Tiedot

Fear Conditioning ja Hippocampal Remapping

Fear Conditioning ja Hippocampal Remapping



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Onko tehty tutkimuksia, joissa selvitetään, kuinka paljon yleistämistä eri yhteyksissä tapahtuu pelon ehdolla?

"Konteksti", jossa eläin luulee olevansa, voidaan havaita "kartan" kautta, jota hippokampuksen paikkasoluverkko käyttää tiettynä ajankohtana. Eri "konteksteilla" on erilaiset "kartat". Tämä tunnetaan globaalina uudelleenkartoituksena. Voisin luulla, että ehdollinen pelkoreaktio tapahtuisi vain tilanteissa, joissa hippokampuksen uudelleenkartoitusta ei tehdä verrattuna alkuperäiseen ehdolliseen ympäristöön (eli hippokampus käyttää samaa "karttaa" kuin alkuperäinen ehdollinen ympäristö).

Onko olemassa todisteita tämän oletuksen tueksi?


Keskustelu

Olemme ehdottaneet, että hippokampuksen uudelleenkartoitus tarjoaa ikkunan piilotetun tilan päättelyprosessiin. Kehystemme mukaan eläimet saavat havaintovirran (tietopisteet), jotka ne yrittävät jakaa niiden synnyttäneiden hypoteettisten piilotilojen mukaan. Bayesin päättely tarjoaa luonnollisen ratkaisun tähän ongelmaan. Bayesin ei-parametrisen mallin erityismuotoa, jota käytimme tässä, on aiemmin käytetty selittämään useita muita hippokampuksesta riippuvia käyttäytymisilmiöitä (Gershman et al., 2010 Gershman et al., 2017a Gershman et al., 2014). Tässä artikkelissa osoitimme, että tämä malli tiivistää laajan valikoiman uudelleenkuvausilmiöitä.

Keskeistä tilissämme on ajatus, että uudelleenkartoitus heijastaa päätelmiä piilotilasta ja erityisesti, että osittainen uudelleenkartoitus vastaa suurta epävarmuutta. Aistivihjeiden, ympäristögeometrian ja koulutuksen manipulaatiot voidaan ymmärtää niiden vaikutuksena tilan epävarmuuteen. Vaikka tällä tilillä on potentiaalia yhdistää monia ilmiöitä yhteisen teoreettisen sateenvarjon alle, siinä on edelleen monia rajoituksia, löysää ja avoimia kysymyksiä, joista keskustelemme alla.

Mikä on ominaisuustila?

Mallimme käyttää tuloina ominaisuusvektoreita, mutta mitä nämä ominaisuudet ovat? Simulaatioissamme annoimme niiden olla erittäin abstrakteja idealisaatioita. Lopulta biologisesti perustellun teorian on määriteltävä nämä ominaisuudet aivotursoon syöttävien tulojen suhteen. Lisäksi on tarpeen määritellä selkeämmin, millä aikaskaalalla malli toimii, koska eri ominaisuudet ovat merkityksellisiä eri aikaskaaloilla. Vaikka olemme keskittyneet tuntien ja päivien aika-asteikkoon, karttavaihteluita voi tapahtua toisella aikaskaalalla (Olypher et al., 2002 Jezek et al., 2011 Kelemen ja Fenton, 2016).

Yksi yleinen hypoteesi hippokampuksen koodaamasta piirreavaruudesta on seuraaja edustus teoria (Stachenfeld et al., 2017), jonka mukaan paikkasolut koodaavat tila-avaruuden ennustavan kartan. Tässä näkymässä aivotursoon syötetyt piirteet vastaavat tilan ominaisuuksia. Tämä herättää mielenkiintoisen mahdollisuuden, että uudelleenkartoituksen tulisi olla herkkä tilojen välisille ennustaville suhteille. Monissa tutkimuksissa on havaittu, että paikkasoluja moduloivat tulevaisuuden tiedot, kuten eläimen tuleva liikerata (esim. Battaglia et al., 2004 Ferbinteanu ja Shapiro, 2003). Ei ole yhtä selvää, onko olemassa todisteita globaalista uudelleenkartoituksesta tulevan tiedon muutosten funktiona.

Mikä on havainto?

Tässä artikkelissa luonnehdimme "havaintoja" piirrevektoreiksi. Kysymys kuuluu, mikä on yksittäinen havainto? Tulokset-osiossa korostamiemme kokeiden osalta määrittelemme yksittäisen havainnon kokonaiseksi istunnoksi, koska ajallinen jatkuvuus rajoittaa istunnon sisäistä vaihtelua siten, että istuntojen välistä vaihtelua ei rajoiteta. Istunto ei kuitenkaan ole ainoa aika-asteikko, jonka aikana eläin voi tehdä piilevän tilapäätelmän. Yksittäisen havainnon eri määritelmät voivat tuoda esiin eri aikaskaaloilla tapahtuvia ilmiöitä, kuten 100 ms-1s aikaskaalalla tapahtuvia karttavaihteluita (Olypher et al., 2002 Kelemen ja Fenton, 2016).

Eräs rajoitus on, että havainnon on oltava riittävän pitkä, jotta ympäristön kaikista ominaisuuksista voidaan ottaa näyte. Itse asiassa kestää jonkin aikaa, ennen kuin ympäristön esitys asettuu, kun eläin ottaa näytteitä ympäristöstä (Leutgeb et al., 2004). Ympäristön näytteenottoprosessi on itsenäinen tutkimuskysymys, ja sen luonteella on tärkeitä vaikutuksia tässä kuvattuun piilotettuun tilapäätösprosessiin.

Tähän liittyvä kysymys on, kuinka usein kätketyt valtion uskomukset lasketaan uudelleen. Yksi mahdollisuus on, että se lasketaan uudelleen joka theta-sykli. Toinen on se, että muutosten havaitsemista tai tapahtumien segmentointia voidaan käyttää (Franklin et al., 2019).

Likimääräinen päätelmä

Kuten tulosten ensimmäisessä osassa kerrottiin, tarkka päättely havaintojen osoittamisesta piilotettuihin tiloihin on mahdotonta, koska mahdollisten osioiden määrä on liian suuri. Tämän ratkaisemattomuuden seurauksena olemme useimmissa kirjoissa rajoittuneet vertailuun muutaman hypoteesin välillä (valittu sen perusteella, että suurin osa posteriorista todennäköisyydestä keskittyy näihin hypoteeseihin). Tämä tulisi ymmärtää analyyttisena heuristisena pikemminkin kuin algoritmisena teoriana siitä, kuinka aivot approksimoivat todennäköisyyspohjaisia ​​päätelmiä. Saattaa olla, että hippokampus vertailee eksplisiittisesti pientä määrää hypoteeseja. Tämän algoritmin keskeinen vaihe olisi sopivien ehdotusten luominen. Täydellisen algoritmisen teorian täytyy selittää, kuinka aivot käsittelevät mielivaltaisen suuria hypoteesiavaruuksia.

Yksi idea on mallintaa hippokampus stokastisesti otantaina hypoteesiavaruudesta (Fox ja Prescott, 2010 Savin et al., 2014). Tämän näkemyksen mukaan otantalikimääräinen lähestymistapa edustaisi diskreetti kutakin hypoteesia sen todennäköisyyteen verrannollisella taajuudella. Tämä sopii hyvin yhteen sen empiirisen havainnon kanssa, että useat kartat voivat vaihdella nopeasti (Kelemen ja Fenton, 2016 Kelemen ja Fenton, 2010 Jackson ja Redish, 2007 Kay et al., 2019 Jezek et al., 2011). Jotkut näistä havainnoista viittaavat värähtelevään toteutukseen, jossa jokainen theta-sykli toimii yksittäisenä näytteenä mahdollisten piilotilojen jakaumasta ja karttavaihdon laajuus vastaa epävarmuuden astetta piilotilojen osoittamisesta. Kartan vaihtaminen todellakin lisääntyy epävarmoissa paikoissa (Jezek et al., 2011). Lisäksi ennustaisimme, että karttavaihdon, kuten ylihajauttamisen, mittaukset pienenevät kokemuksen myötä protokollista, kuten Lever et al., 2002, koska yksi hypoteesi hallitsee (eli kun vaihtoehtoisten hypoteesien välinen todisteiden suhde on kauempana kuin nolla Kuva 3C).

Aiemmat

Olemme keskittyneet esimerkkeihin, joissa sopivan generatiivisen jakauman määrittely on ollut suhteellisen suoraviivaista: Gaussilaiset (tai analogiset Von Misesit ympyrämuuttujille) ovat sopineet hyvin. Kaikki ongelmat eivät kuitenkaan vastaa näitä generatiivisia jakaumia, ja eläimen on ehkä suoritettava päätelmiä ja/tai metaoppimista, mitkä generatiiviset jakaumat ovat sopivia kullekin vihjeluokalle.

Toinen käyttämämme ennakkotyyppi on kiinalainen ravintolaprosessi (CRP) ennen havaintojen osiointia piilotiloihin, kuten materiaalit ja menetelmät -osiossa käsitellään. Tutkimme CRP:n α-parametrin hyödyllisyyttä eläimen ja eläimen välisen vaihtelun kuvaamisessa vasteen uudelleen kartoittamisessa samankaltaisiin koeprotokolliin. α-parametrilla on myös mahdollisuus oppia itseään. Esimerkiksi eläimet, jotka on koulutettu suuremmalla määrällä piilotiloja (esim. rikastettu ympäristö), voivat kasvaa käyttämään suurempaa α:ta kuin eläimet, jotka on koulutettu pienemmällä määrällä piilotiloja. Koska α määrittää eläimen suhteellisen mieltymyksen suurempaan määrään piilotiloja, α:n arvon modulointi vastauksena aiempien kokemusten monimutkaisuuteen olisi mukautuvaa.

Hierarkkinen päättely

Tässä artikkelissa olemme olettaneet, että piilotilat ovat riippumattomia, mutta todellisuudessa piilotiloilla voi olla jokin rakenne, mutta ne ovat edelleen erilaisia. Hierarkkinen päättely voi olla hyödyllinen näiden ongelmien ratkaisemiseksi (Gershman ja Niv, 2015b). Mallimme ei suoraan käsittele kysymystä hierarkkisesta päättelystä hippokampuksessa. Yksi mahdollisuus on, että piilotettu tilapäätelmä on eksplisiittisesti hierarkkinen jopa yhteislokalisoidussa populaatiossa. McKenzie ym., 2014, löysivät hierarkian edustavien yhtäläisyuksien hierarkian selkähippokampuksesta. Tämä voisi vastata yksittäistä paikkasolupopulaatiota, joka suorittaa piilotetun tilan päättelyn samanaikaisesti eri hierarkian tasoilla. Esimerkiksi vaikka olemme keskittyneet "kontekstia" vastaaviin piilotiloihin, samanlaisia ​​päätelmiä voitaisiin soveltaa McKenzie et al., 2014 käyttämien "sijainti"- tai "tuote"-kategorioiden tunnistamiseen. Toinen tapa mallin laajentamiseen perustuu paikkakenttien järjestämisestä koon mukaan hippokampuksen dorso-ventraalista akselia pitkin. Analogia paikkakenttien koon ja piilotilan päättelyn välillä kontekstin tasolla herättää mielenkiintoisen mahdollisuuden. Niiden paikkojen valikoima, jotka luokitellaan samoiksi sen mukaan, että ne sisältyvät samaan paikkakenttään, kasvavat dorso-ventraalista akselia pitkin (Maurer et al., 2005), joten myös havaintojen valikoima, jotka luokiteltaisiin samoiksi kontekstitason piilotilan päättelyn termit voivat lisääntyä dorso-ventraal-akselia pitkin. Tämä gradientti voitaisiin toteuttaa, jos sama piilotetun tilan päättelyprosessi tapahtuisi itsenäisesti eri etäisyyksillä tällä akselilla eri α-arvoilla, mikä johtaisi erilaisiin taipumukseen avata uusia piilotiloja. Tällä tavalla olisi mahdollista, että kaksi havaintoa osoitettaisiin samaan piilotettuun tilaan yhdessä paikassa akselia pitkin ja eri piilotettuihin tiloihin toisessa paikassa akselia pitkin, mikä johtaisi osittaiseen oppimisen jakamiseen näiden kahden havainnon välillä. Tämän ehdotuksen testi olisi, että uudelleenkartoituksen käyttäytymisen tulisi olla erilainen eri paikoissa dorsoventraalisella akselilla. Lisää tutkimusta tarvitaan sen määrittämiseksi, kuinka hierarkkinen päättely suoritetaan hippokampuksessa.

Paikkakenttien pitkäaikainen epävakaus

Varhaiset raportit paikkakentän vakaudesta osoittivat paikkakenttien olemassaolon, jotka säilyttivät avaruuden mieltymyksen kuukauden ajan (Thompson ja Best, 1990). Viimeaikaiset riittävän tilastollisen tehon omaavat työt ovat kuitenkin maalanneet toisenlaisen kuvan. Laajan mittakaavan tallennukset sadoista paikkasoluista kuukauden aikana ovat osoittaneet, että paikkakentän epävakaus on normi pitkiä aikoja (Ziv et al., 2013 Rubin et al., 2015). On mahdollista, että nämä raportit paikkakentän epävakaudesta ovat seurausta paikkasolun identiteetin virheellisestä jakamisesta istuntojen välillä verrattaessa, mutta tällaisten metodologisten ongelmien välttämiseksi on tehty paljon työtä (Sheintuch et al., 2017). Yksi mahdollinen tapa sisällyttää tämä havainto piilotilan päättelykehykseen on vedota laskennalliseen työhön, joka mahdollistaa esitystarkkuuden säilymisen jopa hermosolujen substraatin muuttuessa (Raman et al., 2019 Rule et al., 2019 Druckmann ja Chklovskii, 2012). . Toisaalta muutokset hermoston esityksessä voivat heijastaa kognitiivista havaintoa, että muistisisältöä voidaan itse asiassa muokata ajan mittaan esimerkiksi muistin uudelleen vakauttamisen kaltaisilla prosesseilla (Lee et al., 2017). Toinen lähestymistapa on väittää, että ajan myötä tapahtuva ajautuminen paikan päällä solujen aktiivisuudessa heijastaa kiinnostusta säilyttää erilaisia ​​piilotettuja tiloja samalle havainnolle, joka tapahtuu eri ajankohtina. Kehyksen laajentaminen generatiivisella mallilla, joka ottaa selkeästi huomioon ajan, olisi hedelmällistä (katso esimerkiksi Gershman et al., 2017a).

Uudelleenkartoituksen käyttäytymiseen liittyvä merkitys

Mielenkiintoinen fakta kartoituskirjallisuudesta on, että uudelleenkartoittamista käyttäytymiseen on tehty suhteellisen vähän. Alalla laajalle levinnyt oletus on, että hippokampuksen uudelleenkartoitus on neurofysiologinen substraatti kontekstiriippuvaiselle oppimiselle (Colgin et al., 2008), ja tätä olettamusta olemme noudattaneet tässä. On olemassa jonkin verran korrelaatiota yhteydestä (Kentros et al., 2004 Kennedy ja Shapiro, 2009). Tietojemme mukaan syy-yhteyttä ei kuitenkaan ole osoitettu (Kubie et al., 2019). Itse asiassa Jeffery et al., 2003 osoittavat tehtävän suorituskyvyn siirtymisen kahden ehdon välillä, jotka osoittavat lähes globaalin uudelleenkartoituksen.

Ehdotamme kokeilua, jossa korostetaan hippokampuksen roolia "piilevässä oppimisessa" (Tolman, 1948) ja luotamme ennustukseemme, että erilainen koulutus johtaisi erilaiseen uudelleenkäyttäytymiseen (kuva 10). Kouluta kaksi eläinryhmää joko kartoittamaan uudelleen tai olemaan kohdistamatta uudelleen tiettyyn manipulaatioon. Kouluta esimerkiksi yksi ryhmä eläimiä morph boxissa, jossa seinien konfiguraatio muuttuu joka päivä, minkä odotamme johtavan ympyrän ja neliön kokoonpanojen uudelleenkartoituksen puutteeseen. Harjoittele toista ryhmää samalla morph-laatikolla, mutta esittämällä vain neliön tai ympyrän konfiguraatiot, kuten Lever et al., 2002 harjoitusprotokolla, jonka odotamme lopulta johtavan ympyrän ja neliön konfiguraatioiden uudelleen kartoittamiseen. Kun odotettu uudelleenkartoituskäyttäytyminen on neurofysiologisesti varmistettu, eläimet käyvät läpi pelkoehdon yhdessä konfiguraatiossa (neliö tai ympyrä). Ennuste olisi, että pelkomuistin yleistyminen toiseen konfiguraatioon riippuisi siitä, minkä koulutuksen eläin oli saanut ja vastaavasti millaista uudelleenkartoituskäyttäytymistä eläin oli osoittanut. Tällainen kokeilu olisi ensimmäinen askel kohti hippokampuksen uudelleenkartoituksen käyttäytymiseen liittyvää merkitystä.

Pyörimiskokeet

On olemassa useita empiiristen tulosten luokkia, jotka liittyvät tässä artikkelissa selitettyihin tuloksiin, mutta joita mallimme ei selitä suoraan. Esimerkiksi kiertokokeissa kokeilijat manipuloivat itse ympäristöön liittyviä vihjeitä ('proksimaalisia vihjeitä' tai 'sokkelovihjeitä') ja/tai manipuloivat huoneeseen liittyviä vihjeitä, johon tallennusympäristö oli sijoitettu ('distaaliset vihjeet' tai ' huoneen vihjeet'). He esittivät kysymyksiä, kuten seurasivatko paikkosolut sokkelovihjeiden vai huoneen vihjeiden kiertoa (Shapiro et ai., 1997) ja seurasivatko paikkasolut eläimen omaa liikettä vai vihjeiden liikettä (Knierim et ai. , 1998). Vastaukset näihin kysymyksiin olivat yleensä epäselviä, koska ne olivat herkkiä pienille protokollien eroille laboratorioiden välillä. Kuitenkin johdonmukainen havainto oli, että tulokset muuttuivat kokemuksen aikana. Esimerkiksi kun vihjettä siirrettiin toistuvasti suhteessa muihin vihjeisiin rakenteettomasti, vihje menetti hallinnan paikkakenttien kiertosuuntauksesta (Knierim et al., 1995). Vaikka emme eksplisiittisesti mallinna spatiaalisia suhteita simuloinneissamme, Knierimin havainto on samanlainen kuin kuvassa 10 kuvattu harjoitusvarianssivaikutus: kun mallia harjoitellaan havainnoilla, joissa vihjeellä on suuri varianssi, tämän vihjeen lisävaihtelu on epätodennäköisempää aiheuttaa uuden piilotetun tilan.

Sitä vastoin Shapiro et ai., 1997, sokkelo- ja huonevihjeitä kierrettiin kutakin 90 astetta vastakkaisiin suuntiin. Aluksi paikkasolun esitys jakautui, jotkut seurasivat huoneen vihjeitä ja jotkut seurasivat sokkelomerkkejä. Kuitenkin muutaman toiston jälkeen paikkasolun esitys muuttui kahden ehdon välillä. Tämä muistuttaa kuvion 3 simulaatioita, joissa tietty vihjeiden manipulointi (neliöympyrä) ei aluksi aiheuta uudelleenmäärittelyä, mutta riittävän toistamisen jälkeen paikkasolut muodostavat uudelleen olosuhteiden välillä enemmän todisteita on kerätty tukemaan hypoteesia, että kaksi erillistä piilotiloja on olemassa.

Uudelleenkartoituksen tyypit

Vaikuttava tulkinta kirjallisuudesta on ollut se, että on olemassa kaksi päätyyppiä uudelleenkartoitusta: "globaalinen uudelleenkartoitus" ja "nopeuden uudelleenkartoitus". Erityisesti on väitetty, että globaali uudelleenkartoitus vastaa muutoksia fyysisessä sijainnissa, kun taas nopeuden uudelleenkartoitus vastaa muutoksia olosuhteissa, jotka tapahtuvat näissä paikoissa (Leutgeb et al., 2005a Colgin et al., 2010 Alme et al., 2014 Lisman et al. al., 2017). Kuten johdannossa todettiin, rajat globaalin uudelleenkartoituksen ja nopeuden uudelleenkartoituksen välillä eivät ole niin teräviä. Globaali uudelleenkartoitus voi tapahtua saman fyysisen sijainnin olosuhteiden välillä (Wills et al., 2005), ja nopeuden uudelleenkartoitus voi tapahtua eri fyysisten paikkojen välillä (Spiers et al., 2015). Lisäksi sama manipulointi voi aiheuttaa globaalin uudelleenkartoituksen tai nopeuden uudelleenkartoituksen koulutuksen eri kohdissa (Lever et al., 2002). Työmme antaa selityksen sille, miksi ei ole selkeää rajausta siitä, mitkä manipulaatiot aiheuttavat minkä tyyppisiä uudelleenkartoituksia. Eläimen täytyy päätellä havainnoistaan ​​piilotetut tilat. Vaihtoehtoisia hypoteeseja on harkittava niin kauan kuin on epäselvyyttä havaintojen tarkoituksenmukaisesta osoittamisesta piilotiloihin. Tämä piilotetun tilan määrittämisen epävarmuus voi ilmetä "osittaisena" tai "nopeuden" uudelleenkartoituksena. Näiden piilotilojen tilastot voidaan oppia kokemuksen aikana, mikä lisää varmuutta piilotilojen tehtävistä. Tämä lisääntynyt varmuus voidaan havaita lopullisempana "globaalina" uudelleenkartoituksena tai päinvastoin uudelleenkartoituksen puutteena. Yksi keskeisistä kohdistamme on, että näiden kategorioiden ajatellaan olevan parempia tilan epävarmuuden määrittelemän jatkumon varrella.

Suhde muihin teorioihin

Miten tämä ehdotus liittyy muihin teoreettisiin näkökulmiin hippokampuksen uudelleenkartoinnista? Voimme verrata malliamme perussamankaltaisuuskynnysmalliin, jonka mukaan jokaiseen tilaan liittyy kiinteä ominaisuusjoukko, ja uudet havainnot luokiteltaisiin samoiksi tai erilaisiksi sen perusteella, ylittävätkö ne jonkin muutoksen havaitsemiskynnyksen. Tämä malli ei kaappaa joitain etenkään uudelleenkartoitukseen liittyviä keskeisiä ilmiöitä, se ei voi ottaa huomioon mitään tapoja, joilla oppiminen vaikuttaa uudelleen kartoittamiseen.

Yksi tärkeä uudelleenkartoituksen malli on houkutinverkosto. Perustuu Hopfieldin varhaiseen työhön, 1982, ajatus on, että verkosto oppii tiettyihin havaintoihin liittyvät toimintamallit, jotta ne pystyvät palauttamaan nämä toimintamallit, kun heikentyneet versiot esitetään. Blumenfeld et al., 2006, ehdottivat yhtä houkuttelijaverkkototeutusta, jota on käytetty erityisesti uudelleenkartoitustulosten mallintamiseen. He yrittivät selittää tulosten eroa Wills et al.:n, 2005 ja Leutgeb et al., 2005b välillä keskittymällä sekoitettuun morf-sekvenssin järjestys. Heidän mallinsa oli tavanomainen Hopfield-verkko, jota oli täydennetty "paino"-termillä kuvion voimakkuuden muuttamiseksi kyseisen kuvion uutuuden perusteella. Tämä johti attraktoreihin, jotka kasautuivat yhteen, kun morfikokemukset esitettiin peräkkäisessä järjestyksessä salatussa järjestyksessä.Myöhempi työ Colgin et al., 2010 osoitti kuitenkin, että morfokokeiden esitysjärjestys ei ollut ratkaiseva tekijä morfikokeiden laadullisissa tuloksissa (kuten on kuvattu tarkemmin tulosten osiossa "Morph Experiments"). .

Attraktoriverkoston perspektiivi voidaan yhdistää piilotilan päättelymalliimme tutkimalla Hopfield-verkon todennäköisyysversiota, joka tunnetaan nimellä Boltzmann kone (Ackley et ai., 1985). Vetovoima-altaat voidaan ymmärtää heuristisesti erillisten piilotilojen ominaisuuskonfiguraatioina. Tätä heuristista yhteyttä voidaan tarkentaa määrittelemällä eksplisiittisesti tilariippuvainen energiafunktio yhdistettynä tilojen jakautumiseen, mikä vastaisi Boltzmannin koneiden sekoitusta (Nair ja Hinton, 2009 Salakhutdinov et al., 2013).

Laskennallisessa neurotieteessä attraktoriverkkoja käytetään yleensä hermosolujen dynamiikan mekanistisina kuvauksina, toisin kuin piilotilan päättelymallimme, joka toimii korkeammalla abstraktiotasolla. Näin ollen näiden kahden lähestymistavan vertailu ei ole täysin yksinkertaista. On mahdollista, että houkutinverkkoa voitaisiin käyttää piilotetun tilan päättelymallin osien toteutuksena. Esimerkiksi päätelmät uusista tiloista vs. vanhoihin tiloihin ovat käsitteellisesti samankaltaisia ​​kuin ero hammasten gyrusin "kuvion erottamisen" ja CA3: n "kuvion täydentämisen" välillä (Knierim ja Neunuebel, 2016 Rolls ja Kesner, 2006). Attraktoriverkosto kuvaa Miten kuvioiden erottaminen ja viimeistely. Piilotetun tilan päättelymalli kuvaa miksi kuvioiden erottaminen ja viimeistely toimivat samalla tavalla.

Piilotetun tilan päättelymallimme on hengeltään samanlainen kuin Fuhsin ja Touretzkyn 2007 kehittämä todennäköisyyspohjainen uudelleenkartoituksen malli. Tässä mallissa jokaista kontekstia edustaa Piilotettu Markovin malli. Uudelleenkirjoittaminen virallistetaan sitten mallien vertailuongelmaksi. Kuten mallimme, niiden laskenta punnitsee sekä hypoteettisen osion yksinkertaisuuden että sen sopivuuden havaittuihin tietoihin. He käyttävät malliaan selittääkseen asteittaista uudelleenkartoitusta (Lever et al., 2002), yleistämisen epäonnistumista (Hayman et al., 2003) ja joitain käänteisen oppimisen ja sekvenssioppimisen näkökohtia. Tekniset erot malliemme välillä ovat hienovaraisia ​​eivätkä muuta yhteisiä johtopäätöksiä. Työmme voidaan ajatella päivityksenä Fuhsin ja Touretzkyn työhön, 2007. Tämän työn tärkein lisäys on korostaa epävarmuuden roolia ja sen suhdetta osittaiseen uudelleenkartoitukseen, korkojen uudelleenkartoitukseen ja populaation heterogeenisyyteen, joita korostetaan. esimerkiksi kuvissa 2, 4, 7 ja 8.

