تحسين ذاكرة التعرف على الأشياء باستخدام التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة بعد الترميز، الجزء 1

خلاصة

الخلفية: من المعروف أن تحفيز الدماغ يؤثر على المسارات الأساسية والبروتينات المشاركة في الذاكرة. ومع ذلك، هناك نتائج متضاربة حول قدرة تحفيز الدماغ على تحسين الذاكرة، والتي قد تكون بسبب الاختلافات في توقيت التحفيز.

هناك علاقة وثيقة بين تحفيز الدماغ والذاكرة. تحفيز الدماغ يمكن أن يعزز نشاط الخلايا العصبية في الدماغ، وبالتالي تحسين الذاكرة والقدرة المعرفية.

أولا، تحفيز الدماغ يمكن أن يعزز الاتصال بين الخلايا العصبية. من خلال تحفيز الدماغ، سيصبح الاتصال والاتصال بين الخلايا العصبية أكثر تواتراً وكفاءة. ستصبح هذه الروابط أكثر استقرارًا وحقيقية، مما يجعل الدماغ أكثر مرونة وإبداعًا وتفكيرًا. ستمنحك هذه المزايا ميزة في التعلم والحياة.

ثانيًا، يمكن أن يؤدي تحفيز الدماغ إلى تعزيز الذاكرة. التحفيز المتكرر للدماغ يمكن أن يعزز حيوية وصحة الدماغ، وبالتالي تعزيز الذاكرة. هناك علاقة حيوية بين صحة الدماغ والذاكرة والأنشطة المعرفية. سيساعد تحفيز الدماغ الدماغ على التعافي والنمو والإصلاح. بهذه الطريقة، سيكون من الأسهل بالنسبة لنا تعلم المعرفة أو الحصول على معلومات ذات معنى من الحياة، وسنكون قادرين على تخزينها واستدعائها بشكل أفضل في الدماغ.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتحفيز الدماغ أيضًا تعزيز التعلم وتطبيق المعلومات الجديدة. في الحياة، نواجه باستمرار مشاكل مختلفة لا نعرف كيفية التعامل معها. ومن خلال تحفيز الدماغ بشكل متكرر، يمكننا فهم هذه المعلومات المعقدة بشكل أسرع وأكثر دقة، والتكيف معها تدريجيًا، وإيجاد طرق لمعالجتها، والتعامل معها بشكل أفضل، مما يجعلنا أكثر سهولة عند التعامل مع الأشياء.

باختصار، من خلال تحفيز الدماغ، يمكننا أن نكون أكثر مرونة وإبداعًا وتفكيرًا. وسنواجه أيضًا مشاكل وتحديات الحياة بثقة أكبر. يعد تحفيز الدماغ طريقة جيدة لتحسين قدرتنا المعرفية وتعزيز التعلم وتحسين الذاكرة. دعونا نلتزم بخطة تدريب الدماغ، ونحافظ على موقف إيجابي، ونكون إيجابيين، ونسعى إلى تنمية شخصية أفضل، ونحقق مُثُلنا العليا. يمكن ملاحظة أننا بحاجة إلى تحسين الذاكرة، ويمكن لـ Cistanche تحسين الذاكرة بشكل كبير لأن Cistanche يمكنه أيضًا تنظيم توازن الناقلات العصبية، مثل زيادة مستويات الأسيتيل كولين وعوامل النمو، وهي مهمة جدًا للذاكرة والتعلم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ Cistanche أيضًا تحسين تدفق الدم وتعزيز توصيل الأكسجين، مما يضمن حصول الدماغ على التغذية والطاقة الكافية، وبالتالي تحسين حيوية الدماغ والقدرة على التحمل.

انقر فوق "معرفة" لتحسين الذاكرة العاملة

الفرضية: افترضنا أن التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) المعطى بعد مهمة التعلم وخلال الفترة التي تسبق الاسترجاع يمكن أن يساعد في تحسين الذاكرة. الطرق: قمنا بزراعة فئران ذكور B6129SF2/J (عدد=32) مع ملحق جمجمي لتأمين ملف rTMS أنه يمكن إعطاء الفئران تحفيزًا ثابتًا للمنطقة الأمامية أثناء التحرك بحرية.

