Kejutan Dingin Mengganggu Memori Beramai-ramai yang Ditimbulkan Latihan dalam Drosophila

Abstrak:

Penggabungan memori ialah proses bergantung pada masa yang berlaku selama beberapa jam, hari, atau lebih lama dalam spesies yang berbeza dan memerlukan sintesis protein. Pengecualian jelas ialah jenis ingatan dalam Drosophila yang ditimbulkan oleh satu episod penyaman bau, yang kononnya menyatu dengan cepat, menjadikannya tahan terhadap gangguan oleh anestesia sejuk beberapa jam selepas latihan. Memori tahan bius (ARM) ini, adalah bebas daripada sintesis protein. Memori bebas sintesis protein juga boleh ditimbulkan dalam Drosophila oleh pelbagai kitaran jisim penyaman penciuman, dan ini membawa kepada tanggapan yang lazim bahawa kedua-dua rejim latihan yang berbeza dari segi operasi ini menghasilkan ARM. Secara ketara, kami menunjukkan bahawa, tidak seperti ARM bona fide, memori yang ditimbulkan pelaziman beramai-ramai kekal sensitif terhadap rawatan amnestik dua jam selepas latihan dan oleh itu ia bukan ARM. Oleh itu, terdapat dua jenis ingatan bebas sintesis protein dalam Drosophila.

Ingatan merujuk kepada keupayaan otak manusia menerima, memproses, menyimpan, membiak dan menggunakan maklumat luaran dalam aspek fizikal dan psikologi. Pengukuhan ingatan merujuk kepada proses pengukuhan dan penstabilan maklumat baharu melalui kaedah dan teknik yang berbeza untuk memudahkan ia diingati dan diekstrak. Terdapat hubungan yang tidak dapat dipisahkan antara penyatuan memori dan ingatan.

Pertama, penyatuan ingatan boleh meningkatkan ingatan. Proses ingatan otak manusia adalah proses kompleks aktiviti saraf, yang memerlukan sambungan antara neuron untuk diperkukuh dan stabil untuk mencapai rakaman maklumat yang boleh dipercayai. Oleh itu, melalui kaedah dan teknik penyatuan memori yang berbeza, adalah mungkin untuk membantu mengukuhkan hubungan antara neuron ini, dengan itu meningkatkan ingatan.

Kedua, penyatuan ingatan boleh menjimatkan "melupakan". Dalam kehidupan seharian, manusia sering terlupa kerana beberapa sebab seperti lama tidak mengulang kaji, daya ingatan yang berlebihan dan sebagainya. Melalui penyatuan ingatan, lupa jenis ini boleh dielakkan dengan berkesan, membantu orang ramai mengingati maklumat dengan lebih baik dan mengekalkan ingatan jangka panjang.

Selain itu, pengukuhan ingatan juga boleh menggalakkan pembelajaran. Dalam proses pembelajaran, selalunya perlu untuk menghafal banyak maklumat, dan menyatukan ingatan boleh menjadikan maklumat itu lebih berakar umbi dalam hati orang ramai, merealisasikan perkaitan lonjakan antara mata pengetahuan, dan dengan itu meningkatkan kecekapan pembelajaran secara keseluruhan.

Kesimpulannya, terdapat hubungan rapat antara penyatuan memori dan ingatan, yang merupakan salah satu cara penting untuk orang ramai meningkatkan ingatan, meningkatkan kesan pembelajaran dan mengelakkan lupa. Oleh itu, kita harus memberi perhatian kepada penggunaan pelbagai kaedah dan kemahiran penyatuan memori, sentiasa menyatukan ingatan, dan meningkatkan ingatan. Oleh itu, anda perlu meningkatkan ingatan anda, dan cistanche boleh meningkatkan ingatan anda dengan ketara kerana pes daging adalah perubatan tradisional Cina dan mempunyai banyak ciri unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan daya ingatan anda. Faedah daging cincang datang daripada banyak bahan aktif yang terkandung di dalamnya, termasuk asid, polisakarida, flavonoid, dan lain-lain, yang boleh menggalakkan kesihatan otak dalam pelbagai cara.