Temporal Context Model (TCM, Howard ja Kahana, 2002) sai alkunsa ihmisen episodimuistista, mutta sitä on sovellettu myös hippokampuksen/entorinaalin tallenteisiin (Howard et al., 2005). TCM määrittelee ajallisen kontekstin, joka on nykyistä havaintoa edeltävien havaintojen suodatettu versio. Myöhempiä havaintoja voidaan käyttää muistamaan aikaisempien havaintojen ajallinen konteksti. Tämä malli sopii erityisen hyvin hippokampuksen vasteen vangitsemiseen ajallisesti moduloituihin havaintoihin, kuten niihin, joita tutkimme kuvassa 5 (Markus et al., 1995). TCM: n ja tilimme välillä voidaan tehdä analogioita (katso Gershman et ai., 2017a, keskusteluun) piirtämällä vastaavuus ajallisen kontekstin ja piilotetun tilan välillä. Prosessi menneen ajallisen kontekstin hakemiseksi uuden havainnon esittämisen yhteydessä olisi analoginen tämän uuden havainnon määrittämiselle samaan piilotettuun tilaan kuin aikaisemmat havainnot, joilla on sama ajallinen konteksti. Eräs ero on, että ajallisen kontekstin palauttaminen on tiukasti samankaltaisuuteen perustuva, kun taas piilotilan päättely mallintaa eksplisiittisesti generatiivista jakaumaa ja siksi sillä olisi erilaiset ennusteet tapauksissa, jotka riippuvat harjoitusvarianssista, kuten kuva 10.

On keskusteltu kontekstin roolista kontekstiriippuvaisessa oppimisessa (Kubie et al., 2019). Yksi lähestymistapa on pitää kontekstia vihjeenä, joka voi muodostaa assosiaatioita ja kilpailla muiden vihjeiden kanssa (Rescorla ja Wagner, 1972 Grau ja Rescorla, 1984). Toinen asia on, että konteksti muuttaa assosiaatioita, jotka opitaan muiden vihjeiden kanssa (Bouton, 1993 Nadel ja Willner, 1980 Hirsh, 1974). Olemme aiemmin ehdottaneet mallia, jossa eläin tekee päätelmiä ympäristön vaihtoehtoisista kausaalisista rakenteista (Gershman, 2017). Konteksti voi toimia jokaisella edellä mainituista rooleista riippuen eläimen aikaisemmasta koulutuksesta. Oletamme, että tässä artikkelissa kuvatun prosessin kautta laskettua piilotilaa käytettäisiin syötteenä Gershmanin et al., 2017b, kuvaamaan päätelmään.

Johtopäätös

Paikkakentän uudelleenkartoitus on pitkään ollut yksi hämmentävämmistä hippokampuksen fysiologian näkökohdista, mutta silti siitä puuttuu kattava teoreettinen kuvaus. Tässä artikkelissa olemme ottaneet askeleita kohti tällaista näkemystä aloittaen ongelman normatiivisella muotoilulla, jonka uskomme uudelleenkartoituksen ratkaisevan, nimittäin piilotilan päättelystä. Tämän teorian algoritmiset ja biologiset perusteet ovat edelleen epätäydellisiä, mikä asettaa selkeän asialistan tulevalle teoreettiselle työlle.


Pelon hoito ja hippokampuksen uudelleenkartoitus – psykologia

Emotionaalisten, erityisesti pelottavien tapahtumien muistot ovat eläviä, sisäelisiä ja kestäviä. Emotionaalisten muistojen avulla voimme ennustaa ja välttää mahdollisia uhkia sekä reagoida välittömään vaaraan. Mutta tämän järjestelmän toimintahäiriöt voivat johtaa esimerkiksi ahdistuneisuuteen, paniikkiin ja posttraumaattiseen stressihäiriöön. Ahdistuneisuushäiriöt ovat yksi yleisimmistä psykiatrisista sairauksista maailmassa, ja niitä koskettaa lähes kolmasosa väestöstä. Laboratoriossani tekemäni tutkimukset pyrkivät ymmärtämään aivopiirejä ja solumekanismeja, jotka ovat vastenmielisten muistojen koodauksen, tallennuksen, haun ja sammumisen taustalla, ja sitä, kuinka näiden piirien ja prosessien toimintahäiriöt vaikuttavat ahdistuneisuushäiriöihin. Keskitymme rottien ja hiirten pelon ehtymisen ja sukupuuttoon liittyvän neurobiologiaan. Hippokampus, amygdala ja prefrontaalinen aivokuori, toisiinsa liittyvien aivoalueiden kolmikko, joilla on olennainen rooli muistissa ja tunteissa, ovat kriittisiä näille prosesseille. Käytämme sekä käyttäytymiseen että järjestelmään liittyviä neurotieteen menetelmiä ymmärtääksemme pelon ja ahdistuksen aivomekanismeja. Näitä lähestymistapoja ovat palautuvat aivovauriot, kallonsisäinen farmakologia, elektrofysiologia ja immunohistokemia.

Tohtori Maren on American Psychological Associationin jäsen Ansioitunut tieteellinen palkinto uran varhaisesta panoksesta psykologiaan (2001) ja D. O. Distinguished Scientific Contributions -palkinto (2017). Hän on myös American Psychological Associationin ja Association for Psychological Sciencen jäsen, Pavlovian Societyn entinen puheenjohtaja ja on tällä hetkellä lehden päätoimittaja. Behavioral Brain Research. Hän on ollut jatkuvasti National Institutes of Healthin rahoittamana vuodesta 1995, ja hän on saanut vuoden 2015 McKnight Memory and Cognitive Disorders -palkinnon.

Viimeaikaiset julkaisut

Giustino, T. F., Ramanathan, K. R., Totty, M. S., Miles, O. W., Maren, S. (2020). Locus coeruleus -norepinefriini lisää stressin aiheuttamaa basolateraalista amygdala-sytytystä ja heikentää sukupuuttoon liittyvää oppimista. Journal of Neuroscience, 4. joulukuuta. Pii: 1092-19. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1092-19.2019 (Epub ennen painoa).

Goode, T. D., Acca, G. M. ja Maren, S. (2020). Uhkailu käsittää stria -päätteiden sängyn roolin kontekstin pelossa. Neurobiology of Learning and Memory, 167:107116. doi:10.1016/j.nlm.2019.107116.

Haaker, J., Maren, S., Andreatta, M., Merz, CJ, Richter, J., Richter, HS, Drexler, SM, Lange, M, Jüngling, K, Nees, F., Seidenbecher, T., Fullana., MA, Wotjak, C. ja Lonsdorf, TB (2019). Käännöstyön tekeminen: Lajien välisen metodologian harmonisointi käyttäytymisneurotieteen alalla
Pavlovilainen pelon ehdokas. Neuroscience & amp Biobehavioral Reviews, 107: 329-345. doi: 10.1016/ j.neubiorev.2019.09.020.

Ramanathan, K. R. ja Maren, S. (2019). Nucleus reuniens välittää kontekstuaalisen pelon ehdollistamisen häviämistä. Behavioral Brain Research, 374: 112114. doi: 10.1016/j.bbr.2019.112114

Totty, M. S., Payne, M. R., Maren, S. (2019). Tapahtumarajat eivät aiheuta välitöntä sukupuuttoon liittyvää alijäämää Pavlovin pelon ehtimisen jälkeen rotissa. Tieteelliset raportit, 9: 9459. doi: 10.1038/ s41598-019-46010-4

Miles, O. W. ja Maren, S. (2019). Stria-päätteiden pohjaytimen rooli PTSD:ssä: Näkemyksiä prekliinisistä malleista. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 13:68. doi: 10.3389/fnbeh.2019.00068

Ressler, R. L. ja Maren, S. (2019). Pelkomuistojen synaptinen koodaus amygdalassa. Current Opinion in Neurobiology, 54:54-59.

Ramanathan, K. R., Jin, J., Giustino, T. F., Payne, M. R. ja Maren, S. (2018). Prefrontaaliset projektiot talamuksen ytimeen reuniens välittävät pelkoa sukupuuttoon. Nature Communications, 9:4527.

Goode, T. D. ja Maren, S. (2018). Yleinen hermoston välittäjä lääkettä ja pelon uusiutumista prekliinisissä malleissa. Psykofarmakologia (Berl)

Ramanathan, K. R., Ressler, R. L., Jin, J. ja Maren, S. (2018). Nucleus reuniens välittää tarkan, hippokampuksesta riippuvaisen kontekstuaalisen pelkomuiston koodausta ja hakua. Journal of Neuroscience, 38:9925-9933.

Giustino, T. F. ja Maren, S. (2018), Noradrenergic modulation of pelkon ehdollistaminen ja häviäminen. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 12:1-12. [10-vuotispäiväkutsu]

Marek, R., Jin, J., Goode, TD, Giustino, TJ, Wang, Q. , Acca, GM, Holehonnur, R., Ploski, JE, Fitzgerald, PJ, Lynagh, TP, Lynch, JW, Maren, S.¥, & Sah, P.¥ (2018). Hippokampuksen ohjaama prefrontaalisen kuoren esto välittää pelon uusiutumista. Nature Neuroscience, 21:384-392.

Moscarello, J. M. ja Maren, S. (2018). Joustavuus pelon edessä: pelon ja välttelyn hippokampuksen prefrontaalinen säätely. Current Opinion in Behavioral Sciences, 19:44-49.

Giustino, T. F., Seeman, J. R., Acca, G. M., Goode, T. D., Fitzgerald, P. J. ja Maren, S. (2017). ßadrenoseptoreiden salpaus basolateraalisessa amygdalassa, mutta ei mediaalisessa prefrontaalisessa aivokuoressa, pelastaa välittömän sukupuuttoon liittyvän alijäämän rotilla. Neuropsychopharmacology, 42:2537-2544.

Goode, T. D. ja Maren, S. (2017). Stria-päätteiden pohjaytimen rooli aversiivisessa oppimisessa ja muistissa. Oppiminen ja muisti, 24:480-91.

Goode, T. D., Holloway-Erickson, C. M. ja Maren, S. (2017). Pelkomuistin uudelleenaktivoitumisen jälkeinen sukupuutto ei pysty eliminoimaan rottien uusiutumista. Neurobiology of Learning and Memory, 142:41-47.

Prater, K. E., Aurbach, E. L., Larcinese, H. K., Turner, C. A., Blandino, P., Jr., Watson, S. J., Maren, S., Akil, H. (2017). Selektiivisesti kasvatetut rotat tarjoavat ainutlaatuisen mallin haavoittuvuudesta PTSD:n kaltaiselle käyttäytymiselle ja reagoivat eri tavalla FGF2:n lisääntymiseen varhaisessa elämässä. Neuropsychopharmacology, 42:1706-14.

Acca, G. M., Mathew, A. S., Jin, J., Maren, S., Nagaya, N. (2017). Allopregnanoloni aiheuttaa tilariippuvaista pelkoa stria terminaalin ytimessä. Hormones and Behavior, 89:137-44.


JOHDANTO

Piireihin perustuva lähestymistapa PTSD:n neurobiologian ymmärtämiseen

Uhkavien ja pelottavien ärsykkeiden tehokas käsittely on keskeistä adaptiivisten käyttäytymis- ja fysiologisten vasteiden luomisessa. Kyvyttömyys erottaa toisistaan ​​turvassa uhkaavilta ärsykkeiltä tai kalibroida fysiologisia reaktioita uhkien epävarmuuteen voi aiheuttaa hallitsematonta pelon ilmaisua, stressihormonien säätelyhäiriöitä ja jatkuvia ahdistustiloja. Traumaattisille tapahtumille tai stressaaville elämänkokemuksille altistumisen tiedetään rasittavan pelon ja uhkien käsittelyjärjestelmiämme. Siksi ei ole yllättävää, että vaikka yleistyneen ahdistuneisuushäiriön (GAD) ja posttraumaattisen stressihäiriön (PTSD) elinikäinen esiintyvyys on 5–10 prosenttia väestöstä (Newman et al, 2013 Parsons ja Ressler, 2013), PTSD on suurempi henkilöillä, jotka ovat altistuneet toistuvasti traumalle (20–30 %) (Catani et al, 2008 Parsons ja Ressler, 2013). PTSD:n suhteellisen alhainen esiintyvyys väestössä viittaa siihen, että altistuminen vakavalle traumaattiselle tapahtumalle ei riitä sen patogeneesiin (Yehuda ja LeDoux, 2007 Holmes ja Singewald, 2013), mutta että geneettinen taipumus voi olla tärkeä. Alustavat tutkimukset monotsygoottisista kaksosista, jotka ovat ristiriidassa traumaaltistuksen suhteen, osoittivat, että alttius PTSD:lle selittyy osittain (30–70 %) geneettisellä riskillä (Afifi et al, 2010 Pitman et al, 2012). Viime aikoina yhden nukleotidin polymorfismit geeneissä, jotka koodaavat BDNF:ää, serotoniinin kuljettajaa SERT:tä ja glukokortikoidikaperoniproteiinia FKBP5 (Mahan ja Ressler, 2012), on yhdistetty lisääntyneeseen alttiuteen PTSD:lle. Näitä löytöjä on seurattu genominlaajuisilla analyysitutkimuksilla, joissa on tunnistettu lukuisia oletettuja PTSD-geenejä (Cornelis et al, 2010 Koenen et al, 2013). Lisäksi muutokset epigeneettisissä mekanismeissa voivat heikentää geenin ilmentymisen mukautuvaa säätelyä, joka lieventää haavoittuvuutta tai kestävyyttä stressaaville elämäntapahtumille (Zovkic ja Sweatt, 2013 Kwapis ja Wood, 2014). Itse asiassa PTSD-potilailla havaitut epigeneettiset muutokset ovat pysyviä (Malan-Muller et ai., 2014) ja mielenkiintoisesti ne voivat olla tarttuvia ituradan kautta sukupolvien välillä (Yehuda et ai, 2014 Dias et al, 2015). Siten nyt tiedetään, että PTSD syntyy ympäristötekijöiden, kuten stressaavien, traumaattisten elämäntapahtumien ja geneettisten riskitekijöiden vuorovaikutuksesta.

PTSD:n kehittyvä neurobiologia ehdottaa sekä assosiatiivisten että ei-assosiatiivisten oppimismekanismien roolia (Lissek ja van Meurs, 2014). Assosiatiivisten oppimismekanismien uskotaan olevan taustalla sellaisille prosesseille kuin pelon estäminen (Jovanovic ja Ressler, 2010), sukupuuttoon (Milad ja Quirk, 2012), yliyleistykseen (Kheirbek et al, 2012b Lissek, 2012) sekä muistin lujittumiseen ja uudelleenkonsolidaatioon (Besnard et al. , 2012 Nader et al, 2013 Parsons ja Ressler, 2013). Lisäksi assosiatiivinen oppiminen voi myös olla pohjana ajasta riippuvaiselle muistojen inkubaatiolle ja uudelleenjärjestelylle (Pitman et al, 2012), jotta saadaan aikaan toistuvia traumaattisten tapahtumien kokemuksia takautumien, painajaisten, häiritsevien ajatusten ja pelon liiallisen yleistämisen kautta (Pickens et al, 2009 Sauerhofer et al. al, 2012). Toisaalta ei-assosiatiivisten oppimismekanismien uskotaan myötävaikuttavan herkistymiseen, mikä johtaa liioiteltuihin säikähdysreaktioihin traumaan liittymättömiin ärsykkeisiin, ylivalppaisuuteen ja lisääntyneeseen välttämiskäyttäytymiseen (Pitman et al, 2012).

Ympäristötekijöiden ja mahdollisesti satojen geneettisten riskitekijöiden vaikutus PTSD: n kehittämiseen korostaa uusien hoitojen kehittämisen haasteita. Yksi lähestymistapa tähän ongelmaan on havainnollistaa hermopiiriin perustuvia mekanismeja, jotka ovat assosiatiivisten ja ei-assosiatiivisten oppimisesta riippuvaisten prosessien taustalla PTSD: ssä (Lissek ja van Meurs, 2014). On useita syitä, miksi tämä lähestymistapa on todennäköisesti terapeuttisesti merkityksellinen. Ensinnäkin hermopiirit ovat monien geneettisten riskien ja ympäristötekijöiden lähentymispiste. Näin ollen piirin suorituskyvyn mittaaminen ja kohdistaminen on helpommin seurattavissa kuin kunkin oletetun geneettisen ja ympäristöriskitekijän kohdistaminen erikseen. Toiseksi pelon käsittelylle ja ahdistukselle tärkeät hippokampuksen hermopiirit ovat homologisia jyrsijöiden (Gross ja Canteras, 2012 Herry ja Johansen, 2014 Luthi ja Luscher, 2014 Tovote et al, 2015) ja ihmisten (Shin ja Liberzon, 2010) välillä. Runsas vuoropuhelu tutkimusten välillä, jotka tutkivat pelonkäsittelyn taustalla olevien hermopiirien syy-rooleja prekliinisissä malleissa ja ihmisen toiminnallisessa aivojen kuvantamisessa, on osoitus hermopiirien rakenteen ja toiminnan säilymisestä posttraumaattisessa psykopatologiassa (Ressler ja Mayberg, 2007 Holtzheimer ja Mayberg, 2011 Milad ja Quirk, 2012). Lopuksi piiripohjaisten mekanismien karakterisointi mahdollistaa piiriin perustuvien endofenotyyppien luomisen, jotka voidaan mitata korkealla resoluutiolla ja siten antaa riskin ja hoitovasteiden kvantitatiivisen arvioinnin ja kerrostumisen (Leboyer et al, 1998 Gottesman ja Gould, 2003).

Tässä käsitteellistämme pelon yleistämistä epäselvien tai epävarmien uhkien ja aiemmin koodattujen traumaattisten muistojen välisten häiriöiden ratkaisemiseksi. Aloitamme tutustumalla lukijaan tutkimuksiin, jotka osoittavat hippokampuksen osallistumista häiriön ratkaisemiseen ja etämuistien tarkkuuden ylläpitämiseen. (1) Oletamme, että kuvion erottelu hammaskivessä (DG) näyttelee keskeistä roolia epäselvien tai epävarmien uhkien ja aiemmin tallennettujen muistojen välisen häiriön vähentämisessä ja etäisten traumaattisten muistojen tarkkuuden ylläpitämisessä. (2) Keskustelemme todisteista, jotka tukevat DG:n roolia jyrsijöiden ja ihmisten kuvioiden erottamisessa, ennen kuin arvioimme aikuisten hampaiden jyvässolujen (DGC) osuuden kuvion erottelun hermosubstraatteina ja kaukomuistojen tarkkuuden ajallisen heikkenemisen järjestäjinä. (3) Vetoamme paikallisiin piirimekanismeihin, joilla aikuisilla syntyneet DGC:t vaikuttavat kuvioiden erottumiseen ja hermopolkuihin, jotka yhdistävät aikuisten syntyneiden DGC:iden koodaustoiminnot adaptiivisiin pelkoreaktioihin. (4) Nämä kohdat luovat pohjan ymmärtää, kuinka stressi sen vaikutusten kautta aikuisten hippokampuksen neurogeneesiin vaikuttaa kuvion erottamiseen pelon yleistymisen aikaansaamiseksi. (5) Päättelemme hyödyntämällä puitteitamme siitä, kuinka aikuisilla syntyneet DGC:t edistävät kuvioiden erottelua ja ylläpitävät etämuistin tarkkuutta ideoidaksemme uusia lähestymistapoja pelon liiallisen yleistymisen rajoittamiseksi PTSD:ssä.

Hippokampuksen häiriöt, epäselvät tai epävarmat uhat ja pelon liiallinen yleistäminen

Ilmaistaksemme pelkoa vain silloin, kun se on tarkoituksenmukaista, meidän on jatkuvasti verrattava aiemmin koodattuja assosiaatioita ja sitä, mitä todella tapahtuu. Tällainen mekanismi on mukautuva siinä mielessä, että sen avulla yksilö voi ennakoida mahdollisen uhan havaitsemalla ympäristössä olevia merkkejä. Tehokas uhan arviointi edellyttää turvallisuuteen ja uhkaan liittyvän kontekstuaalisen tiedon yksiselitteistämistä sekä sen todennäköisyyden (varmuuden) erottamista, jolla vihje ennustaa uhan (Maren et al, 2013). Olennaista tässä prosessissa on tarve vähentää häiriötä uuden tiedon ja aiemmin tallennettujen vastaavien traumaattisten muistojen välillä. Lisääntynyt häiriö uusien ja tallennettujen muistojen välillä edistää traumaattisten muistojen uudelleenaktivoitumista ja saa aikaan sopimatonta pelon ilmaisua, mikä johtaa pelon liiallistumiseen.

Huomattavat todisteet tukevat hippokampuksen roolia samanlaisten kontekstuaalisten esitysten syrjinnässä pelon liiallisen yleistämisen rajoittamiseksi. Rotilla, joilla on anterogradinen selkä-hippocampal-leesio, esiintyy normaalia jäätymisastetta hoitokontekstissa, mutta he ovat heikentyneet erottamaan toisistaan ​​samankaltaiset yhteydet, jotka eivät liity jalkasokkiin (Maren et ai., 1997 Frankland et al., 1998 Antoniadis ja McDonald, 2000).Synaptisen plastisuuden geneettinen poistaminen rei'itetyissä polku-DG-synapseissa heikentää erottelua kontekstin, jossa hiiret ehdittiin saada jalkashokkiin, ja samanlaisen, mutta ei, erillisen neutraalin kontekstin välillä (McHugh et al, 2007). Nämä käyttäytymistutkimukset viittaavat hippokampuksesta riippuvaisiin mekanismeihin, jotka minimoivat häiriöitä epäselvien uhkien (samanlainen, neutraali konteksti) ja tallennettujen muistojen (harjoittelukonteksti) välillä.

Hippokampus on myös osallisena ratkaisemaan häiriöitä kilpailevien tavoitteiden välillä portin lähestymis-välttämiskäyttäytymiseen (Gray ja McNaughton, 2000). Tämä "vertailu"-toiminto mahdollistaa epävarmuuden ja arvaamattomuuden ratkaisemisen riskinarvioinnin avulla (signaali rangaistuksesta, signaali palkitsemattomuudesta, uutuus, synnynnäiset pelkoärsykkeet) lisäämällä valppautta ja motoristen toimintojen estoa (käyttäytymisen esto, kiihottuminen, huomio) (Gray ja McNaughton, 2000 Bannerman et al, 2014). Tämän ehdotuksen mukaisesti ennalta arvaamattomat shokit tietyissä yhteyksissä hidastavat erillisen vihjeen ja pelon yhdistyksen hankkimista samassa ympäristössä (Hinson, 1982 Foa et al, 1992). Ihmisillä tehdyt kuvantamistutkimukset ovat ehdottaneet hippokampuksen roolia uhkien epävarmuuden käsittelyssä. Anteriorisessa hippokampuksessa (jyrsijöillä ventraalisessa hippokampuksessa) havaittiin lisääntyneet BOLD-vasteet (veren happitasosta riippuvainen) epävarmuudella todennäköisistä peräkkäisistä tapahtumista tai arvaamattomasta shokista (Strange et al, 2005 Alvarez et al, 2011). Suorat todisteet hippokampuksen sitoutumisesta todennäköisyysmerkkien ja lopputulosten välisten assosiaatioiden koodaamiseen ovat peräisin tutkimuksesta, jossa tehtiin in vivo tallenteita epilepsiapotilaiden hippokampuksessa, kun he oppivat yhdistämään vihjeitä rahallisiin palkkioihin. Kirjoittajat havaitsivat, että palkkion epävarmuus tuotti suurimmat tapahtumaan liittyvät potentiaalit anteriorisessa hippokampuksessa (Vanni-Mercier et al, 2009). Yhdessä nämä havainnot viittaavat siihen, että häiriötasot hippokampuksessa voivat auttaa ratkaisemaan epävarmoja tai epäselviä uhkia, jotka rajoittavat pelon liiallista yleistämistä.

Hippokampuksen häiriöt, ajasta riippuva muistin tarkkuuden eroosio ja pelon liiallinen yleistäminen

On yleisesti tunnustettu, että muistit menettävät tarkkuuden ja yksityiskohdat ajan myötä. Sellaisenaan traumaattiset muistot, kun niitä ei enää sido trauman konjunktiivinen esitys, yleistyvät tuottaen epäasianmukaisen pelon ilmaisun kontekstissa, joka on samanlainen kuin se, jossa trauma tapahtui. Johdonmukaisesti pelon yleistymistä yhteyksissä, jotka eivät liity shokkiin, havaitaan jyrsijöillä, kun pelkovastetta mitataan etäpisteissä (katso esim. Biedenkapp ja Rudy, 2007 Wiltgen ja Silva, 2007 Winocur et al, 2007 Ruediger et al, 2011 ). Tämän ei-toivotun vihjeestä riippuvan pelkomuistin muistamisen uskotaan johtuvan assosiatiivisten eikä ei-assosiatiivisten oppimismekanismeiden muutoksista (Acheson et al, 2012 Sauerhofer et al, 2012), ja siihen liittyy muistojen konsolidoituminen hippokampus-kortikaaliverkostoissa.

Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana tehdyt tutkimukset jaksollisten muistojen ajasta riippuvasta uudelleenjärjestelystä ja konsolidoinnista ovat tuottaneet valtavia näkemyksiä siitä, kuinka etäisten vastenmielisten muistojen tarkkuuden menetys edistää pelon liiallista yleistymistä PTSD:ssä (Zola-Morgan ja Squire, 1990 Squire ja Zola-Morgan , 1991 Kim ja Fanselow, 1992 Frankland ja Bontempi, 2005 Wang ja Morris, 2010 Wiltgen et al, 2010 Sutherland ja Lehmann, 2011 Dudai, 2012 Goshen, 2014). Hippokampuksen ehdotettuihin rooleihin muistojen ajasta riippuvaisessa uudelleenjärjestelyssä on vaikuttanut hippokampuksen muistiindeksiteoria, joka asettaa hippokampukselle roolin neokortikaalien engrammien indeksiarkistona (Teyler ja DiScenna, 1986 Teyler ja Rudy, 2007). Erityisesti jaksot koodataan vahvistetuilla yhteyksillä aktivoituneiden aivokuoren ryhmien ja hippokampuksen indeksien välillä. Myöhempi muistin haku aivokuoren neuronien osajoukosta alkuperäisessä jäljessä ja sitä vastaavassa hippokampusindeksissä palauttaa koko kortikaalisen jäljen. Siten aivotursoindeksi on kriittinen aivokuoren jäljen palauttamiseksi ja vahvistamiseksi ja muiden aivokuoren jälkien aiheuttamien häiriöiden vähentämiseksi. Seurauksena on, että indeksien (hippokampuksen kokoonpanot) välinen häiriö määrää, aktivoituvatko päällekkäiset muistijäljet ​​aivokuoressa ja missä määrin aivokuoren jäljet ​​konsolidoituvat. Hippokampuksen jatkuva osallistuminen etäkontekstimuistien tarkkuuden ylläpitämiseen (Sutherland ym., 2008 Wang ym., 2009 Wiltgen ym., 2010 Goshen ym., 2011 Sparks ym., 2011) viittaavat siihen, että hippokampuksen ja aivokuoren järjestelmän lujittuminen muistit saattavat vaatia hippokampuksen indeksien ylläpitoa.

