La façon dont les mémoires interfèrent dépend du moment où un nouvel apprentissage se produit
Pour tester l’hypothèse selon laquelle le moment de la deuxième formation est un facteur clé pour déterminer si une interférence proactive ou rétroactive se produit, nous avons utilisé un paradigme conçu pour étudier la compétition entre deux signaux différents qui sont entraînés séparément, mais qui ont un résultat commun, e.,g., le même type de réponse conditionnée23. Plus précisément, nous avons effectué une procédure de conditionnement classique à double appétit impliquant deux stimuli chimiques neutres, la gamma-nonalactone ou l’acétate d’amyle (les stimuli conditionnés), qui ont tous deux été associés à un stimulus alimentaire saillant (saccharose, le stimulus inconditionné) qui active le circuit d’alimentation bien identifié de Lymnaea11,24,25., Un seul appariement de l’un ou l’autre stimulus conditionné avec le stimulus inconditionné conduit à la formation d’une mémoire appétitive à long terme, notamment, avec des périodes de non-lapse et de lapse observées en même temps pendant la consolidation de la mémoire8,19 (Fig. supplémentaire. 1). Un entraînement consécutif avec ces deux paradigmes appétitifs a été utilisé pour établir le type d’interférence se produisant pendant une période de non-lapse par rapport à une période de lapse de la même séquence de consolidation.,
Les animaux ont été entraînés avec de la gamma-nonalactone + saccharose (appelé « premier entraînement appétitif »), puis un deuxième entraînement d’acétate d’amyle + saccharose (appelé « deuxième entraînement appétitif ») a été appliqué à un point de non-lapse (1 h) ou de lapse (2 h) de la première mémoire. Ils ont ensuite été testés pour la présence de mémoire à long terme 24 h après le premier entraînement (Fig. 1a)., Les animaux qui ont reçu le deuxième entraînement appétitif au point de non-lapse ont conservé une mémoire pour le premier stimulus conditionné (gamma-nonalactone) mais pas pour le second stimulus conditionné (acétate d’amyle) (Fig. 1b, « non-lapse »’, indiquant une interférence proactive, alors que les animaux qui ont reçu le deuxième entraînement appétitif pendant le point de lapse avaient une mémoire pour le deuxième stimulus conditionné, mais pas pour le premier stimulus conditionné (Fig. 1b, ‘lapse’), indiquant une interférence rétroactive (animaux testés avec des gamma-nonalactones: ANOVA unidirectionnelle, p < 0.,001 (F(3,132) = 17.27), Bonferroni test: 1 h vs naïve p < 0.001, first training alone vs naïve p < 0.001, 2 h vs naïve p > 0.05. Amyl acetate tested animals: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,123) = 9.72), Bonferroni test: 2 h vs naïve p < 0.001, second training alone vs naïve p < 0.001, 1 h vs naïve p > 0.05).
Il était possible que l’absence de mémoire stocker simultanément deux mémoires à long terme similaires., Pour examiner cela, nous avons entraîné des animaux avec les deux types de paradigmes appétitifs mais espacés de 24 h, permettant à la première mémoire de se consolider complètement avant la deuxième formation (Fig. supplémentaire. 2a). Chaque animal a été testé pour sa réponse aux deux stimuli conditionnés 24 h après le deuxième entraînement. Pour s’assurer que l’ordre des tests n’a pas affecté la réponse de l’animal, un groupe a d’abord été testé pour sa réponse à la gamma-nonalactone, puis à l’acétate d’amyle 1 h plus tard, tandis qu’un deuxième groupe les a reçus dans l’ordre inverse., Les deux groupes ont montré une plus grande réponse aux deux stimuli conditionnés par rapport aux animaux naïfs indiquant la présence de deux souvenirs chez le même animal (Fig. 2b).
