Früheres Angstlernen ermöglicht die schnelle Assimilation neuer Angsterinnerungen direkt in kortikale Netzwerke Teil 2

Das vorherige kontextuelle Angstlernen ermöglicht es dem anterioren cingulären Kortex, neue Erinnerungen sofort zu kodieren

Bisher haben wir die Dynamik der Systemkonsolidierung in auditiven Angsterinnerungen untersucht. Das Modell der Systemkonsolidierung stammt jedoch größtenteils aus Studien zum Hippocampus-abhängigen Gedächtnis.

Hörangst ist ein sehr häufiges psychisches Problem, das große Auswirkungen auf das tägliche Leben der Menschen haben kann. Wenn eine Hörphobie auftritt, können sich die Betroffenen sehr unwohl fühlen und sogar verschiedene gesundheitliche Probleme verursachen. Gleichzeitig gibt es aber auch Experimente, die belegen, dass Hörangst auch das Gedächtnis verbessern kann.

In den letzten Jahren haben Forscher herausgefunden, dass Menschen mit Hörphobie aufmerksamer und sensibler sind als andere. Ihr Gehirn reagiert stärker und schneller auf Schallreize. Diese Reaktion macht sie sensibler für die Geräusche in ihrem Leben. In einigen Fällen sind sie besser in der Lage, eine Vielzahl von Informationen zu verarbeiten und erhalten sogar hilfreichere Hinweise aus den Geräuschen, was möglicherweise ihr Gesamtgedächtnis verbessert.

Wenn sich eine Person in einem angespannten oder ängstlichen emotionalen Zustand befindet, schüttet das Gehirn eine Substanz namens Adrenalin aus. Dieser Stoff kann die Aktivität von Gehirnneuronen fördern und die Konzentration des Menschen steigern. Daher führt die Freisetzung von Adrenalin während eines auditiven Angstzustands zu einer größeren Konzentration und einem besseren Gedächtnis des Zuhörers.

Wenn der akustische Angstreiz anhält, kann sich das Gehirn gleichzeitig an diesen Reiz anpassen, indem es eine tiefere Erinnerung an den Klang aufbaut. Dieses Gedächtnis kann Patienten helfen, besser auf verschiedene Klangreize zu reagieren, wodurch sie selbstbewusster und unabhängiger werden.

Obwohl Hörangst viele Unannehmlichkeiten im täglichen Leben der Menschen verursachen kann, kann sie sich daher auch positiv auf das Gedächtnis auswirken. Wenn Menschen lernen, mit diesem psychischen Problem umzugehen, können sie ihre Ängste überwinden und sogar davon profitieren. Dies erinnert uns auch daran, dass wir psychische Probleme richtig sehen, auf die psychische Gesundheit achten und mit einer positiven Einstellung mit Schwierigkeiten umgehen sollten, um unser Leben zu verbessern. Es ist ersichtlich, dass wir unser Gedächtnis verbessern müssen. Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholinspiegels und der Wachstumsfaktoren. Diese Stoffe sind sehr wichtig für das Gedächtnis und das Lernen. Darüber hinaus kann Fleisch auch die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält und so die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Es wird angenommen, dass diese Erinnerungen zunächst sowohl auf der Hippocampus- als auch auf der kortikalen Ebene gebildet werden. Im Laufe der Zeit führt das koordinierte Zusammenspiel zwischen Hippocampus und kortikalen Netzwerken zu einer allmählichen Umgestaltung kortikaler Schaltkreise, die schließlich entfernte Erinnerungen speichern [1–5]. Dementsprechend sind bei naiven Tieren Hippocampus-abhängige Angsterinnerungen, nämlich kontextuelle Angsterinnerungen, zunächst vom Hippocampus abhängig und werden zunehmend von einem kortikalen Netzwerk abhängig, das den ACC und den präfrontalen Kortex umfasst [1,2,6–8]. ].

Wir haben daher untersucht, ob diese zeitabhängige Reorganisation anders abläuft, wenn zuvor eine Systemkonsolidierung eines früheren Speichers stattgefunden hat. Ratten wurden darauf trainiert, den Kontext mit den USA in Verbindung zu bringen. Zwei Wochen zuvor hatte eine Gruppe von Ratten einen anderen Zusammenhang zwischen einem anderen Kontext und den USA gelernt (CtxA-CtxB), während eine andere Gruppe nur unmittelbare schmerzhafte Reize erhielt, die das kontextuelle Angstlernen behinderten (Schock-CtxB) (S1A-Abb.). Den Tieren wurde CNQX oder Kochsalzlösung 24 Stunden nach dem kontextuellen Lernen in das ACC injiziert (Abb. 4A und S1B).

In Übereinstimmung mit früheren Studien [1,6,8] ließ die Inaktivierung von ACC bei Tieren, die zuvor keine andere Angstassoziation gelernt hatten, das Einfrieren des CtxB unberührt, was darauf hindeutet, dass diese Manipulation das aktuelle Gedächtnis nicht beeinträchtigte. Allerdings verringerte die Inaktivierung des ACC, ähnlich wie bei den beim auditiven Angstlernen gewonnenen Daten, das Einfrieren auf das aktuelle CtxB bei Ratten, die zuvor eine kontextuelle Angstassoziation gelernt hatten (Abb. 4B und 4C).