Perustuu eri teorioihin järjestelmien konsolidoinnista, hippokampusindeksiteoriasta ja episodisten muistojen yleisestä ominaisuudesta tulla semanttisemmiksi ajan myötä (McClelland et al, 1995 Nadel ja Moscovitch, 1997 Frankland ja Bontempi, 2005 McKenzie ja Eichenbaum, Hardt et al., 2011). al (2013) ehdotti, että häiriötasot hippokampuksessa sanelevat konsolidoitujen muistien episodisen ja semanttisen muutoksen vaikuttamaan ajasta riippuvaiseen yleistymiseen. Erityisesti ajasta riippuvainen hippokampuksen indeksin hajoaminen lisäisi häiriöitä päällekkäisten aivokuoren jälkien ja renderöinnin välillä muisti vähemmän konjunktiivinen ja semanttinen. Tämä episodisten yksityiskohtien menetys etämuistoissa saattaa aiheuttaa pelon liiallista yleistämistä, koska pelkoa ei enää rajoita trauman konjunktiivinen esitys ja se herättää traumaattisen kontekstin yksilölliset tai elementaariset piirteet (Acheson) ja muut, 2012). Tämä malli päinvastoin ennustaa, että häiriöiden väheneminen hippokampuksessa wi Se hidastaa hippokampuksen indeksin heikkenemistä ajan myötä ja varmistaa siten aivokuoren jäljen vahvistumisen ja konjunktiivisen esityksen ja episodisten yksityiskohtien ylläpitämisen. Lisäksi ehdotamme, että lisääntyvä häiriö aivokuoren engrammien välillä mahdollistaisi vastenmielisen muistijäljen päivittämisen rekrytoimalla traumaan liittymättömiä vihjeitä aina, kun vastaava hippokampusindeksi aktivoi tämän jäljen uudelleen. Tämä johtaisi pelon ei-toivottuun ilmaisuun vasteena traumasta riippumattomiin vihjeisiin, mikä on PTSD: n keskeinen piirre. Siten ehdotamme, että niiden mekanismien ymmärtäminen, jotka ratkaisevat häiriön hippokampuksessa, kehittävät (1) kuinka epävarmat tai moniselitteiset uhat erotetaan menneistä vastenmielisistä muistoista ja (2) kuinka hippokampuksen indeksejä ylläpidetään vaikuttamaan ajasta riippuvaiseen pelon yleistymiseen. Kahdessa seuraavassa jaksossa käsittelemme todisteita pääosaston hermomekanismeista, jotka edistävät aivotursohäiriöiden ratkaisemista.

Kuvioiden erottelu pääosastossa edistää moniselitteisten ja epävarmien uhkien tehokasta arviointia vähentämällä häiriöitä

Yksi mekanismi, jolla uusien tietojen (epäselvät ja epävarmat uhat) ja aiemmin tallennettujen samanlaisten muistien välinen häiriö minimoidaan hippokampuksessa, on mallin erottaminen DG -CA3 -piirissä (Treves ja Rolls, 1992 McClelland ja Goddard, 1996 Colgin et al, 2008) . Laskennalliset mallit, joita ohjaavat hippokampuksen liitettävyys, ovat ehdottaneet roolia kahdelle toisiaan täydentävälle operaatiolle, kuvioiden erottelulle ja kuvion valmistumiselle, joiden avulla hippokampus muodostaa uusia episodisia muistoja häiritsemättä aiemmin tallennettuja (Marr, 1971 McNaughton ja Morris, 1987 O) 'Reilly ja McClelland, 1994). Kuvioiden erottelu on prosessi, jolla samanlaiset aivokuoren syötteet erotetaan toisistaan, mikä minimoi häiriöt varastoinnin aikana, ja sen uskotaan vaativan DG:n (Treves ja Rolls, 1992 McClelland ja Goddard, 1996 Colgin et al, 2008). Kuvion loppuunsaattamisella tarkoitetaan prosessia, jolla aktiviteettikuvion täydellinen sekvenssi palautetaan kyseisen kuvion osittaisten ominaisuuksien perusteella ja jonka uskotaan vaativan CA3: ta (O'Reilly ja McClelland, 1994). Useat DG:n erilaiset neuroanatomiset ominaisuudet ja fysiologiset ominaisuudet, kuten toiminnan harveus ja voimakas takaisinkytkentä- ja eteenpäinkytkentäinhibitio, tukevat sen roolia kuvioiden erottelussa (Jung ja McNaughton, 1993 Freund ja Buzsaki, 1996 Acsady et al, 1998 Gonzales et al. , 2001 Chawla et ai., 2005 Ramirez-Amaya et ai., 2005 Tashiro et al, 2007). Sitä vastoin CA3:n erittäin toistuvat vakuudet palvelevat assosiatiivisen verkon tarkoitusta, jossa muistit tallennetaan verkon sisään ja ne voidaan hakea jopa osittaisilla syötteillä, mikä helpottaa kuvion valmistumista (Marr, 1971 McNaughton ja Morris, 1987 Rolls, 1996 Nakazawa et al, 2002 Neunuebel ja Knierim, 2014).

Tutkimukset, joissa tarkastellaan pääosaston roolia häiriöiden ja kuvioiden erottelun ratkaisemisessa jyrsijöillä

Jyrsijöillä tehdyt uraauurtavat kokeelliset tutkimukset, joissa tutkitaan eri hippokampuksen osa-alueiden osallistumista häiriön modulointiin, ovat ehdottaneet PO:n roolia kuvioiden erottamisessa (Kesner, 2013). Jyrsijät, joilla oli kolkisiinin aiheuttama DG:n ablaatio, osoittivat kahden spatiaalisen sijainnin heikentynyttä erottelua distaalisten ympäristömerkkien perusteella, varsinkin kun distaalisten vihjeiden päällekkäisyys oli suuri, eli kahden sijainnin välinen etäisyys oli pieni (Gilbert et al, 2001). Näiden havaintojen mukaisesti synaptisen plastisuuden geneettinen häiriö aikuisten hiirten rei'itetyissä polku-DG-synapseissa tekee niistä tehottomia samankaltaisten, mutta ei erillisten kontekstien erottajia (McHugh et al, 2007). Viime aikoina optogeneettisiä lähestymistapoja käyttävissä tutkimuksissa on havaittu, että pääosasto moduloi myös kilpailevien tavoitteiden tai satunnaisten tapahtumien häiriöitä. Dorsaalisen DG:n optogeneettinen hiljentäminen aktiivisen paikan välttämistehtävässä ei vaikuta jalkashokkiin liittyvän paikallaan olevan spatiaalisen sijainnin hankkimiseen tai hakemiseen pyörivällä areenalla (Kheirbek et al, 2013). Tässä aktiivisessa välttämistehtävässä pyörivä alusta pakottaa eläimen jatkuvasti kohtaamaan alkuperäisen pelkomuistonsa uudella säännöllä, jonka mukaan alue ei enää ennusta jalkashokkia. Mielenkiintoista on, että kun shokkivyöhykkeen sijainti vaihdetaan pyörivän areenan vastakkaiselle puolelle, mikä edellyttää kahden vastakkaisen häiriötilanteen ratkaisemista shokkivyöhykkeen muistista, dorsaalisen pääosaston optogeneettinen vaimennus heikentää uuden shokkivyöhykkeen tunnistamista (Kheirbek et al, 2013).

Paikkasolujen elektrofysiologiset tallenteet, ulkoisen maailman sisäiset esitykset, ovat antaneet DG:lle ja CA3:lle kriittisen roolin kuvioiden erottamisessa ja kuvion loppuun saattamisessa. Tutkimalla olosuhteita, joissa paikkasolut kartoitetaan uudelleen, joko muuttamalla niiden nopeutta (nopeuden uudelleenkartoitus) tai niiden nopeutta ja sijaintia (maailmanlaajuinen uudelleenkartoitus), useat ryhmät ovat havainneet, että jyrsijän ympäristön hienovaraiset muutokset tai parametrinen muodonmuutos saa aikaan paikkasolujen uudelleenkartoituksen DG (Leutgeb et al, 2007 Neunuebel et al, 2013 Neunuebel ja Knierim, 2014). CA3:ssa on globaali uudelleenkartoitus, kun ympäristössä tapahtuu suuria muutoksia, mutta paikkakenttä säilyy jopa huonontuneiden vihjeiden läsnä ollessa, mikä heijastaa kuvion valmistumista (Lee et al, 2004). Siten kompromissi kuvioiden erottelun ja kuvion valmistumisen välillä CA3:ssa perustuu parametristen muutosten laajuuteen ympäristössä (Leutgeb et al, 2005 Neunuebel et al, 2013 Neunuebel ja Knierim, 2014).

Solukuvausmenetelmät, kuten ajallisen aktiivisuuden soluosastoanalyysi fluoresenssilla paikan päällä hybridisaatio (catFISH) on mahdollistanut verkkotason tarkastelun siitä, kuinka DG–CA3-piiri edistää kuvioiden erottelua ja kuvion valmistumista. Merkitsemällä hermosoluja koettimilla tai geneettisillä reporttereilla, jotka tallentavat välittömän varhaisen geenin ilmentymisen (IEG) ajoituksen, on mahdollista varmistaa hermosolujen uudelleenaktivoitumismallit minuuttien tai jopa viikkojen aikana ja vasteena erityisiin yhteyksiin tutkia globaalia uudelleenkartoitusta. Tällaiset lähestymistavat ovat osoittaneet, että CA3:ssa tapahtuu globaalia uudelleenkartoitusta tilanteissa, joissa kahden erillisen kokemuksen välinen ristiriita on tulkittu kuvioiden erotukseksi (Guzowski et al, 2004 Vazdarjanova ja Guzowski, 2004 Schmidt et al, 2012a Skinner et al, 2014). Toisaalta paikallisten vihjeiden muuttaminen ympäristössä johtaa vaatimattomaan uudelleenkartoitukseen, joka viittaa mallin loppuunsaattamismekanismiin CA3:ssa (Guzowski et al, 2004 Vazdarjanova ja Guzowski, 2004). Elektrofysiologisten tutkimusten mukaisesti samankaltaisten kontekstien syrjinnän on osoitettu saavan aikaan globaalin uudelleenkartoituksen pääosastossa sekä CA3:ssa (Deng et al, 2013 Czerniawski ja Guzowski, 2014). Globaalia uudelleenkartoitusta PO:ssa ei kuitenkaan havaita vain kontekstuaalisten esitysten syrjinnän aikana, vaan ristiriitaisten tavoitteiden ratkaiseminen saa aikaan myös globaalin uudelleenkartoituksen pääosastossa (Satvat et al, 2011 Schmidt et al, 2012b). Siten kuvion erottelu DG–CA3-piirissä voi rajoittaa pelon yleistymistä epäselvissä uhkaavissa yhteyksissä tai kun uhka on epävarma. Tämän ajatuksen mukaisesti kahdessa eri jyrsijöillä tehdyssä tutkimuksessa on havaittu, että samanlaisen, mutta ei erillisen, turvallisen kontekstin ja pelottavan kontekstin heikentynyt erottelu liittyy CA3:n paikkasolujen uudelleenkartoituksen heikkenemiseen (McHugh et al, 2007 Czerniawski ja Guzowski, 2014 ).

Tutkimukset, joissa tarkastellaan pääosaston roolia häiriöiden ja kuvioiden erottelun ratkaisemisessa ihmisillä

FMRI-tutkimukset ihmisillä ovat osoittaneet, että pääosastolla on säilynyt rooli kuvioiden erottelussa (Yassa ja Stark, 2011 Deuker et al, 2014). Eräässä maamerkkitutkimuksessa Bakker et ai (2008) käytti fMRI: tä yhdessä satunnaisen koodaustehtävän kanssa, jossa tutkittaville esiteltiin joukko samankaltaisia ​​esineitä (Yassa ja Stark, 2011). Tämä tehtävä perustuu toiston vaimennusvaikutuksen käsitteeseen, eli piirin vaste mukautuu objektin toistuvaan esitykseen. Hyödyntämällä tätä toisto-suppression käsitettä, kirjoittajat havaitsivat, että DG-CA3-piiri aktivoituu todennäköisimmin, kun objektien samankaltaisuus on korkea, eikä muita mediaalisen ohimolohkon alueita. Lisäksi kokeet, joissa BOLD fMRI suoritettiin muistin samankaltaisuuden muuttuessa parametrisesti, havaitsivat, että DG–CA3-piiri osoitti suurempaa aktiivisuutta kuin CA1 vasteena pieniin, mutta ei suuriin, syötteen muutoksiin (erittäin samankaltaiset kohteet) (Lacy et al, 2011). ). Yhdessä nämä tiedot viittaavat siihen, että ihmisten pääosasto voi suorittaa panos-lähtömuunnoksia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin jyrsijöillä (Leutgeb et al, 2007).

Ratkaiseva vastausta vailla oleva kysymys on, onko PO:n kuvioiden erottelu heikentynyt henkilöillä, joilla on PTSD. Vaikka korkearesoluutioisessa rakenteellisessa MRI-tutkimuksessa havaittiin selektiivinen vähentyminen DG- ja CA3-alakenttien volyymeissä potilailla, joilla on PTSD (Wang et al., 2010), kuinka nämä rakenteelliset muutokset vaikuttavat kuvioiden erottelun ja loppuunsaattamisen tasapainoon DG–CA3-piirissä, ei ole vielä selvillä. olla päättäväinen. Yhdessä tutkimuksessa mitattiin fysiologisia parametreja (riskin arviointi ja elektromyografia) terveillä henkilöillä ja henkilöillä, joilla oli PTSD, koska heille näytettiin sarja kuvia, jotka muuttuivat sormiiskuun liittyvästä ehdollista vaaraärsykkeestä (suuri ympyrä) pienemmäksi ympyräksi, joka ei liittynyt toisiinsa. iskun kanssa (ehdollinen turvaärsyke). Tässä tehtävässä terveiden kontrollien fysiologiset vasteet heikkenivät jyrkästi, kun ehdollinen vaara-ärsyke muuttui turvalliseksi ärsykkeeksi, joka osoitti moniselitteisten uhkien tehokasta erottelua. Vaikka PTSD-ryhmä osoitti lisääntynyttä herkistymistä ehdolliselle ärsykkeelle, he osoittivat myös lisääntynyttä uhkahavaintoa välivihjeille, jotka olivat lähinnä samankaltaisia ​​kuin ehdollinen vaaramerkki, joka heijastaa lisääntynyttä häiriötä (Lissek ja Grillon, 2012). Se, vaikuttavatko nämä yleistysgradientit kuvioiden erottamiseen pääosastossa, vaatii lisätutkimuksia, joissa yhdistyvät fMRI ja satunnainen koodaus.

Kuvioiden erottelu pääosastossa saattaa säilyttää kaukopelkomuistojen tarkkuuden vähentämällä aivokuoren häiriöitä

Kuten osiossa "Hippokampuksen häiriöt, ajasta riippuvainen muistin tarkkuuden eroosio ja pelon liiallinen yleistyminen" on käsitelty, häiriön modulaatio hippokampuksessa voi sanella neokortikaalisten muistiesitysten hippokampuksen indeksin vakauden, mikä edistää niiden konsolidoitumista ja suojaa niitä häiriöstä riippuvainen episodisten yksityiskohtien menetys. Tämän idean perusteella voitaisiin ennustaa, että kuvioiden erottelun väheneminen pääosastossa johtaisi muistin tarkkuuden menettämiseen etäpisteissä, mikä lisää ajasta riippuvaa pelon yleistymistä (Hardt et al, 2013). Tämän hypoteesin tueksi viimeaikaiset soluaktiivisuuden merkintätutkimukset osoittivat, että syrjäisinä ajankohtina, kun hiiret yleistävät pelkonsa uusissa, turvallisissa yhteyksissä, globaali uudelleenkartoitus vähenee DG:ssa ja CA3:ssa (Denny et al, 2014). Päinvastoin, kortikaalisen jäljen palauttaminen ja mahdollisesti hippokampuksen indeksin ylläpitäminen altistamalla hiiret harjoituskontekstille ennen etämuistin testaamista on osoitettu ylläpitävän etämuistin tarkkuutta (Wiltgen ja Silva, 2007 Wiltgen et al., 2010). Lisätutkimuksia tarvitaan sen selvittämiseksi, onko pääosaston kuvioiden erottelun ja etämuistien tarkkuuden välillä syy-yhteys.

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesi moduloi kuvioiden erottamisen konfliktien ratkaisemiseksi, uhkien täsmentämiseksi ja etämuistojen tarkkuuden ylläpitämiseksi

Uusia DGC:itä tuotetaan jatkuvasti ihmisten ja jyrsijöiden hippokampuksen pääosaston hermoston kantasoluista koko elämän ajan (Altman ja Das, 1965 Kaplan ja Hinds, 1977 Cameron et ai., 1993 Kuhn et al, 1996 Eriksson et al, 1998 Seri et al, 2001 Spalding et al, 2013). Anatomiset ja elektrofysiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että aikuisilla syntyneet DGC:t integroituvat toiminnallisesti hermosoluverkkoon ja että niillä on lisääntynyt synaptinen ja rakenteellinen plastisuus kypsymisen varhaisissa vaiheissa (Zhao et al, 2008 Ming and Song, 2011 Aimone et al, 2014 Christian et al. , 2014). Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että aikuisten hippokampuksen neurogeneesin tasot ovat erittäin herkkiä sekä vastenmielisille että rikastaville kokemuksille ja interventioille (Ming ja Song, 2011 Aimone et al, 2014 Ernst ja Frisen, 2015 Opendak ja Gould, 2015). Yhdessä nämä havainnot viittaavat siihen, että aikuisilla syntyneet DGC:t voivat toimia kokemuksesta riippuvaisen hermopiirin plastisuuden substraatteina ja konfiguroida pääosaston vastauksena eläimen kokemuksiin ja ympäristöihin sen elinkaaren aikana. Jyrsijöillä tehdyistä tutkimuksista tehdyt viimeaikaiset havainnot viittaavatkin siihen, että neurogeneesin nopeudet voivat edistää yksilöllisyyden syntymistä (Freund et al, 2013).

Kahden viime vuosikymmenen aikana on nähty valtavasti kokeellista ja teoreettista tutkimusta aikuisten hippokampuksen neurogeneesin toiminnoista kognitiossa ja useita teorioita on ehdotettu (Aimone et al., 2014 Cameron and Glover, 2015), mukaan lukien kuvion erottelu häiriöiden moduloimiseksi (Wiskott et al, 2006 Becker ja Wojtowicz, 2007 Deng et al, 2010 Sahay et al, 2011a McAvoy et al, 2014), kognitiivinen joustavuus (Kempermann, 2008 Burghardt et al, 2012), kuvioiden integraatio (Aimone et al, 2010 temporal contextscoding), Aimone et al, 2006 Rangel et al, 2013), muistin resoluutio (Aimone et al, 2011), etämuistojen rappeutuminen (Arruda-Carvalho et al, 2011 McAvoy et al, 2014 Wang et al, 2014) ja unohtaminen (Frankland) et al, 2013 Akers et al, 2014).Täällä keskustelemme jyrsijöiden tutkimuksista saadusta todisteesta, joka koskee aikuissyntyisiä DGC: itä häiriöiden moduloinnissa DG-CA3-piirissä, ja ilmaisemme, kuinka aikuisten hippokampuksen neurogeneesi voi rajoittaa pelon yleistämistä mallin erottamisen kautta pääosastossa.

Spatiaalisen häiriön modulaatio

Yhteenvetona logiikasta uraauurtavista tutkimuksista, jotka johtavat pääosastoa tilahäiriöiden modulointiin (Gilbert et ai, 2001), aikuisten hippokampuksen neurogeneesin estämisen vaikutuksia arvioitiin kahden valinnan kosketusnäytön spatiaalisessa syrjintätehtävässä ja viivästyneessä vastakkainasettelussa radiaalisen käsivarren sokkelon sijoittamiseksi tehtävänä tutkia hiiren kykyä erottaa oikein läheltä tai kaukana toisistaan ​​olevat kädet tai esineet (Clelland et al, 2009). Molemmissa testeissä oikea valinta, joka hiirten piti tehdä (uusi labyrinttivarsi aiemmin vieraillusta käsivarresta toisistaan ​​erillään olevien distaalisten huonemerkkien perusteella tai jompikumpi kahdesta laatikosta, jotka on sijoitettu erilleen nenäpistokkeella varustetulla kosketusnäytöllä) perustui ihmisten erotteluun. pieniä tai suuria tilaeroja. PO:n aiempien leesiotutkimusten mukaisesti kirjoittajat havaitsivat, että aikuisten hippokampuksen neurogeneesin estäminen röntgensäteilyllä heikensi eläimen kykyä tehdä hienoja, mutta ei suuria, alueellisia erotteluja. Toisin sanoen hippokampuksen X-säteilytetyt hiiret eivät olleet yhtä tehokkaita erottamaan kosketusnäytön valinta- ja näytteen sokkelovarsien tai -laatikoiden välillä, kun ne olivat lähellä toisiaan, mutta eivät silloin, kun ne olivat kaukana toisistaan. Tutkimukset, joissa on käytetty geneettisiä lähestymistapoja aikuisten hippokampuksen neurogeneesin poistamiseksi hiirillä ja rotilla, ovat tuottaneet epäselviä tuloksia säteittäiskäden labyrintissä (Pan et al, 2012b Groves et al, 2013 Zhang et al, 2014) ja kosketusnäyttötehtävässä (Swan et al, 2014). Syy tälle epäyhtenäisyydelle eri tutkimusten ja lajien välillä ei ole selvä, ja se voi johtua eroista kokeellisissa lähestymistavoissa, joita on käytetty aikuisen aivotursohermoston (röntgensäteilyn) poistamiseen. vs geneettiset lähestymistavat) ja testausprotokollat.

Kontekstuaalisen pelon syrjinnän oppimistehtävä mahdollistaa myös aikuisen hippokampuksen neurogeneesin roolin arvioinnin spatiaalisen interferenssin moduloinnissa. Kuten aiemmin todettiin, solukuvaustutkimukset ovat havainneet tätä tehtävää käyttämällä, että samanlaisten kontekstien erotteluun liittyy verkkotason kuvion erottelun mekanismeja DG:ssa ja CA3:ssa, kuten globaali uudelleenkartoitus (Niibori et al, 2012 Deng et al, 2013 Czerniawski ja Guzowski , 2014). Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin estäminen geneettisillä keinoilla tai hippokampuksen kohdennetulla X-säteilytyksellä tai synaptisen plastisuuden häiriö aikuisilla syntyneissä DGC-ryhmissä heikentää turvallisen, samankaltaisen kontekstin syrjintää jalkasokkiin liittyvästä kontekstista (Sahay et ai, 2011b Kheirbek et al, 2012a Nakashiba et al, 2012 Niibori et al, 2012 Tronel et al, 2012 Wu and Hen, 2014). Näiden löydösten mukaisesti röntgensäteilystä riippuvainen aikuisen neurogeneesin esto aiheutti häiriöitä visuaalisen erottelun vesilabyrinttitehtävässä vain voimakkaiden häiriöiden olosuhteissa (Winocur et al, 2012). Päinvastoin, havaitsimme, että aikuisen aivotursohermoston geneettinen tehostaminen estämällä aikuissyntyneiden DGC:iden solukuoleman tai viime aikoina tehostamalla aikuissyntyisten DGC:iden integraatiota, oli riittävä tehostamaan erottelua shokkiin liittyvän kontekstin ja vastaavan välillä, mutta ei erillinen, neutraali konteksti (Sahay et al, 2011b McAvoy et al, 2014). Tärkeää on, että catFISH: n avulla olemme havainneet, että aikuissyntyisten DGC: iden integroinnin tehostaminen lisäsi maailmanlaajuista uudelleenmääritystä pääosastossa vain olosuhteissa, joissa häiriöitä on paljon, nimittäin samankaltainen konteksti, mutta ei vähäisiä häiriöitä, toisin sanoen erillinen konteksti (McAvoy et al, 2014) . Yhdessä nämä tutkimukset viittaavat siihen, että aikuisilla syntyneet DGC:t voivat helpottaa spatiaalista syrjintää ja rajoittaa pelon liiallista yleistämistä minimoimalla päällekkäisten kontekstuaalisten esitysten väliset häiriöt (kuva 1).

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesi sanelee väestöpohjaisen koodauksen porttimuistin uudelleenaktivointiin ja häiriöihin DG-CA3: ssa. (a) Kaavioesitys kahden erillisen tapahtuman väestöpohjaisesta koodauksesta pääosastossa ja CA3:ssa. Tapahtuman 1 koodaavat neuronit näkyvät punaisina ja tapahtuma 2 vihreinä. Neuronit, jotka aktivoituvat uudelleen tapahtuman 1 tai tapahtuman 2 toistuvan altistuksen seurauksena, näkyvät keltaisina. Tapahtuma 2 on hyvin samankaltainen tapahtuman 1 kanssa tai se voi välittää uhan epävarmuutta. (b) Jokaisen tilan osalta (tapahtuman 1 tai tapahtuman 1 uudelleenaltistuminen ja tapahtuma 2) populaatiokoodaus esitetään aikuisen aivotursohermoston korkean ja alhaisen neurogeneesin osalta. (c) Engrammin kaavio DG:ssa ja CA3:ssa aikuisen hippokampuksen neurogeneesin ollessa matala ja korkea. d) Tulos verkon/väestön tasolla. (e) Kun tapahtuma kohdataan uudelleen, DGC- ja CA3-hermosolujen voimakkaampaa uudelleenaktivoitumista havaitaan aikuisten hippokampuksen neurogeneesin ollessa korkea (enemmän keltaisia ​​soluja), ja päinvastoin nähdään aikuisen aivotursohermosolujen alhaisilla tasoilla (vähemmän keltaisia ​​soluja). Tämä saattaa selittää, miksi aikuisen hippokampuksen neurogeneesin tehostaminen edistää muistin pysyvyyttä. (f) Kun häiriöitä esiintyy kahden kokemuksen samankaltaisuuden vuoksi tai epävarmuuden vuoksi, aikuisen hippokampuksen neurogeneesin korkea taso edistää populaatiopohjaista koodausta (globaalia uudelleenkartoitusta) DG:ssa ja CA3:ssa (vähemmän keltaisia ​​soluja) häiriön ratkaisemiseksi. Tämä DG:n ja CA3:n ryhmien ortogonalisointi voi estää ennakoivia häiriöitä ja ajasta riippuvaa muistin tarkkuuden heikkenemistä.

