Nuclei talamici anteriori: un substrato critico per la memoria non spaziale associata alle coppie nei ratti, parte 1

Astratto

Lesioni o disfunzioni nei nuclei talamici anteriori (ATN) possono essere il fattore chiave in molti casi di amnesia diencefalica.

Il nucleo talamico anteriore (ATN) è una regione molto importante del cervello strettamente correlata alla funzione della memoria. Quando l'ATN è colpita da un infortunio o da una malattia, può verificarsi una perdita di memoria. Tuttavia non dobbiamo preoccuparci troppo.

Innanzitutto dobbiamo sapere che la maggior parte delle persone sane non soffre di danni all’ATN. Anche se alcune persone soffrono di danni all’ATN, può verificarsi una compensazione in altre aree del cervello per mantenere le capacità di memoria. Inoltre, i danni all'ATN possono interessare solo alcune attività di memoria. Se il danno è lieve, potrebbe influenzare solo la memoria a breve termine, ma la capacità di memoria a lungo termine non sarà ridotta in modo significativo.

Naturalmente, in alcune malattie, come il morbo di Alzheimer e la malattia di Alzheimer, il danno all'ATN può avere un grave impatto sulla memoria. Tuttavia, dovremmo affrontare attivamente queste malattie, trattarle in tempo e cercare di ritardare il peggioramento dei sintomi. Inoltre, possiamo proteggere la salute del nostro cervello esercitando il nostro corpo e il nostro cervello e mantenendo uno stile di vita sano.

Insomma, anche se i danni all’ATN possono avere un certo impatto sulla memoria, non bisogna essere troppo preoccupati e spaventati. Finché manteniamo uno stile di vita attivo e sano e preveniamo e curiamo le malattie, possiamo proteggere meglio il nostro cervello e la nostra memoria. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia della carne macinata deriva dai suoi vari principi attivi, tra cui acidi, polisaccaridi, flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono favorire la salute del cervello in vari modi.

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Le lesioni sperimentali dell'ATN compromettono la memoria spaziale e le discriminazioni temporali, ma esiste solo un supporto limitato per un ruolo più generale nella memoria non spaziale.

Per estendere le prove sugli effetti delle lesioni ATN, abbiamo esaminato l'acquisizione di associazioni bicondizionali tra abbinamenti di odori e oggetti presentati in una passerella, con o senza un intervallo temporale tra questi elementi.

I ratti adulti intatti hanno acquisito sia la versione senza traccia che quella con traccia 10- di questo compito non spaziale. I ratti intatti addestrati nella versione con traccia hanno mostrato un'elevata attivazione di Zif268 nella CA1 dorsale dell'ippocampo, suggerendo che la componente temporale ha reclutato ulteriori neuroni in lavorazione.

Le lesioni ATN bloccavano completamente l'acquisizione in entrambe le versioni di questo compito di associazione-memoria. Questo deficit non era dovuto a una scarsa inibizione verso segnali non ricompensati o a un'elaborazione sensoriale compromessa, perché i ratti con lesioni ATN non erano compromessi nell'acquisizione di semplici discriminazioni olfattive e semplici discriminazioni di oggetti utilizzando compiti simili nello stesso apparato.

Questa evidenza mette in discussione l’idea secondo cui i disturbi nell’apprendimento arbitrario accoppiato-associato dopo lesioni ATN richiedono l’uso di stimoli spaziali multimodali. Ciò suggerisce che l’amnesia diencefalica associata all’ATN deriva da un’attenzione ridotta alle associazioni stimolo-p-p-stimolo e alla loro rappresentazione attraverso un sistema di memoria distribuito.

PAROLE CHIAVE

Discriminazione bicondizionale, sistema di memoria estesa, geni precoci immediati, ratto, talamicamnesia.

Abbreviazioni:

A24a, area 24a della corteccia cingolata anteriore; A24b, area 24b della corteccia cingolata anteriore; A29a, area 29a della corteccia granulare retrospleniale; A29b, area 29b della corteccia retrospleniale granulare; A29c, area 29c della corteccia granulare retrospleniale; A30, area 30 della corteccia retrospleniale disgranulare; A32D, area 32D della corteccia cingolata anteriore; A32V, area 32V della corteccia prefrontale mediale; AD, nuclei anterodorsaltalamici; AM, nuclei talamici anteromediali; ATN, nuclei talamici anteriori; AV, nuclei talamici anteroventrali; CA1, cornu ammonis 1; CA3,cornu ammonis 3; cc, corpo calloso; Cg1/Cg2, area cingolata 1/2; DG ilo, ilo del giro dentato; DG, giro dentato; dSub, subiculum dorsale;IEG, gene precoce immediato; lEC, corteccia entorinale laterale; MD, nuclei talamici mediodorsali; mEC, corteccia entorinale mediale; MTT, tratto mammillotalamico; NAc, nucleo accumbens; PRh, corteccia peririnale; Rdg, corteccia retrospleniale granulare; Re/Rh, nuclei reuniens/romboidi; Rga, corteccia retrospleniale disgranulare; Rgb, corteccia retrospleniale b disgranulare; V, ventricolo; vCA1, area dorsale del cornu ammonis 1; vCA3, area dorsale del cornuammonis 3; vSub, subiculum ventrale.