Dieses Phänomen hing ursächlich mit der Entwicklung der langsamen Systemkonsolidierung des ersten Gedächtnisses zusammen, da es bei Tieren fehlte, bei denen die beiden Angstereignisse nur 7 oder 24 Stunden voneinander entfernt waren, und bei Tieren, bei denen das ACC 24 Stunden nach beiden inaktiviert wurde erstens und zweitens kontextuelles Angstlernen. Darüber hinaus fehlte es bei Ratten, die die Erkundung des ersten Kontexts in Abwesenheit jeglicher USs erlebten (Kontext-CtxB-Gruppe) (Abb. 4D und 4E).

Entscheidend ist, dass die Inaktivierung des ACC, die eine Stunde nach dem Lernen durchgeführt wurde, auch das aktuelle Angstgedächtnis beeinflusste (Abb. 4F und 4G). Zu diesem Zeitpunkt verringerte die Verabreichung von Anisomycin das Einfrieren des CtxB bei Tieren, die zuvor kontextuelles Angstlernen erlebt hatten (Abb. 4H und 4I). Diese Daten stützen die Idee, dass der Neokortex, sobald ein erstes Angstereignis gespeichert wurde, sofort für neue Erinnerungen unerlässlich wird, indem er ausschließlich die synaptischen Konsolidierungsmechanismen nutzt.

Vorheriges kontextuelles Angstlernen organisiert ACC-zu-BLA-Projektionen neu, sodass sie aktuelle Erinnerungen unterstützen

Als nächstes untersuchten wir, ob die neuronale Konnektivität, die während der Erinnerungsspeicherung aus der Ferne bei naiven Tieren rekrutiert wird, auch an der kürzlichen Erinnerungsspeicherung bei Tieren beteiligt sein kann, die zuvor eine andere kontextuelle Angsterinnerung gelernt hatten. Zu diesem Zweck untersuchten wir die Beteiligung von Projektionen vom ACC zum BLA an der Beibehaltung aktueller und entfernter kontextueller Erinnerungen.

Eine frühere Studie zeigte, dass die optogenetische Hemmung der Axonterminals, die vom präfrontalen Kortex auf die BLA projiziert werden, die kontextuelle Angstgedächtniserhaltung zu entfernten, aber nicht aktuellen Zeitpunkten bei naiven Tieren beeinträchtigte [7]. Der Adeno-assoziierte virale Vektor (AAV5-CaMKIIa-eNpHR3.0-mCherry) oder der Kontrollvektor (AAV5-CaMKIIa-mCherry) wurden in 2 Gruppen in das ACC injiziert, wie in die oben beschriebenen Experimente (Abb. 5A–5C und S3C). Die optogenetische Hemmung der ACC-Terminals in der BLA während der jüngsten kontextuellen Angstgedächtnisbewahrung beeinträchtigte das Einfrieren des CtxB nur bei Tieren, denen der eNpHR3.0-mCherry-Vektor injiziert wurde und die zuvor eine deutliche Kontext-US-Assoziation gelernt hatten (Abb. 5D). ).

In dieser Gruppe führte die anschließende Hemmung der ACC-Terminals in der BLA auch zu einer signifikanten Verringerung des Einfrierens des CtxA, was darauf hindeutet, dass sie auch die Beibehaltung der Remote-Kontext-US-Assoziation beeinflusste (Abb. 5E). Diese Ergebnisse stützen die Idee, dass derselbe Nervenweg für die Beibehaltung der Fernerinnerung an das erste Angstereignis und neuerer Erinnerungen an neue analoge Ereignisse wesentlich ist. Diese Daten deuten auch darauf hin, dass die durch die erste Erinnerung induzierte Neuordnung der kortikalen Bahnen, die zur BLA führen, ein häufiger Prozess sowohl für auditive als auch für kontextuelle Angsterinnerungen ist.

Nach einem vorherigen Angstlernen sind sowohl der dorsale Hippocampus als auch das ACC für die Bildung neuer Erinnerungen notwendig

Diese Ergebnisse werfen die Frage auf, ob der Hippocampus neue Erinnerungen bildet, selbst wenn zuvor kontextuelles Angstlernen stattgefunden hat. Alternativ könnte der Kortex auch ohne Hippocampus neue Erinnerungen bilden. Um diese Fragen zu beantworten, inaktivierten wir den Hippocampus eine Stunde nach dem kontextuellen Angstlernen in zwei Gruppen, ähnlich wie in den obigen Experimenten.