Ristiriitaisten sattumien ja tavoitteiden ratkaiseminen

Kuten osiossa ”Maailman erottelu pääosastossa edistää moniselitteisten ja epävarmien uhkien tehokasta arviointia vähentämällä häiriötä” on todettu, kuvioiden erottelumekanismien heikkeneminen, joka minimoi ristiriitaisten tavoitteiden ja satunnaisten tapahtumien välisen häiriön, voi aiheuttaa pelkoa liiallisesta yleistämisestä. Useat tutkimukset ovat ehdottaneet, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesi välittää kognitiivista joustavuutta minimoimalla proaktiivisia häiriöitä (Wiskot et al, 2006 Becker ja Wojtowicz, 2007 Kempermann, 2008). Käänteinen oppiminen Morris-vesilabyrinttia käyttäen, jossa eläimen on opittava piilotetun alustan uusi sijainti tai käyttämällä kosketusnäyttötehtävää tai aktiivisen paikan välttämistehtävää, on yksi tapa tutkia ennakoivaa häiriötä ja kognitiivista joustavuutta. Tutkimukset, joissa on käytetty röntgensäteilyä (Wojtowicz et al, 2008), kemiallisia (Garthe et al, 2009), geneettisiä (Pan et al, 2012b) tai farmakogeneettisiä (Zhang et al, 2008, 2014) lähestymistapoja aikuisen aivotursohermoston estämiseksi, ovat johdonmukaisia havaitsi sinnikkyyttä alkuperäisellä alustalla sijainnin kustannuksella viettämällä aikaa uudessa paikassa, mikä heijastaa ennakoivaa häiriötä (Garthe ja Kempermann, 2013). Samanlaisia ​​kognitiivisen joustavuuden heikkenemisiä havaittiin aikuisen hippokampuksen geneettisen ablaation jälkeen käyttämällä aktiivisen paikan välttämisen tehtävää (Burghardt et ai, 2012) tai kosketusnäytön tehtävää (Swan et al, 2014). Päinvastoin, löysimme uuden strategian, joka paransi aikuissyntyisten DGC: iden integroitumista ja vähensi ennakoivaa häiriötä käänteiseen oppimiseen käyttämällä Morris-vesisokkeloa (McAvoy et al, 2014). Vielä on määritettävä, vaikuttavatko nämä aikuisten hippokampuksen neurogeneesin tasojen titraamisen käyttäytymisvaikutukset kognitiiviseen joustavuuteen ja ennakoivaan häiriöön kuvioiden erottelumekanismeihin pääosastossa.

Vaikka tällä hetkellä puuttuu kokeellisia todisteita, jotka tukevat uhkien epävarmuuden tai arvaamattomuuden koodaamista, tuoreessa tutkimuksessa havaittiin in vivo DGC:n paikkasolujen tallennukset, joiden mukaan aikuisten hippokampuksen neurogeneesin tasot vaikuttavat ajallisesti erotettujen altistumisten koodaukseen DGC:iden ei-päällekkäisissä ryhmissä (Rangel et al, 2014). On todennäköistä, että tällainen mekanismi voi minimoida ennustettavissa oleviin ja arvaamattomiin sattumuksiin liittyvien vihjeiden välisen häiriön hallitsemaan mukautuvia pelkoreaktioita epävarmoihin uhkiin. Yhdessä nämä tutkimukset viittaavat aikuisten hippokampuksen neurogeneesin rooliin proaktiivisten häiriöiden moduloinnissa konfliktinratkaisun edistämiseksi, kun uhat ovat epäselviä tai epävarmoja (kuva 1).

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesi ja muistin tarkkuuden ylläpito

Kuten edellisissä osioissa on käsitelty, teoreettiset ehdotukset ja alustavat kokeelliset todisteet viittaavat siihen, että hippokampuksen indeksien ylläpitäminen ja häiriöiden moduloiminen pääosastossa hillitsee muistin tarkkuuden ajasta riippuvaa eroosiota. Yksi mekanismi, jolla hippokampuksen indeksit voidaan ylläpitää, on estää niiden hajoaminen. Useat todisteet geneettisistä toimintahäiriöistä ja toimintakyvyn tutkimuksista vaikuttavat pakottavasti aikuisten hippokampuksen neurogeneesiin etämuistien ylläpitämiseen ja niiden hajoamisen estämiseen. Aikuisten syntyneiden DGC:iden geneettinen ablaatio, joka oli läsnä harjoittelun aikana kontekstuaalisen pelon ehdollistamis- tai tilaoppimistehtävissä, johti muistin heikkenemiseen, kun hiiriä testattiin pian harjoituksen jälkeen, mikä viittaa siihen, että aikuisilla syntyneet DGC:t ovat muistijäljen substraatteja (Arruda). -Carvalho et al, 2011). Lisäksi aikuisten hippokampuksen neurogeneesin estäminen solunulkoisen signaalin säätelemän kinaasin 5 (ERK5) geneettisellä ablaatiolla hermosoluissa ja esiasteissa aikuisen pääosastossa ennen tai välittömästi sen jälkeen, kun pelko on tilannekohtainen, lisäsi etämuistin rappeutumista ja väitti roolinsa aikuissyntyiset DGC:t muistin pysyvyyden moduloinnissa (Pan et al, 2012a). Nämä tutkimukset tukevat varhaista raporttia, jossa käytettiin kokoaivojen säteilytystä aikuisten hippokampuksen neurogeneesin poistamiseen rotilla ennen harjoittelua ja havaittiin vähentynyt etätilamuisti (Snyder et al, 2005). Sitä vastoin ERK5-signaloinnin geneettinen aktivointi aikuissyntyneissä DGC:issä paransi muistin voimakkuutta etäpisteissä uuden kohteen sijainnissa, uusien esineiden tunnistusta ja Morrisin vesilabyrinttia koskevia spatiaalisia oppimistehtäviä (Wang et al, 2014). Näiden havaintojen mukaisesti olemme havainneet, että aikuissyntyisten DGC: iden geneettisesti parantava integrointi riittää parantamaan etäyhteydellistä pelkomuistia (McAvoy et al, 2014). Yksi näistä tutkimuksista saatu ennuste on, että ajasta riippuvainen pelon yleistyminen vähenee, kun muistijälkien rappeutumista hidastetaan tehostamalla neurogeneesiä. Vaikka aikuisten hippokampuksen neurogeneesin estäminen eliminoimalla ERK5 hermoston kantasoluista ja progenitoreista ei lisännyt pelon aikariippuvaista yleistymistä uudessa kontekstissa, kontrollit eivät myöskään osoittaneet jäätymiskäyttäytymisen lisääntymistä uuteen kontekstiin etäisinä ajankohtina tämä tutkimus (Pan et al, 2012a). Sitä vastoin visuaalisen syrjinnän tehtävän koodauksen aikana läsnä olevien aikuisten synnyttämien DGC: iden kouluttamisen jälkeinen ablaatio heikensi syrjintää etäisillä ajankohtilla (Arruda-Carvalho et al, 2011). Yksityiskohtainen analyysi eläimen uintikuvioista tässä tutkimuksessa viittasi siihen, että elementaariset assosiaatiot, kuten vihjeiden ja alustan sijainti, säilyivät. Tämä tutkimus tukee ajatusta, että neurogeneesistä riippuvainen häiriömodulaatio voi ohjata muistin tarkkuutta etäisinä ajankohtina säilyttämällä mahdollisesti konjunktiivisen esityksen aivokuoressa. Tällainen mekanismi rajoittaisi myös muistien virheellistä päivittämistä.

Malli kuinka aikuisten hippokampuksen neurogeneesi vaikuttaa kuvion erottamiseen dg: ssä hallitsemaan pelon yleistymistä

Edellisissä osissa määritellyn kehyksen pohjalta hahmottelemme, kuinka aikuisten hippokampuksen neurogeneesin tasot sanelevat kuvioiden erottelun pääosastossa hallitsemaan pelon liiallista yleistämistä käyttämällä esimerkkiä traumaattisesta muistosta pommiräjähdyksestä (kuva 2). Yksilö kokee pommi -iskun kahvilassa sateisena päivänä. Tämän traumaattisen tapahtuman muistijälki on koodattu DGC:iden joukkoon (vaaleanpunaiset ympyrät DG:ssä). Tämä traumaattinen muisti on konsolidoitu konjunktiiviseksi esitykseksi, joka sisältää vihreän roskakorin, kahvikupin, sateenvarjon, punaisen kukan ja polkupyörän aivokuoren engrammissa. Konsolidoitu muistijälki koostuu vaaleanpunaisista aivokuoren neuroneista ja vastaavat vaaleanpunaiset DGC:t toimivat sen hippokampusindeksinä (keskisarake, kuva 2). Normaaleilla neurogeneesitasoilla uuden kokemuksen koodaaminen myöhemmin rekrytoi erillisen DGC -kokonaisuuden uudeksi hippokampuksen indeksiksi (vaaleansiniset ympyrät DG: ssä) tehokkaan kuvion erottamisen avulla. Näissä olosuhteissa, koska pääosastossa on suuri maailmanlaajuinen uudelleenkartoitus, häiriöt ovat vähäisiä, toisin sanoen päällekkäisyydet vaaleansinisten DGC: iden ja vaaleanpunaisten DGC: iden välillä, jotka on otettu koodaamaan alkuperäinen traumaattinen muisti (oikea sarake, kuva 2). Tämä uusi (vaaleansininen DGC:t) hippokampuksen indeksi edistää tämän uuden esityksen vahvistamista aivokuoren engrammissa, joka on vain osittain päällekkäinen alkuperäisen traumaattisen muistin aivokuoren engrammin kanssa. Vaikka traumaattisen muistin epäolennaisten piirteiden luonnollinen ajasta riippuvainen rappeutuminen, monet yksityiskohdat vahvistuvat (punasolut aivokuoressa) konjunktiivisessa esityksessä (punainen laatikko). Toinen uuden kokemuksen konjunktiivinen esitys (sininen laatikko) kehittyy ilman traumaan liittyvien vihjeiden kerääntymistä alkuperäiseen muistiin (ei päivitystä). Sitä vastoin aikuisten hippokampuksen neurogeneesin vähentyneet tasot (vasen sarake, kuva 2) johtavat joidenkin alkuperäisen traumaattisen muistin koodaamiseen värvättyjen DGC:iden vähentyneeseen globaaliin kartoitukseen ja lisääntyneeseen uudelleenaktivoitumiseen (päällekkäisyys vaaleansinisten DGC:iden ja vaaleanpunaisten DGC:iden välillä), mikä lisää häiriötä. uuden samanlaisen kokemuksen ja alkuperäisen traumaattisen muistin välillä. Näin ollen uuden kokemuksen hippokampuksen indeksi koostuu vaaleanpunaisista ja vaaleansinisistä DGC:istä. Heikentynyt kuvion erottelu hippokampuksessa johtaa siksi uuden muistiesityksen ja alkuperäisen esityksen yhteissijoittamiseen neokorteksissa (päivitys). Tällaisen prosessin toistuminen ajan myötä kiihdyttää konjunktiivista elementtimuutosta alkuperäisessä traumaattisessa muistissa, jonka piirteet eivät enää ole sidottu aivokuoren engrammiin konjunktiivisena esityksenä (punainen laatikko) (vasen sarake, kuva 2). Koska traumaattisen muistin uudelleenaktivoituminen vastaavissa, turvallisissa ympäristöissä saattaa johtua kuvion liiallisesta valmistumisesta, liiallisen kuvion valmistumisen ja heikentyneen kuvion erottelun yhdistelmä DG–CA3-piirissä voi luoda suljetun silmukan, joka sallii traumaattisen muistin jatkuvan uudelleenaktivoitumisen ja traumaan liittymättömiä vihjeitä aivokuoreen. Siten konjunktiivisen jäljen nopeutunut rappeutuminen ja traumaan liittymättömien vihjeiden sisällyttäminen saa aikaan pelon liiallista yleistämistä. Näiden ajatusten mukaisesti äskettäisessä tutkimuksessa havaittiin positiivinen korrelaatio traumaattisen tapahtuman uudelleen kokemisen ja PTSD-potilaiden pelon liiallisen yleistymisen välillä (Kostek et al, 2014).

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesi moduloi ajasta riippuvaa pelon yliyleistämistä kuvioiden erottelun kautta. Traumaattisen tapahtuman kokeminen johtaa episodisten piirteiden sisällyttämiseen muistijälkiin (esim. sade, sateenvarjo, kahvi, pyörä, tapahtumapäivä, roskakori, kukka). Tämän traumaattisen tapahtuman muistijälki on varattu neokorteksin neuronien kokonaisuudelle (vaaleanpunaiset solut) ja vastaavalle hippokampukselle, joka toimii indeksinä (vaaleanpunaiset DGC: n keskisarake). Yhdistäminen edistää tämän alkuperäisen muistin vakauttamista yhdistäväksi esitykseksi (keskisarake, punainen laatikko), joka koostuu joukosta sidottuja ominaisuuksia (keskisarake, punaiset viivat). Uudet kokemukset, jotka jakavat samankaltaisia ​​kokemuksia alkuperäisen kokemuksen kanssa, johtavat uuteen oppimiseen samassa hippokampus-kortikaalinen verkostossa. Normaalit aikuisen hippokampuksen neurogeneesin tasot (oikea sarake) helpottavat tehokasta ortogonalisaatiota hippokampuksessa kuvion erottelun kautta (vähäinen päällekkäisyys vaaleansinisten DGC:iden ja vaaleanpunaisten DGC:iden välillä) ja johtaa uuden muistijäljen allokoitumiseen erilliselle hermosoluryhmälle neokorteksissa (vaaleansininen solut, itsenäinen koodaus). Vaikka traumaattisen muistin epäolennaisten piirteiden aikariippuvainen rappeutuminen, monet yksityiskohdat vahvistuvat (yhtenäisten punasolujen ilmaantuminen ja vaaleanpunaisten solujen häviäminen) konjunktiivisessa esityksessä (punainen laatikko). Tärkeää on, että uuden kokemuksen konjunktiivinen esitys (sininen laatikko) kehittyy ilman traumaan liittyvien vihjeiden kerääntymistä alkuperäiseen muistiin. Sitä vastoin aikuisten hippokampuksen neurogeneesin vähentynyt taso (vasen sarake) estää tehokkaan ortogonalisaation hippokampuksessa, mikä lisää häiriöitä uuden samanlaisen kokemuksen ja alkuperäisen muistijäljen välillä (vaaleanpunaisten ja vaaleansinisten DGC: iden tai indeksien päällekkäisyys). Virheellinen kuvion erottelu pääosastossa johtaa siksi uuden muistiesityksen solujen yhteisallokaatioon neokorteksin alkuperäisessä esityksessä (päivitys). Tällaisen prosessin toistuminen ajan myötä kiihdyttää konjunktiivia elementtimuutokseen alkuperäisessä traumaattisessa muistissa, jonka piirteitä eivät enää sido konteksti (punainen laatikko, huomaa, että uuden muistin kohteet on liitetty traumaattiseen muistiin, mutta eivät toisiinsa) . Tämä sitoutumaton muistijälki voi värvätä traumaan liittymättömiä ärsykkeitä uusien oppimis-/kokemusten yhteydessä. Yhdessä konjunktiivisen jäljen kiihtynyt rappeutuminen ja traumaan liittymättömien vihjeiden sisällyttäminen saa aikaan pelon liiallista yleistämistä.

Piirimekanismit, joilla aikuissyntyneet DGC:t ratkaisevat häiriön muistin tarkkuuden kohtalaiseen ajalliseen heikkenemiseen

Piireihin perustuvien mekanismien luominen, joilla aikuissyntyiset DGC:t moduloivat häiriöitä PO:ssa, on ratkaisevan tärkeää ymmärtääkseen, kuinka PTSD:n ympäristöriskitekijät, kuten stressi ja geneettinen riski, vaikuttavat kuvioiden erottumiseen ja pelon yleistymiseen. Lisäksi piiripohjainen viitekehys ohjaa myös strategioita aivotursopiirin suorituskyvyn parantamiseksi henkilöillä, joilla on riski saada PTSD, ja niillä, jotka jo kärsivät traumaperäisestä psykopatologiasta (kuva 3). Tässä kritisoimme todisteita oleellisista piiripohjaisista mekanismeista, joilla aikuisilla syntyneet DGC:t voivat moduloida kuvioiden erottelua DG–CA3-piirissä.

Stressi vaikuttaa aikuissyntyisten DGC-riippuvaisten piiripohjaisiin mekanismeihin, jotka ovat tärkeitä häiriöiden ratkaisemiseksi. Hippokampuksen pääkerrokset ovat DG (sininen), CA3 (vihreä), CA2 (keltainen) ja CA1 (punainen). Perforanttipolku syntyy enthorinaalisen aivokuoren (EC) kerroksesta II ja heijastuu pääosastoon ja CA3:een. Temporoammoninen reitti syntyy EC-kerroksessa III ja kohdistuu CA1:een. DGC:n sisällä epäkypsät (punaiset) ja kypsät (mustat) DGC:t jatkavat sammaleisia kuituja hiuksen läpi, missä ne koskettavat GABAergisiä interneuroneja (oranssi) ja sammalisia soluja (keltainen). Näiden interneuronien ja sammaleisten solujen aktiivisuus moduloi harvaa aktiivisuutta DG:ssä takaisinkytkennän estämisen kautta. Sammaleiset kuidut työntyvät CA3:een ja CA2:een, missä ne muodostavat synaptisia kontakteja pyramidisolujen (musta) kanssa välittämään eteenpäinsyöttöä (FFE) ja GABAergisiä interneuroneja (ruskea) välittämään eteenpäinsyöttöinhibitiota (FFI). CA3-pyramidisolut (musta) lähettävät ulokkeita ulos hippokampuksesta (fimbria) dorsolateraaliseen väliseinään. Samat pyramidaaliset hermosolut CA3:ssa projisoivat myös CA1:n sädekerroksen (Schaefferin kollateraalit). CA1 -pyramidisolut (mustat) ulottuvat subiculumiin ja neokortikaalisiin alueisiin. Subiculum uudelleenohjaa tiedot tuloslaatikossa osoitetuille aivokuoren alueille ja limbisille alueille (keltainen ja oranssi osoittavat vastaavasti dorsaalista ja ventraalista hippokampuksen ulostuloa).Nämä projektiot ohjaavat emotionaalista ja kognitiivista prosessointia. Stressi (punaiset nuolet) vähentää neurogeneesin tasoa pääosastossa ja mahdollisesti vaikuttaa DG-CA3-piirin afferentti- ja efferenttiyhteyteen. Yhdessä nämä vaikutukset lisäisivät puuttumista pääosastoon. Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin stimuloiminen tai stressin aiheuttamien muutosten (siniset nuolet) palauttaminen hampaiden jyväshermosolujen afferentti- ja efferenttiyhteyteen voi ylläpitää kuvioiden erotustoimintoja häiriön ratkaisemiseksi ja kontekstin mukaisen pelkoreaktioiden portioinnin varmistamiseksi.

Harva aktiivisuus ja takaisinkytkennän esto

In vivo tallennukset ja kuvantaminen IEG:illä ovat osoittaneet, että DG:n toimintakuvio on niukkaa (Jung ja McNaughton, 1993 Chawla et al, 2005 Neunuebel ja Knierim, 2012, 2014). Laskennalliset mallit ovat pitkään tunnustaneet harvan koodauksen tärkeyden samanlaisten syötteiden dekorrelaatiolle (McClelland ja Goddard, 1996). Verkkotason kuvion erottelumekanismien analyysi DG:ssa ja CA3:ssa käyttämällä catFISH- ja geneettisiä merkintämenetelmiä viittaavat siihen, että suurin osa globaaliin uudelleenkartoitumiseen osallistuvista DGC:istä on kypsiä DGC:itä (Deng et al, 2013 Denny et al, 2014). In vivo tallenteet ja kalsiumkuvaukset viipaleissa viittaavat siihen, että kypsillä DGC:illä on korkea syöttöspesifisyys (Marin-Burgin et al, 2012 Neunuebel ja Knierim, 2012 Dieni et al, 2013). Nämä havainnot herättävät kysymyksen siitä, kuinka aikuisilla syntyneet DGC:t vaikuttavat globaaliin uudelleenkartoitukseen DG:ssa ja CA3:ssa (Piatti et al, 2013).

Ehdotimme äskettäin aikuisten syntyperäisten DGC:iden roolia takaisinkytkennän eston rekrytoinnissa koodauksen harveuden moduloimiseksi kuvioiden erottamisen tukemiseksi DGC:ssä (Sahay et al, 2011a Drew et al, 2013). Tämän mallin mukaan aikuissyntyisten DGC:iden määrän lisääminen lisäisi pääosaston toiminnan harvaa ja siten edistäisi maailmanlaajuista uudelleenkartoitusta. Tämän hypoteesin testaamisen aloittamiseksi käytimme jänniteherkkää väriainekuvausta (VSDI) yhdessä laserfotostimulaation ja jyvässolukerroksen sähköstimulaation (GCL) kanssa visualisoidaksemme depolarisaation aiheuttaman VSD-signaalin leviämisen hiiristä, joissa joko aikuinen hippokampuksen neurogeneesi estyi tai lisääntyi (Ikrar et al, 2013). Mielenkiintoista on, että havaitsimme, että aikuisten hippokampuksen neurogeneesin geneettinen tehostaminen johti aktiivisuuden leviämiseen ja hermosolujen aktivaation voimakkuuden vähenemiseen pääosastossa, kun taas aikuisen aivotursohermoston neurogeneesin estäminen aiheutti trendin lisätä pääosaston kiihottumista ex vivo. Nämä havainnot ovat sopusoinnussa tutkimuksen kanssa, joka osoittaa, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesin ablaatio vähensi aktivaation harvakseltaan hiirillä DG:ssä vain voimakkaiden häiriöiden olosuhteissa (Burghardt et al, 2012). Lisäksi, vaikkakin epäsuora, tuki aikuisen hippokampuksen neurogeneesin ja GABAergisen eston väliselle yhteydelle tulee tutkimuksista, jotka osoittavat, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesin estäminen alentaa kohtauskynnystä, vesikulaarista GABA-kuljettaja-VGAT:ta ja perustasoa estävää synaptista transmissioa DG:ssa samalla kun lisää gammapurkausaktiivisuutta (Singer). et al, 2011 Lacefield et al, 2012 Schoenfeld et al, 2013 Iyengar et al, 2015). Äskettäisessä tutkimuksessa käytettiin optogenetiikkaa hiirten siivuissa, joissa aikuisilla syntyneet DGC:t leimattiin kypsymisen eri vaiheissa kanavarodopsiinilla, jotta voidaan tutkia aikuissyntyneiden DGC:iden värväämän palautteen eston laajuutta. Kirjoittajat havaitsivat, että aikuisilla syntyneet DGC:t rekrytoivat suuremman palautteen eston kypsyessään (Temprana et al, 2015). Tarvitaan lisätutkimuksia sen määrittämiseksi, miten aikuissyntyisten pääosastojen rekrytoima palautteen esto vaikuttaa pääosaston toiminnan vähäisyyteen ja maailmanlaajuiseen uudelleenkartoitukseen in vivo.

Kokemuskohtainen uudelleenaktivointi ja muistin pysyvyys

Laajat tutkimukset jyrsijöillä ovat osoittaneet, että kypsymisen aikana aikuissyntyiset DGC: t saavat enemmän syöttöspesifisyyttä, tulevat herkiksi GABAergiselle inhibitioon ja niillä on korkeampi kynnys synaptiselle plastisuudelle (Snyder et ai, 2001 Schmidt-Hieber et al, 2004 Esposito et al, 2005 Laplagne et al, 2006 Saxe et al, 2006 Ge et al, 2007, 2008 Laplagne et al, 2007 Gu et al, 2012). Toisin sanoen on ehdotettu, että aikuisilla syntyneillä DGC: llä on kriittinen ajanjakso kohonneelle plastisuudelle, jonka aikana ne voivat olla erityisen herkkiä kokemuksesta riippuville muutoksille. Tällä tavalla neurogeneesi täyttää pääosaston yksiköillä, jotka olennaisesti heijastavat organismin kokemuksia. Lisäksi on ehdotettu, että kun aikuiset, aikuisilla syntyneet DGC:t reagoivat ensisijaisesti syötteisiin, joille he olivat aiemmin altistuneet (Tashiro et al, 2007 Trouche et al, 2009 Aimone et al, 2011). Vaikka ei ole suoraa näyttöä siitä, että koodauksen aikana käytetyt nuoret aikuiset syntyneet DGC:t aktivoituvat uudelleen etäisinä aikoina, kun ne ovat kypsiä, ajatus siitä, että aikuisilla syntyneiden DGC:iden kypsyminen sanelee niiden saatavuuden koodaukseen (kun nuorena) ja hakemiseen (kun ne ovat kypsiä) ) on houkutteleva (kuva 1). Tällainen mekanismi voi selittää kasvavan määrän toiminnan menetys- ja lisäystutkimuksia, jotka liittyvät aikuisen hippokampuksen neurogeneesiin etämuistien ylläpitoon (kuva 1). Siten kypsien aikuisten syntyneiden DGC:iden korkea syöttöspesifisyys yhdistettynä vahvaan takaisinkytkennän estoon ylläpitäisi aivotursoindeksiä vähentämällä häiriöitä DG:ssa ja säilyttäisi siten kauko-aversiivisen muistin aivokuoren engrammin konjunktiivisen luonteen (kuva 2).

Kun otetaan huomioon hippokampuksen rooli toistosta riippuvaisessa episodisten muistojen konsolidoinnissa (Carr et al, 2011) ja todisteet, jotka osoittavat CA3:n yhdistävän kontekstuaalisia pelkomuistoja ja väreitä (Nakashiba et al, 2008, 2009), aikuissyntyiset DGC:t voivat myös vaikuttaa etämuistien tarkkuus toiston kautta. Tämän ehdotuksen mukaisesti on ehdotettu, että äskettäin merkityt nuorten kiihtyneiden aikuisten DGC:iden synapsit ovat herkempiä vahvistumiselle unen toiston aikana (Xia ja Storm, 2012). Piireihin perustuvien mekanismien käsitteleminen, joilla aikuisilla syntyneet DGC:t myötävaikuttavat aivokuoren jälkien uudelleenjärjestelyyn ja lujittumiseen, vaikuttaa epäilemättä ymmärryksemme roolista aikuisten hippokampuksen neurogeneesin muistin tarkkuuden ylläpitämisessä ja ajasta riippuvan pelon yleistymisen hillitsemisessä.

Eteensyötön esto sammaleisessa kuitu-CA3-piirissä ja kontekstiportauksessa

Uusien muistien tallentaminen ilman häiriöitä aiemmin koodattujen muistien kanssa edellyttää ymmärtämistä siitä, kuinka pääosasto kommunikoi CA3:n kanssa (kuva 1). DGC:iden aksonit, sammaleiset kuidut, synapsoituvat sekä CA3-pyramidaalisiin hermosoluihin että GABAergisiin interneuroniin suurten presynaptisten päätteiden kautta, joita kutsutaan sammalkuituboutoneiksi (MFB:t) (Acsady et al, 1998) ja lukuisten MFB-soluista peräisin olevien filopodioiden kautta. MFB-kosketukset CA3-pyramidisolujen piikkien eksresenssimaisten piikkien kanssa välittävät eteenpäin suuntautuvaa viritystä (FFE), kun taas suhteettomasti lukuisat filopodiaaliset kontaktit inhiboivien interneuronien kanssa välittävät syötteen eteenpäin estämisen (FFI) CA3-pyramidaalisille neuroneille (Nicoll ja Schmitz, 2005) ). Uskotaan, että tasapainoa CA3-neuronien FFE:n ja FFI:n välillä vaaditaan CA3-hermosolujen aktivoitumisaikaikkunan sanelemiseksi, harvaan koodaamisen helpottamiseksi ja CA3:n ominaisuuksien toistuvien oheispiirien virittämisen moduloimiseksi, joiden on pitkään tunnustettu olevan suotuisa kuvion erottelulle ja valmistumiselle. tasapaino (Treves ja Rolls, 1992 O'Reilly ja McClelland, 1994 Bragin et al, 1995 McClelland ja Goddard, 1996 Acsady ja Kali, 2007 McBain, 2008 Cerasti ja Treves, 2010 Torborg et al, 2010 Pila et al. , 2013). Lisäksi ja mikä tärkeintä, heikentynyt FFI-yhteys on yhdistetty lisääntyneeseen ajasta riippuvaiseen muistin tarkkuuden menettämiseen ja pelon yleistymiseen (Ruediger et al, 2012).