خضعت الفئران بعد ذلك لمرحلة أخذ عينات اختبار التعرف على الأشياء وأعطت العلاج −3، −24، −48 ساعة بعد الاختبار. يتكون العلاج من تحفيز rTMS لمدة 10 دقائق و10 هرتز (TMS، n=10)، أو علاج زائف (SHAM، n=11)، أو مجموعة مراقبة لم تقم باختبار السلوك أو تتلقى rTMS (CONTROL n=11).

عند -72 من الفئران، تم اختبار استكشافهم للكائن الجديد مقابل الكائن المألوف. النتائج: عند 72- ساعة، فقط الفئران التي تلقت rTMS كان لديها استكشاف أكبر للكائن الجديد مقارنة بالكائن المألوف.

نظهر أيضًا أن تعزيز GluR2 المتشابك والحفاظ على الاتصالات المتشابكة في القشرة المحيطة بالأنف والحصين CA1 مهمان لهذا التأثير.

بالإضافة إلى ذلك، وجدنا أدلة على أن هذه التغييرات كانت مرتبطة بمسارات CAMKII وCREB في الخلايا العصبية الحصينية.

الاستنتاج: من خلال ربط التأثيرات البيولوجية المعروفة لـ rTMS بمسارات الذاكرة، فإننا نقدم دليلاً على أن rTMS فعال في تحسين الذاكرة عند إعطائه أثناء مرحلتي الدمج والصيانة.

1. مقدمة

من المعروف أن تحفيز الدماغ غير الجراحي يؤثر على المسارات الأساسية والبروتينات المشاركة في الذاكرة. ومع ذلك، فإن الدراسات الحالية التي بحثت آثار تحفيز الدماغ، وخاصة التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS)، على الذاكرة كانت لها نتائج متضاربة [1].

يمكن أن يكون سبب ذلك هو استهداف التحفيز في أوقات مختلفة أثناء تكوين الذاكرة واسترجاعها [1]. تشير الأدلة إلى أن استهداف rTMS في مراحل ما بعد التشفير أو الدمج يمكن أن يكون مفيدًا في تطوير ذكريات مستقرة طويلة المدى [2] e4.

الدمج هو المرحلة التي تحول الذاكرة قصيرة المدى إلى ذاكرة طويلة المدى (LTM). تعتمد العملية على تخليق البروتين في وقت محدد، والذي يحول المعلومات الجديدة إلى تعديلات متشابكة مستقرة مع زيادة كثافة مستقبلات ما بعد المشبكي [5،6].

لقد تم توضيح أهمية تخليق البروتين الخاص بالوقت والمنطقة في الدراسات التي تمنع تخليق بروتين دينوفو. على سبيل المثال، إحدى الدراسات التي منعت تخليق البروتين في الحصين 3-h، ولكن ليس 6-h بعد حدث التعلم، أدت إلى ضعف LTM ولكن ليس الذاكرة قصيرة المدى في الفئران[7].

من بين هذه البروتينات، تم تحديد العديد من مسارات الإشارات المهمة والتي تعتبر منتظمة ومهمة في هذه العملية.

توجد مسارات إشارات متعددة في المشبك والتي تشير إلى تعصيب المستقبل واستقرار العمود الفقري اللازم لـ LTM. يتم تنشيطها من خلال حدث تحفيزي طويل الأمد (LTP) وغالبًا ما يتم تعزيزها بعوامل التغذية العصبية مثل عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) [8].

إن BDNF له أهمية خاصة في إنشاء ذكريات طويلة المدى، حيث أن منع تخليق BDNF في وقت محدد يشير إلى أن التعلم التالي يمنع ترسيخه [5].

يرتبط BDNF بمستقبلات التيروزين كيناز (TrkB) ويمكنه بدء مسارات إشارات متعددة مثل بروتين كيناز المنشط بالميتوجين / كيناز ينظم الإشارة خارج الخلية (ERK) أو مسارات فسفوليباز Cg. تتلاقى مسارات الإشارات هذه عند تنشيط عامل تنظيم النسخ، بروتين ربط العناصر المستجيب لـ cyclicAMP (CREB).