Une autre hypothèse est que l’incapacité de consolider simultanément les deux mémoires est due à la concurrence entre deux mémoires similaires qui utilisent le même circuit neuronal sous-jacent. Nous avons cherché à savoir si les mêmes règles d’interférence s’appliquaient lorsque le deuxième apprentissage utilisait un paradigme qui utilise un circuit différent de celui activé par le premier apprentissage., Le conditionnement aversif de l’alimentation chez Lymnaea est traité par un circuit neuronal non impliqué dans la conditioning26 de récompense alimentaire; par conséquent, un paradigme aversif a été utilisé pour tester l’hypothèse de compétition. Un seul appariement de L-sérine (un stimulus appétitif, voir Fig. 1d) avec la quinine (un stimulus aversif qui inhibe l’alimentation27) induit une mémoire à long terme, exprimée par une diminution de la réponse alimentaire au stimulus conditionné, lorsqu’elle est testée à 24 h par rapport aux témoins naïfs (score de différence d’alimentation naïve: 21,1 ± 2,5, n = 16, score de différence d’alimentation L-sérine + quinine: 9,8 ± 2.,1, n = 17, test t non apparié, p = 0,0016, t = 3.47, df = 31). En particulier, lors de la consolidation de la mémoire aversive, des manques se sont produits en même temps que lors de la formation de la mémoire appétitive, démontrant que les manques sont une caractéristique générale lors de la consolidation chez Lymnaea (Fig. supplémentaire. 3). Ensuite, les animaux ont été entraînés avec gamma – nonalactone + saccharose ( entraînement appétitif), suivi d’un entraînement aversif aux mêmes points de non-lapse ou de lapse de la première mémoire que dans le paradigme du double appétit (Fig. 1c)., L’entraînement aversif pendant le point de non-lapse a donné lieu à la fois à une mémoire appétitive et aversive (Fig. 1d, ‘non-lapse’), indiquant l’absence d’interférence proactive, alors que le conditionnement aversif pendant le lapse de mémoire appétitive a entraîné une mémoire aversive, mais pas une mémoire appétitive (Fig. 1d, ‘lapse’) (animaux testés en gamma-nonalactone: ANOVA unidirectionnelle, p < 0.001 (F(3,113) = 9.47), Test de Bonferroni: 1 h vs naïve p < 0.001, appétitif seul vs naïve p < 0.001, 2 h vs naïve p > 0.05., Animaux testés à la L-sérine: ANOVA unidirectionnelle, p < 0,001 (F(3,114) = 12,13), test de Bonferroni: aversif seul vs naïf p < 0,001, 1 h vs naïf p < 0.001, 2 h vs naïve p < 0.01).
Pour vérifier si l’absence d’interférence proactive entre la mémoire appétitive et la mémoire aversive était due au fait que cette dernière était plus forte que la première, et donc moins sujette aux interférences, nous avons inversé l’ordre d’entraînement, en effectuant un entraînement aversif suivi d’un entraînement appétitif (Fig. 1e)., Avec ce paradigme inversé, nous avons observé le même schéma d’interférence de la mémoire que lorsque l’entraînement appétitif précédait l’entraînement aversif (Animaux testés à la sérine: ANOVA unidirectionnelle, p < 0.001 (F(3,76) = 7.34), test de Bonferroni: 1 h vs naïf p < 0.001, aversif seul vs naïf < 0.01, 2 h vs naïve p > 0.05. Animaux testés aux gamma-nonalactones: ANOVA unidirectionnelle, p < 0.001 (F(3,72)=10.18), test de Bonferroni: appétitif seul vs naïf p < 0.,001, 1 h vs naïf p < 0.01, 2 h vs naïf p < 0.001) (Fig. 1f). Pris ensemble, ces résultats démontrent que l’induction d’une nouvelle mémoire associative pendant l’expiration de la première mémoire provoque une interférence rétroactive indépendamment du fait que le second paradigme d’entraînement soit appétitif ou aversif. Cependant, pendant la période de non-lapse, l’interférence proactive ne se produit que lorsque le deuxième paradigme d’entraînement est similaire au premier. Avec un paradigme différent, la consolidation de la double mémoire se produit., Nous avons ensuite cherché à identifier les mécanismes neuronaux possibles sous-jacents à ces différences dans l’expression comportementale de l’un ou l’autre type de mémoire en fonction des paradigmes utilisés.