1| INTRODUZIONE

I nuclei talamici anteriori (ATN) hanno complesse connessioni reciproche con molte strutture cerebrali in una rete "ippocampo-diencefalico-cingolato" (Bubbet al., 2017).

Lo schema delle connessioni suggerisce che questa piccola regione del cervello è un nodo sottocorticale critico che supporta la memoria. Questa prospettiva è in linea con l'evidenza che la perdita dei neuroni ATN nelle persone con sindrome di Korsakoff, che è caratterizzata da amnesia grave e persistente, discrimina questi pazienti dagli individui alcolizzati che conservano una memoria relativamente buona (Hardinget al., 2000; Kopelman, 2015; Maillard et al., 2021).

Le registrazioni intratalamiche nei pazienti con epilessia rafforzano anche l'associazione tra funzione ATN e memoria (Sweeney-Reed et al., 2021). Ulteriore supporto deriva dall'interruzione dell'ATN causata da una disconnessione del tratto mammillotalamico (MTT) (Dillingham et al., 2019; Perry et al., 2018), che è la lesione cerebrale che corrisponde più costantemente al deterioramento della memoria dopo infarti talamici (Carlesimo et al. , 2011).

L'associazione tra ATN e memoria è supportata da un ampio corpus di studi sperimentali sulle lesioni. Questi studi, tuttavia, si sono concentrati prevalentemente sulla memoria spaziale e sulla somiglianza tra gli effetti dell'ATN e le lesioni dell'ippocampo (Aggleton & Brown, 1999; Aggleton & Nelson, 2015 ; Dalrymple-Alford et al., 2015; Nelson, 2021; Perry et al., 2018).

Tuttavia, l’evidenza clinica mostra che la disfunzione della memoria si estende oltre l’informazione spaziale (Rempel-Clower et al., 1996; Turriziani et al., 2004). L'esistenza di deficit non spaziali dopo lesioni sperimentali dell'ATN ha qualche supporto. La disfunzione dell'ATN rallenta la capacità dei ratti di formare un insieme di attenzione quando apprendono una serie di diversi accoppiamenti di stimoli non spaziali in cui viene premiata solo una dimensione dello stimolo (Bubb et al., 2021; Nelson, 2021; Wrightet al., 2015).

Anche l'inibizione latente associata alla precedente esposizione a segnali uditivi non rinforzati è compromessa (Nelson et al., 2018). Al contrario, l'elaborazione relazionale degli stimoli non spaziali durante il precondizionamento sensoriale non è compromessa dalle lesioni ATN (Ward-Robinson et al., 2002).

Le prove provenienti da compiti che si concentrano più esplicitamente sulla memoria sono state finora limitate al ricordo dell’ordine temporale di elementi non spaziali, ma questi effetti sono limitati dalle richieste specifiche del compito.

Cioè, le lesioni ATN alteravano i giudizi di recency relativa quando un elenco di odori multipli o oggetti multipli veniva presentato in un singolo blocco di prove, ma non quando la scelta relativa era basata su stimoli non spaziali presentati attraverso episodi temporali più distinti, inclusi una singola coppia di elementi o due blocchi di elementi multipli (Aggleton et al., 2011; Dumont & Aggleton, 2013; Mitchell & Dalrymple-Alford, 2005; Wolff et al., 2006).

Sono necessari ulteriori esempi di deficit di lesioni ATN nella memoria non spaziale per supportare l'associazione specifica tra amnesia clinica e deterioramento della memoria dopo disfunzione ATN.

La mancata acquisizione della memoria per un'associazione di stimoli arbitrari è una caratteristica fondamentale della sindrome amnesica (Turriziani et al., 2004). Questi compiti offrono l'opportunità di esplorare la memoria non spaziale.

Una classe di memoria associativa è la capacità di discriminare una combinazione di segnali rispetto ai loro elementi componenti (McDonaldet al., 1997). Come le lesioni dell'ippocampo, le lesioni ATN non influiscono su questi compiti di apprendimento configurale quando si basano su segnali non spaziali (Chudasama et al., 2001; McDonaldet al., 1997; Moran & Dalrymple-Alford, 2003; Ridleyet al., 2002).

