भाग 3: प्रारंभिक जीवन व्यायाम का एक अनोखा माउस मॉडल हिप्पोकैम्पस मेमोरी और सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी को सक्षम बनाता है

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सामग्री और तरीके

जानवरों। जंगली प्रकार के चूहे C57Bl6J बांधों की संतान थे, जो मूल रूप से जैक्सन प्रयोगशालाओं से प्राप्त किए गए थे और आगे हमारे पशु सुविधाओं में पैदा हुए थे। चूहे के पास भोजन और पानी तक मुफ्त पहुंच थी और रोशनी को 12 घंटे के प्रकाश/अंधेरे चक्र पर बनाए रखा गया था। प्रसवोत्तर दिन (पी) 21 पर दूध छुड़ाने पर, चूहों को या तो मानक बिस्तर पिंजरों या एक चलने वाले पहिये से सुसज्जित पिंजरों में रखा गया था। नर और मादा दोनों चूहों का उपयोग सभी व्यायाम और व्यवहार प्रयोगों के लिए किया गया था। इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल अध्ययन के लिए केवल नर चूहों का उपयोग किया गया था। सभी व्यवहार परीक्षण प्रकाश चक्र के दौरान किए गए थे। जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ दिशानिर्देशों के अनुसार प्रयोग किए गए थे और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किए गए थे।

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रनिंग व्हील प्रतिमान। P21 पर दूध छुड़ाने पर, चूहों को बिना पहिये के या तो मानक पिंजरों में रखा गया था या मोबाइल या स्थिर स्टेनलेस-स्टील रनिंग व्हील (व्यास 4.5 सेमी, 112 ग्राम, स्टार लाइफ साइंसेज) से लैस किया गया था। चलने वाले पहियों वाले जानवरों की पूर्व निर्धारित अवधि के लिए मुफ्त पहुंच थी: किशोर अवधि के दौरान एक सप्ताह (P21–27; juv ELE), किशोरावस्था के दौरान एक सप्ताह (P35–41; Adol ELE), या लगातार तीन सप्ताह तक पहुंच (P21-) 41; जुव-एडोल ईएलई)। पिंजरे में एक पहिया की उपस्थिति से पर्यावरण संवर्धन को नियंत्रित करने के लिए चूहों के एक अतिरिक्त समूह को P21–41 (sta) के दौरान एक स्थिर पहिया के साथ रखा गया था। प्रत्येक पहिया को हल्के पॉलीयूरेथेन जाल से सुसज्जित किया गया था ताकि चूहों के छोटे अंगों को पहियों के पायदान से फिसलने से रोका जा सके। पहिया क्रांतियों के चुंबकीय पता लगाने के माध्यम से वास्तविक समय डेटा अधिग्रहण (वाइटल व्यू सॉफ्टवेयर) के लिए डेटा पोर्ट और कंप्यूटर से जुड़े डिजिटल निगरानी सेंसर के माध्यम से चल रही गतिविधि को ट्रैक किया गया था। प्रत्येक डिजिटल निगरानी वाले पहिये ने पिंजरे के लिए चलने की दूरी को ट्रैक किया (प्रति पिंजरे में दो चूहों को रखा गया, इस प्रकार प्रति पिंजरे की दूरी दो चूहों के बीच चलने वाली कुल दूरी का प्रतिनिधित्व करती है)। दौड़ने की अवधि के लिए प्रतिदिन मिनट द्वारा क्रांतियों की मात्रा निर्धारित की गई और प्रति पिंजरे (किमी) की दूरी पर परिवर्तित की गई।