Klik Tahu untuk meningkatkan ingatan jangka pendek

Kata kunci:

Ingatan; ingatan tahan anestesia; penyaman bau; penyaman beramai-ramai; Drosophila.

1. Pengenalan

Kenangan yang tidak disatukan adalah labil dan terganggu oleh agen amnestik dalam semua haiwan yang diuji [1,2]. Di Drosophila, kejutan sejuk yang singkat serta-merta berikutan penyaman penciuman yang diperkukuh secara negatif mengakibatkan kehilangan ingatan lengkap persatuan itu. Walau bagaimanapun, jika dihantar beberapa jam selepas latihan ia tidak mengganggu sepenuhnya, dengan ingatan sisa dipanggil ingatan tahan anestesia (ARM), kerana ia berterusan dalam kejutan sejuk yang nampaknya bersifat anestetik, melumpuhkan [3] dan bebas daripada sintesis protein [2 ,4]. ARM nampaknya menyatu dengan agak cepat kerana ia separa labil minit selepas penyaman [5] dan stabil dengan 2 jam selepas latihan [3,6]. Memori bebas sintesis protein juga muncul selepas beberapa pusingan berturut-turut (kondisi jisim-MC) penyaman penciuman bertetulang negatif [3]. Walaupun rawatan kejutan sejuk selepas satu pusingan penyaman biasanya digunakan untuk menyiasat memori 3-h dan protokol MC digunakan untuk 24-h penilaian memori, kebebasan sintesis protein yang dianggap telah membawa kepada dua jenis memori ini dipanggil ARM.

Walaupun bukti menunjukkan bahawa kedua-dua jenis ingatan yang berbeza secara operasi dan sementara ini melibatkan mekanisme biasa, atau serupa [4,7,8], tidak jelas sama ada ia mencerminkan hasil kognitif yang sama yang diuji pada titik masa yang berbeza atau merupakan jenis ingatan yang berbeza.

Walaupun kejutan sejuk dan protokol MC lima atau sepuluh pusingan digunakan secara meluas untuk menangani soalan mengenai ARM [3,4,7], data yang diperolehi oleh satu kaedah latihan biasanya tidak disemak silang dengan yang lain. Untuk menjelaskan sama ada ingatan dengan sifat yang sama dibentuk dengan kedua-dua kaedah, kami membuat hipotesis bahawa jika ARM adalah setara atau sama dengan MC menghasilkan memori 24-h, kejutan sejuk yang dihantar 2 jam selepas latihan harus mempunyai kesan yang sama. pada kedua-duanya. Walau bagaimanapun, tanggapan ini tidak akan disokong jika rawatan amnestic ini menjejaskan 24-h ingatan MC. Untuk tujuan ini, kami mengkondisikan Drosophila jenis liar untuk mengaitkan bau busuk dengan kejutan kaki elektrik dengan berlatih dengan lima pusingan MC. Kami menyebabkan mereka mengalami satu kejutan sejuk sebelum ujian, atau 2 jam selepas latihan. Kami telah menggunakan MC lima pusingan [4] kerana di tangan kami ia memberikan resolusi yang lebih tinggi daripada protokol yang lebih intensif yang mungkin menghasilkan kesan "siling". Kami melaporkan bahawa 2 jam selepas latihan, MC lima pusingan menghasilkan memori sensitif kejutan sejuk dan ARM.