Da die meiste Literatur zur Systemkonsolidierung aus Studien stammt, in denen der Hippocampus dauerhaft zerstört wurde, begannen wir mit einer irreversiblen Läsion des dorsalen Hippocampus eine Stunde nach dem Lernen (Abb. 6A–6C). Hippocampusläsionen führten in beiden Gruppen zu einem signifikanten Rückgang des Einfrierens des CtxB (Abb. 6C). Da exzitotoxische Läsionen vorübergehend die Aktivität von Hirnregionen außerhalb des Hippocampus, wie dem ACC, beeinträchtigen könnten, wiederholten wir dieses Experiment, indem wir den dorsalen Hippocampus mit CNQX inaktivierten, um lokale AMPA-Glutamatrezeptoren zu blockieren, und stellten in beiden Gruppen amnesische Wirkungen fest (Abb. 6D und 6E). ).

Diese Ergebnisse zeigten, dass der Hippocampus für die Bildung neuer kontextueller Erinnerungen notwendig ist, unabhängig davon, ob zuvor Angstlernen stattgefunden hat. Zusammen mit den oben genannten Ergebnissen deuten diese Daten auch darauf hin, dass bei Tieren, die ein früheres kontextuelles Angstereignis gelernt haben, sowohl der Hippocampus als auch das ACC notwendig sind, um aktuelle Angsterinnerungen zu bilden, und dass keine dieser Stellen allein die Gedächtnisbildung in Abwesenheit unterstützen kann des anderen.

Anschließend untersuchten wir den zeitlichen Verlauf der Hippocampus-Beteiligung, indem wir die Hippocampus-Läsion auf eine Woche nach dem Lernen verzögerten. Im Einklang mit früheren Erkenntnissen [46] beeinflussten Läsionen des Hippocampus immer noch die Gedächtnisbildung bei Tieren, die zuvor noch nie andere Angstassoziationen gelernt hatten. Umgekehrt wirkten sich Hippocampusläsionen in der Gruppe, die von einem früheren Angstereignis erfahren hatte, nicht auf die Gedächtniserhaltung aus (Abb. 6F und 6G), was darauf hindeutet, dass ein früheres Angstgedächtnis das Zeitfenster der Hippocampusbeteiligung verkürzt (von 2 Wochen auf 1 Woche). auch für räumliches Lernen beobachtet [3,20,21].

Diskussion

In der vorliegenden Studie haben wir herausgefunden, dass die vorherige systemische Konsolidierung eines auditorischen Angstgedächtnisses es dem Te2 ermöglicht, über synaptische Konsolidierung sofort ein neues auditives Angstgedächtnis zu kodieren. Darüber hinaus werden die absteigenden Projektionen von Te2 zu BLA, die während der Konsolidierung des vorherigen Lernens aktiviert wurden, für die Bildung neuer auditiver Angsterinnerungen notwendig.

Ähnliche Ergebnisse wurden beim Hippocampus-abhängigen kontextuellen Angstlernen beobachtet. Bei der letztgenannten Aufgabe stellten wir auch fest, dass vorheriges Lernen die Dauer der Beteiligung des Hippocampus am jüngsten kontextuellen Angstlernen verkürzt. Zusammengenommen deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass früheres Lernen Gehirnschaltkreise neu organisiert, sodass neue analoge Informationen sofort in kortikalen Strukturen gelernt werden.

Das aktuelle Konzept der Systemkonsolidierung von Hippocampus-abhängigen Erinnerungen geht davon aus, dass der Hippocampus zeitlich begrenzt beteiligt ist und dass damit einhergeht und im Laufe der Zeit ein allmählicher Prozess der Reorganisation der Gehirnschaltkreise stattfindet, so dass kortikale Netzwerke zunehmend an Bedeutung gewinnen [1–5].

Obwohl es auch alternative Theorien gibt [47], unterstützen zahlreiche Studien die zeitlich begrenzte Rolle des Hippocampus bei Gedächtnisprozessen sowohl in menschlichen als auch in tierischen Modellen [1–3]. Im Gegenteil, die Reorganisation von Gehirnschaltkreisen, die das Gedächtnis im Laufe der Zeit unterstützen, wurde hauptsächlich in Tiermodellen nachgewiesen, während die Beweise beim Menschen umstrittener sind [3].

Einige Studien zeigten, dass die Hippocampusaktivität während des Gedächtnisabrufs beim Menschen über Wochen und Monate hinweg zunehmend abnimmt, wohingegen die Aktivität in der ventralen medialen präfrontalen Region [48], im temporalen Neokortex [49] oder in der Konnektivität zwischen kortikalen Bereichen [48] signifikant zunahm. Im Gegenteil, neuere Studien zeigten, dass die Aktivität des Hippocampus zwar im Laufe der Zeit abnahm, die kortikale Aktivität jedoch im Laufe der Zeit stabil blieb [50] oder ebenfalls abnahm [51]. Bei Tieren wurden konsistentere Beweise für die Reorganisation von Gehirnschaltkreisen erhalten, die das Gedächtnis im Laufe der Zeit unterstützen [1–3]. Diese Studien wurden an experimentell naiven Tieren durchgeführt.

