Riattivare le memorie mediate dall'ippocampo durante il riconsolidamento per interrompere la paura Parte 1

I ricordi vengono immagazzinati nel cervello mentre gli insiemi cellulari vengono attivati ​​durante l'apprendimento e riattivati ​​durante il recupero. Utilizzando il sistema Tet-tag nei topi, etichettamo i neuroni del giro dentato dorsale attivati ​​da esperienze positive, neutre o negative con la canalrodopsina-2.

I gruppi cellulari sono le unità di base di vari organi del corpo umano e sono anche sistemi biologici altamente collaborativi e complessi. I gruppi cellulari svolgono un ruolo molto importante nella formazione della memoria.

La memoria si divide in memoria a breve termine e memoria a lungo termine. Diversi tipi di memorie richiedono diversi gruppi cellulari per essere archiviati ed elaborati. La memoria a breve termine è immagazzinata principalmente nelle cellule nervose sulla superficie della corteccia cerebrale. Al contrario, la memoria a lungo termine richiede un continuo rafforzamento e rafforzamento delle connessioni tra i neuroni e alla fine viene immagazzinata in gruppi di cellule nella profondità della corteccia cerebrale.

La quantità e la qualità delle popolazioni cellulari svolgono un ruolo cruciale nel miglioramento della memoria. Nella vita possiamo attivare e rafforzare i gruppi di cellule cerebrali in molti modi, ad esempio leggendo, imparando le lingue, facendo esercizio fisico e vivendo la vita quotidiana.

Inoltre, alcune abitudini di vita sane, come mangiare bene, dormire a sufficienza ed evitare eccessivo consumo di alcol e fumo, possono anche aiutare a mantenere la salute dei gruppi cellulari, promuovendo così il miglioramento della memoria.

In breve, esiste una relazione inscindibile tra popolazioni cellulari e memoria. Dovremmo coltivare e proteggere attivamente le nostre popolazioni cellulari per mantenere il nostro cervello sano e flessibile, migliorando la nostra memoria e le capacità cognitive. 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 di Cistanche deserticola deriva dai molteplici principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello attraverso una varietà di percorsi.

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In seguito al condizionamento alla paura, queste cellule vengono reattive artificialmenteattivato durante il richiamo della memoria della paura. La stimolazione ottica di una memoria positiva concorrente è sufficiente per aggiornare la memoria durante il riconsolidamento, riducendo così la paura condizionata in modo acuto e duraturo.

Inoltre, i topi dimostrano una risposta operante alla riattivazione di una memoria positiva, confermando le sue proprietà gratificanti. Questi risultati mostrano che l’interferenza di un’esperienza gratificante può contrastare gli stati affettivi negativi.

Mentre l'aggiornamento della memoria, indotto dalla riattivazione della memoria, coinvolge un insieme relativamente piccolo di neuroni, abbiamo anche scoperto che l'attivazione di un'ampia popolazione di neuroni del giro dentato dorsale etichettati in modo casuale è efficace nel promuovere il riconsolidamento.

È importante sottolineare che l'aggiornamento della memoria è specifico per la memoria della paura. Questi risultati implicano il giro dentato dorsale come un potenziale nodo terapeutico per modulare i ricordi per sopprimere la paura.

La paura condizionata disadattiva, causata da circuiti di paura disregolati, gioca un ruolo significativo nell'eziologia dei disturbi d'ansia come le fobie specifiche e il disturbo da stress post-traumatico (PTSD).

Il disturbo da stress post-traumatico può svilupparsi in individui che hanno vissuto un evento traumatico ed è spesso caratterizzato da ricordi persistenti del trauma1. Di conseguenza, il condizionamento contestuale alla paura (CFC), che è altamente conservato in tutte le specie2, è stato utilizzato come modello rappresentativo negli animali per studiare alcuni aspetti del disturbo da stress post-traumatico, come la generalizzazione della paura, risposte esagerate alla paura e una maggiore reattività allo stress3-5.
I paradigmi CFC più utilizzati prevedono l’abbinamento di uno stimolo condizionato emotivamente neutro (CS) come un contesto di addestramento, con uno stimolo incondizionato avversivo (US) come uno shock al piede che tipicamente suscita esplosioni di attività che portano a risposte di congelamento condizionato nei roditori. Emerge l'associazione appresa e il CS acquisisce proprietà avversive che facilitano il recupero della memoria della paura condizionata in assenza degli US.