2. Keputusan
Pengkondisian dilakukan menggunakan paradigma pelaziman aversive klasik yang memasangkan bau aversive (rangsangan terkondisi-CS+) dengan renjatan kaki elektrik (stimulus tidak bersyarat-AS), manakala bau kedua yang sama aversif secara eksplisit tidak berpasangan dengan renjatan kaki (CS−) berfungsi sebagai kawalan [9]. Memori sejurus selepas satu pusingan penyaman mengandungi komponen ARM [5,10]. Walau bagaimanapun, kejutan sejuk ringkas yang mentakrifkan biasanya digunakan untuk mendedahkan komponen memori ARM tidak labil 3 jam selepas satu pusingan penyaman [3,11], tidak digunakan selepas lima pusingan MC untuk pengetahuan kami. Kejutan sejuk serta-merta selepas satu pusingan latihan mengganggu ingatan sepenuhnya [11]. Walau bagaimanapun, kesan serta-merta ini tidak dapat ditangani dalam eksperimen kami kerana masa yang diperlukan untuk menyampaikan lima pusingan latihan tidak dapat dielakkan membawa kepada ujian dua puluh minit selepas persatuan kejutan/bau kaki pertama. Oleh itu, dalam semua eksperimen kami kejutan sejuk dihantar pada masa yang dinyatakan selepas pusingan terakhir latihan.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1A, 8-memori min selepas lima pusingan MC juga sebahagian besarnya labil dan terganggu oleh kejutan sejuk yang singkat. Tanpa diduga, 2-min renjatan sejuk 2 jam selepas lima pusingan MC mengakibatkan pengurangan ketara bagi 3-h memori (Rajah 1B). Kesan ini tidak khusus untuk ketegangan w 1118, kerana penurunan ingatan yang sama ditemui dalam lalat Canton S (Rajah 1B). Oleh itu, ingatan yang ditimbulkan oleh lima pusingan MC tidak menghasilkan ARM semata-mata, sebaliknya kedua-dua komponen memori sensitif kejutan sejuk dan tidak sensitif kejutan sejuk. Oleh itu, ingatan yang disatukan selepas MC tidak sama seperti selepas satu pusingan latihan. Tidak mengejutkan, memandangkan kinetik sintesis protein ingatan jangka panjang sensitif (LTM) [3], lima pusingan pelaziman jarak, paradigma di mana pusingan latihan dijarakkan selama lima belas minit, yang membawa kepada pembentukan LTM [2,3,]. 6], juga menghasilkan komponen memori yang disatukan dan labil 3 jam selepas latihan (Rajah 1C). Ini menunjukkan bahawa kedua-dua pengkondisian berjisim dan jarak yang ditimbulkan kenangan terdiri daripada komponen labil walaupun pada 3 jam selepas latihan. Memori sisa yang berterusan rawatan amnestic selepas latihan jarak mungkin ARM seperti yang dicadangkan sebelum ini [3].

Adakah kenangan yang disatukan 2 jam selepas penyaman selepas satu atau lima pusingan MC, setara, atau berkadar dengan intensiti latihan? Untuk membandingkan secara langsung tahap ingatan, kami melatih lalat dengan sama ada satu pusingan atau lima pusingan MC dan memberikan kejutan sejuk 2 jam kemudian. Ingatan 3-h bagi lima haiwan terlatih MC yang tidak dirawat berbeza dengan ketara daripada lalat terlatih satu pusingan (Rajah 1D), menunjukkan bahawa latihan MC intensif membawa kepada ingatan tiga jam yang lebih mantap. Walau bagaimanapun, ingatan tahan renjatan sejuk tidak jauh berbeza, menunjukkan bahawa komponen ARM yang disatukan tidak terjejas oleh intensiti latihan. Pemerhatian di atas juga jelas apabila ingatan pasca-kejutan sejuk yang tidak disatukan relatif dikira, yang menunjukkan bahawa walaupun tidak terdapat perbezaan yang signifikan secara statistik antara kedua-dua paradigma, nilai min mutlak penurunan ingatan adalah lebih tinggi daripada yang dihasilkan oleh lima- MC bulat (Rajah 1E). Ini mungkin mencerminkan memori labil yang tinggi yang dihasilkan oleh MC.