Als wir dieses Problem bei Tieren untersuchten, die bereits ein Angstgedächtnis gebildet hatten, fanden wir heraus, dass der Hippocampus für die Bildung neuer Erinnerungen notwendig ist, unabhängig davon, ob zuvor Angstlernen stattgefunden hat. Die durch das erste Lernen ausgelöste Neuorganisation der Gehirnschaltkreise ermöglicht es dem Neokortex jedoch, neue Erinnerungen sofort zu kodieren, einfach durch zelluläre Mechanismen der synaptischen Konsolidierung. Dieses Phänomen gilt sowohl für Hippocampus-abhängige als auch für hippocampusunabhängige Angsterinnerungen und wurde speziell durch die langsame Systemkonsolidierung hervorgerufen, die durch das anfängliche Lernereignis ausgelöst wurde.

Es fehlte bei Ratten, bei denen die beiden Lernversuche zeitlich nahe beieinander lagen (einige Stunden oder 1 Tag), und bei Ratten, bei denen eine kortikale Inaktivierung nach dem ersten Lernereignis eine Neuordnung des Kortex und seine anschließende Beteiligung an der schnellen Assimilation von Neuem ausschloss Erinnerungen. Sobald darüber hinaus das erste Angstlernen die Gehirnkonnektivität neu organisiert hat, sind die vom Kortex zum BLA absteigenden Pfade nicht nur für die Beibehaltung entfernter Erinnerungen wie bei naiven Ratten, sondern auch für neuere Erinnerungen notwendig. Wir kommen zu dem Schluss, dass, wenn ein analoges Gedächtnis zuvor kodiert wurde, die Reorganisation der Gehirnschaltkreise bereits stattgefunden hat und möglicherweise nicht mehr für die Bildung neuer Erinnerungen erforderlich ist, die umgekehrt den Kortex und sein Zusammenspiel mit subkortikalen Stellen sofort aktivieren.

Trotz der großen Anzahl von Studien, die die zeitabhängige Reorganisation von Gehirnschaltkreisen bei naiven Tieren belegen, ist der genaue Zweck dieses Prozesses noch lange nicht geklärt. Da die mit dem Gedächtnis verbundenen Verhaltensreaktionen im Laufe der Zeit ähnlich bleiben können, wird angenommen, dass dieser Prozess dazu dient, die Gedächtnisstabilität im Laufe der Zeit zu verbessern [1,2,52]. Basierend auf unseren Erkenntnissen schlagen wir vor, dass, wenn ein Angstereignis zum ersten Mal auftritt, Gehirnschaltkreise einen längeren Prozess der Reorganisation durchlaufen, wie im Systemkonsolidierungsmodell beschrieben. Dieser Prozess kann dazu dienen, die neuronalen Netzwerke, die das Angstgedächtnis dauerhaft speichern, neu zu ordnen, sodass sie durch synaptische Konsolidierungsmechanismen sofort neue analoge Informationen erfassen können. Tatsächlich kann dieser Betriebsmechanismus neues Lernen „wirtschaftlicher“ machen, da er den Ressourcenaufwand für die Beschaffung neuer, verwandter Informationen reduzieren und dadurch mehr Ressourcen für das Lernen neuer, nicht verwandter Informationen freisetzen kann.

Eine wichtige Frage, die sich aus unseren Erkenntnissen ergibt, ist, ob vorheriges Lernen neuronale Netzwerke dauerhaft verändert, sodass ähnliche Erfahrungen sofort in den Neokortizes gespeichert werden können, auch wenn sie in sehr weit entfernten Zeitintervallen auftreten. Alternativ könnte es sein, dass das System auf das Ausgangsniveau naiver Tiere zurückgesetzt wird, wenn nicht in Kürze neue ähnliche Erfahrungen auftreten. Experimente zur Beurteilung der Beteiligung des Neokortex in zunehmenden Zeitintervallen zwischen dem ersten und dem zweiten Lernen werden diesen Punkt klären.

Wir fanden auch heraus, dass die Blockade des Neokortex während der frühen Konsolidierung einer ersten Erfahrung die sofortige Zuordnung neuer ähnlicher Erfahrungen zum Neokortex verhinderte (siehe Abbildungen 1F und 4D). Diese Ergebnisse legen nahe, dass zelluläre Prozesse, die unmittelbar nach dem ersten Lernen im Neokortex ablaufen, für dessen Rekrutierung im Systemgedächtniskonsolidierungsprozess notwendig sind. Diese Idee steht im Einklang mit den Erkenntnissen, dass einige „markierte“ Zellen beim Lernen in naiven Tieren im Neokortex aktiviert werden und zur Speicherung entfernter, aber nicht aktueller Erinnerungen dienen [7,8,12,44]. Zukünftige Studien müssen klären, ob diese Zellen diese Rolle auch nach vorherigem Lernen spielen oder ob sie auch an der Bildung aktueller Erinnerungen beteiligt sind.

Ursprünglich führte das Modell der Systemkonsolidierung zu der zusätzlichen Idee, dass der Hippocampus neue Informationen schnell lernt, während der Neocortex sie langsam lernt. Spätere Studien zeigten jedoch, dass der Neocortex auch zu schnellen Lernprozessen fähig ist [3,20,21,53]. Unsere Daten zeigten, dass zwei verschiedene Kortizes (Te2 und ACC) möglicherweise sofort neue Informationen lernen, wenn zuvor ein analoges Ereignis aufgetreten ist.