The in vivo aikuisilla syntyneiden DGC: iden FFI-yhteyksien analyysi viittaa siihen, että nuorilla aikuisilla syntyneillä DGC: llä on huomattavasti enemmän filopodiaalisia yhteyksiä GABAergic-interneuroneihin kuin kypsiä DGC: itä (Restivo et al, 2014) (N Guo ja A Sahay, julkaisemattomat havainnot). Vaikka ei tiedetä, kuinka aikuissyntyneiden DGC:iden värväämä FFI vaikuttaa CA3-aktiivisuuteen, äskettäisessä tutkimuksessa havaittiin, että aikuisilla syntyneiden DGC:iden katoaminen heikensi CA3:n globaalia uudelleenkartoitusta, eli kahdessa samanlaisessa kontekstissa aktivoituneiden CA3-hermosolujen lisääntynyttä päällekkäisyyttä (Niibori et). al, 2012). Lisätodisteita nuorten aikuisten syntyneiden DGC: iden roolista CA3: n uudelleenkartoituksen moduloinnissa on peräisin tutkimuksesta, joka osoittaa, että vain kypsien DGC: iden tulosten vaimentaminen ei vaikuta CA3: n nopeuden uudelleenmäärittelyyn (Nakashiba et al, 2012). Näiden havaintojen perusteella on uskottavaa, että aikuisten hippokampuksen neurogeneesin tasot sanelevat FFI: n DG-CA3-piirissä vaikuttamaan kuvion erottumiseen ja ajasta riippuvaiseen pelon yleistymiseen.

Stressi altistaa pelon liialliselle yleistymiselle aikuisten hippokampuksen neurogeneesin muutosten kautta

Yksi johdonmukaisimmista aivojen rakenteellisista poikkeavuuksista PTSD:ssä on hippokampuksen tilavuuden väheneminen (Pitman et al, 2012). Merkittävä tutkimus, jossa tutkittiin identtisten kaksosten hippokampuksen tilavuuksia, jotka olivat ristiriidassa taistelussa altistumisen ja PTSD:n suhteen, havaitsivat, että kaksosilla, joille toinen kaksoskaksosten kehittyi PTSD, oli pienempi aivotursotilavuus kuin kaksosilla, joilla ei kehittynyt PTSD:tä. Tämä tutkimus ehdotti, että pienempi hippokampus antaa alttiuden stressiin liittyvälle psykopatologialle (Gilbertson et al, 2002). Hippokampuksen muodostumisessa DG-CA3:n tilavuus on pienentynyt henkilöillä, joilla on varhaisen elämän stressihistoria (Teicher et al, 2012) ja PTSD:ssä (Neylan et al, 2010 Wang et al, 2010). Äskettäisessä tutkimuksessa havaittiin heikentynyt kuvioiden erottelu pääosastossa henkilöillä, joilla oli kohonneet masennuspisteet (Fujii et al, 2014). Vaikka ei ole selvää, vaikuttaako stressi korkeampiin masennustuloksiin (tai masentuneeseen mielialaan) näillä yksilöillä, nämä havainnot viittaavat, vaikkakin epäsuorasti, että stressi muuttaa mallin erottumista DG -CA3 -piirissä. Ei ole selvää, miten muutokset hippokampuksen tilavuudessa ja DG -CA3 -tilavuuksissa PTSD: ssä koodaustasolla ilmenevät. Prekliiniset tutkimukset ovat alkaneet täyttää tämän aukon ymmärryksessämme tutkimalla, miten stressi vaikuttaa aikuisten hippokampuksen neurogeneesiin.

Jyrsijöillä ja kädellisillä tutkittujen stressaavien kokemusten tiedetään vähentävän hermoston kantasolujen ja progenitorien lisääntymistä ja nuorten DGC:iden kypsymisen selviytymistä (Schoenfeld ja Gould, 2013 Miller ja Hen, 2015 Opendak ja Gould, 2015 Schoenfeld ja Cameron, 2015, ). Näiden stressin vaikutusten aikuisen hippokampuksen neurogeneesiin uskotaan välittyvän glukokortikoidi- ja mineralokortikoidireseptoreista, jotka ilmentyvät aikuisilla syntyneiden DGC:iden eri kypsymisvaiheissa (Garcia et al, 2004) sekä glutamatergisen transmission muutoksilla (Joels ja Baram, 2009 Lupien ym., 2009 Popoli ym., 2012). Tutkimus siitä, miten erilaiset stressitekijät vaikuttavat aikuisten hippokampuksen neurogeneesiin septotemporaalisella akselilla, viittaa ventraalisen pääosaston lisääntyneeseen herkkyyteen stressiin (Tanti ja Belzung, 2013).

Sitä, kuinka stressi vaikuttaa paikallisiin piiriin perustuviin mekanismeihin, jotka aikuissyntyiset DGC:t rekrytoivat edellisessä osiossa kuvatun kuvion erottamiseen, on huonosti ymmärretty. Yhdessä tutkimuksessa tarkasteltiin sosiaalisen tappion stressin vaikutuksia hermosolujen uudelleenaktivoitumiseen DG-CA3:ssa vastauksena toistuvaan altistumiseen jalkashokkiin liittyvälle kontekstille. Kirjoittajat havaitsivat, että stressaantuneilla hiirillä oli vähentynyt aikuisen hippokampuksen neurogeneesi ja vähentynyt CA3-hermosolujen uudelleenaktivaatio, mikä on yhdenmukainen sen ehdotuksen kanssa, että aikuisilla syntyneet DGC:t edistävät muistijälkien uudelleenaktivoitumista CA3:ssa (Denny et al, 2014). Toisessa tutkimuksessa havaittiin, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesin pitkäaikainen geneettinen ablaatio tehosti lievää stressin aiheuttamaa DGC- ja CA3-hermosolujen aktivaatiota ja lisäsi glutamaatin vapautumista CA3:ssa (Schloesser et al, 2014). Näiden havaintojen perusteella oletamme, että stressialtistus häiritsee FFI-FFE-tasapainoa DG-CA3-piirissä, vähentää koodauksen harvaa ja heikentää kuvioiden erottelua DG-CA3-piirissä (Guo ja A Sahay, julkaisemattomat havainnot). Ennakoimme käyttäytymisen suhteen tämän ilmentyvän heikentyneenä syrjintänä ja lisääntyneenä pelon yleistymisenä voimakkaiden häiriöiden olosuhteissa.

Koska glukokortikoidien nousu heikentää konjunktiivista koodausta ja edistää pelon liiallista yleistymistä neutraaleissa yhteyksissä (Kaouane et al, 2012), on todennäköistä, että stressiriippuvaiset muutokset aikuisten hippokampuksen neurogeneesissä voivat myös vaikuttaa pelon yleistymiseen hypotalamuksen negatiivisen palautesäätelyn kautta. aivolisäke–lisämunuainen (HPA) -akseli. Ventraalisen hippokampuksen tiedetään säätelevän HPA-akselin vasteita erillisten reittien kautta, jotka yhdistävät subiculumin ja CA1:n hypotalamuksen ytimiin ja mammillaruskappaleisiin (Tannenholz et al, 2014) sekä lateraaliseen väliseinään (Anthony et al, 2014 Strange et al, 2014). Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin roolista HPA-akselin säätelyssä kuitenkin keskustellaan. Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin ablaatio hiirillä havaittiin heikentävän HPA-akselin negatiivista säätelyä vasteena akuutille stressille joissakin, mutta ei kaikissa, tutkimuksissa (Snyder et al, 2011 Surget et al, 2011). Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin geneettinen tehostuminen ei lisännyt akuutin stressin aiheuttaman glukokortikoidien nousun negatiivista säätelyä (Hill et al, 2015).

Ottaen huomioon erot hippokampuksen sisäisessä ja ulkoisessa liitettävyydessä pituusakselilla (Bannerman et al, 2014 Strange et al, 2014), useat ryhmät ovat alkaneet käsitellä käyttäytymisvaikutuksia aikuisen hippokampuksen neurogeneesin manipuloinnista dorsaalisessa ja vatsassa. Käytettäessä kohdennettua röntgensäteilytystä neurogeneesin poistamiseen aikuisen dorsaalisessa tai ventraalisessa DGC:ssä havaittiin, että aikuisilla syntyneillä hermosoluilla selkäsuunnassa on ensisijainen rooli samanlaisen kontekstin erottamisessa pelottavasta kontekstista, kun taas vatsan aikuisilla syntyneet DGC:t edistävät ensisijaisesti ahdistusta (Wu ja Hen, 2014). Nämä tulokset ovat johdonmukaisia ​​aiemman työn kanssa, joka osoittaa, että selkä -hippokampuksen vauriot heikentävät asiayhteyteen liittyvää pelon syrjintää ja lisäävät pelon yleistymistä (Frankland et al., 1998). Yhdessä nämä havainnot herättävät kysymyksen siitä, kuinka aikuisilla syntyneiden DGC:iden dorsaalisessa DGC:ssä suorittamat kuvioiden erottelusta riippuvat laskelmat välitetään aivoalueille, kuten amygdalaan, hypotalamukseen ja etuotsakuoreen, säätelemään kontekstiin sopivia pelkoreaktioita (kuva 3). . Laaja työ on korostanut hippokampuksen ja prefrontaalisen aivokuoren välisen viestinnän roolia amygdalan säätelyssä pelon ilmaisemiseksi (Ressler ja Mayberg, 2007 Likhtik ja Gordon, 2014). Lisäksi ehdotamme, että CA3:n ja dorsolateraalisen väliseinän välisillä yhteyksillä voi myös olla kriittinen rooli kuvion erottelusta riippuvien laskelmien siirtämisessä limbisille aivoalueille (Luo et al, 2011) (A Besnard ja A Sahay, julkaisemattomat havainnot). Dorsolateraalinen väliseinä työntyy supramammilaariseen ytimeen (SUM) (Risold ja Swanson, 1997), joka on tehokas puolustuskäyttäytymisen (tutkiminen, jäätyminen), kiihottumisen ja stressireaktioiden modulaattori, lateraaliseen hypotalamukseen (Anthony et al, 2014) ja ventraaliseen tegmentaaliin. alueella (Luo et al, 2011). SUM: n ensisijaisen tehtävän uskotaan yhdistävän hippokampuksesta riippuvaisia ​​kognitiivisia operaatioita emotionaalisen limbisen järjestelmän (amygdala, keskiharmaa, locus coeruleus ja lateraalinen hypotalamus Campeau ja Watson, 2000 Pan ja McNaughton, 2004) välittämillä emotionaalisilla vasteilla. Vaikka tarvitaan vielä paljon työtä sen selvittämiseksi, onko DG – CA3 – CA1 – prefrontaalinen aivokuori vai CA3 – lateraalinen väliseinäreitti ensisijainen kanava, joka yhdistää koodauksen DG – CA3-piirissä asiayhteyteen sopiviin pelko- ja stressivasteisiin, molemmat reitit asettuvat kriittisesti CA3 haavoittuvuuden solmuna (kuva 3). Mielenkiintoista on, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesin pitkäaikaisen ablaation havaittiin aiheuttavan CA3-hypertrofiaa (Schloesser et al, 2014), joka muistuttaa stressin jälkeen havaittua (Magarinos et al, 1997 McEwen, 1999, 2000 Sapolsky, 2001, Mcwen et al., E201) . Tämä lisää mahdollisuutta, että stressin aiheuttama aikuisten hippokampuksen neurogeneesin väheneminen voi häiritä CA3-yhteyksiä ja toimintoja muistin käsittelyssä ja tiedon välittämisessä aivotursosta. Yhdessä nämä havainnot alkavat luoda kehyksen sen määrittelemiseksi, kuinka stressi vaikuttaa piiriin perustuviin mekanismeihin, jotka aikuiset ovat synnyttäneet DGC: t värimallin erottamiseksi ja hermopolkuiksi, jotka yhdistävät DG-CA3-piirin aivojen stressi- ja pelokeskuksiin.

Tulevaisuuden tutkimussuunnat

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin stimulointi ja kuvantaminen pelon yliarvioinnin moduloimiseksi

Äskettäinen löytö, jonka mukaan ihmisen pääosasto isännöi hippokampuksen neurogeneesiä koko elämän ajan (Eriksson et al, 1998 Boldrini et al, 2009 Knoth et al, 2010 Spalding et al, 2013) yhdessä prekliinisten tutkimusten kanssa viittaavat siihen, että aikuisen hippokampuksen neurogeneesi on hoidettavissa oleva terapeuttinen substraatti pelon liiallisen yleistymisen hoitoon PTSD:ssä. Käsitteitä osoittavassa tutkimuksessa osoitimme, että aikuisten hippokampuksen neurogeneesin geneettinen stimulaatio riittää vähentämään asiayhteyteen liittyvää pelkoa ja yleistymään pääosastossa (Sahay et al., 2011b McAvoy et al, 2014). Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin liikunnasta riippuvaisen stimulaation on osoitettu vähentävän alueellisia häiriöitä jyrsijöiden kosketusnäytön tehtävässä (Creer et al., 2010) ja edistävän käyttäytymissyrjintää ihmisillä (Dery et al., 2013 Voss et al, 2013). Lisäksi liikunta johtaa myös afferentien uudelleenorganisoitumiseen aikuissyntyneiksi DGC:ksi (Bergami et al, 2015). Harjoituksessa näihin vaikutuksiin värvätyt molekyyliefektorit ovat kuitenkin vielä tunnistamatta. Monet eri laboratoriot ovat alkaneet tunnistaa geenejä, jotka koodaavat molekulaarisia tekijöitä, jotka säätelevät aikuisten syntyneiden DGC: iden hermoston aktivaatiota, kypsymistä ja selviytymistä (Zhao et al., 2008 Ming and Song, 2011 Kheirbek et al, 2012b Jessberger and Gage, 2014). Selektiiviset serotoniinin takaisinoton estäjät (SSRI), jotka ovat PTSD:n nykyinen ensisijainen hoito, ovat proneurogeenisiä ja niiden on osoitettu rajoittavan pelon liiallista yleistymistä (McAvoy et al, 2015). Kuitenkin aikuisten hippokampuksen neurogeneesi ei näytä olevan välttämätön näille SSRI-lääkkeiden vaikutuksille pelon yliarvioinnin rajoittamisessa, ainakin keski-ikäisillä jyrsijöillä (McAvoy et ai, 2015). Se, miten SSRI:t vaikuttavat kuvioiden erottelumekanismeihin, kuten yleisiin ja nopeuden uudelleenkartoittamiseen DG:ssa ja CA3:ssa, on vielä selvitettävä. Jatkossa perustavanlaatuinen haaste on tunnistaa pieniä molekyylejä, joilla on proneurogeenista potentiaalia ja joita voidaan käyttää nuorentamaan pääosastoa uusilla DGC:illä stressialtistuksen jälkeen. Diabeteslääkkeen, metformiinin, uudelleen löytäminen alttiina ja prokognitiivisena aineena ja uuden proneurogeenisen yhdisteen tunnistaminen, joka suojaa sosiaalisen tappion aiheuttaman stressin haitallisilta vaikutuksilta mielialalle, ovat esimerkkejä pyrkimyksistä vastata tähän haasteeseen (Pieper et al., 2010 Petrik et al, 2012 Wang et al, 2012 Walker et al, 2014). Toinen suuri haaste on aikuisen hippokampuksen neurogeneesin kuvaaminen ihmisillä.Vaikka tilavuustutkimukset ovat ehdottaneet hippokampuksen tilavuuden vähenemistä stressiin liittyvän psykopatologian funktiona jyrsijöillä ja ihmisillä, aikuisen aivotursoalueen neurogeneesin osuutta ei tunneta. Positroniemissiotomografian ligandien kehittäminen tai ydinmagneettisen resonanssin (NMR) spektraalisten allekirjoitusten tunnistaminen (Manganas et al, 2007), jotka liittyvät hermojen kantasoluihin tai aikuisilla syntyneisiin DGC:hen, katalysoi aikuisten aivotursohermoston neurogeneesin noninvasiivista kvantitatiivista arviointia henkilöillä, joilla on stressiriski. liittyvään psykopatologiaan ja sen jälkeiseen hoitoon (Kheirbek et al., 2012b Ho et al, 2013). Vaikka näiden tekniikoiden parantamiseksi tarvitaan lisätutkimuksia, tällaiset lähestymistavat yhdessä fMRI: n kanssa mahdollistavat myös pitkittäisen arvioinnin siitä, miten geneettiset riskimuunnokset vaikuttavat stressiin ja vaikuttavat aikuisten hippokampuksen neurogeneesiin samanaikaisesti kuvion erottamisen kanssa pääosasto CA3: ssa.

DG–CA3-piirin sisäisen ja ulkoisen liitettävyyden uudelleensuunnittelu

Aikuisten hippokampuksen neurogeneesin hyödyntämisessä pelon liiallisen yleistymisen rajoittamiseksi on kriittistä tarve jatkaa niiden piiripohjaisten mekanismien näyttämistä, joilla aikuissyntyiset DGC: t vaikuttavat pääosasto CA3: n laskelmiin. Ennustamme, että piiripohjainen synteesi aikuissyntyisten DGC:iden toimista aivotursopohjaisissa laskelmissa ja miten ne hallitsevat pelkoreaktioita, katalysoi pyrkimyksiä suunnitella piirejä uudelleen suorituskyvyn optimoimiseksi sairaustiloissa. Tällainen lähestymistapa täydentäisi yllä kuvattuja nuorentumiseen perustuvia strategioita. Tarkemmin sanottuna tavoitteena on suunnitella uudelleen DG-CA3:n sisäiset ja ulkoiset yhteydet siten, että piiri toimii ikään kuin uusia aikuissyntyisiä DGC:itä olisi enemmän. Yleisesti ottaen on olemassa kaksi toisiaan täydentävää lähestymistapaa piirien uudelleensuunnitteluun: (1) molekyylien uudelleensuunnittelu ja (2) optogeneettinen ja sähköinen uudelleensuunnittelu.

Molekyylien uudelleensuunnittelu. Molekyylien uudelleensuunnittelun logiikka on, että molekyylitekijöiden tunnistaminen, jotka määrittävät liitettävyyden erillisiä näkökohtia, helpottaa näiden tekijöiden hyödyntämistä yhteyksien uudelleensuunnittelussa. in vivo. Yksi esimerkki on tutkimuksista, joissa tutkitaan, kuinka muutokset hermosolujen sisäisissä ominaisuuksissa vääristävät niiden allokaatiota muistijälkiin (Han et al, 2007 Silva et al, 2009 Zhou et al, 2009 Kim et al, 2014 Yiu et al, 2014). Uraauurtavissa tutkimuksissa, joissa ensimmäisen kerran todettiin engrammin solupohja (Han et al, 2007, 2009), havaittiin, että hermosolujen rekrytointia pelkoengrammeihin voi vääristää transkriptiotekijän, cAMP-vasteelementtiä sitovan proteiinin (CREB) tason nousu. ) tai sisäinen kiihtyvyys (Rogerson et al, 2014 Frankland ja Josselyn, 2015). Siten teoriassa aikuissyntyisten DGC:iden integroitumisen olemassa oleviin muistijälkiin molekyyliohjaus voi sanella häiriöitä, jotka vaikuttavat muistin tarkkuuteen. Tämän mukaisesti laboratoriomme julkaisematon työ viittaa siihen, että nuorille aikuisille syntyneiden DGC:iden puolueellinen integrointi ennen koodausta hidastaa kontekstuaalisen pelkomuistin rappeutumista (McAvoy et al, 2014). Toinen esimerkki on neurofassiinin käyttö moduloimaan spesifisesti takaisinkytkennän estoa DG:lle akso-aksonisten kattokruunujen interneuronien vaikutuksesta vaikuttamatta eteenpäinkytkentäiseen estoon. Kirjoittajat käyttivät hyväkseen neurofassiinin rajoitettua ilmentymistä aksonin alkusegmentissä, jota ensisijaisesti hermottavat akso-aksoniset kattokruunut interneuronit, ja havaitsivat, että neurofassiinin alasäätely vähensi takaisinkytkennän estoa DG:lle heikentäen oppimista (Zitman et al, 2014). Siten DG–CA3-liitettävyyden taustalla olevan molekyylilogiikan integroiminen ymmärrykseen siitä, kuinka liitettävyyden erityispiirteet vaikuttavat koodaukseen, ohjaa kemiallisia näyttöjä, jotka on suunniteltu tunnistamaan yhdisteitä, jotka ohjelmoivat yhteyksiä uudelleen. in vivo.

Optogeneettinen ja sähköinen uudelleensuunnittelu. Täydentävä yritys molekyylien uudelleensuunnitteluun in vivo on optogenetiikan käyttö piirien suorituskyvyn palauttamiseksi tai optimoimiseksi eri sairaustiloissa ja stressiolosuhteissa (Chaudhury et al, 2013 Deisseroth, 2014 Tye, 2014). Lukuisat optogenetiikkaa käyttävät tutkimukset ovat alkaneet tutkia kausaalisesti kognition ja tunteen hermopiirejä (Tye ja Deisseroth, 2012). Optogenetiikka mahdollistaa solukappaleiden, kuten DGC:iden (Kheirbek et al, 2013) tai tiettyjen hippokampuksen osa-alueen afferenttijärjestelmien (Felix-Ortiz et al, 2013 Lovett-Barron et al, 2014) tai tiettyjen solupopulaatioiden, kuten hilar GABA:n, toiminnan säätelyn interneuronit (Andrews-Zwilling et al, 2012). Optogenetiikan yhdistäminen optisiin kuvantamistekniikoihin, jotka mahdollistavat in vivo solukokoonpanojen kuvantaminen hereillä käyttäytyvissä eläimissä (Chen ym., 2013, 2015b Ziv ym., 2013 Gunaydin ym., 2014 Jennings ym., 2015 Resendez ja Stuber, 2015) mahdollistavat eri solutyyppien vuorovaikutuksen arvioinnin pääosastossa -CA3-mikropiirit ja aivokuoren neuronit traumaattisten muistojen koodauksen ja uudelleenjärjestelyn yhteydessä ajan myötä. Tutkimukset, jotka osoittavat, kuinka hippokampuksen ja aivokuoren neuronipopulaatioita voidaan merkitä ja aktivoida uudelleen tai hiljentää pelkomuistojen ilmaisemiseksi ja muokkaamiseksi, ovat tuoneet meidät lähemmäksi aivokuoren ja aivokuoren vuoropuhelun ymmärtämistä muistin tarkkuuden ja valenssin ylläpitämisessä (Liu et al, 2012 Ramirez et al, 2013 Cowansage et al, 2014 Denny et al, 2014 Redondo et al, 2014 Tanaka et al, 2014). Voimme esimerkiksi kysyä, saako "engrammia kantavien solujen" uudelleenaktivoituminen DG- tai "kortikaalisten engrammisolujen" tuomaan esiin kaukopelkomuistin tarkan muistin ja kuinka muistin tarkkuuden ajallinen heikkeneminen muuttuu aikuisten tason noustessa tai laskussa. hippokampuksen neurogeneesi.

Ennen kuin määritetään, mitkä liitettävyyden ominaisuudet on suunniteltava uudelleen molekyylitasolla tai optogeneettisesti, meidän on määritettävä korkealla resoluutiolla, kuinka stressi vaikuttaa DG–CA3-piirin sisäisen ja ulkoisen liitettävyyden ominaisuuksiin. Viruspohjaiset jäljitysmenetelmät mahdollistavat nyt arvioinnin, kuinka stressi muuttaa aikuisten syntyperäisten DGC:iden syötteitä ja tuotoksia (varhaiselämän tai aikuisen stressitekijät) (Wickersham et al, 2007 Lo ja Anderson, 2011 Sun et al, 2014). Uudet kuvantamistekniikat, jotka mahdollistavat solutyyppispesifisten konnektomien (Sun et al, 2014) visualisoinnin ehjissä läpinäkyvissä aivoissa (Chung et al, 2013) sekä niiden liitettävyyden ultrarakenteen tasolla ekspansiomikroskoopilla (Chen et al, 2015a) tulee myös olemaan korvaamaton näille ponnisteluille. Lopuksi ihmisen aivojen kuvantamistekniikat mahdollistavat nyt aivokuitupolkujen yksityiskohtaisen kuvantamisen (Wedeen et al, 2012). Yhdessä näillä tekniikoilla on potentiaalia ymmärtää rakenteellisen yhteyden ja aivotoiminnan välistä yhteyttä pelon liialliseen yleistämiseen.

Hermotoiminnan dekoodaus käyttäytymisen muokkaamiseksi

Vielä ei tiedetä, onko kuvioiden erottelu heikentynyt PTSD-potilaiden tai stressiin liittyvän psykopatologian riskissä olevien henkilöiden DG–CA3-kierrossa. fMRI yhdessä korkearesoluutioisen rakennekuvauksen kanssa 100 μm:n resoluutiolla paljastaa, kuinka muutokset DG–CA3-piirin aktiivisuudessa korreloivat jyvässolukerroksen ja CA3-hermosolujen rakenteellisten muutosten kanssa (Prudent et al, 2010). Tutkijat ovat myös alkaneet dekoodata hermotoimintaa käyttäytymisen ennustamiseksi (Ziv et al, 2013). Tätä logiikkaa on sovellettu ihmisillä kehittämään "vaikuttavia aivojen ja tietokoneiden rajapintoja", jotka purkaa ja korjaavat hermosolujen poikkeavia malleja häiritäkseen patologista käyttäytymistä (Widge et al, 2014 Grosenick et al, 2015). Aivojen syvästimulaatiota käytetään jo useissa käyttöaiheissa, mukaan lukien hoitoon reagoimaton masennus (Holtzheimer ja Mayberg, 2011), ja se on osoittautunut tehokkaaksi yhdessä altistushoidon kanssa parantamaan pelon sukupuuttoon liittyvää oppimista (Marin et al, 2014). Siksi ei ole kaukaa haettua kuvitella, että suljetun silmukan syvän aivojen stimulaatioalustoja käytettäisiin pelon liiallisen yleistymisen ennustamiseen havaitsemalla heikentynyt kuvion erottelu pääosastossa tai poikkeava aktiivisuus aivoalueilla, kuten etuotsakuoressa, lateraalisessa väliseinässä tai amygdalassa. Kaukopunasiirtyneiden opsiinien kehittäminen, jotka mahdollistavat syvän aivokudoksen noninvasiivisen optisen inhibition (Chuong et al, 2014 Klapoetke et al, 2014), auttavat tekemään tästä todellisuutta tulevaisuudessa.