Kami membuat hipotesis bahawa komponen sensitif kejutan sejuk selepas MC mungkin mencerminkan penyatuan memori dengan kinetik perlahan. Oleh itu, kejutan sejuk diberikan 1 jam sebelum 24-j penilaian memori selepas MC untuk menyiasat kestabilan ingatan pada ketika ini. Kejutan sejuk pra-ujian ini tidak menjejaskan ingatan, kerana prestasinya tidak berbeza dengan lalat terlatih yang sama yang tidak tertakluk kepada rawatan amnestic (Rajah 2A). Keputusan ini menunjukkan bahawa memori yang ditimbulkan MC telah disatukan pada 23 jam selepas latihan dan mengesahkan bahawa rawatan renjatan sejuk secara amnya tidak menjejaskan penarikan balik. Sebaliknya, renjatan sejuk yang dihantar 2 jam selepas MC lima pusingan menyebabkan ingatan 24-h berkurangan dengan ketara berbanding lalat tidak renjatan sejuk atau haiwan yang tertakluk kepada rawatan amnestik 1 jam sebelum ujian (Rajah 2B) . Oleh itu, ingatan yang ditimbulkan oleh MC lima pusingan termasuk komponen labil yang ketara pada 2 jam selepas latihan, yang apabila disekat dicerminkan dalam ingatan bersekutu penciuman 24-h yang terjejas. Secara kolektif, keputusan ini sangat mencadangkan bahawa MC lima pusingan menghasilkan jenis memori yang menyatu secara perlahan, menjadi labil pada 3 jam, manakala ARM tidak [3].

3. Perbincangan

Pelaziman beramai-ramai (MC) dalam tugas pelaziman penciuman bertetulang negatif menghasilkan memori 24-h bebas terjemahan. Sejak tahun 1995, apabila protokol itu mula-mula dilaporkan, telah diandaikan bahawa memori hasil pelaziman beramai-ramai adalah bersamaan dengan memori 3- h yang ditimbulkan oleh satu pusingan pelaziman dan didedahkan sebagai tahan kepada kejutan sejuk 2 jam selepas latihan . Memori 3-h ARM dan MC-elicited 24-h adalah bebas daripada sintesis protein [2,3] dan dilaporkan melibatkan komponen molekul standard [3,4,12]. Walau bagaimanapun, tidak seperti ARM, ingatan yang ditimbulkan MC lima pusingan tidak tahan terhadap rawatan amnestik 2 jam selepas latihan (Rajah 1E). Selain itu, rawatan amnestic pada 2 jam selepas latihan hampir menghapuskan 24-h ingatan peristiwa itu, seterusnya menyokong tanggapan bahawa, tidak seperti ARM, memori yang ditimbulkan MC ini tidak disatukan pada masa itu.

Oleh itu, MC menimbulkan jenis ingatan penyatuan perlahan yang berbeza yang kekal sensitif kepada kejutan sejuk amnestik dua jam selepas penyaman, tidak seperti memori tahan amnestik yang hadir dua jam selepas satu pusingan penyaman. Oleh itu, kami berpendapat bahawa kedua-dua kenangan itu berbeza, dan MC lima pusingan itu seolah-olah tidak menghasilkan ARM sahaja, tetapi ingatan yang labil juga. Kami mencadangkan istilah ingatan bebas sintesis protein (PSIM) untuk memori labil yang ditimbulkan oleh protokol MC, dan ARM untuk ingatan 3-h tahan kejutan sejuk selepas satu pusingan latihan untuk membezakannya. Bukti kolektif yang dibentangkan di sini sangat mencadangkan bahawa satu pusingan latihan yang ditimbulkan ARM tidak bersamaan dengan ingatan yang dihasilkan oleh lima pusingan dan kemungkinan besar sepuluh pusingan MC, yang menghasilkan ARM dan PSIM; oleh itu, istilah tersebut tidak boleh digunakan secara bergantian

Walaupun beberapa gen dan laluan molekul telah dilaporkan berfungsi dalam ARM, bukti yang menyokong penglibatan mereka sebahagian besarnya datang daripada salah satu daripada dua ujian, sama ada 3-h ingatan selepas renjatan sejuk (ARM) atau selepas MC, dengan sedikit ujian. dalam kedua-dua ujian [4,7,13] mendedahkan kecacatan yang serupa. Walau bagaimanapun, untuk ini dan lain-lain yang telah dicirikan semata-mata melalui protokol MC, kesan kejutan sejuk 2 jam selepas latihan pada memori 24-h belum dinilai, jadi ia masih menjadi persoalan terbuka sama ada kecacatan dalam mutan terhasil daripada ARM atau komponen PSIM. Mutan archetypical seperti lobak dengan defisit yang jelas dalam ARM [12,14] tidak tertakluk kepada pengetahuan kami tentang rawatan amnestic selepas MC, jadi defisit ingatan 24-h mereka dilaporkan selepas 10-pusingan MC [3] , mungkin juga mengalami defisit PSIM. Tambahan pula, adalah menarik untuk menyiasat sama ada PSIM terjejas atau selari dengan memori labil yang terjejas dalam mutan seperti amnesia [15,16]. Komponen molekul biasa PSIM dan jenis memori labil lain akan mencadangkan sekurang-kurangnya sebahagian mekanisme molekul yang bertindih, namun mungkin cukup berbeza untuk membezakan kedua-dua proses, hipotesis yang sedang disiasat.