Gemäß unseren früheren Studien [10,16,17,34,43,45] beziehen wir uns mit dem Begriff Te2 auf den hintersten Bereich des Hörbereichs des Gürtels, der, basierend auf den Studien von Zilles [24,25], den größten Teil umfasst die temporale Assoziation und die ectorhinalen Bereiche. Obwohl wir nicht ausschließen können, dass unsere Ergebnisse auch Beiträge von Arzneimittelwirkungen in umliegenden Regionen, nämlich dem angrenzenden visuellen Kortex, dem primären auditorischen Kortex und dem perirhinalen Kortex, widerspiegeln, deuten die Daten, die wir bei naiven Tieren erhalten haben, darauf hin, dass sie hauptsächlich auf die Inaktivierung von Te zurückzuführen sind .

Wir fanden heraus, dass bei naiven Tieren Te2 für entfernte, aber nicht aktuelle Hörerinnerungen notwendig war, während die Inaktivierung des angrenzenden visuellen Kortex entfernte Hörerinnerungen unberührt ließ [10]. Umgekehrt beeinträchtigte eine kombinierte Blockade des primären und Te2-Kortizes auch das aktuelle Gedächtnis [34]. In ähnlicher Weise beeinträchtigte die Inaktivierung des vorderen perirhinalen Kortex die Angsterinnerungen [32,54], während die Inaktivierung des hinteren perirhinalen Kortex keine Auswirkungen auf aktuelle [54] und entfernte [10] Angsterinnerungen hatte.

Auch im Fall von ACC und kontextuellen Angsterinnerungen hatte die Inaktivierung des angrenzenden primären und sekundären motorischen Kortex keinen Einfluss auf aktuelle und entfernte Erinnerungen [55], während die Inaktivierung des angrenzenden prälimbischen Kortex sowohl aktuelle als auch entfernte Erinnerungen beeinträchtigte [11].

Was die Rolle betrifft, die diese Kortizes bei Gedächtnisprozessen spielen, ist Te2 an der Speicherung des emotionalen Werts gepaart mit Geräuschen beteiligt [10,13,16,56]. Diese Idee wurde kürzlich auch im visuellen Kortex höherer Ordnung demonstriert [57,58]. Andererseits kann das ACC Erinnerungen bilden und speichern, aber auch die Aktivität anderer kortikaler Bereiche modulieren [1–3,6].

Trotz der großen Anzahl von Studien, die zeigen, dass Te2 und ACC für entfernte, aber nicht aktuelle Erinnerungen notwendig sind, wurde in einigen neueren Studien berichtet, dass diese Kortizes möglicherweise auch für die Beibehaltung aktueller auditorischer [34,59] und kontextueller [55] Angsterinnerungen notwendig sind. Die genauen Randbedingungen, die die Notwendigkeit dieser Kortizes für aktuelle Erinnerungen bestimmen könnten, sind kaum bekannt.

Eine dieser Studien deutete darauf hin, dass die Intensität der emotionalen Erfahrung eine wichtige Rolle spielen könnte [34], zukünftige Studien sollten sich jedoch besser mit diesem Problem befassen. Zukünftige Studien müssen auch klären, ob die Zellen, die bei naiven Tieren beim Lernen im Neocortex aktiviert werden und zur Speicherung entfernter, aber nicht aktueller Erinnerungen dienen [7,8,12,44], diese Rolle auch im Anschluss an früher spielen Lernen oder ob sie an der Bildung aktueller Erinnerungen beteiligt sind.

In Bezug auf die Beteiligung des Hippocampus an Gedächtnisprozessen stellten wir fest, dass der dorsale Hippocampus für das Erlernen eines neuen kontextuellen Gedächtnisses notwendig ist, selbst wenn zuvor kontextuelles Lernen stattgefunden hat. Ein ähnliches Ergebnis wurde bei der Durchführung eines Intrasubjekt-Designs an Ratten beobachtet, die sowohl entfernte als auch aktuelle kontextuelle Erinnerungen lernten [60]. Andererseits wurde auch gezeigt, dass die zellulären Mechanismen, die das nachfolgende Lernen im Hippocampus vermitteln, sich von denen unterscheiden können, die während des vorherigen Lernversuchs involviert waren [22,61].

Wir fanden auch heraus, dass bei Tieren, die zum ersten Mal kontextuelle Angst erlebten, der Hippocampus auch eine Woche nach dem Lernen notwendig ist, was mit einem früheren Befund bei naiven Tieren übereinstimmt [46]. Umgekehrt wirkten sich in der anderen Gruppe Hippocampusläsionen in diesem Zeitintervall nicht auf die Gedächtniserhaltung aus, was darauf hindeutet, dass ein vorheriges Angstlernen das Zeitfenster der Hippocampusbeteiligung verkürzt, wie dies auch beim räumlichen Lernen beobachtet wurde [3,20,21]. Diese und die vorliegende Studie liefern daher übereinstimmende Beweise dafür, dass das Zeitfenster der durch Hippocampusläsionen verursachten zeitlichen Amnesie von den zuvor erlernten Erfahrungen sowohl im räumlichen als auch im emotionalen Gedächtnis abhängt.

