मेडियल सेप्टम का ऑप्टोजेनेटिक निष्क्रियता दीर्घकालिक वस्तु पहचान स्मृति निर्माण को बाधित करता है

अमूर्त

थीटा स्तनधारी मस्तिष्क के सबसे प्रमुख बाह्यकोशिकीय तुल्यकालिक दोलनों में से एक है। हिप्पोकैम्पलथीटा एक अक्षुण्ण औसत दर्जे का सेप्टम (एमएस) पर निर्भर करता है और इसे कुछ सीखने के प्रतिमानों के प्रशिक्षण चरण के दौरान लगातार दर्ज किया गया है, जिससे पता चलता है कि इसे हिप्पोकैम्पस-निर्भर दीर्घकालिक स्मृति प्रसंस्करण में शामिल किया जा सकता है।

मानव मस्तिष्क में स्मृति प्रसंस्करण एक महत्वपूर्ण कार्य है। इसमें जानकारी की पहचान, एन्कोडिंग, भंडारण और पुनर्प्राप्ति जैसी प्रक्रियाएं शामिल हैं। यह हमारे दैनिक जीवन की एक महत्वपूर्ण क्षमता है जो सीखने, काम, सामाजिक संपर्क और अन्य पहलुओं से निकटता से संबंधित है। स्मृति मानव मस्तिष्क की जानकारी को बनाए रखने की क्षमता को संदर्भित करती है, जो पिछले अनुभवों से सीखने और उन्हें भविष्य के जीवन में लागू करने की हमारी क्षमता निर्धारित करती है।

मेमोरी प्रोसेसिंग स्मृति में सुधार का आधार है। कुशल मेमोरी प्रोसेसिंग क्षमताओं के माध्यम से, हम जानकारी को बेहतर ढंग से एनकोड, स्टोर और पुनः प्राप्त कर सकते हैं, जिससे मेमोरी में सुधार होता है। जब हमें किसी जानकारी को याद रखने की आवश्यकता होती है, तो हमें सबसे पहले जानकारी को पहचानने और एन्कोड करने की आवश्यकता होती है, और फिर एन्कोड की गई जानकारी को मस्तिष्क के दीर्घकालिक मेमोरी बैंक में संग्रहीत करना होता है। अंत में, जब हमें इस जानकारी का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, तो हम इसे पुनर्प्राप्ति के माध्यम से पुनः प्राप्त कर सकते हैं। यदि इन प्रक्रियाओं को कुशलतापूर्वक किया जाए, तो हमारी याददाश्त में स्वाभाविक रूप से सुधार होगा।

बेशक, स्मृति प्रसंस्करण क्षमता रातोंरात हासिल नहीं की जाती है और समय के साथ संचित प्रशिक्षण के माध्यम से इसमें सुधार करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, जानकारी की पहचान के संदर्भ में, हम प्रारंभिक पहचान करने के लिए निरंतर अभ्यास के माध्यम से जानकारी के प्रति अपनी संवेदनशीलता में सुधार कर सकते हैं; एन्कोडिंग और जानकारी संग्रहीत करने के संदर्भ में, हम मेमोरी पैलेस जैसी विधियों का उपयोग करके मेमोरी प्रभावों में सुधार कर सकते हैं; जानकारी प्राप्त करने के संदर्भ में, हम बार-बार अभ्यास के माध्यम से पुनर्प्राप्ति की गति और सटीकता में सुधार कर सकते हैं।

संक्षेप में, मेमोरी प्रोसेसिंग और मेमोरी अविभाज्य हैं। प्रशिक्षण और अनुभव के निरंतर संचय के माध्यम से, हम अपनी स्मृति प्रसंस्करण क्षमता में सुधार कर सकते हैं, जिससे हमारी स्मृति में सुधार होगा और हमारा जीवन अधिक रंगीन हो जाएगा। यह देखा जा सकता है कि हमें अपनी याददाश्त में सुधार करने की जरूरत है। सिस्टैंच डेजर्टिकोला याददाश्त में काफी सुधार कर सकता है क्योंकि सिस्टैन्चे डेजर्टिकोला एक पारंपरिक चीनी औषधीय सामग्री है जिसके कई अनूठे 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।