Nei modelli di roditori, ciò si traduce in una risposta di paura condizionata alla riesposizione al contesto che dimostra questa relazione appresa6. Negli esseri umani, la paura condizionata patologica può manifestarsi per decenni anche in assenza dell'esatto contesto in cui è avvenuto l'evento traumatico.

Anche se i disturbi d’ansia sono estremamente diffusi nella popolazione generale e molti individui sperimentano l’ansia patologica come una forma di uno stato di paura esagerato, ci sono pochi modi per attenuare la paura condizionata disadattiva.

Il riconsolidamento, tuttavia, ha un potenziale come meccanismo terapeutico per diminuire la paura pavloviana7. La teoria del riconsolidamento presuppone che i ricordi si destabilizzano durante il ricordo poiché entrano in uno stato transitorio di malleabilità in cui possono essere modulati quando è necessario ristabilizzarsi7,8.

Nonostante la lunga storia di interventi sperimentali legati al riconsolidamento che utilizzano una varietà di agenti farmacologici, trattamenti comportamentali e protocolli di stimolazione per interrompere o migliorare la memoria9-11, questi studi hanno prodotto risultati contrastanti.
Solo di recente è stato riconosciuto il potenziale per lo sviluppo di trattamenti basati sul riconsolidamento migliorati e di nuovi interventi12,13. Tuttavia, le terapie più efficaci per il disturbo da stress post-traumatico sono focalizzate sul trauma, ovvero il trattamento si concentra sulla memoria dell'evento traumatico14.

Si ritiene che la memoria sia immagazzinata negli schemi di attività sparsi delle popolazioni neuronali all'interno di una rete distribuita15-17, o come WilderPenfield descrisse la memoria come "la scrittura lasciata dietro il cervello dall'esperienza cosciente"18.

Spesso ci riferiamo a questi insiemi, attivi durante la codifica della memoria, come tracce di memoria o engrammi19,20, e questi engrammi vengono riattivati ​​durante il recupero17,21. I risultati di numerosi studi hanno dimostrato che ricordi specifici, compresi i ricordi di paura, possono essere interrotti dall'inibizione degli engrammi associati15,22–26. Nello specifico, il giro dentato dorsale (dDG) dell'ippocampo è importante per codificare ricordi di paura contestuali27-30 ed è stato implicato nella fisiopatologia di diversi disturbi d'ansia28,31.

Di particolare rilevanza per il disturbo da stress post-traumatico, le informazioni contestuali, che includono informazioni più che spaziali, possono modulare la paura e la sicurezza.4. La valenza (ad esempio, ricordi negativi) può essere considerata un aspetto del contesto, che ha il potenziale di promuovere risposte esagerate di paura e generalizzazione della paura attraverso associazioni formate nell'ippocampo. .

È importante sottolineare che la DG svolge anche un ruolo nel disambiguare le informazioni contestuali correlate e non correlate al trauma32,33 così come nell'apprendimento dell'estinzione34 e i pazienti con disturbo da stress post-traumatico mostrano menomazioni in entrambi3. Inoltre, abbiamo precedentemente dimostrato che la riattivazione artificiale di un ricordo positivo immagazzinato nel dDG può salvare in modo acuto comportamenti depressivi indotti dallo stress35.

Qui, proponiamo un intervento innovativo basato sull'ipotesi che l'utilizzo dell'optogenetica per riattivare artificialmente una memoria mediata da dDG precedentemente formata durante il riconsolidamento altererà e distruggerà permanentemente la memoria della paura originale. Abbiamo utilizzato il sistema Tet-tag36 per etichettare i neuroni dDG attivati ​​dall'esposizione a esperienze positive, neutre o negative con channelrodopsina -2 (ChR2).

I topi sono stati successivamente condizionati alla paura e sottoposti a un test di richiamo della memoria della paura in cui questi neuroni marcati sono stati riattivati ​​otticamente. Abbiamo ipotizzato che questo intervento durante la finestra di riconsolidamento avrebbe aggiornato la memoria della paura con attributi dell'engramma competitivo, riducendo così l'espressione comportamentale della paura condizionata.