In diesen Studien schlugen die Autoren auch vor, dass das Training von Ratten über einen längeren Zeitraum in einer räumlichen Aufgabe ein „mentales“ Wissensschema erzeugt, in dem neue verwandte Informationen schnell assimiliert werden können [3,20,21,53]. Auch wenn unsere Ergebnisse möglicherweise mit dieser Idee übereinstimmen, ist es sehr schwierig zu sagen, ob ein Versuch des Angstlernens ein assoziatives „Schema“ des Wissens bilden kann und ob ein neues und anderes Ereignis, das in einer anderen Umgebung auftritt, in dieses Schema integriert werden kann . Zur Klärung dieser Frage sind weitere Studien erforderlich. Angesichts der Tatsache, dass die meisten Erinnerungen bei Menschen und anderen Tieren auf früheren Erfahrungen basieren, könnten die Gehirnnetzwerke, die zum ersten Mal entfernte Angsterinnerungen speichern, diejenigen sein, die sowohl aktuelle als auch entfernte Angsterinnerungen über das gesamte Leben hinweg kodieren.

Methoden, experimentelles Modell und Details zum Thema

Tiere

Gesunde männliche Wistar-Ratten (Alter 65 bis 70 Tage; Gewicht 250 bis 350 g, Wildtyp), die aus einer internen Tierzuchtanlage stammten, wurden zu dritt pro Käfig mit Futter und Wasser nach Belieben unter einer 12-Stunden-Beleuchtung gehalten /Dunkelzyklus (Licht an um 7:00 Uhr) bei einer konstanten Temperatur von 22 ± 1˚C. Alle Experimente wurden vom italienischen Gesundheitsministerium (Genehmigungsnummer 408/2020-PR) und vom örtlichen bioethischen Komitee der Universität Turin genehmigt.

Experimentelles Design

Die Datenreproduzierbarkeit wurde mit verschiedenen Replikaten bewertet (S1-Tabelle). Die ersten CNQX-Inaktivierungsexperimente in Te2 (Abb. 1A–1C) wurden in einer höheren Anzahl von Wiederholungen durchgeführt, da es sich um die ersten Experimente handelte, die wir durchführten, und die dazu dienten, die Haupthypothese unserer Studie zu testen. Die Tiere wurden a priori gewichtsausgewogen verschiedenen Verhaltensgruppen zugeordnet.

Jeder Versuchsgruppe wurden nach dem Zufallsprinzip männliche Tiere derselben Brut zugeteilt. Wir befassten uns zunächst mit der Haupthypothese unserer Studie, nämlich dass die kortikale Inaktivierung die Konsolidierung eines neuen Angstgedächtnisses bei experimentell naiven Ratten und bei Tieren, die ein früheres Angstereignis gelernt hatten, unterschiedlich beeinflussen könnte. Bei statistischen Unterschieden zwischen diesen Gruppen führten wir dann schließlich eine zusätzliche Kontrollgruppe durch die Injektion von Kochsalzlösung durch. Ein ähnlicher Ansatz wurde auf die optogenetischen Experimente angewendet, bei denen die AAV-Kontrollgruppe erst durchgeführt wurde, nachdem statistische Unterschiede zwischen naiven und zuvor trainierten Ratten festgestellt wurden. Diese Versuchspläne ermöglichten es uns, unnötige Kontrollgruppen und den Einsatz unnötiger Tiere zu vermeiden, ein zentrales Thema in der europäischen und italienischen Gesetzgebung zu Tierversuchen (3-R-Prinzip).

Verhaltensverfahren

Alle Experimente wurden während der Lichtphase des Tages (8.00 bis 16.00 Uhr) durchgeführt. Die Tiere wurden je nach Versuchsanforderungen einzeln in verschiedenen kleinen transparenten Eimern von der Anlage zu den Versuchsräumen transportiert.

Hörtraining: Erste Verhaltenssitzung.

Durch Hörangst konditionierte Tiere (CS1-CS2). In dieser Gruppe wurden die Ratten vorsichtig aus ihrem Heimkäfig genommen und vom Unterbringungsraum in den schallisolierten Raum getragen. Dort angekommen wurden die Tiere in die Konditionierungsapparatur gegeben, die aus einem rechteckigen schwarzen Käfig (35 × 40 cm) bestand, der mit einem Gitter aus Edelstahlstäben (1 cm Durchmesser, Abstand 1,5 cm voneinander) ausgestattet war und an eine Schockabgabe angeschlossen war aufstellen. Die Ratten wurden 1 Minute lang ungestört gelassen. Nach dieser Zeit wurden 7 konditionierte Reize (CSs) verabreicht, die aus einem reinen Ton mit einer Frequenz von 15 kHz (jeweils 15 s Dauer, 80 dB, 36 s Versuchsintervall) bestanden. Die letzten 1 s jedes Tons waren mit einem schmerzhaften US (0,5 mA, 1 s) verbunden. Am Ende der Konditionierungssitzung wurden die Ratten in ihren Heimkäfig zurückgebracht.