تلعب البروتينات المنشّطة بالكالسيوم مثل بروتين كيناز II (CAMKII) المعتمد على الكالسيوم/الهيمودولين دورًا أيضًا في تنظيم الجينات المنشَّطة بـ CREB [9e11] ويمكنها أيضًا التوسط بشكل مباشر في التعبير التشابكي لمستقبلات AMPA الجلوتاماتيرجية وتثبيت السقالات المتشابكة [12e15] .

تؤدي مسارات الإشارات هذه معًا إلى تعبير مستقبل التحول والانتقال الذي يتوسط زيادة التنشيط في المشبك العصبي، وبالتالي يعمل على تثبيت المشابك العصبية والمساهمة في الحفاظ على LTP لفترة طويلة [16]. والأهم من ذلك، أظهرت الدراسات السابقة أنه من الممكن تحسين توحيد الذاكرة. من خلال إعادة التنشيط الدوري لمسارات الدمج هذه في البيئات التجريبية [17].

وقد أظهرت الدراسات السابقة قدرة rTMS على التأثير بشكل مباشر على هذه المسارات المحددة في الدماغ. أظهرت الدراسات التي أجريت على الجسم الحي أن rTMS يزيد من مستويات BDNF في الدماغ [18e20]. وبشكل أكثر مباشرة، يؤدي التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) في المختبر إلى زيادة الكالسيوم في الخلايا العصبية، وهو جزيء الإشارة السائد في مسار CAMKII [18]. كما تم عرض زيادة فسفرة CAMKII وCREB في المختبر بعد التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) [20،21].

يؤثر rTMS أيضًا بشكل مباشر على تعبير المستقبلات التشابكية، مما يزيد من كثافة مستقبلات AMPA [22e24]، وينظم الوحدات الفرعية لمستقبلات AMPA مستقبلات الغلوتامات 1 (GluR1) ومستقبلات الغلوتامات 2 (GluR2) [25،26].

لذلك، يقوم asrTMS بتنشيط هذه المسارات وسيكون أكثر فعالية في تحسين الذاكرة أثناء مرحلة الدمج. تناولت هذه الدراسة استخدام rTMS لتحسين الذاكرة من خلال استهداف تحفيز مرحلتي الدمج والصيانة للذاكرة.

لقد افترضنا أن إدارة التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (rTMS) بعد مهمة تعليمية، وخلال الفترة التي تسبق استرجاعها، يمكن أن تحسن أداء الذاكرة. سيكون هذا نتيجة لإعادة التنشيط الدوري للمسارات المتضمنة في الذاكرة، والتي تتأثر أيضًا بالـ rTMS.

باستخدام نموذج حيواني لـ LTM عرضي محدد، أظهرنا أن rTMS يحسن ذاكرة الكائن عند إعطائه خلال 72-h بين التشفير والاسترجاع، في حين أن الفئران التي أعطيت علاج SHAM لم تحافظ على الذاكرة.

تم دعم هذا التأثير من خلال التغييرات في الاتصالات المشبكية في القشرة المحيطة بالأنف وCA1، والتنشيط المرتفع لـ CREB وCAMKII، والتحول الديناميكي في الوحدات الفرعية لمستقبل AMPA عند المشبك.

2. المواد والأساليب

2.1. الحيوانات

استخدمنا n=33 من الفئران الذكور B6129SF2 / J الذين تتراوح أعمارهم بين 2e4 أشهر لهذه الدراسة. عاشت جميع الفئران تحت دورة مظلمة 12- ساعة / 12- ساعة مع حرية الوصول إلى العلف الجاف والماء. تتوافق جميع إجراءات رعاية الحيوان مع قانون رعاية الحيوان وكانت بموجب المبادئ التوجيهية المؤسسية وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة VA Palo Alto للبحوث الحيوانية.

2.2. جراحة دعم الملف

خضع كل فأر لعملية جراحية لربط دعامة ملفية سمحت بتحفيز rTMS المستمر للحيوانات المستيقظة. ويمكن العثور على تفاصيل حول الإجراء الجراحي في Poh et al., 2018[27].