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ऑब्जेक्ट रिकग्निशन मेमोरी (ओआरएम) जानवरों को परिचित वस्तुओं की पहचान करने की अनुमति देती है और तथ्यों और घटनाओं को याद रखने के लिए आवश्यक है। कृन्तकों में, दीर्घकालिक ओआरएम गठन के लिए एक कार्यात्मक हिप्पोकैम्पस की आवश्यकता होती है लेकिन इस प्रक्रिया में एमएस की भागीदारी विवादास्पद बनी हुई है। हमने पाया कि वयस्क नर विस्टार चूहों को दीर्घकालिक ओआरएम-उत्प्रेरण सीखने के कार्य में प्रशिक्षण दिया गया, जिसमें दो अलग-अलग, लेकिन व्यवहारिक रूप से समतुल्य उपन्यास उत्तेजना वस्तुओं के संपर्क में आने से हिप्पोकैम्पलथेटा शक्ति में वृद्धि हुई, और ऑप्टोजेनेटिक एमएस निष्क्रियता के माध्यम से थीटा को दबाने से भूलने की बीमारी हो गई।

महत्वपूर्ण बात यह है कि भूलने की बीमारी उस वस्तु के लिए विशिष्ट थी जिसे एमएस निष्क्रिय होने पर जानवर खोज रहे थे। कुल मिलाकर, हमारे परिणाम संकेत देते हैं कि एमएस दीर्घकालिक ओआरएम गठन के लिए आवश्यक है और सुझाव देते हैं कि हिप्पोकैम्पस थीटा गतिविधि इस प्रक्रिया से यथोचित रूप से जुड़ी हुई है।

कीवर्ड:

थीटा लय, भूलने की बीमारी, हिप्पोकैम्पस, मस्तिष्क दोलन, और दीर्घकालिक स्मृति।

मुख्य पाठ

तंत्रिका दोलन विद्युत गतिविधि के दोहरावदार लयबद्ध पैटर्न हैं जो अनायास या उत्तेजनाओं के जवाब में होते हैं। टेटा एक धीमा (5-10 हर्ट्ज) तंत्रिका दोलन है जो मुख्य रूप से हिप्पोकैम्पस में पाया जाता है, विशेष रूप से सीए1 क्षेत्र में, जहां यह अधिक नियमित होता है और अधिकतम आयाम दिखाता है [1]। हिप्पोकैम्पलथेटा मीडियल सेप्टम (एमएस) घावों के प्रति संवेदनशील है [2] और, हालांकि इसके व्यवहारिक सहसंबंधों को अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया गया है, व्यापक सबूत इंगित करते हैं कि यह सीखने का समर्थन करता है [3-5]।

वास्तव में, थीटा हिप्पोकैम्पल दीर्घकालिक पोटेंशिएशन (एलटीपी) [6] की सुविधा प्रदान करता है, जो हिप्पोकैम्पस-निर्भर दीर्घकालिक स्मृति का मुख्य सेलुलर मॉडल है। ऑब्जेक्ट रिकग्निशन मेमोरी (ओआरएम) जानवरों को वस्तुओं की परिचितता निर्धारित करने की अनुमति देती है और घटनाओं को याद रखने और कार्यों की योजना बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। कृंतकों में, ORM-आधारित शिक्षण प्रतिमान में प्रशिक्षण कई प्लास्टिसिटी-संबंधी सिग्नलिंग मार्गों को सक्रिय करता है और LTP इंडोर्सल CA1 को प्रेरित करता है, जो दर्शाता है कि हिप्पोकैम्पस दीर्घकालिक ORM गठन के लिए आवश्यक है [7-9]। इसके विपरीत, इस प्रक्रिया में एमएस की भागीदारी विवादास्पद बनी हुई है। उदाहरण के लिए, सेप्टल घाव जो स्थानिक और कामकाजी स्मृति को ख़राब करते हैं, दीर्घकालिक ओआरएम को प्रभावित नहीं करते हैं [10, 11] लेकिन एमएस उत्तेजना हिप्पोकैम्पस थीटा गतिविधि [12] को बढ़ाकर मिर्गी के चूहों में देखी गई दीर्घकालिक ओआरएम की कमी को कम कर देती है।