PTSD -fenotyyppien mallintaminen ihmisen DG -CA3 -neuronien yhteyksissä

Vaikka hermopiirien tutkimus jyrsijöillä ja ihmisillä on osoittautunut valtavan katalyyttiseksi ymmärryksessämme häiriöistä, kuten PTSD: stä, uudelleenohjelmointitekniikoiden kehittäminen, jotka mahdollistavat ihmisen hippokampuksen neuronien syntymisen ihosoluista (Takahashi ja Yamanaka, 2006 Sanchez Alvarado ja Yamanaka, 2014) ) on avannut toisen tien yhdistää hermosolujen ominaisuudet ja yhteys sairauteen (McCarroll ja Hyman, 2013 Hyman, 2014). DGC: iden (Yu et al, 2014) ja CA3 -neuronien luominen PTSD -potilaiden ihosoluista osoittautuu korvaamattomaksi arvioitaessa solujen "endofenotyyppejä" synaptisen perusfysiologian tai liitettävyyden tasolla (Wen et al, 2014). Vaikka epigeneettiset merkit menetetään uudelleenohjelmoinnin myötä, sairauden allekirjoitukset yksittäisten ihmisen hermosolujen tasolla tai DG-CA3-piirit, jotka on rekonstruoitu indusoiduista ihmisen neuroneista ex vivo oletettavasti heijastaa stressin ja PTSD: n geneettisten riskitekijöiden vuorovaikutusta. The in vitro DG–CA3-piirin rekonstruointi ihmisen hermosoluilla ja optisen kuvantamisen ja optogeneettisten työkalujen käyttäminen sen tutkimiseksi, kuinka PTSD-potilaiden DGC- ja CA3-hermosolujen ominaisuudet ja liitettävyys eroavat terveistä kontrolleista, voivat mahdollistaa patologisten muutosten tunnistamisen näissä hermosolupopulaatioissa (Garcia et al, 2012a, 2012b Yu et ai, 2013). Geenien muokkaustyökalut, jotka mahdollistavat sairauden mutaatioiden nopean muokkauksen ihmisen DGC- ja CA3-hermosoluissa, helpottavat geneettisten mutaatioiden ja fenotyyppien syy-seurausarviointia (Hsu et al, 2014). Indusoitujen ihmisen DGC- ja CA3-neuronimääritysten onnistunut toteutus riippuu DGC- ja CA3-hermosolujen uskollisesta synnyttämisestä ja potilaan solulinjojen vaihtelun hallinnasta signaalin erottamiseksi kohinasta.

Yhdessä nämä erilaiset lähestymistavat edustavat piiripohjaista lähestymistapaa, jota ohjaa aikuissyntyisten DGC:iden rooli häiriön moduloinnissa ja muistin tarkkuuden ylläpitämisessä PTSD:n pelon liiallisen yleistymisen hoidossa. Samaan aikaan jotkut näistä edistysaskeleista herättävät keskustelua niiden väärinkäytön mahdollisuudesta (Tracey ja Flower, 2014). Esimerkiksi strategioita häiriöiden moduloimiseksi muistien päivittämiseksi voidaan käyttää muistien muokkaamiseen terapeuttisen vaikutuksen tai haitallisten vaikutusten vuoksi (Redondo et ai, 2014 de Lavilleon et al, 2015). Näistä haasteista huolimatta on toivottavaa, että uusien hypoteesien ja innovaatioiden synnyttäminen perushermotieteen ja kantasolulääketieteen alalla johtaa lopulta uusiin PTSD-hoitoihin.


Aktiivinen välttäminen ja pakooppiminen☆

Pavlovian hoitoaine

Pavlovilaisella pelon ehdolla on todennäköisesti keskeinen rooli AA-oppimisessa ja ilmaisussa. Pelon ehdollistamisen hermomekanismeja käsitellään yksityiskohtaisesti muualla tässä tietosanakirjassa, mutta annamme tässä lyhyen yleiskatsauksen sen tärkeyden vuoksi. Amygdala, ajallinen lohkorakenne, joka koostuu kymmenistä erillisistä ytimistä, on kriittinen pelon ehdollistamisen oppimiselle ja ilmaisemiselle (kuvio 2). Sivusuuntaisen amygdalan (LA) uskotaan vastaanottavan aistituloja, jotka välittävät CS- ja Yhdysvaltain tietoja. Ennen ehdollistamista CS-syötteet eivät ole tarpeeksi vahvoja ohjaamaan LA-toimintaa ja alavirran alueita, jotka hallitsevat pelkoreaktioita. Kuitenkin LA CS -reittien plastisuus käsittelyn aikana vahvistaa näitä syötteitä, jotta myöhemmät CS-esitykset voivat ohjata LA-aktiivisuutta. Suorat ja epäsuorat yhteydet ohjaavat sitten keski -amygdalan (CE) toimintaa. CE -lähdöt hypotalamukseen ja keskiaivoihin, alueet välittävät pelkoreaktioita ja ohjaavat sitten puolustavaa reagointia. LA: n uskotaan olevan kriittinen Pavlovian CS-US-muistin oppimiseen ja tallentamiseen, ja CE on kriittinen pelkoreaktioiden synnyttämiseksi. Toista suurta LA:n lähtöydintä, basaalimygdalaa (BA), ei tarvita pavlovilaisen pelon ehdollistamiseen tai ilmentämiseen.

Kuvio 2. Vähintään 12 ydintä käsittää nisäkkään amygdalan. Erityisen tärkeitä pelon hoitamiseksi ovat lateraalinen tuma (LA) ja keskustuma (CE). Yläpaneelit näyttävät rotan aivoista otettuja koronaviipaleita (Vasen: Nissl tahra, Aivan: Asetykoliiniesteraasivärjäys), mukaan lukien LA, basaalimygdala (tässä lyhenne "B") ja CE. Amygdala-peruspiiri, joka välittää kuulopelon ehdollistamista, on esitetty kuvassa Ala vasen paneeli. Sensoriset tulot tulevat LA:n kautta, ja LA kytkeytyy CE:hen sekä suoraan että epäsuorasti BA:n kautta. CE on tärkein lähtöydin, joka välittää Pavlovin ehdollistettuja reaktioita. Suorat yhteydet LA: sta basaaliyhdistelmään näyttävät olevan kriittisiä aktiivisen välttämisen ja pelon oppimisen välttämiseksi. Ala oikea: korkeampi suurennos LA:sta, joka osoittaa, että amygdala-ytimet voidaan myös jakaa toiminnallisiin alaryhmiin. Pir, piriforminen aivokuori AB, lisävarusteen tyvituki prosessori, caudate putamen Poika, LA:n selkäosa LAm, LA:n mediaalinen alajaosto LAv, LA:n ventraalinen alajako.

Uusintapainos julkaisusta LeDoux, J.E., 2000. Tunnepiirit aivoissa. Ann. Rev. Neurosci. 23, 155–184.


Materiaalit ja menetelmät

αCaMKII T286A-mutanttihiirten syntyminen kuvattiin aiemmin (Giese et ai. 1998). Heterotsygoottinen αCaMKII T286A-populaatio risteytettiin takaisin yli 10 sukupolvea C57BL/6N-taustaksi alkuperäisestä 129/B6-taustasta. Kokeissa käytettiin homotsygoottisia αCaMKII T286A-mutantteja ja kontrollivillityypin poikuekavereita, jotka oli saatu heterotsygoottisten mutanttien risteyttämisellä. 3-4 viikkoa synnytyksen jälkeen hiiret vieroitettuna ja genotyypitys suoritettiin hännän DNA:n PCR-analyysillä. Kaikki kokeet tehtiin sokeiksi hiirten genotyypin suhteen ja ne suoritettiin Northwestern University Animal Care and Use -komitean hyväksynnällä.

Silmänräpäysten hoito

Leikkauksen perusprotokollat ​​ja silmänräpäyksen jäljitys on kuvattu (Tseng et al. 2004). Avertinilla nukutuksessa istutettiin neljä teflonilla päällystettyä ruostumatonta teräslankaa. Kaksi lankaa vietiin ihonalaisesti oikean silmän ylemmän silmäluomen läpi orbicularis oculi -lihaksen EMG-aktiivisuuden tallentamiseksi, ja kaksi muuta lankaa vietiin ihonalaisesti periorbitaalisen alueen läpi. silmään iskun antamiseksi. Yksi paljas ruostumaton teräslanka kiinnitettiin kallon ruuveihin toimimaan sähkömaadoituksena. Kaikki johdot juotettiin liittimen nastoihin ja liitin sementoitiin kalloon hammasakryylillä. Leikkauksesta toipumisen jälkeen hiiret asetettiin pleksilasisylintereihin äänivaimennettuun kammioon ja saivat yhden totutusistunnon, joka koostui 30 ärsykettömästä kokeesta 30-60 sekunnin koevälin välein, jokainen koe oli yhtä pitkä kuin ehdollinen koe. Seuraavana päivänä silmänräpäyksen jäljitys alkoi äänellä CS (250 ms, 2 kHz, 85 dB) ja US-iskulla (100 ms). Iskun voimakkuutta säädettiin päivittäin jokaiselle hiirelle pään liikevasteen aikaansaamiseksi. Hiiriä koulutettiin yhdistämällä sävy ja shokki 250 ms: n tyhjän jälkivälin kanssa, ja he saivat kaksi 30 koekerran lohkoa päivässä 3 päivän ajan (30-60 sekunnin intertrialiset välit, 3-4 tunnin estovälit). Kontrolliryhmälle annettiin satunnaisesti parittomia ääniä ja iskuja 15-30 sekunnin väliajoin ja 60 koetta per istunto (pseudoconditioning). EMG-aktiivisuus kunkin kokeen aikana kerättiin, korjattiin ja integroitiin käyttämällä erityisesti suunniteltuja Labview-rutiineja tietokoneella.

Vauriot ja histologia

Menetelmät hippokampuksen vaurioille on kuvattu (Tseng et al. 2004). Avertin-nukutuksessa 2 µl:n Hamilton-ruisku, jossa oli 25 gaugen neula, laskettiin stereotaksisesti (0,25 mm/min) injektiokohtaan hiiren hippokampuksessa. Koordinaatit [anteroposterior (AP), mediolateraalinen (ML), dorsoventral (DV)] suhteessa bregmaan olivat seuraavat: -2,0, ±1,2, -1,6 -2,5, ±2,2, -1,6 -3,0, ±3,2, -3,0, ja -3,0, ±3,2, -4,0. Kukin injektiokohta sai 100 nl 1,0 % iboteenihappoa tai vehikkeliä (PBS pH 7,4) nopeudella 10 nl/min. Kun ruiskeet oli saatu päätökseen, kullekin hiirelle tehtiin kirurgiset toimenpiteet silmäräpäyksen säätelykokeita varten, kuten edellä on kuvattu.

Käyttäytymistestien jälkeen hippokampuksen leesioiden histologinen tutkimus suoritettiin kuvatulla tavalla (Tseng et al. 2004). Kun aivot oli kiinnitetty 10% formaliiniin, ne jäädytettiin, leikattiin koronaalisesti (50 μm) mikrotomiin ja värjättiin kresyylivioletilla gelatiinilla varustetuille objektilasille. Eläimen vaurioiden kokonaismäärä arvioitiin muuntamalla osa bittikarttakuviksi käyttämällä Leica DMLB -valomikroskooppia Canon Powershot G5 -kameralla (5 megapikseliä).

Vesi labyrintti

Perusvesisokkeliprotokolla ja -laite on kuvattu (Bourtchuladze et ai. 1994). Ennen harjoittelua kutakin hiirtä käsiteltiin 2 minuuttia päivittäin 7-10 päivän ajan. Allas oli halkaisijaltaan 1,2 m ja valmistettu valkoisesta metallista. Vettä pidettiin 25 ± 1 °C:ssa ja tehtiin läpinäkymättömäksi myrkyttömällä valkoisella maalilla nelikulmaisen, valkoisen pakotason (10 cm × 10 cm) piilottamiseksi. Harjoittelun aikana alusta oli upotettu (1 cm) veden pinnan alle ja pysyi samassa paikassa altaassa tietylle hiirelle, mutta eläinryhmiä koulutettiin eri tasoasennossa kvadranttien harhojen välttämiseksi. Hiiret saivat kuusi koetta päivässä 4 päivän ajan (kolme lohkoa kahdesta kokeesta 1 minuutin kokeiden välissä, 1 tunnin lohkojen välissä). Hiiri asetettiin veteen altaan seinää vasten ja sen annettiin etsiä alustaa. Lähtöasema vaihteli neljän paikan välillä näennäissatunnaisesti jokaisessa kokeessa. Koe päättyi joko eläimen kiipeämiseen lavalle tai kun maksimi 60 sekuntia kului. Hiiri asetettiin alustalle 60 sekunniksi ennen ja jälkeen jokaisen kokeen. Harjoittelun lopussa kaikille hiirille annettiin koetintesti alustalla poistettaessa altaalta. Tiedonkeruu ja analyysi suoritettiin käyttämällä digitaalista seurantalaitetta (HVS Image).

Pelko ehdollistaminen

Kontekstuaalista pelon ehdollistamista testattiin kuvatulla tavalla (Ohno et al. 2001). Harjoittelun aikana hiiret asetettiin hoitokammioon 3 minuutiksi ja altistettiin sitten kahdelle jalkaiskulle (0,65 mA, 1 s) 1 minuutin välein. Toisen sokkiannostuksen jälkeen hiiret jätettiin kammioon vielä 1 minuutiksi. Hiiret testattiin kontekstuaalisen pelon ehdollistamisen suhteen pisteyttämällä jäätymiskäyttäytymistä automaattisilla toimenpiteillä, kun hiiret sijoitettiin takaisin samaan hoitokammioon 24 tuntia harjoituksen jälkeen. Hiiren hetkellinen sijainti kammiossa otettiin näytteitä 4 Hz:llä, ja kaiken paitsi hengitysliikkeen puuttuminen neljän peräkkäisen kehyksen (1 s) aikana pisteytettiin jäätymisenä.

Tilastollinen analyysi

Kaksisuuntaista ANOVAa toistuvin mittauksin käytettiin silmänräpäyksen jäljityskokeiden ja vesilabyrinttikokeiden hankintatietojen analysointiin.Vertailut muihin mittauksiin tehtiin yksisuuntaisella ANOVA:lla, ja post-hoc Fisherin PLSD-testit suoritettiin tarvittaessa.


Avainsanat

  • APA
  • Tekijä
  • BIBTEX
  • Harvard
  • Vakio
  • RIS
  • Vancouver

Julkaisussa: Hippocampus, Voi. 8, nro 6, 1998, s. 620-626.

Tutkimustuotos: Lehtijulkaisu ›Arviointiartikkeli› vertaisarviointi

T1 - Kuntoutuminen, tietoisuus ja hippokampus

N2 - Viimeisen 50 vuoden ajan psykologit ovat painineet kysymysten kanssa tietoisen tietoisuuden ja ihmisen ehdollisen käyttäytymisen välisestä suhteesta. Äskettäinen ehdotus, jonka mukaan hippokampus välittää tietoisuutta jälkien eheyttämisen aikana, on laajentanut tietoisuuden ehdollistamisesta käytävän keskustelun neurotieteen areenalle. Seuraavassa kommentissa nostamme esiin erityisiä Clarkin ja Squiren tutkimukseen liittyviä teoreettisia ja metodologisia kysymyksiä ja asetamme niiden havainnot laajempaan kontekstiin. Koko keskustelumme aikana pohdimme subjektiivisen tietoisuuden arvioinnin vaikeuksia, kognitiivisten välitysvaikutusten välttämättömien ja riittävien edellytysten luomisen tärkeyttä, ehdollisen vasteen vaikutusta ja hippokampuksen vaatimusten luonnetta eri ehdollisuusprotokollien välillä. On selvää, että silmäluomien jäljittäminen on hippokampuksesta riippuvainen tehtävä, mutta sitä, onko tietoisuus välttämätön osa jälkihoitoa, ei ole lopullisesti osoitettu. Ehdotamme, että tulevat toiminnalliset neuroimaging-tutkimukset ja käyttäytymiskokeet, joissa käytetään online-tietoisuusmittauksia, voivat auttaa selventämään klassisen ehdollisuuden, tietoisuuden ja hippokampuksen välistä suhdetta.

AB - Viimeiset 50 vuotta psykologit ovat painineet kysymysten kanssa tietoisen tietoisuuden ja ihmisen ehdollisen käyttäytymisen välisestä suhteesta. Äskettäin tehty ehdotus, jonka mukaan hippokampus välittää tietoisuutta jälkihoidon aikana, on laajentanut tietoisuutta parantavaa keskustelua neurotieteen areenalle. Seuraavassa kommentissa nostamme esiin Clarkin ja Squiren tutkimukseen liittyviä erityisiä teoreettisia ja metodologisia kysymyksiä ja sijoitamme havaintomme laajempaan asiayhteyteen. Koko keskustelumme aikana pohdimme subjektiivisen tietoisuuden arvioinnin vaikeuksia, kognitiivisten välitysvaikutusten välttämättömien ja riittävien edellytysten luomisen tärkeyttä, ehdollisen vasteen vaikutusta ja hippokampuksen vaatimusten luonnetta ehdollistamisprotokollien välillä. On selvää, että silmänräpäyksen jäljitys on hippokampuksesta riippuvainen tehtävä, mutta sitä, onko tietoisuus jäljityksen välttämätön osatekijä, ei ole lopullisesti todistettu. Ehdotamme, että tulevat toiminnalliset neuroimaging-tutkimukset ja käyttäytymiskokeet, joissa käytetään online-tietoisuusmittauksia, voivat auttaa selventämään klassisen ehdollisuuden, tietoisuuden ja hippokampuksen välistä suhdetta.


Materiaalit ja menetelmät

Kokeet hyväksyi National Defense Medical Collegen eläintutkimuskomitea (Tokorozawa, Saitama, Japani). Raskaana olevat C57BL/6-hiiret ostettiin SLC:ltä (SLC Japan Inc., Shizuoka, Japani). Eläimet valaistiin 12 tunnin valo-pimeä-syklillä (valoa klo 7.00-19.00), ja huoneen lämpötila pidettiin 21 ± 1 °C:ssa. Kolmen viikon ikäisinä hiiret vieroitettuna ja pidettiin 4 eläimen ryhmissä huoneessa. Hiirillä oli ad libitum veden ja ruoan saanti.

Aiemmat tutkimukset raportoivat, että vastasyntyneillä hiirillä spontaanisti esiintyvän apoptoosin nopeus vaihtelee pentueen välillä.11 Siksi samoista pentueista otettiin tasapainoinen määrä kontrolli- ja koe -eläimiä, joten jokaisella koeolosuhteella oli oma pentuekontrolliryhmä. Tässä tutkimuksessa käytettiin vain urospuolisia jälkeläisiä. Tässä tutkimuksessa käytettiin yhteensä 51 pentuetta, 101 kontrollia ja 103 hoidettua pentua.

Anestesia hoito

Synnytyksen jälkeisenä päivänä 6 (P6) urospuoliset hiiret asetettiin akryylilaatikkoon ja altistettiin 3-prosenttiselle sevofluraanille tai ilman anestesiaa 6 tunnin ajan. Kaasun kokonaisvirtaus oli 2 l/min, käyttäen ilmaa kantoaineena. Anestesiaaltistuksen aikana hiiret pidettiin lämpiminä levyllä, joka oli kuumennettu 38 °C:seen. Kontrollieläimet ja koe -eläimet olivat samassa käsittelyssä ja ympäristössä, paitsi että kontrollieläimet altistettiin vain ilmalle.

Valtimoveren kaasuanalyysi

Valtimoverianalyysi suoritettiin olennaisesti aiemmin kuvatulla tavalla.5,12 Lyhyesti sanottuna pennuille otettiin nopea valtimoverinäytteet sydämen vasemmasta kammiosta ja näytteet siirrettiin heparinisoituihin lasisiin kapillaariputkiin. Yksi näyte (55 μl) analysoitiin välittömästi verenoton jälkeen verikaasuanalysaattorilla (ABL800 Radiometer, Kööpenhamina, Tanska). Näytteet otettiin välittömästi äidin häkistä poistamisen jälkeen (0 h) tai anestesian lopussa (6 h). Verinäytteenottohetkellä kokeet lopetettiin katkaisemalla pää.

Laser Color Doppler

Aivojen verenkierto (CBF) mitattiin laser-Doppler-veren perfuusiokameralla (Peri Scan PIM II Perimed, Tukholma, Ruotsi). Hiiret otettiin ulos kammiosta ennen anestesiahoitoa ja tunnin välein sen aikana, ja ne asetettiin kuvapuoli alaspäin lattialle samalla kun ne altistettiin jatkuvasti sevofluraanille. kautta putki, jonka aukko on eläinten nenässä. Niiden päänahat kuorittiin CBF:n skannausta varten ja tiedot kerättiin sopivalla ohjelmistolla (LDPIwin versio 2.6 Lisca, Linköping, Ruotsi). Perfuusiovaste esitetään mielivaltaisissa perfuusioyksiköissä. Koska mielivaltaiset perfuusioyksiköiden arvot eivät ole absoluuttista verenkiertoa, perfuusioeron suuruus laskettiin maksimaalisen perfuusion alueen ja lähtötason perfuusion alueiden välisenä suhteena. Mielivaltaisia ​​perfuusioyksikköarvoja verrattiin nukutettujen eläinten ja niiden kanssa, joilla oli pilkullinen anestesia lähtötilanteessa ja 1 tunnin välein 6 tunnin ajan.

Histopatologiset tutkimukset

Sekä hoito- että kontrolliryhmien eläimet perfusoitiin transkardiaalisesti 0,1 m fosfaattipuskurilla, joka sisälsi 4 % paraformaldehydiä välittömästi 6 tunnin sevofluraanipuudutuksen jälkeen, ja sitten aivot altistettiin upotusfiksaatiolle 24 tunnin ajan 4 °C:ssa. Aivot analysoitiin histologisesti käyttämällä parafiiniin upotettuja osia (5 μm paksu). Immunohistokemiassa anti-aktiivista kaspaasi-3-antiseerumia (D175 Cell Signaling Technology, Beverly, MA) käytettiin laimennoksina 1:400 vasta-ainelaimennusaineessa (Dako, Glostrup, Tanska). Ennen käyttöä leikkeistä poistettiin vaha ksyleenissä ja hydratoitiin käyttämällä lajiteltua etanolisarjaa. Antigeeninen haku suoritettiin upottamalla kiinnitetyt kudosleikkeet 0,01 mm:n natriumsitraattiin (pH 6,0) ja kuumentamalla autoklaavissa (121 °C) 5 minuutin ajan. Deparafinoidut leikkeet estettiin endogeenisen peroksidaasiaktiivisuuden suhteen, kuten aiemmin on kuvattu,13 mitä seurasi estäminen epäspesifisellä värjäytymistä estävällä reagenssilla (Dako) 1 tunnin ajan taustavärjäytymisen vähentämiseksi. Sitten leikkeitä inkuboitiin yön yli kostutetussa kammiossa 4 °C:ssa. Myöhemmin peroksidaasilla konjugoitua sekundaarista vasta-ainetta (DAKO En Vision + system Dako) ja 3,3-diaminobentsiinitetrakloridia (DAB Vector Laboratories, Burlingame, CA) käytettiin valmistajan ohjeiden mukaisesti. Lopuksi osat vastavärjättiin Nissl:llä. Tutkija laski aktivoituneet kaspaasi-3-positiiviset solut hoito-olosuhteisiin sokeutuneena.

Terminaalinen deoksinukleotidyylitransferaasin välittämä deoksiuridiini-5-trifosfaatti-biotiini-nick-pään leimausvärjäys suoritettiin käyttämällä paikan päällä apoptoosin havaitsemispakkaus (ApopTag fluorescein CHEMICON, Temecula, CA) valmistajan protokollan mukaisesti. Leikkeet vastavärjättiin 4',6-diamidino-2-fenyyli-indolilla (DAPI). Fluoreskeiini tutkittiin histokemiallisesti fluoresoivalla mikroskoopilla (TE-2000E Nikon, Tokio, Japani), joka oli varustettu interlined-varauskytketyllä laitekameralla (DS-U1 Nikon).

Proteiiniuutteiden valmistus

Hiirten etuaivot poistettiin nopeasti ja homogenisoitiin neljässä tilavuudessa 20 mm Tris-HCl:a, pH 7,4, 2 mm EDTA:ta, proteaasi-inhibiittoriseosta (Complete, Roche Diagnostics, Penzberg, Saksa) ja fosfataasi-inhibiittoreita (20 mm glyserofosfaattia, 1 mm Na:ta). 3 VO 4, 2 mm NaF). Homogenisoinnin jälkeen osa kustakin näytteestä jäädytettiin välittömästi -80 °C:seen. Loput homogenaatista sentrifugoitiin 15 000: ssag 30 minuuttia 4 °C:ssa. Supernatanttiliuokset erotettiin ja säilytettiin -80 °C:ssa käyttöön asti. Proteiinin määrä kussakin näytteessä mitattiin käyttämällä proteiinimäärityspakkausta (BCA Pierce, Rockford, IL).

Western Blot -analyysi

Homogenaattiproteiineille suoritettiin natriumdodekyylisulfaattipolyakryyliamidigeelielektroforeesi. Proteiinit siirrettiin polyvinylideenifluoridikalvoille (Immobilon-P Millipore, Bedford, MA). Blotit saatettiin immunoreagoimaan katkaisun vastaisen poly(adenosiinidifosfaatti-riboosi)polymeraasin (PARP 1:1 000, kanin polyklonaalinen, Asp214 Cell Signaling) tai anti-β-aktiinin (1:5 000, hiiren monoklonaalinen, AC-15 Sigma, St. Louis, MO) vasta-aineet ja proteiinivyöhykkeet visualisoitiin kemiluminesenssiilmaisujärjestelmällä (SuperSignal West Pico Pierce).

Käyttäytymistutkimukset

Kuten aiemmin on kuvattu CBF- ja histopatologisissa tutkimuksissa, jotkut käyttäytymistutkimuksia varten tehdyt hiiret altistettiin 3 % tai 0 % sevofluraanille 6 tunnin ajan P6:ssa. Niiden annettiin kypsyä, ja sopivassa iässä sevofluraani- ja kontrollihiirille tehtiin käyttäytymistestit, nimittäin avokenttä-, kohonnut plus-labyrintti, Y-sokkelo, pelon ehdollistaminen, sosiaalinen tunnustaminen, sosiaalinen vuorovaikutus, hajuaisti ja uutuustestit. Jokaisen hiiren liikettä seurattiin ja analysoitiin tietokoneella toimivalla videoseurantajärjestelmällä (SMART, Barcelona, ​​Espanja). Tehtävissä, joissa käytettiin käsivarsia, käsivarren sisääntulo laskettiin, kun eläimen kaikki neljä jalkaa menivät kumpaankin käsivarteen. Laite puhdistettiin jokaisen kokeen jälkeen. Kaikki tässä tutkimuksessa käytetyt laitteet on valmistanut O’Hara & Co., Ltd. (Tokio, Japani).

Avokenttätesti.

Emotionaaliset vasteet uuteen ympäristöön mitattiin avokenttätestillä käyttäen 8 viikon ikäisiä hiiriä aiemmin kuvatulla menetelmällä.14 Aktiivisuus mitattiin kokonaismatkana (metreinä) 10 minuutissa.

Kohonnut Plus-labyrinttitesti.

Korotettu plus-labyrinttitesti suoritettiin aiemmin kuvatulla tavalla.14Kohotettu plus-sokkelo koostui kahdesta avoimesta varresta (25 × 5 cm) ja kahdesta suljetusta varresta, jotka oli nostettu 50 cm:n korkeuteen lattiasta. Normaalisti hiiret suosivat suljettua ympäristöä avoimelle alueelle. Hiiren käyttäytyminen tallennettiin 10 minuutin testijakson aikana. Avoin käsissä vietetyn ajan prosenttiosuutta käytettiin ahdistuneisuuden kaltaisen käyttäytymisen indeksinä. Testissä käytetyt hiiret olivat 8 viikon ikäisiä.

