Кальциевая активность нейронов области СА1 гиппокампа при формировании и извлечении памяти у молодых и пожилых мышей
- Авторы: Рогожникова О.С.1, Ивашкина О.И.1, Торопова К.А.1, Сотсков В.П.1, Плюснин В.В.1, Анохин К.В.1,2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
- Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 774-777
- Раздел: Материалы конференции
- Статья получена: 14.11.2023
- Статья одобрена: 16.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623338
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623338
- ID: 623338
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Известно, что в процессе формирования памяти о новом опыте у животного активируется нейроны во многих областях мозга. В частности, активируются нейроны области СА1 гиппокампа при формировании памяти о новой обстановке [1]. Но не вполне ясно как изменяется активность нейронов области СА1 при формировании и извлечении памяти. Кроме того, остаётся вопрос какие изменения в активности нейронов наблюдаются у животных пожилого возраста при формировании памяти, а также при её извлечении.
В нашей работе мы исследовали изменения кальциевой активности нейронов области СА1 гиппокампа при формировании и извлечении ассоциативной памяти об обстановке в модели усиления памяти предобучением у молодых и пожилых мышей.
Регистрацию кальциевой активности отдельных нейронов проводили с помощью миниатюрного микроскопа (минископа), позволяющего оптически детектировать активные нейроны благодаре флуоресценции кальциевого сенсора. Для этого мышам была проведена стереотаксическая операция, в рамках которой был введён кальциевый флуоресцентный сенсор NCaMP7 в область СА1 гиппокампа [3]. Затем в исследуемую область была вживлена GRIN-линза диаметром 0,5 мм, а на голове мыши устанавливали крепления для минископа. Эксперимент проводили через неделю после операции. В первый день проводили процедуру предобучения: мышей помещали в новую обстановку для знакомства с ней в течение 5 минут, в результате чего у мышей было сформировано пространственное представление об обстановке. Через три дня мышей кратковременно помещали в ту же обстановку и немедленно наносили электрокожное раздражение (ЭКР) в течение 2с (1,5мА). Таким образом сформированное ранее представление об обстановке было ассоциировано с состоянием страха животного. Тестирование ассоциативной памяти проводили через три дня после нанесения ЭКР: мышей помещали в ту же обстановку на 5 минут.
Мерой сформированной ассоциативной памяти у мышей являлся уровень их замирания в обстановке. Молодые мыши демонстрировали низкий уровень замираний в первый день посещения контекста. Также низкий уровень замираний мы наблюдали у пожилых мышей в первый день эксперимента. При этом, при извлечении сформированной ранее памяти значимо вырос уровень длительности замираний у пожилых мышей, в сравнении с первым днём, что говорит о том, что животные этой группы сформировали ассоциативную память об обстановке. Для анализа изменения кальциевой активности при формировании и извлечении памяти мы оценивали изменение уровня нейронной активности в каждом отдельном акте замирания животного. Кальциевая активность отдельных нейронов области СА1 была зарегистрирована при первом посещении обстановки и при извлечении памяти. У каждой мыши было зарегистрировано около 20 нейронов в двух исследуемых группах в двух сессиях эксперимента. При этом мы не обнаружили значимых изменений в числе активных нейронов у молодых и пожилых животных в моменты их замираний в обстановке.
Полученные результаты указывают на то, что процессы формирования и извлечения ассоциативной памяти не проявляются в изменении числа активных клеток в момент замирания животного. Возможно, исследуемые процессы формирования и извлечения памяти отражаются в иных формах активности мозга, таких как когнитивные карты обстановки, представляющие собой сеть когнитивно-специализированных нейронов (полей места).
Ключевые слова
Полный текст
Известно, что в процессе формирования памяти о новом опыте у животного активируются нейроны во многих областях мозга. В частности, активируются нейроны области СА1 гиппокампа при формировании памяти о новой обстановке [1]. Однако не вполне ясно, как изменяется активность нейронов области СА1 при формировании и извлечении памяти. Кроме того, остаётся вопрос, какие изменения в активности нейронов наблюдаются у животных пожилого возраста при формировании памяти, а также при её извлечении.