वस्तु स्थानस्मृति(OLM) प्रोटोकॉल। वस्तु स्थानस्मृतिइस अध्ययन में प्रयुक्त प्रोटोकॉल को पिछले प्रोटोकॉलसे अनुकूलित और संशोधित किया गया है । प्रसव के बाद के 36 दिनों में, चूहों को कम कमरे की चमक के साथ एक परीक्षण कक्ष में लाया गया था। ओएलएम प्रशिक्षण सत्र से पहले लगातार 5 दिनों के लिए लगभग 2 मिनट प्रत्येक के लिए चूहे को संभाला गया (पहले 2 दिनों के लिए दिन में दो बार उसके बाद अगले 3 दिनों के लिए दिन में एक बार)। अभ्यस्त सत्र 5 मिनट थे, 3 दिनों के लिए प्रति दिन दो बार (पी 38- पी 40) और कक्ष की प्रत्येक दीवार पर चार अद्वितीय स्थानिक संकेतों वाले कक्षों के भीतर हुआ (क्षैतिज रेखाएं, काली एक्स, ऊर्ध्वाधर पट्टी, और खाली दीवार) . पिछले 2 दिनों से निपटने के साथ आदत ओवरलैप हो गई। प्रशिक्षण चरण (P41) के दौरान, चूहों को दो समान वस्तुओं के साथ एक ही कक्ष में रखा गया था और या तो एक सबथ्रेशोल्ड (3 मिनट) या थ्रेशोल्ड (10 मिनट) प्रशिक्षण अवधि के संपर्क में लाया गया था; पूर्व कार्य द्वारा सूचित एक अध्ययन डिजाइन यह दर्शाता है कि 3 मिनट का प्रशिक्षण आमतौर पर लंबी अवधि के लिए अपर्याप्त हैस्मृतिगठन45. व्यायाम पिंजरों में चूहों के लिए, व्यायाम के किसी भी तीव्र प्रभाव को समाप्त करने के लिए ओएलएम प्रशिक्षण के तुरंत बाद चलने वाले पहियों को बंद कर दिया गया थास्मृतिसमेकन। परीक्षण के दिन (P42; 24 घंटे प्रशिक्षण के बाद), वस्तुओं में से एक को कक्ष के अंदर एक उपन्यास स्थान पर ले जाया गया, और चूहों को 5 मिनट के लिए वस्तुओं का पता लगाने की अनुमति दी गई। प्रत्येक वस्तु के साथ बिताए गए समय को हाथ से स्कोरिंग द्वारा अंधा विश्लेषण के माध्यम से निर्धारित किया गया था, और प्रशिक्षण और परीक्षण के दिनों में प्राप्त मूल्यों को परीक्षण के दौरान वस्तु के उपन्यास स्थान के आधार पर एक भेदभाव सूचकांक (डीआई) में परिवर्तित किया गया था: [(समय बिताया गया) नई वस्तु की खोज - परिचित वस्तु की खोज में बिताया गया समय) / (दोनों वस्तुओं की खोज में कुल समय) × 100 प्रतिशत]। में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं थेस्मृतिगतिहीन जानवरों और एक स्थिर पहिया के साथ रखे गए लोगों के बीच प्रदर्शन, इसलिए इन समूहों को संयुक्त किया गया और सभी ओएलएम विश्लेषणों में "नो ईएलई" के रूप में प्रतिनिधित्व किया गया। किसी भी भूलभुलैया व्यवहार विश्लेषण सॉफ्टवेयर (स्टोल्टिंग कंपनी) का उपयोग करके सत्रों में यात्रा की गई दूरी के लिए आदत परीक्षणों का विश्लेषण किया गया था। प्रशिक्षण चरण (DI> 20) के दौरान दो वस्तुओं के बीच असमान अन्वेषण समय वाले चूहे या जिन्होंने अभ्यस्त सत्रों में यात्रा की कुल दूरी में कोई कमी नहीं दिखाई, उन्हें विश्लेषण से बाहर रखा गया।