Spontaani vuorottelu Y-sokkelotestissä.

Tämä tutkimus suoritettiin aiemmin kuvatulla tavalla.14Tämä tutkimus antoi meille mahdollisuuden arvioida spatiaalista työmuistia. Akryylistä valmistettu symmetrinen Y-sokkelo koostuu kolmesta varresta (25 × 5 cm), jotka on erotettu toisistaan ​​120°:n kulmassa 15 cm korkeilla läpinäkyvillä seinillä. Jokainen hiiri asetettiin Y-sokkelon keskelle, ja hiiren annettiin tutkia sokkeloa vapaasti 8 minuutin ajan. Järjestys ja syötettyjen aseiden kokonaismäärä kirjattiin. Vuorottelun prosenttiosuus on kolmikon, jotka sisälsivät merkintöjä kaikkiin kolmeen haaraan, lukumäärä jaettuna vuorottelujen suurimmalla mahdollisella määrällä (haarojen tulojen kokonaismäärä miinus 2) × 100. Testissä käytetyt hiiret olivat 11 viikon ikäisiä. Eläinten liikkeet tallennettiin manuaalisesti.

Pelon hoitotesti.

Tämä on yksinkertainen ja herkkä testi hippokampuksesta riippuvaiselle ja aivotursosta riippumattomalle oppimiselle, kuten aiemmin on kuvattu.14 Lyhyesti sanottuna kontekstuaalisen ja vihjaisen pelon ehdollistamisen ehdollistamiskoe koostui 5 minuutin tutkimusjaksosta, jota seurasi kolme ehdollista ärsyke-ehdollista ärsykeparia, jotka erotettiin toisistaan 1 min kukin: ehdollinen ärsyke, 1 mA jalkaiskun intensiteetti, 1 s kesto ehdollinen ärsyke, 80 db valkoinen kohina, 20 s kesto ehdollinen ärsyke annettiin ehdollisen ärsykkeen viimeisten sekuntien aikana. Kontekstuaalinen testi suoritettiin ilmastointikammiossa 5 minuutin ajan ilman valkoista kohinaa 24 tunnin kuluttua käsittelystä. Vihjetesti (samalle hiirille) suoritettiin esittämällä vihje (80 db valkoista kohinaa, kesto 3 minuuttia) vaihtoehtoisessa kontekstissa erillisillä visuaalisilla ja kosketusvihjeillä. Jäätymisvasteen nopeus (liikkeen puuttuminen missä tahansa kehon osassa 1 sekunnin aikana) pisteytettiin automaattisesti ja sitä käytettiin pelkomuistin mittaamiseen. Testi suoritettiin hiirillä kahdessa eri ikäryhmässä: 8 viikkoa tai 14 ja 17 viikon välillä.

Sosiaalisen tunnustamisen testi.

Sosiaalinen tunnistustesti suoritettiin aiemmin kuvatulla tavalla.15 Siirtimme 18 viikon ikäiset hiiret ryhmästä yksittäiseen asuntoon 7 päiväksi ennen testausta kotihäkkialueen perustamisen mahdollistamiseksi. Testaus aloitettiin, kun ärsykenaarashiiri vietiin jokaisen uroshiiren kotihäkkiin 1 minuutin yhteenottoa varten. 1 minuutin kokeen lopussa ärsykeeläin poistettiin ja palautettiin yksittäiseen häkkiin. Tämä sekvenssi toistettiin neljässä kokeessa 10 minuutin kokeiden väliajoin, ja jokainen ärsyke tuotiin samalle miespuoliselle asukkaalle kaikissa neljässä kokeessa. Viidennessä kokeessa uroshiireen esiteltiin toinen ärsykehiiri.

Sosiaalisen vuorovaikutuksen testi.

Häkissä oleva sosiaalinen vuorovaikutus sosiaalista vastaan elottomat kohteet suoritettiin avoimella kentällä käyttäen kahta sylinterihäkkiä, jotka mahdollistivat haju- ja minimaalisen kosketuksen vuorovaikutuksen, kuten aiemmin on kuvattu.

Hajutesti.

Viidentoista viikon ikäisiä hiiriä totutettiin uuselintarvikkeen (mustikkajuuston) makuun 3 päivän ajan ennen testausta. Neljäntenä päivänä 24 tunnin ruokapuutteen jälkeen pala mustikkajuustoa haudattiin 2 cm:n kuivikkeen alle puhtaaseen häkkiin. Hiiret asetettiin häkkiin ja ruoan löytämiseen tarvittava aika mitattiin manuaalisesti.

Uutta testi.

Aktiivisuus mitattiin vuorovaikutuksen kokonaiskestona elottoman uuden kohteen (punainen putki) kanssa 10 minuutissa.

Samat hiiret kävivät läpi sosiaalisen tunnustamisen (19 viikon iässä), sosiaalisen vuorovaikutuksen (14 viikon iässä), hajun (15 viikon iässä) ja uutuustestin (15 viikon iässä). Muissa analyyseissä jokainen testi suoritettiin uudella eläinsarjalla.

Tilastollinen analyysi

Tilastollinen analyysi suoritettiin käyttämällä Statview-ohjelmistoa (SAS, Cary, NC). Kahden ryhmän keskiarvojen vertailu tehtiin Studentilla t testata. Y-sokkelo -tehtävässä suoritettiin vertailuja ryhmän suorituskyvystä suhteessa satunnaisiin tasoihin käyttäen yhtä näytettä t testata. Sosiaalisen tunnustamisen tehtävän tiedot analysoitiin toistuvilla mittauksilla kaksisuuntaisella varianssianalyysillä. Arvot esitetään keskiarvona ± SEM.


Kontekstuaalinen pelko Muistin muodostuminen ja epävakaus indusoivat hippokampuksen RyR2-kalsiumkanavan noususäätelyä

Hippokampuksesta riippuvaiset tila- ja vastavuoroiset muistiprosessit sisältävät Ca 2+ -signaaleja, joita Ryanodine-reseptorin (RyR) Ca 2+ -kanavat tuottavat endoplasmisessa verkkokalvossa. Jyrsijät, jotka altistuvat erilaisille avaruudellisille muistitehtäville, osoittavat merkittävää hippokampuksen RyR-ylössäätelyä. Kontekstuaalinen pelonmuodostus luo vankkoja hippokampuksen muistoja assosiatiivisen oppimisprosessin kautta, mutta kontekstuaalisen pelomuistin hankinnan, vahvistumisen tai sukupuuton vaikutukset hippokampuksen RyR -proteiinitasoihin jäävät ilmoittamatta. Vastaavasti tässä tutkimme, muuttiko urosrottien altistuminen kontekstuaalisille pelkoprotokolloille tai myöhempi altistuminen muistin epävakauttamisprotokollille tyypin 2 RyR (RyR2) -kanavien hippokampuksen sisältöä. tilamuistin prosesseja. Havaitsimme, että kontekstuaalinen muistin säilyttäminen aiheutti ohimenevän nousun hippokampuksen RyR2-proteiinitasoissa, mikä määritettiin 5 tuntia hoitoprotokollalle altistumisen jälkeen, tämä nousu katosi 29 tuntia harjoituksen jälkeen. Kontekstin uudelleenaltistuminen 24 tuntia harjoituksen jälkeen, 3, 15 tai 30 minuuttia ilman vastenmielistä ärsykettä, vähensi pelkomuistia ja kohonnut RyR2-proteiinitaso, määritettynä 5 tuntia uudelleenaltistuksen jälkeen. Ehdotamme, että sekä pelon lujittuminen että ekstinktiomuistit indusoivat RyR2-proteiinin noususäätelyä näiden erilaisten muistiprosessien edellyttämien solunsisäisten Ca2+-signaalien tuottamiseksi.

1. Esittely

Pelon ehdollistaminen, assosiatiivinen oppimisprosessi, joka tuottaa vahvoja muistoja, edustaa pavlovilaisen ehdottelun muotoa, joka on saanut paljon huomiota viime vuosina [1, 2]. Kun eläimet altistuvat pelkoa sääteleville protokollille, eläimet hankkivat pelkomuistia ehdollisten ärsykkeiden – sävyn, hajun tai kontekstin – ja ehdoitta vastenmielisen ärsykkeen, tavallisesti jalkashokin, välisen yhteyden kautta. Todisteet siitä, että aivoturso on osa kontekstuaaliseen pelon ehdollistamiseen osallistuvia hermosoluja, saatiin ensin tutkimuksista, jotka osoittivat, että dorsaalisen hippokampuksen leesiot estävät sekä kontekstista riippuvan pelon ehdollistamisen saamisen että ilmentymisen [3–5]. Viimeaikaiset optogeneettiset tekniikat tukevat hippokampuksen osallistumista kontekstiriippuvaiseen pelon eheyttämiseen [6]. Muut raportit osoittavat, että synaptinen plastisuus amygdalassa välittää ehdollisten ja ehdollisten ärsykkeiden välistä yhteyttä, kun taas hippokampuksen synaptinen plastisuus välittää kontekstuaalista koodausta [2, 7–9].

Pavlovin monia vuosia sitten kehittämien menetelmien mukaisesti [10] muistin epävakauttamista tutkivat protokollat ​​sisältävät erityistoimenpiteitä, joissa eläimet, jotka ovat aiemmin altistuneet pelkoa sääteleville protokollille, altistetaan uudelleen ehdolliselle ärsykkeelle ilman ehdollista aversiivista ärsykettä. Tämä toimenpide aktivoi muistin haun, dynaamisen ilmiön, joka uudelleenvalotusistunnon pituudesta riippuen laukaisee kaksi erillistä prosessia, uudelleenkonsolidoinnin tai sammumisen. Lyhyt uudelleenesitys laukaisee labiilin tilan, joka vaatii de novo -proteiinisynteesiä vakauttaakseen muistin pysyvyyden prosessissa, joka tunnetaan uudelleenkonsolaationa [11]. Sitä vastoin pitkittyneet, vahvistamattomat hakuistunnot aiheuttavat muistin sukupuuttoon [12]. Ekstinktiomuistin muodostumisen aikana tapahtuu uusi oppimisprosessi, joka häiritsee alkuperäisen muistin ilmaisua [13–17]. Lisäksi on ehdotettu, että sukupuutto ei tuhoa tai poista alkuperäistä yhteyttä ehdollisten ja ehdottomien ärsykkeiden välillä, joten sukupuuttomuistin ilmentyminen edustaa uuden muistin muodostumista, joka riippuu kontekstista [18]. Jyrsijöillä tehdyt tutkimukset paljastivat, että dorsaalinen hippokampus osallistuu pelkomuistin sammumisen hankkimiseen, kontekstuaaliseen koodaukseen ja kontekstiriippuvaan hakuun [13]. Myöhemmät raportit paljastivat, että amygdala-toiminnan prefrontaalinen modulaatio välittää ekstinktioprosessin kontekstispesifisyyttä ja että hippokampuksella on perustavanlaatuinen rooli kontekstuaalisen muistin haussa [19]. Lisäksi CA1-infuusio GABA:n kanssaA Agonisti muskimol ennen sukupuuttoon liittyvää istuntoa heikensi sukupuuttoon kuolemista, mikä osoittaa, että hippokampuksen CA1-alueella on tärkeä rooli pelon sukupuuttoon liittyvässä prosessissa [20].

Neuronaalisilla Ca 2+ -signaaleilla on keskeinen rooli muistiprosesseissa [21], mukaan lukien pelkomuisti [22].Aktiivisuuden synnyttämät hermosolujen Ca2+-signaalit syntyvät N-metyyli-D-aspartaattireseptorien (NMDAR) ja jänniteriippuvaisten Ca 2+ -kanavien (VGCC) välittämästä Ca 2+ -virtauksesta. Inositoli-1,4,5-trisfosfaattireseptorin (IP) välittämä kalsiumin vapautuminen endoplasmisesta retikulumista (ER)3R)- ja ryanodiinireseptorikanavat (RyR) edistävät myös Ca 2+ -signaalien tuottamista vasteena hermosolujen aktivaatiolle [23–25]. Jyrsijän aivoissa immunohistologiset tekniikat ovat paljastaneet molempien reseptorityyppien heterogeenisen ilmentymismallin hermosoluissa [26, 27]. Nisäkkäät ilmentävät kolmea RyR-isoformille spesifistä geeniä, jotka on tunnistettu ja kloonattu, koodaavat kutakin isoformia [28]. Aivot ilmentävät näitä kaikkia kolmea RyR-isoformia, RyR2-isoformi on rotan ja kanan aivoissa ilmentyvä hallitseva isoformi [29, 30]. Kuten alla on kuvattu, redox-herkillä RyR2-isoformeilla on avainrooli hippokampuksen rakenteellisen plastisuuden ja spatiaalisen muistin prosesseissa [31].

Solunsisäisten Ca2+-signaalien synnyttäminen edistää RyR-aktiivisuutta aiheuttaen soluvasteen, joka tunnetaan Ca2+-indusoiduna Ca2+-vapautuksena (CICR). Hermosoluissa NMDAR:n ja VGCC:n välittämä Ca 2+ -virtaus saa aikaan RyR-välitteisen CICR:n, joka toimii postsynaptisten Ca 2+ -sisääntulosignaalien vahvistusmekanismina [32]. Alkuperäisten Ca 2+ -sisääntulosignaalien vahvistuminen ja leviäminen on oletettavasti välttämätön tapahtuma synaptisen plastisuuden induktiolle ja aktiivisuuden aiheuttamalle geeniekspressiolle hippokampuksen hermosoluissa [32–37]. Hippokampuksen hermosolujen somassa, aksoneissa, dendriiteissä ja dendriittipiikissä on CICR:n taustalla oleva rakenne- ja molekyylikoneisto [33, 38, 39]. Itse asiassa ER muodostaa monimutkaisen jatkuvan verkoston hermosoluissa, joka on läsnä somassa ja ulottuu kohti aksoneja, dendriittejä ja dendriittikärkiä [40, 41]. Primaaristen hippokampuksen hermosolujen hoito RyR-agonisti-kofeiinilla tai aivoista peräisin olevalla neurotrofisella tekijällä (BDNF) edistää RyR-riippuvaista dendriittisen selkärangan uudelleenmuodostumista, mikä johtaa dendriittikärkien tiheyteen ja pituuteen [38, 42, 43]. Lisäksi RyR2:n alasäätely poistaa BDNF-indusoidun selkärangan uudelleenmuodostumisen primaarisissa aivotursohermosoluissa [31]. Nämä havainnot osoittavat, että RyR2-isoformilla on avainrooli hippokampuksen rakenteellisessa plastisuudessa.

RyR-kanavien välittämästä kalsiumin vapautumisesta on tulossa tärkeä aihe oppimisen ja muistin tutkimuksessa normaaleissa ja patologisissa olosuhteissa. Useat tutkimukset, joissa on käytetty erilaisia ​​paradigmoja tai ehdollistamistehtäviä, ovat kuvanneet, että RyR-välitteisellä Ca 2+:n vapautumisella on keskeinen rooli muistiprosessien hankinnassa ja/tai konsolidoinnissa [24, 25]. Rottien harjoittelu Morris-vesilabyrintissä, klassinen spatiaalinen muistitehtävä, lisää hippokampuksen RyR2-proteiinitasoja ja mRNA:n ilmentymistä 12 ja 24 tuntia harjoituksen jälkeen [44], mikä viittaa RyR2:n osallistumiseen spatiaaliseen muistiprosesseihin. Morris -vesihirviössä koulutetuilla rotilla on myös merkittävä RyR2- ja RyR3 -lisäsäätö viidennen koulutuspäivän aikana, ja nämä muutokset jatkuvat muistin vakauttamisvaiheeseen (yhdeksäs päivä) asti [43]. Lisäksi hippokampuksesta riippuvan spatiaalisen tehtävän (objektin sijainti) onnistunut pitkäaikainen suoritus lisää RyR2:n, RyR3:n ja IP:n hippokampuksen proteiinitasoja3R-tyyppi-1 (IP3R1) Ca 2+ -kanavat [45]. Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että oppimismallissa, jossa kanoja koulutettiin passiivisen välttämissyrjinnän tehtävään, RyR-kanavan estäminen dantroleenilla (annallaan välittömästi harjoituksen jälkeen) aiheuttaa muistin säilyttämisen menetyksen [30]. Sitä vastoin RyR-agonisti 4-kloori-m-kresoli (4-CMC), joka annetaan välittömästi kanojen koulutuksen jälkeen passiivisen syrjinnän välttämistehtävässä, johtaa korkeaan muistin säilymiseen, joka säilyy jopa 24 tuntia harjoituksen jälkeen, mikä on osoitus parantuneesta muistin konsolidaatiosta. [46]. Hiirillä RyR-kanavan esto vaikeuttaa muistin säilyttämistä eläimissä, jotka on ehditty välttämään estäviä tai säteittäisiä käsivarsi-labyrinttitehtäviä [29, 47], kun taas tutkimukset, joissa annettiin hiirille antisense-oligodeoksinukleotideja, jotka on suunnattu jokaiseen RyR-isoformiin, osoittavat, että RyR2:n ja RyR3:n selektiivinen kaato mutta ei RyR1, heikentää muistin säilymistä passiivisen välttämisen testissä [29]. Korostaen RyR2-isoformin keskeistä roolia muistiprosesseissa, äskettäin rotilla tehty tutkimus osoitti, että RyR2:n alasäätely intrahippokampaalisen injektion avulla RyR2-ohjattuja antisense-oligodeoksinukleotideja aiheuttaa silmiinpistäviä puutteita aiemmin muistiin tallennetussa tilamuistitehtävässä [31]. Tietojemme mukaan kuitenkin puuttuu tietoa siitä, liittyykö pelkomuistin muodostumiseen, konsolidoitumiseen tai sukupuuttoon RyR-kanavan toimintaan tai ilmentymiseen.

Tässä työssä mittasimme RyR2-proteiinipitoisuuden hippokampuksessa, joka oli eristetty rotista, jotka olivat altistuneet kontekstiriippuvaiselle pelon ehdoinnille tai myöhemmille hakuistunnoille, joiden tarkoituksena oli horjuttaa pelkomuistia laukaisemalla ekstinktiomuisti. Havaitsimme, että sekä kontekstuaalisen pelon ehdon lujittaminen että epävakauttaminen johtivat RyR2-proteiinipitoisuuden merkittävään nousuun rotan aivotursossa.

2. Menetelmät

2.1. Koeeläimet

Tässä tutkimuksessa käytettiin Sprague-Dawley-rottia (uroksia, keski-ikä 2,5 kuukautta), jotka painoivat 230–250 grammaa. Sopivissa häkeissä pidettyjä eläimiä (3 eläintä häkkiä kohden) pidettiin 12 tunnin valo/pimeyden syklillä, keskilämpötilassa 22 °C ruoan ja veden kanssa ad libitum. Eläimiä käsiteltiin (totutus ympäristöön) 2 päivää ennen kuntoutusprotokollan aloittamista. Kaikki tässä työssä käytetyt kokeelliset protokollat ​​olivat American Physiological Societyn "Eläimiä ja ihmisiä koskevan tutkimuksen ohjaavia periaatteita" mukaisia, ja ne hyväksyttiin Universidad de Chilen lääketieteellisen tiedekunnan eläintutkimuksen bioetiikkakomiteassa.

2.2. Kontekstista riippuvainen pelkoehdokas

Eläimet koulutettiin ja testattiin hoitokammiossa (Startle and Fear Conditioning System, PANLAB, Barcelona, ​​Espanja), joka oli varustettu lattiassa olevilla ruostumattomilla terästankoilla, joiden kautta eläimet saivat sähköstimulaatiota. "Freezing Software" -ohjelmaa (PANLAB) käytettiin analysoimaan käyttäytymisreaktiota, joka tunnetaan nimellä jäätyminen, joka määritellään täydelliseksi liikkeen puuttumiseksi hengityksen lisäksi. Tutkimukseen osallistui neljä erilaista koeryhmää: (1) kontrollirotat (C), jotka altistettiin kontekstille, mutta eivät saaneet sähköstimulaatiota (2) rotat, jotka altistettiin kontekstille ilman sähköstimulaatiota (US) (3) koulutetut rotat ( T5 ja T29), jotka altistettiin kontekstille yhdistettynä sähköstimulaatioon, ja (4) uudelleen altistetut rotat, jotka altistettuaan kontekstille yhdessä sähköstimulaation kanssa, altistettiin uudelleen 24 tuntia myöhemmin kontekstille ilman vastenmielistä ärsytystä 3 minuutin ajan ( R3), 15 minuuttia (R15) tai 30 minuuttia (R30).

Jokaiselle rottaryhmälle tehtiin erikseen jotkin seuraavista istunnoista (katso täydentävä kuva 1 käytetyistä koemenetelmistä). Totutusistunto: päivää ennen altistusta pelkokäsittelyprotokollalle, kaikki eläimet totutettiin hoitokammioon 3 minuutin ajaksi. Tässä totutusistunnossa esitettyä jäätymiskäyttäytymistä käytettiin laitteiston asettamiseen. Tämän alkuperäisen altistusistunnon jälkeen ilman vastenmielistä sähköistä ärsytystä kaikki rotat palautettiin vastaaviin häkkeihinsä. Harjoitukset: eläimet altistettiin 24 tuntia totutusistunnon jälkeen ilmastointikammioon 5 minuutiksi. Tänä aikana kontrolliryhmän (C) eläimet eivät saaneet aversiivista ärsykettä. T5-, T29- ja kolmen R -ryhmän eläimet saivat kaksi parillista sähköärsykettä: ensimmäistä ärsykettä (0,7 mA, 2 sekuntia) käytettiin kaksi minuuttia ja toista ärsykettä (0,7 mA, 2 sekuntia) neljä minuuttia rottien tultua harjoituskammioon. Istunto päättyi 58 sekunnin palautumisaikaan tämän tauon jälkeen, eläimet palautettiin vastaaviin häkkeihinsä. US-ryhmän rotat saivat vain yhden parittoman sähköärsykkeen (0,7 mA, 4 s) heti kun ne tulivat hoitokammioon, ja ne siirrettiin välittömästi häkkiinsä. Uudelleenvalotusistunnot: eläimet altistettiin uudelleen 24 tuntia harjoituksen jälkeen 3 minuutiksi (R3), 15 minuutiksi (R15) tai 30 minuutiksi (R30) ehdollistamiskontekstille ilman aversiivista ärsykettä. Testiistunnot: kaikki testiistunnot käsittivät altistuksen ilmastointikammiolle ilman sähköistä ärsytystä, kuten alla on kuvattu. Testijaksolla motorista aktiivisuutta mitattiin jatkuvasti "Freezing Software" -ohjelmalla. T5- ja US-ryhmien rottien jäätymiskäyttäytyminen testattiin 5 tuntia harjoituksen jälkeen, kun taas T29-ryhmän rotilla testattiin kaikissa tapauksissa 29 tuntia harjoituksen jälkeen. Tämä viimeinen testijakso sisälsi 5 minuutin altistuksen kontekstille ilman vastenmielistä ainetta. ärsyke. Kaikki uudelleen altistuneiden ryhmien rotat testattiin 24 tuntia harjoituksen jälkeen, kuten seuraavassa kuvataan. R3-ryhmän rottien jäätymiskäyttäytyminen mitattiin 3 minuutin uudelleenaltistusjakson aikana ja 5 tuntia myöhemmin. R15- ja R30-ryhmien rottien jäätymiskäyttäytyminen mitattiin uudelleenaltistuksen ensimmäisen 5 minuutin aikana, kyseisen uudelleenaltistusistunnon koko keston ajan ja 5 tuntia myöhemmin testiistunnossa, joka sisälsi 5 minuutin altistuksen kontekstille ilman vastenmielinen ärsyke. Kaikissa tapauksissa rotille tehtiin eutanasia heti viimeisen testiistunnon jälkeen, ja hippokampus poistettiin RyR2 -proteiinin määrittämistä varten.

2.3. Western blot -analyysi RyR2-proteiinin havaitsemiseksi

Eristetty hippokampus homogenisoitiin lasi/teflon-homogenisaattorilla 200 °C:ssa μl lyysiliuosta (20 mM BAPTA 10 mM MOPS-Tris, pH 7,5 leupeptiini 100 μg/ml ja pepstatiini 50 μg/ml). Saatua suspensiota inkuboitiin jäillä 10 minuuttia, sonikoitiin 3 kertaa (20 s kullakin kerralla) ja sentrifugoitiin 3000 x g 25 minuuttia 4 °C:ssa. Supernatantti sekoitettiin 1% NP40: n kanssa, ravistettiin kunnes liukeni (kokonaisuute), ja alikvootit säilytettiin -80 ° C: ssa. Proteiinipitoisuus mitattiin sulfosalisyylihappo Protein Assay Kitillä (Thermo Scientific, Rockford, IL, USA). Western blot -analyysiä varten edellä mainitut kokonaisuutteet denaturoitiin 4x pelkistävällä puskurilla (34,8 % glyserolia, 1 M Tris-emästä, 2 mM EDTA:ta, 0,1 M ditiotreitolia (DTT), 8 % SDS:a ja 0,4 % bromifenolisinistä). Elektroforeesi suoritettiin 3,5–8 % epäjatkuvassa gradienttipolyakryyliamidigeeleissä, jotka sisälsivät 15 % pinottavan kerroksen erilaisten RyR-isoformien erottamisen edistämiseksi menettämättä β- aktiinibändi. Geelit upotettiin Tris-Tricine-puskuriin (6 mM Tricine, 1 mM EDTA ja 12,5 mM Bis-Tris-propaani, pH 8,0) ja ajettiin 4 tuntia 80 V:ssa. Seuraavaksi siirrettiin proteiinijuovia (350 mA, 2,5 h) PVDF-kalvoille (Millipore Corp., Bedford, MA, USA) käyttämällä Transfer-Blot R Turbo System -järjestelmää (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) ja Tris-Tricine-siirtopuskuria, jossa on 10 % metanolia. PVDF-kalvoja inkuboitiin yön yli 4 °C:ssa estopuskurin kanssa, joka sisälsi 5 % maitoa, ja sitten niitä inkuboitiin jatkuvasti sekoittaen huoneenlämpötilassa 2 tuntia 5 % maidossa spesifisten vasta-aineiden kanssa RyR2:ta vastaan ​​(Anti-RyR2, Thermo, Waltham, CA, USA). 1:1000) tai vastaan β-aktiinia käytetään kuormituksen säätelynä (anti-β-aktiini, Sigma, San Luis, MI, USA 1:12000). Kalvot pestiin seuraavaksi 2-prosenttisella Tweenillä Tris-puskuroidussa suolaliuoksessa (TBS, 3 pesua, kukin 10 minuuttia) ja sitten niitä inkuboitiin konjugoitujen sekundaaristen anti-hiirivasta-aineiden kanssa (Cell Signaling, Danvers, MA). Kalvot visualisoitiin kemiluminesenssijärjestelmällä (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, USA). Filmit skannattiin ja analysoitiin ImageJ-ohjelmistolla.