Nur-Schock-Tiere (Schock-CS2). In dieser Gruppe wurden Ratten auf ähnliche Weise in denselben Konditionierungsapparat gesetzt. Unmittelbar danach wurde jede Ratte unmittelbar nacheinander 7-Fußschocks (1 s, 0,5 mA) ausgesetzt. Am Ende der Stimulation wurden die Tiere in ihren Heimkäfig zurückgebracht. Die Verweildauer im Konditionierungskäfig betrug weniger als 9 Sekunden. Frühere Studien haben gezeigt, dass dieses Verfahren es ermöglicht, assoziative Prozesse zwischen schmerzhaften Reizen und sensorischen Reizen zu vermeiden [29,30].

Geruchsangst-konditionierte Tiere (Geruch-CS2). In dieser Gruppe wurden die Ratten in denselben rechteckigen schwarzen Käfig gesetzt, der in den oben genannten Versuchsgruppen verwendet wurde, und an einen Schockabgabeaufbau angeschlossen. Die Ratten wurden 2 Minuten lang ungestört gelassen. Nach dieser Zeit wurden 7 CSs bestehend aus Vanilledüften verabreicht (jeweils 10 s Dauer, 24 s Versuchsintervall). Die letzten 1 s jedes Geruchs waren mit einem schmerzhaften Ultraschall (0,5 mA, 1 s) verbunden. Das Konditionierungsmodul wurde in der Nähe einer Belüftungsquelle platziert, um zu verhindern, dass die abgegebenen Reize nach ihrem Ausgleich bestehen bleiben. Der Käfig wurde mit einem oberen Gitter gesichert. Gerüche wurden mit einem Flow-Dilution-Olfaktometer dargestellt. Saubere Luft (1,5 l/min) wurde zu einem Magnetventil geleitet, das bei Betätigung die Luft in eine 15-ml-Flasche mit 10 ml Vanilleduft leitete.

Nur-Ton-Tiere (Tone-CS2). Die Ratten dieser Gruppe wurden in denselben schwarzen Käfig gesetzt und erhielten den 15-kHz-Ton (7 Reize, 15 Sekunden Dauer, 36 Sekunden ITI), der in Abwesenheit der USA abgegeben wurde.

Vorbelichtete Tiere (Tone-CS1-CS2). Die Ratten wurden in den Konditionierungskäfig gesetzt und 1 Minute später wurde ihnen 20 Mal nur der 15-kHz-Ton präsentiert, und 24 Stunden später wurde derselbe Ton gepaart, wobei der US-Ton zum CS1 wurde.

Angstkonditionierte Tiere mit weißem Rauschen (WN-CS2). In dieser Gruppe wurden die Ratten in den rechteckigen schwarzen Käfig gesetzt und 1 Minute lang ungestört gelassen. Nach dieser Zeit wurden 7 CSs bestehend aus einem WN (jeweils 15 Sekunden Dauer, 75 dB, 36 Sekunden Intervall zwischen den Versuchen) verabreicht. Die letzten 1 s jedes Tons waren mit einem schmerzhaften US (0,5 mA, 1 s) verbunden. Am Ende der Konditionierungssitzung wurden die Ratten in ihren Heimkäfig zurückgebracht.

Auditives Angstlernen: Zweites Verhaltenstraining.

Zwei Wochen nach den im obigen Absatz beschriebenen Verfahren wurden die Tiere in einer anderen Aufgabe zur akustischen Angstkonditionierung trainiert. Die Ratten wurden wie in unserer vorherigen Arbeit [10] in eine Standard-Skinsner-Box gesteckt und 2 Minuten lang ungestört gelassen. Nach dieser Zeit wurden 7 CSs abgegeben, die aus reinen Tönen mit einer Frequenz von 3 kHz (jeweils 8 s Dauer, 80 dB, 22 s Intervall zwischen den Versuchen) bestanden. Die letzten 1 s jedes Tons waren mit einem schmerzhaften US (0,5 mA, 1 s) verbunden. Am Ende der Konditionierungssitzung wurden die Ratten in ihren Heimkäfig zurückgebracht.

Angst vor Gedächtnisverlust. Die Beibehaltung des kürzlich im CS2 (3 kHz) erworbenen auditorischen Angstgedächtnisses wurde 4 Tage später getestet. Für optogenetische Experimente wurde der Test des aktuellen Gedächtnisses mit Laserabgabe 24 Stunden nach dem CS2-US-Lernen durchgeführt, analog zu dem Zeitintervall, in dem wir eine kortikale Inaktivierung durch die Verabreichung von CNQX durchführten (d. h. 24 Stunden danach). Ausbildung). Ratten wurden an einen anderen Apparat als den zur Konditionierung verwendeten gewöhnt und in einen anderen Raum gebracht, um konditioniertes Angstverhalten aufgrund kontextueller Hinweise zu vermeiden [10,62]. Das neue Gerät bestand aus einem transparenten Kunststoffkäfig mit schwarz lackierter Seite, der in einer schalldämmenden Box mit einem Abluftventilator untergebracht war, der geruchsintensive Luft aus dem Gehäuse entfernte und für einen Hintergrundgeräuschpegel von 60 dB sorgte. Während der Gewöhnungssitzung durften die Tiere den Käfig täglich 5 Minuten lang erkunden. Am Tag des Angstgedächtnistests lieferten wir nach 2 Minuten freier Erkundung 4 CS2 mit 3 kHz (8 s – 22 ITI), gefolgt von keinem US.