باختصار، تم تخدير الحيوانات باستخدام الأيزوفلورين بنسبة 3% والحفاظ عليها عند نسبة 2e3% باستخدام مخروط الأنف. بعد الحلاقة وتنظيف الموقع من أجل العقم، تم عمل شق سهمي بطول 10 ملم تقريبًا باستخدام شفرة مشرط.

تم كشط السمحاق بلطف، وتم تثبيت دعامة ملفوفة مسبقة الصنع في البريجما باستخدام السيانوكريلات وتعزيزها بأسمنت الأسنان. ثم تمت خياطة الجرح حول دعامة الملف.

2.3. إجراءات السلوك والتحفيز

للحصول على لمحة عامة عن إجراءات السلوك والتحفيز انظر الشكل. 1 أ. بعد خمسة أيام من التعافي من جراحة دعم الملف، تم تعويد الفئران على إجراءات قفص التحفيز والملف المنفصلة لمدة ثلاثة أيام.

في اليوم الأخير من تعويد الملف، خضعت الفئران لاختبار المجال المفتوح (OFT) لمدة 10- دقيقة، والذي كان أيضًا بمثابة تعويد لاختبار التعرف على الكائنات (ORT). وفي اليوم التالي تم تعريض الفئران لمرحلة أخذ عينات ORT مع اثنين من نفس الكائنات لمدة 10 دقائق. كانت الأشياء ذات أحجام متشابهة ولكن بألوان وأشكال مختلفة. تم وضع هذه الأشياء في الزوايا المقابلة لساحة الاختبار المربعة.

بعد ثلاث ساعات، تم تقسيم الفئران بشكل عشوائي إلى مجموعتين علاجيتين، TMS التي تلقت تحفيزًا نشطًا لمدة 10- دقيقة من 10 هرتز rTMS، وSHAM، التي عولجت بنفس الطريقة باستثناء إيقاف تشغيل الملف أثناء التحفيز.

تمت معالجة كل من الفئران TMS وSHAM مرة أخرى24- و48-ساعة بعد التعرف. في اليوم الأخير (72- ساعة بعد الإلمام) تم تعريض الفئران لمرحلة اختبار ORT لمدة 10- دقيقة باستخدام كائن واحد مألوف وكائن جديد واحد.

لتحديد ما إذا كان استكشاف الكائن الجديد أكبر من الكائن المألوف قمنا بحساب مؤشر التمييز (((استكشاف الكائن الجديد) - (استكشاف الكائن المألوف))/ (((استكشاف الكائن الجديد) þ (استكشاف الكائن المألوف))). لقد اخترنا 72-h، حيث أظهرت كل من الدراسات السابقة [28] والبيانات التجريبية (غير موضحة) أنه في ظل الظروف العادية لا تحتفظ الفئران بذاكرة ORT في هذه المرحلة الزمنية.

تمت موازنة كل من أنواع الكائنات وموقع الكائن الجديد بين المجموعات. بالنسبة لجلسة التعود وأخذ العينات والتحقيق، تم منح الفئران دائمًا 30 دقيقة للتأقلم مع غرفة التجربة قبل التجارب، وتم تنظيف الأشياء والساحة باستخدام 70٪ من الإيثانول بعد كل فأر.

وللتحقق من تأثيرات المهمة السلوكية فقط، قمنا أيضًا بتضمين مجموعة عولجت بنفس الطريقة التي تعامل بها فئران SHAM باستثناء أنها لم تقم بإجراء ORT.

وبدلاً من ذلك، تم تعريضهم لجلسة أخذ عينات واستقصاء ولكن بدون أي أشياء. لم يصل أحد الفئران في مجموعة TMS إلى الحد المطلوب للاستكشاف الإجمالي 20- لكلا الكائنين في جلسة أخذ العينات، وبالتالي تم استبعاده من الدراسة. تم استبعاد هذا الفأر من التحليل الكيميائي الحيوي اللاحق.

وصلت جميع الفئران الأخرى إلى المعايير في كل من جلسة أخذ العينات والتحقيق. باستثناء الماوس الواحد، كانت الأرقام النهائية في المجموعات التجريبية هي TMS n=10، وSHAM n=11، وCONTROLn=11.

