर), और स्थानिक रूप से संग्राहक कोशिकाओं का उपयोग करके डिकोडिंग गैर-स्थानिक रूप से संग्राहक कोशिकाओं (युग्मित टी-परीक्षण, टी4=34.54, पी कम) का उपयोग करने की तुलना में काफी अधिक सटीक थी। 0.0001 से अधिक या उसके बराबर; चित्र 1एन)। इसी प्रकार, बीते समय के लिए औसत डिकोडिंग त्रुटि 6.45 सेकेंड थी, जो शफ़ल्ड सरोगेट्स (19.12 सेकेंड; युग्मित टी-टेस्ट, टी4=18.01, पी 0.0001 से कम या उसके बराबर) का उपयोग करके गणना की गई त्रुटि से काफी कम थी।

समय-संग्राहक कोशिकाओं का उपयोग करके डिकोडिंग से टोन-समय-संग्राहक कोशिकाओं की तुलना में काफी बेहतर सटीकता प्राप्त हुई (युग्मित टी-परीक्षण, टी4=3.163, पी=0.0341;चित्र 1क्यू) . अंत में, हमारे डिकोडर का उपयोग करते हुए औसत दूरी की त्रुटि 61.40 सेमी थी, जो शफ़ल्ड सरोगेट्स (189.6 सेमी; टी-टेस्ट, टी4=28.79, पी 0.0001 से कम या उसके बराबर) की तुलना में काफी कम थी। दूरी-संग्राहक कोशिकाओं का उपयोग करके डिकोडिंग करने से गैर-दूरी-संग्राहक कोशिकाओं (टी-परीक्षण, टी4=4.595,पी=0.0101; चित्र 1टी) की तुलना में काफी कम त्रुटियां प्राप्त हुईं।

थीटा दोलनों का चयनात्मक एमएस ऑप्टोजेनेटिक नियंत्रण

हिप्पोकैम्पल स्पेटियोटेम्पोरल कोड में एमएस-जनित थीटा संकेतों के सापेक्ष योगदान की जांच करने के लिए, हमने एमएस में रेड-शिफ्टेडएक्ससिटेटरी ऑप्सिन क्रिमसनआर को ट्रांसफ़ेक्ट किया (चित्र 2 ए)। इनहिबिटोरीओप्सिन के विपरीत, क्रिमसनआर ने हमें विषयों के भीतर थीटा संकेतों को या तो नियंत्रित करने या गति देने की अनुमति दी। इसके अतिरिक्त, क्रिमसनआर अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले चैनलरोडोप्सिन -2 से अधिक प्रभावी है और कैल्शियम इमेजिंग53 के साथ ऑप्टोजेनेटिक्स को संयोजित करने की क्षमता प्रदान करता है। 14.91 ± 3.57% पीवी कोशिकाओं ने क्रिमसनआर को व्यक्त किया, जिसे हमने हिप्पोकैम्पस दोलनों (एन=4 चूहों; चित्र 2 बी, सी) पर व्यापक नियंत्रण लगाने के लिए पर्याप्त पाया। इसके विपरीत, हमें ChAT कोशिकाओं में ChrimsonR की वस्तुतः कोई अभिव्यक्ति नहीं मिली (1.05 ± 1.052% ChAT कोशिकाओं ने ChrimsonR को भी व्यक्त किया; चित्र 2d, e)।

फिर हमने एमएस के ऊपर चूहों में फाइबर ऑप्टिक्स प्रत्यारोपित किया। हमने CA1 (चित्र 2f) में स्थानीय फ़ील्डपोटेंशियल (LFP) रिकॉर्ड करते समय 638 एनएम लेजर उत्तेजना का प्रदर्शन किया। हमने पाया कि एमएस स्क्रैम्बल और 8 हर्ट्ज ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना क्रमशः थीटा दोलन को बाधित या तेज कर सकती है (चित्र 2जी)। जबकि बेसलाइन प्राकृतिक थीटा 4-12 हर्ट्ज आवृत्ति बैंड में कुछ आवृत्ति परिवर्तनशीलता प्रदर्शित करता है, 8 हर्ट्ज उत्तेजनाओं के कारण उस आवृत्ति पर लगातार और स्थिर हिप्पोकैम्पस दोलन होते हैं। इसके विपरीत, अव्यवस्थित उत्तेजनाओं ने थीटा लय को लगातार समाप्त कर दिया (चित्र 2h)।