Wenn es die experimentelle Anforderung erforderte, wurden die Ratten dann auf die Beibehaltung des Fernangstgedächtnisses getestet, das 2 Wochen vor dem zweiten Versuch zur akustischen Angstkonditionierung erworben wurde. Zu diesem Zweck wurden die Tiere sieben Tage nach dem Angstgedächtnistest beim 3--kHz-Ton in eine neuartige Umgebung (einen schwarz-weiß gestreiften Käfig) gebracht und ihnen dann der 15--kHz-Ton präsentiert. Im Abstand von 36 Sekunden wurden vier Töne dargeboten.

Kontextuelles Training: Erste Verhaltenssitzung.

Kontextuelle Angstkonditionierungsgruppe (CtxA-CtxB). In dieser Gruppe wurden die Ratten vorsichtig aus ihrem Heimkäfig genommen, in einen Eimer gelegt und vom Unterbringungsraum in den schallisolierten Raum getragen. Dort angekommen wurden die Tiere in den Konditionierungsapparat gebracht, der aus dem oben erwähnten rechteckigen schwarzen Käfig bestand, der mit einem Gitter aus Edelstahlstäben ausgestattet war, das mit einer Schockabgabeeinrichtung verbunden war. Die Ratten wurden 1 Minute lang ungestört gelassen. Nach dieser Zeit wurden 5 US (0,5 mA, 1 s) in Zeitintervallen von 51 s verabreicht. Am Ende der Sitzung wurden die Tiere in ihren Heimkäfig zurückgebracht.

Nur-Schock-Gruppe (shock-CtxB). Sobald die Ratten in den Konditionierungsapparat gesetzt wurden, erhielten sie unmittelbar nacheinander 5-Fußschocks (1 s, 0,5 mA). Die Verweildauer im Konditionierungskäfig betrug weniger als 7 Sekunden. Frühere Studien haben gezeigt, dass dieses Verfahren es ermöglicht, assoziative Prozesse zwischen schmerzhaften Reizen und sensorischen Reizen zu vermeiden [29,30].

Nur-Kontext-Tiere (Kontext-CtxB). Die Ratten wurden 5 Minuten lang in denselben schwarzen Käfig gesetzt, der in den oben genannten Experimenten verwendet wurde, ohne dass ihnen US-Medikamente zugeführt wurden.

Neue kontextuelle Angstkonditionierung und aktuelle Angsterinnerung. Zwei Wochen nach den im obigen Absatz beschriebenen Verfahren wurden alle Gruppen darin geschult, eine neue kontextuelle Umgebung (das Skinner-Box-Modul, in einem anderen Raum platziert) mit einem schmerzhaften US (0,5 mA, 1 s) zu assoziieren. . Jedes Tier wurde in die neue Kammer gebracht und 2 Minuten lang ungestört gelassen. Dann wurde es 5 US-Strahlen im Abstand von 30 Sekunden ausgesetzt.

Die Beibehaltung des kontextuellen Angstgedächtnisses wurde 4 Tage nach der Angstkonditionierung getestet, indem die Ratten erneut für 3 Minuten in die Skinner-Box-Kammer gebracht wurden. Für optogenetische Experimente wurde der Test des aktuellen Gedächtnisses mit Laserabgabe 24 Stunden nach dem CtxB-US-Lernen durchgeführt, analog zu dem Zeitintervall, in dem wir eine kortikale Inaktivierung durch die Verabreichung von CNQX durchführten (dh 24 Stunden nach dem Training). Wenn es der experimentelle Bedarf erforderte, wurden die Ratten dann auf die Beibehaltung des Fernangstgedächtnisses getestet, indem die Tiere zwei Wochen vor der neuen Assoziation in den mit den USA gepaarten Kontext gebracht wurden.

Die Tiere wurden entsprechend den unterschiedlichen Kontextverfahren in zwei verschiedenen Eimern zu den Konditionierungskammern transportiert.

Gefriermaßnahme. In allen experimentellen Verfahren wurde die Bewertung der Angstgedächtnisretention als Einfrierreaktion ermittelt [10], analysiert als völliges Fehlen somatischer Mobilität mit Ausnahme der Atembewegungen. Für jedes Tier wurde die mit dem Einfrieren verbrachte Zeit (in Sekunden) offline von zwei unabhängigen Beobachtern gemessen, die für die Tiergruppen blind waren.

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