इसलिए, हम यह विश्लेषण करने के लिए निकले हैं कि क्या एमएस-विनियमित हिप्पोकैम्पस थीटा वास्तव में दीर्घकालिक ओआरएम प्रतिधारण से जुड़ा है। सबसे पहले, हमने यह निर्धारित किया कि क्या दीर्घकालिक ओआरएम गठन हिप्पोकैम्पस थीटा को प्रभावित करता है। ऐसा करने के लिए, हमने वयस्क नर विस्टार चूहों (3 महीने पुराने, 300-350 ग्राम) के पृष्ठीय CA1 क्षेत्र में इलेक्ट्रोड सरणियों को प्रत्यारोपित किया। हमने उन्हें उपन्यास वस्तु-पहचान प्रतिमान में प्रशिक्षित किया, नवीनता के लिए कृंतकों की प्राकृतिक पसंद पर आधारित एक दीर्घकालिक ओआरएम-उत्प्रेरण कार्य जिसमें दो अलग-अलग लेकिन व्यवहारिक रूप से समकक्ष उपन्यास वस्तुओं ए और बिन के संपर्क में आना शामिल है, जो कि {{10} के लिए एक परिचित खुला क्षेत्र है। }मिनट (चित्र 1ए) [13]। मैदान के ऊपर लगे एडिजिटल वीडियो कैमरे का उपयोग ऑब्जेक्टस्कैन सिस्टम सॉफ्टवेयर के साथ जानवरों की स्थिति और व्यवहार पर नज़र रखने, रिकॉर्डिंग और विश्लेषण करने के लिए किया गया था (विवरण के लिए अतिरिक्त फ़ाइल 1 देखें)।

अन्वेषण घटनाओं को इससे बड़े या उसके बराबर के रूप में परिभाषित किया गया था। 0.5 सेकंड अवधि से अधिक या उसके बराबर के अन्य सभी युगों को अंतर-अन्वेषण घटनाओं के रूप में माना जाता था और इनमें से, हमने आगे केवल उन पर विचार किया जिनके दौरान औसत गति गति सभी अन्वेषण घटनाओं की औसत गति गति से कम या उसके बराबर थी। घटनाएँ स्थायी< 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). 

पूरे प्रशिक्षण सत्र के दौरान खोजपूर्ण गतिविधि देखी गई (चित्र 1बी)। इस पूरे सत्र में टेटा गतिविधि भी स्पष्ट थी (चित्र 1सी), लेकिन थीटा शक्ति, जो सीखने की भविष्यवाणी करती है [14], वस्तु अन्वेषण के दौरान विशेष रूप से उच्च थी (चित्र 1डी,ई) ). वास्तव में, पावर स्पेक्ट्रा विश्लेषण से पता चला है कि वस्तु अन्वेषण युगों के दौरान तापशक्ति अंतर-अन्वेषण अवधियों की तुलना में 36±7% अधिक थी (चित्र 1f, g;F (2, 10)=15.55; P{{12} }.0009. ओबीजे ए बनाम आईई, पी=0.002, ओबीजेबी बनाम आईई, पी=0.001 आरएम वन-वे एनोवा के बाद बोनफेरोनी के एकाधिक तुलना परीक्षण में)।