Inoltre, poiché abbiamo precedentemente dimostrato che i comportamenti indotti dallo stress possono essere salvati riattivando otticamente le cellule dDG precedentemente attive durante un'esperienza positiva35 e altri hanno dimostrato che le emozioni positive contrastano un sottoinsieme di effetti collaterali delle emozioni negative37, abbiamo proposto che questo effetto sarebbe più pronunciato quando la competizione L'engramma era associato a un'esperienza positiva rispetto a un'esperienza neutra o negativa.

Qui mostriamo che l'interferenza ippocampale basata sul riconsolidamento indotta dalla riattivazione ottica di una memoria positiva competitiva è sufficiente per aggiornare una memoria di paura a livello di insieme, con conseguente attenuazione della paura condizionata disadattiva.

Risultati

La riattivazione artificiale dei ricordi mediati dall'ippocampo durante il riconsolidamento della memoria della paura riduce la paura in modo acuto e duraturo

Abbiamo utilizzato una strategia di codifica neuronale virale, dipendente dall'attività e inducibile nei topi c57BL / 6 di tipo selvaggio (Fig. 1a). Ai topi maschi è stato iniettato un virus (ChR2 o eYFP) e impiantati con fibre ottiche bilaterali prima di essere rimossi dal DOX per aprire una finestra di marcatura17,38.

Sono stati divisi in tre gruppi e a ciascuno è stata assegnata un'esperienza comportamentale con valenza differenziale (Fig. 1a). Tutti i topi sono stati posti in una nuova gabbia pulita e lasciati indisturbati (neutri)21, posti con una femmina (positiva)35,39, oppure posti in un tubo di contenimento con fori per l'aria (negativo)35 e poi posti nella gabbia. I topi sono stati riportati nelle gabbie domestiche 1 ora dopo su DOX per chiudere la finestra di etichettatura.

Il giorno successivo, i topi sono stati condizionati alla paura (FC) nel contesto A e 24 ore dopo sono stati sottoposti a un test di richiamo di 20 minuti nello stesso contesto. Durante questo test, in cui abbiamo valutato la paura condizionata (cioè il congelamento) come proxy per il recupero della memoria associativa della paura, abbiamo stimolato simultaneamente gli insiemi di dDG contrassegnati durante la prima (F10) o l'ultima metà (L10) della sessione piuttosto che l'intera sessione, poiché non volevamo rischiare danni da calore al cervello40 e volevamo confrontare i periodi di accensione e spegnimento della luce all'interno del soggetto.

Inizialmente abbiamo ipotizzato che la riattivazione di un ricordo positivo durante l'ultima metà della sessione di richiamo favorirebbe il riconsolidamento poiché il ricordo della paura sarebbe già online. Ciò potrebbe potenzialmente alterare l'insieme dei ricordi della paura, aggiornandolo con attributi positivi derivanti dall'esperienza, con conseguente diminuzione del congelamento nei momenti temporali successivi.

Il nostro obiettivo era indebolire specificamente la forza dell'associazione CS-USA smorzando l'avversione acquisita per il CS41 e alterando la memoria della paura originale attraverso il riconsolidamento. Pertanto, abbiamo scelto una durata della sessione non superiore a 20 minuti per garantire che la nostra manipolazione ottica venisse introdotta durante la breve finestra di riattivazione post-memoria quando avviene il riconsolidamento42 e non durante l'apprendimento dell'estinzione43.

Questa strategia ci consente di misurare le diminuzioni in tempo reale del congelamento con la stimolazione ottica durante il richiamo. Inoltre, ci consente di misurare eventuali effetti a lungo termine della nostra manipolazione, e abbiamo quindi esteso la nostra valutazione per includere due sessioni di estinzione per testare il ripristino indotto dallo stress dopo uno shock immediato nel contesto B.

La scossa è stata erogata in un nuovo contesto in meno di 2 secondi in modo che i topi non formassero una rappresentazione contestuale dell'ambiente e, quindi, non formassero un nuovo ricordo associativo della paura, ma sperimentassero comunque stress.