I compiti di apprendimento condizionato forniscono una seconda classe di associazioni arbitrarie. Questa volta, una risposta corretta viene segnalata da uno stimolo e una seconda risposta corretta viene segnalata da uno stimolo alternativo.

A differenza delle lesioni dell'ippocampo, tuttavia, le lesioni ATN non ritardavano l'acquisizione in questi compiti quando risposte egocentriche o scelte spaziali non egocentriche venivano segnalate da un singolo segnale visivo (Sziklas & Petrides, 2004, 2007).

I compiti di apprendimento associati a coppie offrono un test alternativo di memoria per associazioni arbitrarie. Questi compiti di memoria richiedono la formazione di rappresentazioni stimolo-stimolo uniche.

Ciò è diverso dalla situazione in cui la discriminazione si basa su una combinazione di segnali in contrasto con i loro elementi o quando la relazione condizionale è determinata dal ricordo di un singolo segnale saliente e delle sue conseguenze. Le attività accoppiate-associate spesso utilizzano accoppiamenti di stimoli che richiedono una relazione bicondizionale tra due stimoli che hanno attributi separati (diversi tipi di informazioni).

Ad esempio, un attributo odore combinato con un attributo posizione viene premiato (ad es. Odore 1 + Posizione A e Odore 2 + Posizione B), ma gli abbinamenti alternativi non vengono premiati (Odore 1 + Posizione B e Odore{ {3}} Posizione A). Come le lesioni dell'ippocampo (Gilbert & Kesner, 2002, 2003; Hunsaker et al., 2006; Jo & Lee, 2010; Lee & Solivan, 2008; Sziklas & Petrides, 2002), le lesioni ATN producono gravi deficit di acquisizione quando uno degli attributi riguarda la posizione, come come nei compiti di associazione odore-luogo o oggetto-luogo (Dumont et al., 2014; Gibb et al., 2006; Sziklas & Petrides, 1999).

Questi disturbi non sono dovuti esclusivamente all’inclusione di un attributo di luogo, poiché le lesioni ATN hanno avuto effetti molto più lievi sulle discriminazioni spaziali non condizionali utilizzando procedure di test simili (Dumont et al., 2014; Gibb et al., 2006).

Tuttavia, le lesioni ATN non hanno compromesso le discriminazioni bicondizionali quando sono stati utilizzati segnali contestuali locali che fossero visivi, termici o strutturali (Dumont et al., 2014). Questi risultati suggeriscono che l'inclusione di attributi spaziali potrebbe essere necessaria per rivelare disturbi nell'apprendimento di associazioni arbitrarie dopo lesioni ATN.

Abbiamo, tuttavia, trovato prove preliminari di compromissione dell'acquisizione di un compito di associazione oggetto-odore non spaziale dopo lesioni ATN (Bell, 2007). Questo studio ha utilizzato una piattaforma circolare aperta per formaggi (Gilbert & Kesner, 2003), quindi è possibile che le caratteristiche del compito abbiano introdotto elementi spaziali che hanno interrotto l'acquisizione.

Il presente studio, quindi, ha esaminato l'acquisizione della memoria associativa non spaziale in una pista di perspex rossa con pareti alte che riduceva al minimo la disponibilità di segnali spaziali. La pista ci ha anche permesso di valutare l'influenza di un ritardo temporale esplicito (cioè una traccia) tra la presentazione dell'odore e gli stimoli dell'oggetto.

Kesner e colleghi hanno suggerito che le lesioni dell'ippocampo non impediscono l'acquisizione della memoria associativa oggetto-odore a meno che la procedura non includa un esplicito divario temporale tra gli stimoli non spaziali, che era collegato alla perdita specifica dei neuroni dorsali CA1 (Gilbert & Kesner, 2002; Kesner et al., 2005).

Sia le lesioni ATN che quelle del tratto mammillotalamico diminuiscono il numero di spine dendritiche CA1 (Dillingham et al., 2019; Harland et al., 2014) e possono ridurre l'attivazione immediata del gene precoce (IEG) dell'ippocampo (Dupireet al., 2013; Jenkins et al., 2002 ; Jenkins et al., 2002;Loukavenko et al., 2015; Perry et al., 2018).

Abbiamo anticipato che le lesioni ATN rallenterebbero l'acquisizione del compito di apprendimento standard associato a odore-oggetto nella pista quando non c'è traccia esplicita tra gli stimoli accoppiati, ma comprometterebbero gravemente l'acquisizione nella versione traccia di questo compito a causa della componente temporale aggiuntiva.

Abbiamo integrato questo lavoro esaminando l'espressione IEG di Zif268 nelle strutture cerebrali legate alla memoria dopo una sessione di ritenzione condotta 5 giorni dopo la fine dell'allenamento.

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