स्मृति को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है सिस्टैन्च

इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी अध्ययन। इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी प्रयोग पहले वर्णित के रूप में किए गए थे, और इन विधियों का स्रोत कहीं और प्रकाशित किया गया है। इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल प्रयोगों के लिए केवल नर चूहों का उपयोग किया गया था। संक्षेप में, P42-51 के बीच सभी ELE समूहों के नर चूहों की बलि दी गई, और रोस्ट्रल हिप्पोकैम्पस से स्लाइस एकत्र किए गए। कोरोनल स्लाइस को 320um मोटाई पर (Leica VT1 0 0 0 S) विभाजित किया गया था और पहले से गरम (31 ± 1 डिग्री) कृत्रिम मस्तिष्कमेरु द्रव (124 मिमी NaCl, 3 मिमी KCl) के साथ एक इंटरफ़ेस रिकॉर्डिंग कक्ष में रखा गया था। 1.25 मिमी KH2PO4, 1.5 मिमी MgSO4, 2.5 मिमी CaCl2, 26 मिमी NaHCO3, और 10 मिमी डी-ग्लूकोज)। स्लाइस को लगातार 1.75-2 मिली प्रति मिनट की दर से सुगंधित किया जाता था, जबकि स्लाइस की सतह को गर्म, आर्द्र 95 प्रतिशत O2/5 प्रतिशत CO2 के संपर्क में लाया जाता था। रिकॉर्डिंग ऊष्मायन के कम से कम 2 घंटे के बाद शुरू हुई। फील्ड एक्साइटरी पोस्टसिनेप्टिक पोटेंशिअल (fEPSPs) को CA1b स्ट्रेटम रेडिएटम से 2 M NaCl से भरे एकल ग्लास पिपेट (2–3 MΩ) का उपयोग करके रिकॉर्ड किया गया था। उत्तेजना दालों (0.05 हर्ट्ज) को सीए1सी में तैनात द्विध्रुवी उत्तेजक इलेक्ट्रोड (मुड़ निक्रोम तार, 65 माइक्रोन) का उपयोग करके शेफ़र संपार्श्विक-कमिसुरल अनुमानों तक पहुंचाया गया था। वर्तमान तीव्रता को अधिकतम fEPSP प्रतिक्रिया का 50 प्रतिशत प्राप्त करने के लिए समायोजित किया गया था। एक स्थिर आधार रेखा की स्थापना के बाद, एलटीपी को पांच थीटा फटने की एक ट्रेन से प्रेरित किया गया था, जिसमें प्रत्येक फट (100 हर्ट्ज पर चार दालों) को 200 एमएस अलग (यानी, थीटा आवृत्ति पर) वितरित किया गया था। टीबीएस के दौरान उत्तेजना की तीव्रता में वृद्धि नहीं हुई थी। डेटा को एनएसी 2.0 न्यूरोडाटा एक्विजिशन सिस्टम (टेटा बर्स्ट) द्वारा एकत्र और डिजिटाइज़ किया गया था। एलटीपी आंकड़े में डेटा बेसलाइन के अंतिम 10 मिनट के लिए सामान्यीकृत किया गया था और इसे ± एसई के रूप में प्रस्तुत किया गया था। I/O कर्व्स, पेयर-पल्स फैसिलिटेशन और LTP पर बेसलाइन उपायों का विश्लेषण दो-तरफा एनोवा और लीनियर रिग्रेशन एनालिसिस (ग्राफपैड प्रिज्म 8 सॉफ्टवेयर) का उपयोग करके किया गया था।सिस्टैंच याददाश्त को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है.