2.4. لطخة غربية

بعد ثلاث ساعات من جلسة التحقيق، تمت التضحية بالفئران بجرعة زائدة من الكيتامين، وتم تشريح أنسجة الحصين والقشرة الأمامية بسرعة على الثلج الجاف وتخزينها عند درجة حرارة 80 درجة مئوية.

تمت تجانس هذه العينات باستخدام 300 مل من كاشف استخلاص البروتين المتشابك Syn-Per المثلج (Thermo Scientific) مع 1x كوكتيل مثبط الأنزيم البروتيني (Roche) و1x أقراص كوكتيل مثبط الفوسفاتيز (Roche) (لكل 10 مل)، لمدة 5 ثوانٍ.

تم الطرد المركزي للمتجانسات عند 1200 جم لمدة 10 دقائق لإزالة حطام الخلية. تم أخذ المادة الطافية، وتم تقسيم جزء من المادة الطافية لتحليل المتجانس الكامل. تم طرد الباقي عند درجة حرارة 15,000 جم لمدة 20- دقيقة عند درجة حرارة 4 مئوية.

تم إعادة تعليق الكريات، التي تحتوي على السينابتوسومات، بلطف في Syn-Per بمعدل 1.5 مل/جم من الأنسجة، لتكوين المتجانس المشبكي. تم استخدام قطرة نانوية لقياس تركيز البروتين في العينة.

تم تخزين المتجانس الكامل والمتجانس عند درجة حرارة 80 مئوية حتى التحليل. تم تخفيف كل من المتجانسات الكاملة والمتشابكة إلى 4 ملغم / مل في برنامج تلفزيوني بارد مثلج وتم خلطها مع 1: 4 بروتين تحميل عازل (LiCor) و1: 4000 مركابتويثانول. تم بعد ذلك تسخينها عند 95 درجة مئوية لمدة 5- دقيقة وتحميلها في Mini PROTEAN TGX Gels (Bio-Rad).

بعد الانفصال باستخدام الرحلان الكهربائي عند 100 فولت، تم نقل البروتينات إلى غشاء نشاف من النيتروسليلوز (GE Healthcare Lifesciences). تم غسل الأغشية في محلول المعالجة المسبقة للمستضد SuperSignal WesternBlot Enhancer (Thermo Scientific) ثم تم حظرها باستخدام Blocking Buffer (Rockland) و1٪ من مصل الماعز لمدة 1- ساعة.

بعد الحجب، تم تحضين الغشاء باستخدام الأجسام المضادة الأولية المخففة في مخفف الجسم المضاد الأساسي SuperSignal Western BlotEnhancer (Thermo Scientific) طوال الليل في درجة حرارة الغرفة.

كانت الأجسام المضادة الأولية المستخدمة هي ERK 1/2 (1:1000، سانتا كروز للتكنولوجيا الحيوية)، وphospho-p44/42 MAPK (perK 1:1000، تقنيات تشوير الخلايا)، وCREB فأر أحادي النسيلة (1:500، تقنيات تشوير الخلايا)، ووحيدة النسيلة للأرانب. phospho-CREB (S133) (pCREB1: 500، تقنيات تشوير الخلية)، أرنب أحادي النسيلة CAMKIIalpha (1: 1000، تقنيات تشوير الخلية)، فأر أحادي النسيلة phospho-CAMKII (Thr286) (pCAMKII 1: 1000، Invitrogen)، mousemonoclonal GluR1 (1: 750، سانتا كروز للتكنولوجيا الحيوية)، أرنب أحادي النسيلة phospho-GluA1 (S845) (pGluR1(845) 1:750، CellSignaling Technologies)، أرنب أحادي النسيلة phospho-GluA1 (S831) (pGluR1(831) 1:750، تقنيات تشوير الخلية)، الماوس أحادي النسيلة GluR2 (1:750، Invitrogen)، فسفو-GluR2 متعدد النسيلة (S880) أرنب (pGluR2 1:500، Invitrogen)، فأر أحادي النسيلة TrkB (1:500، BD Transduction Laboratories) أو فوسفو متعدد النسيلة أرنب-TrkB( Tyr816) (pTrkB 1:500، EMD ميليبور).