2.4. Immunofluoresenssi

Aikuiset rotat perfusoitiin transkardiaalisesti 4 % paraformaldehydillä (Sigma, St. Louis, MI). T5-pelkokoulutetun ryhmän rotat sekä heidän vastaavat kouluttamattomat kontrollit perfusoitiin 5 tuntia 5 minuutin harjoittelun jälkeen. Uudelleenaltistetun R15-ryhmän rotat perfusoitiin 5 tuntia 15 minuutin uudelleenaltistusistunnon jälkeen, kun taas T29-ryhmään kuuluvat rotat perfusoitiin heti 5 minuutin testijakson jälkeen, joka suoritettiin 29 tuntia harjoituksen jälkeen. Kontrollina naiivit, saman ikäiset ja samanpainoiset rotat perfusoitiin kuten edellä. Perfuusion jälkeen aivot poistettiin ja asetettiin 4% paraformaldehydiin 2 tunniksi. Aivoja inkuboitiin seuraavaksi 72 tuntia liuoksessa, joka sisälsi 30 % sakkaroosia, 0,001 % natriumatsidia. Viipaleita (30 μm) leikattiin mikrotomilla -30 ° C: ssa. Vapaasti kelluvat leikkeet kylvettiin fosfaattipohjaisessa suolaliuoksessa (PBS) puskurissa (mM: 137 NaCl, 2,7 KCl, 10 Na)2HPO4ja 1,2 K2HPO4), jotka sisälsivät 0,25 % Triton X-100:a (PBS-TX) plus 3 % aasin seerumia, 2 tunnin ajan huoneenlämpötilassa, ja niitä inkuboitiin yön yli 4 °C:ssa PBS-TX:n kanssa, joka sisälsi RyR2-vasta-ainetta (1:50, Thermo, Waltham). , CA, USA). Leikkeet pestiin 5 minuuttia PBS:ssä ja inkuboitiin seuraavaksi 2 tuntia Alexa Fluor 488 anti-hiirivasta-aineiden kanssa (1:300, Thermo, Waltham, CA, USA). Aivokudosviipaleet, jotka pestiin PBS:ssä, kiinnitettiin lasilevyille ja peitettiin kiinnitysväliaineella. DAPI:ta (Sigma, St. Louis, MI, USA) käytettiin ydinvärjäykseen. Viipaleet -3,3 mm:stä bregmasta [48] valittiin analysoimaan RyR2:n ilmentymistä CA1:n, CA3:n ja dentate gyrus (DG) hippokampuksen alueilla, dorsaalinen kolmas ja lateraalikammio otettiin paikkaviittauksiksi viipaleissa. Z-kuvapino 1,5 μm leikkeitä otettiin CA1-, CA3- ja DG-alueilta käyttämällä konfokaalimikroskooppia (Nikon C2+). Fluoresenssin intensiteetti mitattiin käyttämällä NIS-Elements-ohjelmiston katseluohjelmaa 4.0 ja ilmaista ImageJ-katseluohjelmaa.

2.5. Tilastollinen analyysi

Tulokset ilmaistaan ​​keskiarvona ± SE. Tilastollinen merkitsevyys arvioitiin GraphPad Prism 5 -ohjelmistolla. Tilastollisen merkitsevyyden testaamiseksi, parittomien tai parillisten opiskelijoiden

-testiä ja yksisuuntaista ANOVAa, jota seurasi Tukeyn moninkertainen vertailu post hoc -testi tai toistuvien mittausten ANOVA, käytettiin kuvan selitteissä kuvatulla tavalla.

3. Tulokset

3.1. Kontekstuaalinen pelkoehkäisy aiheutti RyR2-proteiinipitoisuuden ohimenevän lisäyksen

Urosrotat, jotka altistettiin kontekstuaalisen pelon ehdollistamisprotokollalle, testattiin 5 tuntia tai 29 tuntia harjoittelun jälkeen. Tässä testiistunnossa eläimet viettivät 5 minuuttia ilmastointikammiossa aversiivisen ärsykkeen puuttuessa. Välittömästi tämän testiistunnon jälkeen rotille tehtiin eutanasia ja hippokampus eristettiin Western blot (WB) -analyysiä varten (kuvio 1, vasen paneeli). Eläimet, jotka testattiin 5 tuntia harjoituksen jälkeen (T5), osoittivat merkittävää (

7-kertainen) jäätymiskäyttäytymisen lisääntyminen kontrolleihin verrattuna (Kuva 1(a)), mikä on selvä osoitus pelkomuistin säilyttämisestä.


Keskustelu

Tämä katsaus käsittelee ihmisen pelon eheyttämisen hermokorrelaatteja nykyisissä fMRI- ja PET-tutkimuksissa. Analyysimme osoittaa, että ihmisen pelon ehdollistamiseen ja sukupuuttoon liittyvät neurokuvantamistutkimukset aktivoivat yhteisen ydinpelkoverkoston, joka on muiden lähteiden todisteiden mukainen (esim. [17]). Jotkut neuroimaging-tutkimukset eivät löydä näitä aktivaatioita. Tämä heterogeenisyys ei ole yllättävää, kun otetaan huomioon kuvantamisen ja suunnittelun parametrien suuri metodologinen monimuotoisuus. Metodologisia eroja havaittiin a) ehdotteluprotokollassa (viive, jäljitys), b) ennakointiasteessa (100%, 80%, 50% tai vähemmän) ja tietoisuudessa, c) CS:n ja US:n modaalisuudesta (taktiili, kuulo). , visuaalinen, hajuaisti) ja d) ehdollisen vasteen lisäarvioinnin osalta (esim. psykofysiologiset mittaukset, sanalliset arvosanat).

Neurokuvaustutkimukset ovat merkittävästi laajentaneet ymmärrystämme pelon ehtimisestä ja sukupuuttoon, ja ne ovat lisänneet ihmisiltä saatuja in vivo -todisteita aikaisempiin elektrofysiologisiin ja eläinvauriotutkimuksiin [3], [72]. Vertailevien eläintietojen kanssa neuroimaging-tutkimukset ovat vahvistaneet havainnon hermosolujen pelkoverkostosta, joka aktivoituu pelon ehdollistamisen aikana. Tässä ydinpelkoverkostossa on tunnistettu ehdollisen pelon hankkimisen ja häviämisen avainrakenteet, vaikka tutkimusten välillä on huomattavaa metodologista heterogeenisuutta, joista osa ei raportoi näitä aktivaatioita. Lisäksi kävi ilmi, että anatomiset alueet, jotka ovat merkityksellisiä pelon eheyttämiselle, ovat mukana myös pelkomuistojen sammumisessa. Eläimiä ja vaurioita koskevien tietojen mukaisesti arviomme osoittaa, että amygdala yhtenä limbisen järjestelmän päärakennelmana on yksi avainalueista, jotka osallistuvat pelon ehtimiseen ja sukupuuttoon. Amygdala aktivaatio tapahtuu vasteena emotionaalisille ärsykkeille, ja siksi sitä pidetään portinvartijana, joka ohjaa emotionaalisesti relevanttia tietoa eri prosessointikanaviin. Tämä alue aktivoituu ehdollisen pelon hankinnan aikana sekä opitun pelon ilmaisun aikana (katso yleiskatsaus [23]). Lisäksi amygdala-aktivaatio tottuu nopeasti hankinnan ja häviämisen aikana, mikä tulee ottaa huomioon neurokuvantamistutkimuksissa (esim. [26]). Tätä amygdalan tyypillistä vasteprofiilia ei ehkä voida havaita kategorisilla vertailuilla esim. CS+ ja CS-, koska tämä kontrasti heijastaa aikainvariantteja hermovasteita. Tämän seurauksena joissakin tutkimuksissa tehtiin analyysi, jossa testattiin tämän tyyppistä ajasta riippuvaa vasteprofiilia. He perustivat tilastollisen mallin, joka mahdollistaa amygdalan aktivoitumisen määrittämisen ajankohdan mukaan vuorovaikutuksen perusteella. Siksi oletamme, että olosuhteiden ja ajan välisten vuorovaikutusten testaus voi paljastaa ehdollistamistuloksia, jotka muuten jäävät piiloon, kuten amygdala-aktivaatio.

Lisäksi joitain aivojen alueita, erityisesti MTL:ää, on vaikea arvioida käyttämällä kaikutasokuvausta (EPI), koska ne ovat erittäin alttiita herkkyysartefakteille [73]. Nämä erot voivat aiheuttaa kuvan vääristymiä ja signaalin katkeamista [73]–[75]. Tämä saattaa olla toinen syy siihen, miksi jotkin tutkimukset eivät löytäneet amygdala-aktivaatiota ehdollisuuden aikana. Insulan, toisen tunteiden käsittelyn keskeisen rakenteen, aktivoituminen osoitettiin myös 40 %:ssa neurokuvantamistutkimuksista. Phelps ja työtoverit (2001) olettavat, että insula cortex välittää amygdalalle aivokuoren pelon esityksen [52] ja että epävarmuus aversiivisen ärsykkeen ilmaantumisesta ajoittaisen pariliitoksen aikana heijastuu eristys- ja dorsaalisen prefrontaalisen aivokuoren aktivaatiossa [31]. ], [32], [76]. Toinen alue, joka kuuluu suurimman osan mainituista neuroimaging-tutkimuksista kuvaamaan pelon eheytys- ja sammutusverkostoon, on ACC (katso yleiskatsaus [17], [26]). ACC:llä on tärkeä rooli lähestymis- ja välttämisoppimisessa [77] sekä pelon oppimisessa [78]. Frontaalinen aivokuori on erityisen tärkeä emotionaalisen säätelyn ja siten ehdollisen pelon sammumisen kannalta. Vaikka sukupuuttoon kuoleminen on olennainen prosessi terapeuttisissa olosuhteissa, vain seitsemän tutkimusta on toistaiseksi keskittynyt sukupuuttoon. Sekä eläintietojen että teoreettisten näkökohtien perusteella on selvää, että pelon sukupuuttoon liittyy pääasiassa vuorovaikutuksia aivokuoren ja aivokuoren rakenteiden, kuten PFC ja amygdala tai hippokampus, välillä (katso yleiskatsaus [79]).Yhtenä aivojen sammutuspiirin päärakenteista PFC säätelee pelon ilmaisua estämällä amygdalaa siten, että pelon ehdollistama ärsyke estyy aiheuttamasta ehdollista pelkoreaktiota [79]–[81]. Tässä katsauksessa vain yksi tutkimus raportoi hippokampuksen aktivaatiosta sukupuuttoon. Tämä on yllättävää, koska muista tutkimuksista tiedetään, että hippokampus ja VMPFC näyttävät erityisen tärkeiltä sukupuuttoon kuolemisen myöhäisvaiheissa ja siten sukupuuttoon säilymisen kannalta [51], [82].

Tutkimusten välillä on kuitenkin huomattavia eroja ja eroja. Jotkut tutkimukset raportoivat vain ydinverkon aktivoitumisesta, toiset eivät löydä näitä aktivointeja tai havaitsevat aktivoitumista muilla aivojen alueilla, kuten hippokampuksessa, striatumissa, aistikorteissa tai talamuksessa. Ehdollistamisprotokollan valinta, CS-US-kontingenssi ja USA:n modaliteetti näyttävät olevan erittäin tärkeitä tekijöitä, jotka muuttavat aivojen aktivaatiomalleja pelon ehdollistamistutkimuksissa.

Katsauksemme osoittaa, että näistä tekijöistä hoitoprotokolla vaikuttaa suuresti aivojen aktivointiin. Viiveen ehtiminen johtaa nopeampaan CS-USA-assosiaatioon oppimiseen kuin jäljitys [83]–[85]. Siten kokeellisesta näkökulmasta viivästyneellä käsittelyllä on etuna lyhyempi hankinta -aika, vähemmän kokeita ja nopeampi käsittelyprosessi kuin jälkikäsittely. Lisäksi viiveen ehdollistamissuunnitelmien tiedetään sammuttavan assosiaatiot nopeammin kuin jäljityksen aikana muodostetut [86]. Siksi kaikki sukupuuttoon kuolemista tutkineet tutkimukset käyttivät viiveen ehdollistamista etukäteen. Sitä vastoin jälkikäsittelyssä CS erotetaan Yhdysvalloista ajallisen aukon avulla, mikä johtaa pitkittyneisiin hankintaaikoihin ja suuremman määrän kokeita tarvitaan yhdistyksen muodostamiseen. Myös ajallisen raon pituus ja sen etäisyys seuraavaan ärsykkeeseen vaikuttavat voimakkaasti. Kun Yhdysvaltoja seuraa välittömästi seuraava CS, takaperin (US-CS-yhdistykset) tai kontekstuaalista ehdollistamista voi tapahtua. Taaksepäin ehdoituksessa USA liitetään seuraavaan CS:ään, joten ehdollista vastausta ei muodostu [87]. Kontekstuaalinen ehdollistaminen kuvaa CS:n yhdistämistä kontekstuaalisiin vihjeisiin [88], [89]. Näin ollen jälkikäsittelyssä ei ole vierekkäisyyttä. Vaikka yleensä viive ja jälkihoito sisältävät vertailukelpoisia pelkoon liittyviä verkostoja, hippokampuksen aktivointi on tyypillistä jälkihoitoon. Jäljen käsittelyssä hippokampuksen aktivointia vaaditaan siltaamaan CS:n ja US:n välinen kuilu, säilyttäen muistijäljen, jota tarvitaan muodostamaan yhteys CS:n ja US:n välille [90]. Hippokampus osallistuu jälkikäsittelyyn riippumatta jäljitysvälin pituudesta. Eläintutkimukset osoittavat kuitenkin, että jotkin aivotursoalueen neuronit koodaavat jäljitysvälin kestoa [91]. Oletamme siis, että hippokampuksen aktivaation tasoa voidaan parantaa lisäämällä jäljitysvälin pituutta.

Toinen tärkeä neurokuvantamistulosten heterogeenisyyteen vaikuttava muuttuja on CS-USA-pariliitos tai ennakointiaste. CS-US-kontingenssin vaikutuksia ehdoin on kuvattu toistuvasti psykologisessa ja käyttäytymiskirjallisuudessa [31], [32], [92]–[94]. Valmiudet määräävät, kuinka nopeasti ehdolliset vasteet saadaan, ja säätelevät sammumisprosesseja. Katsaus paljastaa, että amygdalasta, insulasta ja ACC:stä koostuvan ydinpelkoverkoston aktivaatio on riippumaton pariliitosnopeudesta, mutta hermovasteiden aikakulkuun ja aktivaatioasteeseen voivat vaikuttaa sattumanvaraisuus. Yleensä ennustettava Yhdysvallat on vähemmän vastenmielinen kuin arvaamaton Yhdysvallat. Siksi jatkuva (100 %) CS+:n ja US:n yhdistäminen vähentää pelkoreaktioita ja aktiivisuutta pelkoon liittyvillä aivoalueilla [31], [32] ja edistää amygdalan tottumista [26], [44], [57]. , [58], suhteessa jaksoittaiseen paritukseen. Siitä huolimatta suurin osa tässä katsauksessa mainituista tutkimuksista käytti jatkuvaa pariliitosparadigmaa. Jaksottaisissa toimenpiteissä USA:n odotus- ja vastetaajuus pienenee, mikä hidastaa ehdollistamista ja pidentää ekstinktiovaihetta [31], [32], [51]. Näiden pariliitosparametrien valinnalla on tärkeitä vaikutuksia kuvantamistietojen analysointiin. Ensinnäkin tottumisprosessien valossa ajan analysointi olosuhteiden vuorovaikutuksilla voi hyvinkin parantaa amygdala-aktivaation havaitsemista. Toiseksi, satunnaismäärän valinta vaikuttaa testaus- ja kontrolliolosuhteiden välisten kiinnostavien kontrastien määrittelyyn. Mainitut tutkimukset eroavat toisistaan ​​kiinnostavien vastakohtiensa suhteen, mikä voi myös vaikuttaa tuloksena olevaan aktivaatioon ja vaikeuttaa tutkimusten vertailua entisestään. Esimerkiksi 100%: n pariliitosmallissa johtuvat hermovasteiden erot voivat hämmentyä Yhdysvaltojen aiheuttamista BOLD-muutoksista. Sitä vastoin osittaisessa vahvistuksessa erot hermovasteissa johtuvat vain Yhdysvaltojen odotuksesta.

Katsauksessamme käy ilmi myös jatkuva kiista varautumistietoisuuden roolista. Näyttää selvältä, että tietoisuus CS-USA-satunnaisuudesta kattaa CS-USA:n välisen kuilun jälkikäsittelyssä [95], [96]. Siksi se voi olla erittäin tärkeä jälkikäsittelyssä, mutta vähemmän tärkeä viiveen käsittelyssä. Tämä aihe vaatii kuitenkin lisäselvitystä. Jotkut tutkijat löysivät autonomisia pelkoreaktioita vain ennakoimattomista aiheista, toiset ilmoittivat pelkoverkon aktivoitumisesta riippumatta tietoisuudesta [40], [97], [98]. Esimerkiksi Phelps et ai. (2001) osoittivat, että pelkät ohjeet voivat aiheuttaa pelkoa ja että amygdalan aktivaatio voi tapahtua ilman suoraa kokemusta vastenmielisestä tapahtumasta [52]. Tabbert et ai. (2006) tutkivat nimenomaisesti varautumistietoisuuden vaikutusta. He joko kertoivat koehenkilöilleen CS:n ja USA:n suhteesta tai estivät sattumien havaitsemisen käyttämällä häiriötekijää tai työmuistitehtävää. Amygdala ja OFC aktivoituivat vain tietämättömässä ryhmässä [98], mutta Klucken et al. (2008) havaitsivat pelkoon liittyvien alueiden aktivoitumisen tiedostamisesta riippumatta [40]. Kuitenkin vankkoja ehdollisia ihon johtavuusvasteita on havaittu vain tietoisilla osallistujilla, jotka saivat kognitiivisen esityksen CS-US-satunnuksista ja jotka pystyivät muistamaan oikean ehdon [97]. Tällä hetkellä on ennenaikaista antaa konkreettisia neuvoja siitä, pitäisikö osallistujille tiedottaa varautumisesta nopeampien hoitovasteiden saamiseksi.

Mitä tulee USA:n ja CS:n modaalisuuteen, 33:ssa 46:sta tutkimuksesta käytettiin koskettelevaa Yhdysvaltoja, mikä tekee siitä yleisimmin käytetyn Yhdysvaltojen. Vain yhdeksässä tutkimuksessa käytettiin aversiivisia kuuloärsykkeitä, jotka voivat johtua ympäröivästä ja häiritsevasta skannerin melusta. Tietojemme mukaan skannerin kohinan ongelmasta itsessään vastenmielisenä ei ole toistaiseksi keskusteltu. Keskeisen pelkoverkoston, mukaan lukien amygdala, ACC ja insula, aktivointi näyttää olevan riippumaton käytetyistä ärsykkeistä (kuulo-, haju-, tunto- ja visuaalinen). Siitä huolimatta monet tutkimukset eivät osoita avainpelkoverkoston aktivoitumista tai havaitse modaliteettispesifisiä aktivaatioita. Pelon eheyttämisessä taktiilisella U:lla on usein raportoitu talamuksen, striatumin, somatosensorisen ja motorisen aivokuoren aktivaatiota. Nämä alueet liittyvät myös nosiseptiiviseen järjestelmään, kivun ennakointiin ja havaintoon (esim. [99]–[102]). Nosiseptiivinen järjestelmä sisältää somatosensoriset aivokuoret, ACC:n, insulan, prefrontaalisen ja parietaalisen aivokuoren [103]. Koyama et ai. (2005) osoittivat, että ACC-aktivaatio lisääntyy odotetun kivun suuruuden ja kivun voimakkuuden myötä [104]. Talamuksen, joka on tärkeä välittäjäkohta nosiseptiivisille syötteille aivokuoren ja aivokuoren rakenteille, uskotaan olevan vastuussa amygdalan plastisuuden alkamisesta pelon eheyttämisen aikana [105]. Siksi ehdotamme, että "kipu-pelko-verkosto" voidaan aktivoida tuntopelon ehdollistamisen aikana. Yksi hajuaistimista koskeva tutkimus raportoi pääasiassa amygdala-, ACC- ja OFC-aktivaatioista [37]. Hajun havaitseminen liittyy useammin inhoon kuin pelkoon. Inho ja pelko ovat perustunteita, joilla on erilaisia ​​herättimiä ja ilmaisuja, ja ne näyttävät olevan erilaisten hermosolujen välittäjänä [70], [71], [106], [107]. Siksi lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, aktivoiko hajuaisti "inho-pelko-verkoston" pelkän "pelko-verkoston" sijaan. Yhteenvetona voidaan todeta, että näyttää todennäköiseltä, että hajut, visuaaliset tai akustiset ärsykkeet voivat heikentää hoitovaikutuksia ja aiheuttaa aktivaatioita eri aivoalueilla kuin sähköiset ärsykkeet. Mutta parhaan tietomme mukaan tätä ei ole koskaan testattu suoraan neuroimaging-tutkimuksissa. Taas tarvitaan tutkimusta, jotta voidaan kvantifioida yleisen CS-US-modaalin vaikutus neurokuvantamisen tuloksiin.

Mitä tulee CS:n modaalisuuteen, suurin osa tutkimuksista käytti CS:nä visuaalisia ärsykkeitä, erityisesti valokuvia ihmiskasvoista. Kasvot, kuten CS, saattavat olla emotionaalisesti tärkeämpiä ihmisille kuin sävyt tai värilliset valot [108]. Näyttää kuitenkin siltä, ​​että hermokuvaustutkimuksissa on otettava huomioon sukupuoleen liittyvä vaikutus. Esimerkiksi naisilla kasvojen esittely johtaa vahvempaan ja jatkuvaan amygdala-aktivaatioon, kun taas miehillä amygdala-aktivaatio vähenee nopeasti [109]. Lisäksi tiedetään, että esialtistuksen määrä vaikuttaa vastenmielisen oppimisen lopputulokseen. Nämä ilmiöt, ns.piilevä esto" ja "Yhdysvaltain esivalotusvaikutus”, korostavat, että uudet ja tuntemattomat CS ja US tuottavat vahvempia hoitovaikutuksia kuin tutut ärsykkeet [31], [110]. Tuntemattomien ärsykkeiden haittana on uutuusefektien ja ehdollisten vaikutusten sekoittuminen.

Lopuksi on erittäin tärkeää varmistaa, että ehdollistaminen todella tapahtuu ottamalla näyte toisesta psykofysiologisesta tai käyttäytymiseen liittyvästä mittauksesta, jotta vältetään onnistuneen ehdottelun saastuminen epäonnistuneilla kokeilla. Ihon johtavuusvasteita autonomisten vasteiden mittareina on tutkittu laajasti ja ne ovat hyvin validoituja [41]. Koehenkilöiden luokitteleminen "vastaajiksi" ja "ei-reagoijiksi" tai yksittäisten kokeiden luokitteleminen "onnistuneiksi" tai "epäonnistuneiksi" ehdotteluiksi itsenäisten mittareiden perusteella on osoittautunut erittäin hyödylliseksi, jotta virheelliset kokeet tai koehenkilöt jätetään pois lisäanalyysistä (esim. [28]) , [51]). Skanneriympäristön tekniset ongelmat on kuitenkin ratkaistava. Ihon johtavuusvasteiden mittaaminen voi hyvinkin pidentää koetta yli kriittisten aika-arvojen tällaisten koesuunnitelmien osalta. Toisaalta sanallisiin arvioihin voidaan helposti vaikuttaa ja niitä voidaan tietoisesti manipuloida. Vaihtoehtoina ovat sykkeen tai hätkähdysrefleksin arviointi, joka on tyylikäs mittari, jos käytettävissä on silmäseuranta tai elektromyografia. Kaiken kaikkiaan erilaisten psykofysiologisten ja käyttäytymismenetelmien yhdistäminen on osoittautunut arvokkaaksi sen varmistamiseksi, että ehdollistaminen on todella tapahtunut.

Vahvuudet ja rajoitukset

Tietojemme mukaan tämä katsaus on ensimmäinen yhteenveto nykyisestä kirjallisuudesta neurokuvantamisen pelon ehdostamisesta ja sukupuuttoon ja antaa yleiskatsauksen tutkimustulosten välisistä yhtäläisyyksistä ja heterogeenisuudesta. Tässä katsauksessa keskityimme käsittelemään kokeellisia tekijöitä, jotka ovat tyypillisiä ehdollistamisparadigmoille, kuten suunnittelu (viive, jäljitys), sattumanvaraisuusaste, etujen vastakohdat tai ärsykkeet (CS, US), ja jotka voivat vaikuttaa neurokuvaustulosten raportoitu heterogeenisyys. Muita kokeellisia tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa pelon eheyttämiseen ja fMRI-tutkimuksiin, ovat esimerkiksi MR-sekvenssi (esim. [74], [75]), otoskoko, osallistujien sukupuoli (esim. [111], [112]), geneettiset muuttujat (esim. [17], [113] - [115]) tai persoonallisuustekijät (esim. [116] - [124]). Nämä muuttujat voivat myös myötävaikuttaa neuroimaging-tulosten monimuotoisuuteen. Toinen rajoitus on se, että hakumme ei sisältänyt ehdollistamistutkimuksia, jotka suoritettiin kontekstin ehdolla, potilailla, farmakologisilla interventioilla tai jotka sisälsivät muun kokeellisen tehtävän. Poistimme kuitenkin nämä tutkimukset rajoittaaksemme mahdollisten vaikuttavien muuttujien määrää.

Johtopäätös

Tämä katsaus tarjoaa yleiskatsauksen 46 nykyisestä neurokuvantamistutkimuksesta, jotka koskevat pelkoa ja sukupuuttoa. Neurokuvaus tuottaa uusia in vivo -todisteita ihmisistä, jotka paljastavat ja vahvistavat johdonmukaisen mallin vastenmielisissä ehdoissa ja sukupuuttoon liittyvissä avainalueissa. Nämä rakenteet käsittävät amygdalan, ACC:n ja saaren aivokuoren sekä assosiatiivista ehdollistamista että sukupuuttoa varten. Tämä vahvistaa aiemmat elektrofysiologiset tai vauriotutkimukset eläimillä. Tärkeimmät pelkoon liittyvät aivoalueet, kuten amygdala, ACC ja insula, aktivoituvat tietyistä suunnitteluparametreista riippumatta. Jotkut tutkimukset eivät kuitenkaan edelleenkään raportoi näitä löydöksiä tai havaitse muita modaliteettispesifisiä aktivaatioita. Havaitsimme useita metodologisia eroja funktionaalisten kuvantamistutkimusten välillä ja päättelimme, että ne voivat vaikuttaa havaittuun tulosten väliseen vaihteluun. Tärkeimmät ehdokkaat aivojen aktivointimallien muuttamiseen ovat hoitoprotokollan valinta, CS-US-valmius ja Yhdysvaltojen modaliteetti. Siten ehdollisuus- ja ajoitusparametrit, CS:n ja US:n modaliteetti sekä ehdollisten vasteiden arviointi ovat tärkeitä tehtäessä ja tulkittaessa hermokuvaustutkimuksia pelon ehdollistamisesta ja sammumisesta.