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 थीटापॉवर के लिए; आरएम वन-वे एनोवा के बाद बोनफेरोनी के मल्टीपल तुलना परीक्षण में पीक फ़्रीक्वेंसी के लिए ओबीजे ए बनाम ओबीजे बी, पी =0.13)। प्रशिक्षण के एक दिन बाद, जानवरों को परिचित वस्तु ए और नई वस्तु सी के सामने फिर से उजागर करके दीर्घकालिक ओआरएम रिटेंशन का मूल्यांकन किया गया। जैसा कि अपेक्षित था, जानवरों ने परीक्षण में अधिमानतः नई वस्तु की खोज की (टीटी; छवि 1 एच; टी (5) { सैद्धांतिक माध्य के साथ एक नमूना टी-परीक्षण में {9}}.95, पी=0.0009)।

हिप्पोकैम्पस थीटा गतिविधि के लिए सामान्य एमएस कार्यप्रणाली आवश्यक है [2]। सीखने के दौरान हिप्पोकैम्पस थीटा को खत्म करने के लिए एक उपकरण के रूप में एमएस निष्क्रियता का उपयोग पहले भी किया जा चुका है [15]। पहले, हमने दिखाया था कि चूहों के एमएस की पीली रोशनी (565 एनएम) उत्तेजना पीले प्रकाश-संवेदन ऑप्टिकल न्यूरल साइलेंसर आर्केरहोडॉप्सिन टी (आर्कटी; तकनीकी विवरण के लिए अतिरिक्त फ़ाइल 1 देखें) को व्यक्त करती है [16] पृष्ठीय सीए1 में थीटा को तेजी से और उलटा रूप से रद्द कर देती है [17] . इसलिए, दीर्घकालिक ओआरएम गठन में एमएस की भागीदारी का विश्लेषण करने और आगे यह आकलन करने के लिए कि क्या हिप्पोकैम्पस थीटा वास्तव में इस प्रक्रिया से जुड़ा हुआ है, एमएस में आर्कटी को व्यक्त करने वाले चूहों को ए और बी उत्तेजना वस्तुओं और पीले रंग का उपयोग करके उपन्यास ऑब्जेक्ट-पहचान प्रतिमान में प्रशिक्षित किया गया था। ऑब्जेक्ट ए अन्वेषण (चित्र 1i) के दौरान एमएस को प्रकाश वितरित किया गया था।

इस प्रक्रिया ने लोकोमोटर गतिविधि (छवि 1 जे, के; टी (39) =1 .29, पी =0 को प्रभावित नहीं किया। अयुग्मित टी-परीक्षण में लाइटऑफ़ बनाम लाइटऑन ए के लिए 20), वस्तु अन्वेषण समय (छवि) . 1l; t (39)=1.33, P=0.18 forLigthOFF बनाम लाइटऑन A अयुग्मित t-परीक्षण में), या अन्वेषण घटनाओं की संख्या (चित्र 1l; t (39){ {16}}.93, पी=0.06 अयुग्मित टी-परीक्षण में लाइटऑफ़ बनाम लाइटऑन ए के लिए)। लंबी अवधि के ओआरएम का मूल्यांकन एक अवधारण परीक्षण सत्र के दौरान परिचित वस्तु ए या परिचित वस्तु बी के साथ-साथ नवीन वस्तु सी की उपस्थिति में किया गया था, जो प्रशिक्षण के बाद 24- घंटे बाद किया गया था। हमने पाया कि उत्तेजित आर्क टी-व्यक्त करने वाले जानवर नई वस्तु सी से वस्तुओं ए और बी में भेदभाव करते हैं (चित्र 1 मी, एन; टी (10) =5.96, पी<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).