В нашей работе мы исследовали изменения кальциевой активности нейронов области СА1 гиппокампа при формировании и извлечении ассоциативной памяти об обстановке в модели усиления памяти предобучением у молодых и пожилых мышей.
Регистрацию кальциевой активности отдельных нейронов проводили с помощью миниатюрного микроскопа (минископа), позволяющего оптически детектировать активные нейроны благодаря флуоресценции кальциевого сенсора. Для этого мышам проводили стереотаксическую операцию, в рамках которой вводили кальциевый флуоресцентный сенсор NCaMP7 в область СА1 гиппокампа [2]. Затем в исследуемую область вживляли GRIN-линзу диаметром 0,5 мм, а на голове мыши устанавливали крепления для минископа. Эксперимент проводили через неделю после операции. В первый день выполняли процедуру предобучения: мышей помещали в новую обстановку для знакомства с ней в течение 5 мин, в результате чего у мышей было сформировано пространственное представление об обстановке. Через три дня мышей кратковременно помещали в ту же обстановку и немедленно наносили электрокожное раздражение (ЭКР) силой тока 1,5 мА в течение 2 с. Таким образом, сформированное ранее представление об обстановке было ассоциировано с состоянием страха животного. Тестирование ассоциативной памяти проводили через три дня после нанесения ЭКР: мышей помещали в ту же обстановку на 5 мин.
Мерой сформированной ассоциативной памяти у мышей являлся уровень их замирания в обстановке. Молодые мыши демонстрировали низкий уровень замираний в первый день посещения контекста. Низкий уровень замираний мы также наблюдали у пожилых мышей в первый день эксперимента. При этом при извлечении сформированной ранее памяти значимо вырос уровень длительности замираний у пожилых мышей в сравнении с первым днём. Это говорит о том, что животные этой группы сформировали ассоциативную память об обстановке. Для анализа изменения кальциевой активности при формировании и извлечении памяти мы оценивали изменение уровня нейронной активности в каждом отдельном акте замирания животного. Кальциевая активность отдельных нейронов области СА1 была зарегистрирована при первом посещении обстановки и при извлечении памяти. У каждой мыши зарегистрировали около 20 нейронов в двух исследуемых группах в двух сессиях эксперимента. При этом мы не обнаружили значимых изменений в числе активных нейронов у молодых и пожилых животных в моменты их замираний в обстановке.
Полученные результаты указывают на то, что процессы формирования и извлечения ассоциативной памяти не проявляются в изменении числа активных клеток в момент замирания животного. Возможно, исследуемые процессы формирования и извлечения памяти отражаются в иных формах активности мозга, таких как когнитивные карты обстановки, представляющие собой сеть когнитивно-специализированных нейронов (полей места).
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Работа была поддержана грантом Российского научного фонда 20-15-00283, Междисциплинарной научно-образовательной школой МГУ имени М.В. Ломоносова «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект» и некоммерческим фондом поддержки науки и образования «ИНТЕЛЛЕКТ».
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Об авторах
О. С. Рогожникова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва
О. И. Ивашкина
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва
К. А. Торопова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва
В. П. Сотсков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва
В. В. Плюснин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва
К. В. Анохин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
Email: osrogozhnikova@gmail.com
Россия, Москва; Москва
Список литературы
- Santarelli A.J., Khan A.M., Poulos A.M. Contextual fear retrieval-induced Fos expression across early development in the rat: an analysis using established nervous system nomenclature ontology // Neurobiol Learn Mem. 2018. Vol. 155. P. 42–49. doi: 10.1016/j.nlm.2018.05.015
- Subach O.M., Sotskov V.P., Plusnin V.V., et al. Novel genetically encoded bright positive calcium indicator NCaMP7 based on the mNeonGreen fluorescent protein // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 5. P. 1644. doi: 10.3390/ijms21051644
Дополнительные файлы