Questo metodo ci ha permesso di modellare la generalizzazione della paura e l'accresciuta reattività allo stress come esempio di condizionamento disadattivo poiché il fattore di stress è stato erogato in un contesto diverso 44–46. Sulla base di studi precedenti39,41,47, i topi sono stati inizialmente sottoposti a FC utilizzando un 4- protocollo di shock (Fig. 1b) in cui mostravano il congelamento in modo graduale, aumentando con ogni shock successivo presentato (Figura 1a-c supplementare).

Abbiamo visto questo modello di congelamento per tutti gli esperimenti (Figura 1a-h supplementare). I topi sono stati riportati nel contesto il giorno successivo per un test di richiamo della memoria della paura (Fig. 1c). Con la stimolazione L10, i gruppi di topi inpositivi e negativi con ChR2 hanno dimostrato una riduzione in tempo reale del congelamento rispetto ai topi rispettivamente del gruppo con ChR2 neutro e dei controlli eYFP.

Mentre si è verificato un calo naturale del congelamento durante la sessione dovuto all'assenza di shock, questi topi hanno mostrato un calo significativamente più marcato. Mentre i livelli di congelamento generalmente diminuiscono durante i giorni di estinzione, non sono state osservate differenze di gruppo durante l'estinzione (Fig. 1d e Figura 1a supplementare) o shock immediato (Fig. 1e). Durante il ripristino (Fig. 1f), abbiamo visto meno topi ChR2 negativi congelati rispetto ai topi neutri eYFP e, in generale, i topi di controllo eYFP si sono congelati più dei topi ChR2 sperimentali al ripristino rispetto allo shock immediato (Fig. 1g).

Al contrario, il congelamento post-shock successivo al condizionamento alla paura (Fig. 1h) è stato ridotto nella condizione F10 (Fig. 1i), solo per i topi ChR2 positivi rispetto ai controlli eYFP, che si sono verificati specificamente negli ultimi 10 minuti della sessione. Qui, neutro -I topi ChR2 si estinguono più rapidamente; tuttavia, durante l'estinzione non sono state osservate differenze di gruppo (Fig. 1j e Figura 1b supplementare).

Come previsto, non ci sono state differenze tra i gruppi durante lo shock immediato (Fig. 1k). Durante il ripristino, sia i gruppi positivi che quelli neutri con ChR2 hanno dimostrato una paura ridotta rispetto ai controlli eYFP, mentre i topi negativi con ChR2 no (Fig. 1l).

Ancora una volta, i topi di controllo si sono congelati più dei topi sperimentali al momento del ripristino rispetto allo shock immediato (Fig. 1m), e questo è stato un effetto più pronunciato. Pertanto, abbiamo adottato il protocollo F10 per tutti gli esperimenti successivi.

Tuttavia, come controllo aggiuntivo, abbiamo aggiunto un esperimento per valutare quanto sarebbe efficace la riattivazione artificiale di un ricordo positivo durante la parte centrale della sessione (M10) rispetto alla stimolazione F10 o L10 durante il richiamo (Figura 2a supplementare). Durante l'acquisizione della risposta FC, i topi in tutte e tre le condizioni hanno mostrato un maggiore congelamento post-shock (Figura 2b-g supplementare).

Durante il richiamo, la stimolazione ha causato diminuzioni in tempo reale del congelamento nel gruppo ChR2 nelle condizioni F10 e L10 ma non nella condizione M10 (Figura 2h–j supplementare). I topi F10 ChR2 hanno continuato a mostrare un congelamento ridotto nella seconda metà della sessione di richiamo in assenza di stimolazione (Figura 2j supplementare).

Tutti e tre i protocolli di stimolazione hanno prodotto un congelamento ridotto nei topi ChR2 nei primi 3 minuti di estinzione, ma le differenze di gruppo sono state osservate solo con i topi stimolati F10- (Figura 2k-m supplementare).

Durante la prima sessione di estinzione, l'espressione della paura è stata ridotta nei gruppi F10 o M10 ChR2 (Figura 2n-p supplementare). Non ci sono state differenze nello shock immediato (Figura 2q-s supplementare). Infine, durante il ripristino abbiamo nuovamente riscontrato una diminuzione del congelamento sia per i gruppi F10 che per quelli M10 ChR2 (Figura 2t-y supplementare).

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