हमने पाया कि थीटा बैंड में दोलन शक्ति (ओएस) (तरीके देखें) बेसलाइन युगों की तुलना में स्क्रैम्बलस्टिम्यूलेशन ({{0}}.45 ± 0.01) से काफी कम हो गई थी। (0.67 ± {{10}}.01,p 0 से कम या उसके बराबर।00{ {29}}1) और व्हाइटनोइज़ नियंत्रण सिग्नल के ओएस से महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं थे (0.50 ± 0.01, पी=0.99)। दूसरी ओर, 8 हर्ट्ज उत्तेजनाओं ने थीटा शक्ति में काफी वृद्धि की (0.82 ± 0.01,p 0.0001 से कम या उसके बराबर; n=59 युग; चित्र 2i) तले हुए उत्तेजनाओं की तुलना में। हमने अपने उत्तेजना पैटर्न और एलएफपी फ़्रीक्वेंसी बैंड (F10=6.467, p 0.0001 से कम या उसके बराबर) के बीच एक महत्वपूर्ण इंटरैक्शन पाया। विशेष रूप से, स्क्रैम्बल आवृत्ति उत्तेजना ने थीटा शक्ति को काफी कम कर दिया (बेसलाइन थीटा बैंड पावर का 0.341 ± 0.06 भाग;पी=0.0394, जोड़ीदार टी-परीक्षण), जबकि 8 हर्ट्ज उत्तेजनाओं ने थीटा पावर में काफी वृद्धि की (बेसलाइन थीटा बैंड पावर का 3.302 ± 0.76 भाग) , पी=0.0004, जोड़ीवार टी-परीक्षण; चित्र 2 जे) अन्य आवृत्ति बैंडों को अपरिवर्तित छोड़ रहा है।

जबकि हमारे कैल्शियम इमेजिंग और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल विश्लेषण में केवल गति की अवधि (तरीके देखें) शामिल हैं, हमने यह भी पाया कि हम गति की स्थिति की परवाह किए बिना (पूरक छवि 3 ए, बी) या गति (पूरक छवि 3 ए, सी) थीटा दोलनों को विश्वसनीय रूप से समाप्त करने में सक्षम थे। आराम की अवधि सहित)। जबकि प्राकृतिक थीटा ओएस लोकोमोटर गति (पियर्सन आर 2=0.059, पी=0.001; एन=179 स्वतंत्र युग; अनुपूरक चित्र 3डी) से संबंधित है, थीटा को समाप्त करने से ऐसी हानि हुई सहसंबंध (पियर्सन आर 2=0.008, पी=0.223; एन=179 स्वतंत्र युग; अनुपूरक चित्र 3ई), जैसा कि 8 हर्ट्ज़ उत्तेजनाएं थीं (पियर्सनआर2=0.0008, पी=0.714; एन=177 स्वतंत्र युग; अनुपूरक चित्र 3एफ) सुझाव देता है कि लोकोमोटर अवस्थाएं थीटा दोलनों पर ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजनाओं के प्रभावों को खत्म नहीं करती हैं।

हिप्पोकैम्पस शार्प-वेव रिपल्स (एसडब्ल्यूआर) स्मृति समेकन 54-56 में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं और एमएस कोलीनर्जिक न्यूरॉन्स की उत्तेजना कम तरंग गतिविधि 57 और कमजोर कामकाजी मेमोरी 45 के साथ जुड़ी हुई है। हालाँकि हमें एमएस कोलीनर्जिक न्यूरॉन्स में क्रिसनआर की वस्तुतः कोई अभिव्यक्ति नहीं मिली, लेकिन रिपल फिजियोलॉजी पर हमारे एमएस ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना के प्रभाव को मापना आवश्यक था। इस उद्देश्य के लिए, हमने सीए 1-एलएफपी रिकॉर्ड किया और एक खुले क्षेत्र की खोज करने वाले स्वतंत्र रूप से व्यवहार करने वाले चूहों में 5एस चालू, और 5एस बंद स्क्रैम्बलडोप्टोजेनेटिक उत्तेजना का प्रदर्शन किया (पूरक छवि 4 ए)। हमने उत्तेजित उत्तेजना से पहले और उसके दौरान तरंग घटनाओं की विशेषताओं को मापा, और शक्ति में कोई बदलाव नहीं पाया (अयुग्मित, दो-पूंछ वाले टी-टेस्ट, टी 6=0 .076, पी=0 .941; अनुपूरक चित्र 4 बी, बाएं पैनल), घटना की आवृत्ति (अयुग्मित, दो-पुच्छ परीक्षण,टी6=−1.688, पी=0.142; अनुपूरक चित्र 4सी, बायां पैनल), या चौड़ाई (अयुग्मित, दो-पुच्छीय परीक्षण) टी-परीक्षण, टी6=0.124, पी=0.905; अनुपूरकचित्र 4डी, बायां पैनल)।

इसी प्रकार, 8 हर्ट्ज ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना को लागू करने से तरंग शक्ति पर कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं पड़ा (अयुग्मित, दो-पूंछ वाला टी-परीक्षण, टी6=0.378, पी=0.718; अनुपूरक चित्र. 4बी, दायां पैनल), आवृत्ति (अयुग्मित, दो-पूंछ वाला टी-परीक्षण, टी{{10}} −1.643, पी {{13%).151; अनुपूरकचित्र 4सी, दायां पैनल), और चौड़ाई (अयुग्मित, दो-पूंछ वाला टी-परीक्षण, टी6=−0.138,पी=0.894; अनुपूरक चित्र 4डी, दायां पैनल)। हमारे हिस्टोलॉजिकल परिणामों और पिछली रिपोर्ट के साथ कि एमएस कोलीनर्जिक न्यूरॉन्स की ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना एसडब्ल्यूआर 57 की घटना को कम कर देती है, हम पाते हैं कि ये ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजनाएं हिप्पोकैम्पस में कोलीनर्जिक इनपुट को प्रभावित नहीं करती हैं।

For more information:1950477648nn@gmail.com