हिप्पोकैम्पस थीटा आयाम गति गति पर निर्भर करता है [18], लेकिन यह संभावना नहीं है कि इस चर में परिवर्तन थीटा शक्ति में वृद्धि के लिए जिम्मेदार हो सकता है जिसे हमने प्रशिक्षण के दौरान देखा था क्योंकि हमने केवल समान गति के लिए मेल खाने वाली अंतर-अन्वेषण घटनाओं के साथ अन्वेषण घटनाओं की तुलना की थी। यह भी संभावना नहीं है कि एमएस निष्क्रियता से उत्पन्न भूलने की बीमारी याददाश्त में कमी, निम्न प्रशिक्षण प्रदर्शन, ऑप्टोजेनेटिक निर्माण अतिअभिव्यक्ति, या प्रकाश उत्तेजना के हानिकारक प्रभाव के कारण थी, क्योंकि यह उस वस्तु के लिए विशिष्ट था जिसे जानवर खोज रहे थे जब ऑप्टोजेनेटिक दमन लागू किया गया था, और प्रकाश वितरण वस्तु अन्वेषण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। एमएस न केवल हिप्पोकैम्पस को बल्कि पूर्वकाल सिंगुलेट कॉर्टेक्स (एसीसी) को भी प्रोजेक्ट करता है [19]। इसलिए, एमएसनिष्क्रियता से प्रेरित भूलने की बीमारी संभावित रूप से इस इंटरैक्शन की हानि के कारण हो सकती है।

हालाँकि, एसीसी दीर्घकालिक ओआरएम गठन में शामिल नहीं है [20] और एमएस-एसीसी अनुमानों का निषेध घोषणात्मक-जैसी स्मृति के इस रूप को प्रभावित नहीं करता है [21]। इसलिए, यह असंभव है कि एसीसी फ़ंक्शन का व्यवधान हमारे परिणामों के लिए जिम्मेदार हो सकता है जो संभवतः हिप्पोकैम्पस थीटा निषेध के कारण होता है। यह धारणा कि ओआरएम प्रसंस्करण के लिए हिप्पोकैम्पस आवश्यक है, को व्यापक प्रयोगात्मक समर्थन प्राप्त हुआ है, लेकिन इसे सर्वसम्मति से स्वीकार नहीं किया गया है [22]। उदाहरण के लिए, पूर्व-प्रशिक्षण इंट्रा-हिप्पोकैम्पल मस्किमोल प्रशासन ओआरएम को केवल तभी प्रभावित करता है जब प्रशिक्षण अंतराल 10 मिनट से अधिक लंबा होता है [23], यह सुझाव देता है कि अल्पकालिक ओआरएम के लिए हिप्पोकैम्पस की आवश्यकता नहीं है, याद रखें, अन्य मस्तिष्क क्षेत्र अल्पावधि में हिप्पोकैम्पस की भूमिका निभाते हैं- टर्म ओआरएम प्रोसेसिंग जब यह लंबे समय तक अक्षम रहता है, या कि अल्पकालिक और दीर्घकालिक ओआरएम में स्वतंत्र तंत्र शामिल होते हैं, जैसा कि अन्य मेमोरी प्रकारों के लिए रिपोर्ट किया गया है [24]।

इस संबंध में, हमारा डेटा इंगित करता है कि हिप्पोकैम्पस दीर्घकालिक ओआरएम गठन के लिए महत्वपूर्ण है और इस विचार को और पुष्ट करता है कि उपन्यास वस्तु पहचान कार्य में प्रशिक्षण के दौरान प्राप्त की गई दो दीर्घकालिक वस्तु यादें स्वतंत्र हैं [13]। इसके अलावा, तथ्य यह है कि एमएस के निष्क्रिय होने पर जानवर केवल उस वस्तु के लिए भूल गए थे, जिसे वे खोज रहे थे, यह दृढ़ता से इंगित करता है कि थीटा केवल सीखने से प्रेरित तंत्रिका प्लास्टिसिटी का उपोत्पाद नहीं है, बल्कि दीर्घकालिक ओआरएम गठन के दौरान हिप्पोकैम्पस में होने वाली गणनाओं से कार्यात्मक रूप से जुड़ा हुआ है।

संदर्भ

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