सांख्यिकीय आंकड़े। ओएलएम एक्विजिशन डीआई (छवि 2 डी, जी), ओएलएम टेस्टिंग डीआईएस (छवि 2e, एच) और ओएलएम परीक्षण कुल अन्वेषण समय (छवि 2 एफ) पर प्रारंभिक जीवन के व्यायाम के समय के प्रभाव का विश्लेषण करने के लिए एकतरफा एनोवा का उपयोग किया गया था। , i) प्रत्येक लिंग के भीतर। डननेट की पोस्ट-हॉक मल्टीपल तुलनाओं का उपयोग "नो ईएलई" (गतिहीन) समूह से विशिष्ट तुलना करने के लिए किया गया था जब महत्वपूर्ण एनोवा परिणाम देखे गए थे। ईएलई अवधि (छवि 1 बी, ईएलई समूह और लिंग के कारक) के दौरान प्राप्त माउस वजन का विश्लेषण करने के लिए दो-तरफा एनोवा का उपयोग किया गया था। दो-तरफा दोहराए गए उपायों (आरएम) -एएनओवीए का उपयोग दैनिक चलने की दूरी (छवि 1 सी-ई, प्रसवोत्तर दिन और लिंग के कारक), आवास सत्र (छवि 2 बी, सी) का विश्लेषण करने और ओएलएम अधिग्रहण डीआई बनाम परीक्षण डीआई की तुलना करने के लिए किया गया था। समूह के भीतर तुलना के लिए प्रत्येक माउस के लिए। सिडक के पोस्ट हॉक परीक्षणों का उपयोग विशिष्ट तुलना करने के लिए किया गया था जब एक चल रहे समूह या ओएलएम सत्र के महत्वपूर्ण इंटरैक्शन या मुख्य प्रभाव देखे गए थे। इसके अतिरिक्त, तीन नाममात्र चर (OLM प्रशिक्षण अवधि, ELE समूह और लिंग) के बीच किसी भी महत्वपूर्ण बातचीत को निर्धारित करने के लिए OLM परीक्षण DI के लिए तीन-तरफ़ा एनोवा का प्रदर्शन किया गया था। दुर्लभ उदाहरणों के लिए कि किसी विशेष दिन के लिए 24 घंटे चलने वाले डेटा दर्ज नहीं किए गए थे, सांख्यिकीय विश्लेषण करने के लिए, पिछले तीन दिनों की औसत दूरी चलाने के आधार पर मान लगाए गए थे। प्रत्येक ईएलई समूह (छवि 1 एफ-एच) के लिए कुल चलने वाली दूरी का विश्लेषण करने के लिए अप्रकाशित छात्र के टी-परीक्षणों का उपयोग किया गया था, साथ ही साथ ओएलएम परीक्षण डीआईएस की तुलना 3- मिनट और 10- मिनट प्रशिक्षित गतिहीन चूहों के बीच की गई थी। संचयी चलने वाली दूरी को मीन ± एसडी के रूप में व्यक्त किया जाता है। सभी एनोवा के लिए मुख्य प्रभाव और बातचीत का वर्णन पाठ और आकृति किंवदंतियों में किया गया है, साथ ही प्रत्येक प्रयोग में इस्तेमाल किए गए प्रत्येक लिंग के जानवरों की विशिष्ट संख्या के साथ। सभी विश्लेषण दो-पूंछ वाले थे और महत्व के लिए 0.05 के मान की आवश्यकता थी। सभी आंकड़ों में त्रुटि पट्टियाँ SEM का प्रतिनिधित्व करती हैं। सभी प्रयोगों के लिए, समूह माध्य से मान ± 2 मानक विचलन को आउटलेयर माना जाता था और उन्हें विश्लेषण से हटा दिया जाता था। सभी आँकड़े ग्राफपैड प्रिज्म 8 सॉफ्टवेयर के साथ प्रदर्शित किए गए थे। व्यवहार प्रयोगों में प्रयुक्त चूहों की कुल संख्या=152।

स्मृति को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है सिस्टैन्च

प्राप्त: 16 जनवरी 2020; स्वीकृत: 13 मई 2020;

प्रकाशित: xx xx xxxx

स्वीकृतियाँ

इस शोध को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर एंड स्ट्रोक ऑफ द नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ, पुरस्कार संख्या K12NS098482 (एएसआई को सम्मानित) और यूसी इरविन स्कूल ऑफ मेडिसिन, बाल रोग विभाग द्वारा समर्थित किया गया था। हम डॉ. मार्सेलो वुड को उनकी वैज्ञानिक चर्चा और परियोजना पर महत्वपूर्ण इनपुट के लिए भी धन्यवाद देना चाहते हैं।

लेखक का योगदान

एएसआई, टीवाई, एसपी, एफएस, और टीवी ने व्यायाम और व्यवहार प्रयोग किए और डेटा का विश्लेषण किया; EK ने सभी इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी प्रयोग किए, डेटा का विश्लेषण किया और पांडुलिपि को संपादित किया; एएसआई ने अध्ययन तैयार किया, डेटा का विश्लेषण किया, परिणामों की व्याख्या की और पांडुलिपि लिखी।

प्रतिस्पर्धी रुचियां

लेखक गण घोषित करते हैं कि कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं हैं।

अतिरिक्त जानकारी

सामग्री के लिए पत्राचार और अनुरोधों को एएसआई को संबोधित किया जाना चाहिए

पुनर्मुद्रण और अनुमति की जानकारी www.nature.com/reprints पर उपलब्ध है।

प्रकाशक का नोट स्प्रिंगर नेचर प्रकाशित नक्शों और संस्थागत संबद्धता में क्षेत्राधिकार संबंधी दावों के संबंध में तटस्थ रहता है।