4. Bahan dan Kaedah

4.1. Budaya dan Strain Drosophila

Strain jenis liar Cantonized w 1118 dan Canton S dibiakkan dalam makanan tepung gandum-gula seperti yang diterangkan sebelum ini [4] dan dibesarkan dalam kitaran malam/gelap 12 jam, pada 25 ◦C dan kelembapan 50%.

4.2. Eksperimen Tingkah Laku

Lalat berumur 2–4-hari digunakan dalam semua eksperimen, yang dilakukan pada 25 ◦C dan kelembapan 55–65% di bawah cahaya merah malap. Penyaman bau aversif menggunakan renjatan kaki elektrik 90 Volt sebagai rangsangan tidak bersyarat (AS), dipasangkan dengan salah satu daripada bau aversif 5% benzaldehid (BNZ), atau 50% oktanol (OCT) yang dicairkan dalam isopropil miristat sebagai rangsangan terkondisi (CS). Satu kitaran latihan terdiri daripada 12 gandingan CS/AS selama 1.25 saat dengan selang antara rangsangan 4-s, diikuti dengan rehat selama 30 saat sebelum memberikan bau lain tanpa kejutan. Sama ada bau digabungkan dengan kejutan, manakala yang lain berfungsi sebagai kawalan. Pelaziman beramai-ramai (MC) melibatkan lima kitaran latihan berturut-turut dengan 30 s antara kitaran. Latihan jarak adalah sama kecuali selang antara kitaran ialah 15 minit. Rawatan kejutan sejuk telah diberikan seperti yang diterangkan sebelum ini [4] pada 1 min, 2, atau 23 jam selepas pusingan latihan terakhir, seperti yang ditunjukkan dalam setiap eksperimen. Ujian ingatan melibatkan persembahan serentak kedua-dua bau selama 90 saat seperti yang diterangkan [4]. Untuk mengira ∆, perbezaan antara ingatan labil dan disatukan, dua kumpulan haiwan dilatih secara serentak dengan 1 pusingan latihan, dan separuh mengalami kejutan sejuk manakala yang lain tidak. ∆ dikira sebagai perbezaan prestasi antara haiwan yang tidak dirawat secara serentak dan yang terkejut sejuk. Kaedah yang sama digunakan untuk mengira ∆ untuk haiwan yang dilatih dengan 5 pusingan MC.

4.3. Analisis data

Analisis data mentah dilakukan dengan perisian JMP7 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Perbandingan statistik telah dilakukan seperti yang diperincikan dalam legenda angka. Perbandingan antara dua kumpulan telah dijalankan dengan ANOVA dan perbandingan terancang LSM berikutnya atau, dalam kes varians yang berbeza antara kumpulan, ujian-t Welch parametrik tidak berpasangan apabila varians pengukuran adalah tidak sama. Butiran statistik dibentangkan dalam Jadual 1. Graf telah dibuat dengan GraphPad Prism 8.0.1 perisian dan menunjukkan bermakna ± SEM.

Sumbangan Pengarang

Pengkonsepan, AB dan EMCS; metodologi: AB dan EMCS; analisis formal: AB; penulisan—penyediaan draf asal, AB; menulis—menyemak dan menyunting: EMCS; penyeliaan: EMCS Semua pengarang telah membaca dan bersetuju dengan versi manuskrip yang diterbitkan.
Pembiayaan:

Penyelidikan ini disokong oleh geran daripada Fondation Santé kepada EMCS.

Penyata Lembaga Semakan Institusi:

Tidak berkaitan.

Kenyataan Persetujuan Termaklum:

Tidak berkaitan.