تم استخدام Cofilin متعدد النسيلة للأرنب (1: 2000، Sigma) للتحكم في التحميل القياسي. بعد الشطف في TBS-Tween، تم تحضين الغشاء لمدة ساعة واحدة عند درجة حرارة الغرفة في الماعز المضاد للأرنب 800 والماعز المضاد للفأر 680 (1: 3000، LiCor).

تم تصوير الكتلة المناعية باستخدام نظام التصوير بالأشعة تحت الحمراء Odyssey Clx (LiCor) وتم إجراء تحليل بيانات كثافة النطاق باستخدام Image Studio (LiCor).

2.5. الكيمياء المناعية

بعد ثلاث ساعات من جلسة التحقيق، تم بعد ذلك ضخ الفئران التي تم التضحية بها بجرعة زائدة من الكيتامين عبر القلب مع 50 مل من البرد 1 M PBS.
تم تثبيت العقول على الفور في محلول بارافورمالدهيد بنسبة 4٪ عند 4 درجات مئوية ونقلها إلى 3 0٪ سكروز في برنامج تلفزيوني لمدة 48- ساعة على الأقل قبل التجميد إلى أقسام بحجم 30 مم. تم حظر المقاطع العائمة الحرة ونفاذيتها باستخدام 10٪ من مصل الماعز الحمير في 0.1٪ تريتون في 1 M PBS ثم تم احتضانها لمدة 48- مع أرنب متعدد النسيلة PSD95 (1: 300، Thermo Scientific) والفأر أحادي النسيلة SV2A (1: 300، سانتا كروز للتكنولوجيا الحيوية).

تم بعد ذلك تحضين المقاطع لمدة 1- ساعة باستخدام الأجسام المضادة الثانوية Alexa Fluor goat anti-rabbit 568 (1:500، Invitrogen) وAlexa Fluorgoat anti-mouse 488 (1:500، Invitrogen. ثم تم غسل الشرائح باستخدام الصبغة النووية DAPI (1:1000، سيجما)، مثبتة على الشرائح، ومغطاة بـ Fluoromount (Thermo Scientific).

تم قياس كمية التلطيخ في القشرة الأمامية (FC)، والحصين الظهري CA1، والقشرة المخية الأنفية الداخلية (EC)، والقشرة المحيطة بالأنف (PC).

تم التقاط الصور المكدسة باستخدام مجهر الفلورسنت BZ-X700 (Keyence) بتكبير 40x لتحديد النقاط التشابكية في جميع أنحاء الشريحة بأكملها. تم حساب إجمالي نقاط PDS95 ونقاط SV2A وcolocalized (المحددة على أنها نقطتين بجوار بعضها البعض أو متداخلتين) من أربع صور على الأقل لكل منطقة، ومتوسط ​​النتائج الملتقطة لكل ماوس. تم الانتهاء من القياس الكمي لل% colocalized عن طريق العد (تداخل SV2A وPSD95)/(إجمالي SV2A وPSD95) بونتا.

2.6. إحصائيات

استوفت جميع البيانات افتراضات الحالة الطبيعية كما تم تقييمها من خلال فحص الانحراف والتفرطح وقيمة شابيرو ويلك للبقايا المحسوبة ولم تكن هناك انتهاكات لتجانس التباين كما تم تقييمها باستخدام إحصائية ليفين.

بالنسبة لاختبارات السلوك، تم استخدام اختبارات t للطلاب لمقارنة SHAM مع TMS، ولاستكشاف الكائنات الجديدة والمألوفة داخل المجموعات، تم استخدام قياسات متكررة ثنائية الاتجاه ANOVA.

تم اختبار الكيمياء المناعية وبيانات اللطخة الغربية للتأكد من أهميتها باستخدام One-WayANOVA. بالنسبة لجميع المقارنات الزوجية اللاحقة، تم استخدام تعديل Tukey بأهمية عند p <0.05.

إذا تم انتهاك تجانس التباين، فقد تم تحديد الأهمية باستخدام اختبار WelchTest وتم تصحيحه لاحقًا باستخدام Games-Howell، وتم ملاحظة هذه الحالات في النتائج. تم إجراء جميع الإحصائيات باستخدام SPSS (الإصدار 22، IBM)، وتم إنتاج الرسوم البيانية باستخدام GraphPad (الإصدار 7، Prism).

For more information:1950477648nn@gmail.com