Penyata Ketersediaan Data:

Semua data yang berkaitan dibentangkan dalam manuskrip ini.

Penghargaan:

Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada M. Loizou atas bantuan teknikal,—Maroulakou untuk nasihat, dan Fondation Santé atas sokongan.

Konflik Kepentingan:

Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Rujukan

1. Alberini, C.; Milekic, M.; Tronel, S. Mekanisme penstabilan memori dan penstabilan. Sel Mol. Life Sci. 2006, 63, 999–1008. [CrossRef] [PubMed]

2. DeZazzo, J.; Tully, T. Pembedahan pembentukan ingatan: Dari farmakologi tingkah laku kepada genetik molekul. Trend Neurosci. 1995, 18, 212–218. [CrossRef]

3. Tully, T.; Preat, T.; Boynton, SC; Del Vecchio, M. Pembedahan genetik ingatan disatukan dalam Drosophila. Sel 1994, 79, 35–47. [CrossRef]

4. Kotoula, V.; Moressis, A.; Semelidou, O.; Skoulakis, EMC Isyarat pengantara Drk kepada Rho kinase diperlukan untuk ingatan tahan anestesia dalam Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 10984–10989. [CrossRef] [PubMed]

5. Bouzaiane, E.; Trannoy, S.; Scheunemann, L.; Placais, PY; Preat, T. Dua litar keluaran badan cendawan bebas mendapatkan semula enam komponen diskret memori aversive Drosophila. Rep Sel. 2015, 11, 1280–1292. [CrossRef] [PubMed]

6. Margulies, C.; Tully, T.; Dubnau, J. Menyahbina Memori dalam Drosophila. Curr. biol. 2005, 15, R700–R713. [CrossRef] [PubMed]

7. Lee, PT; Lin, HW; Chang, YH; Fu, TF; Dubnau, J.; Hirsh, J.; Chiang, A. Litar badan cendawan SSerotonin memodulasi pembentukan ingatan tahan anestesia dalam Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 13794–13799. [CrossRef] [PubMed]

8. Noyes, N.; Walkinshaw, E.; Davis, R. Ras bertindak sebagai suis molekul antara dua bentuk ingatan yang disatukan dalam Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. AS 2020, 117, 2133–2139. [CrossRef] [PubMed]

9. Tully, T.; Quinn, W. Pengkondisian dan pengekalan klasik dalam Drosophila melanogaster yang normal dan mutan. J. Comp. Fisiol. 1985, 157, 263–277. [CrossRef] [PubMed]

10. Knapek, S.; Sigrist, S.; Tanimoto, H. Bruchpilot, protein zon aktif sinaptik untuk ingatan tahan bius. J. Neurosci. 2011, 31, 3453–3458. [CrossRef] [PubMed]

11. Quinn, WG; Dudai, Y. Fasa ingatan dalam Drosophila. Alam 1976, 262, 576–577. [CrossRef] [PubMed]

12. Folkers, E.; Waddell, S.; Quinn, WG Gen lobak Drosophila mengekod protein yang diperlukan untuk ingatan tahan bius. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 17496–17500. [CrossRef] [PubMed]

13. Drago, I.; Davis, RL Menghalang Uniporter Kalsium Mitokondria semasa Pembangunan Menjejaskan Ingatan dalam Drosophila Dewasa. Rep Sel. 2016, 16, 2763–2776. [CrossRef] [PubMed]

14. Folkers, E.; Longkang, P.; Quinn, WG Radish, mutan Drosophila yang kekurangan ingatan yang disatukan. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90, 8123–8127. [CrossRef] [PubMed]

15. Turrel, O.; Goguel, V.; Preat, T. Amnesiac Diperlukan dalam Badan Cendawan Dewasa untuk Pembentukan Ingatan. J. Neurosci. 2018, 38, 9202–9214. [CrossRef] [PubMed]

16. Waddell, S.; Armstrong, JD; Kitamoto, T.; Kaiser, K.; Quinn, WG Produk gen amnesia dinyatakan dalam dua neuron dalam otak Drosophila yang penting untuk ingatan. Sel 2000, 103, 805–813. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com