La façon dont deux mémoires interfèrent dépend des circuits qu’elles utilisent
Nous avons émis l’hypothèse que l’incapacité de consolider simultanément deux mémoires appétitives est due au fait que les deux sont codées dans le même circuit de mémoire, alors que l’utilisation d’un mécanisme de circuit distinct par l’association aversive permet, Un changement cellulaire précédemment identifié impliqué dans la mémoire à long terme après le conditionnement appétitif dans Lymnaea est la dépolarisation persistante d’un neurone modulateur dans le réseau d’alimentation, les CGCs (cellules géantes cérébrales)9,28,29. Les portes de dépolarisation induites par l’apprentissage – dans l’entrée de stimulus conditionnée à la commande d’alimentation-comme des interneurones, qui chez les animaux entraînés entraîne l’activation du réseau d’alimentation9. Ici, nous démontrons que les deux types d’entraînement appétitif induisent la même dépolarisation persistante par rapport aux contrôles naïfs (ANOVA unidirectionnelle, p < 0.,001 (F(2,35) = 26.3), test de Bonferroni: premier entraînement seul vs naïf p < 0.001, deuxième formation seul vs naïf p < 0.001, première formation seul vs deuxième formation p > 0.05) (Fig. 2a-c). Nous avons ensuite testé si le conditionnement aversif affectait les CCG et n’avons trouvé aucun changement significatif dans leur potentiel membranaire par rapport aux témoins naïfs (test t non apparié, p = 0,53, t = 0,63, df = 22) (Fig. 2d-f)., Il n’y a pas eu de changement dans la résistance membranaire de la CCG ou dans les caractéristiques des pointes après un conditionnement appétitif ou aversif (Résistance membranaire de la CCG: entraînement appétitif, ANOVA unidirectionnelle, p = 0,17 (F(2,34) = 1,77). Entraînement aversif, test t non apparié, p = 0,67, t = 0,44, df = 22.) (Figue. 2c, f; Fig. supplémentaire. 4 bis, b). Par conséquent, les deux paradigmes appétitifs induisent le même changement cellulaire, alors que l’entraînement aversif n’affecte pas les propriétés de ce neurone suggérant que la mémoire est codée dans un autre circuit.
Nous avons ensuite cherché à identifier les changements induits par le conditionnement aversif. Étant donné que la réponse conditionnée était une réduction de l’alimentation, nous avons estimé que cela pourrait être dû à un effet inhibiteur accru provenant du circuit de retrait défensif., Un neurone candidat pour cela est le PLB interneuron30 qui relie les circuits de retrait et d’alimentation et son activation par des stimuli aversifs est suffisante pour inhiber l’alimentation31. Dans des préparations cérébrales isolées d’animaux conditionnés de manière aversive, un analogue in vitro du stimulus conditionné (voir Méthodes) a provoqué une augmentation significative de la fréquence de mise à feu du PlB par rapport aux témoins naïfs (test de Mann Whitney, p = 0,029, U = 106) (Fig. 2g, h), ainsi qu’une expression plus faible des cycles d’alimentation fictifs (un corrélat in vitro de la réponse conditionnée) (Fig. 4c, d)., Les taux de déclenchement du PlB avant le stimulus conditionné n’étaient pas significativement différents entre les conditions (test t non apparié, p = 0,94, t = 0,08, df = 36). Les réponses de la CCG au stimulus conditionné n’ont montré aucun changement après le conditionnement aversif (fig. 4e). Nous avons testé si l’activité du PlB était altérée après le conditionnement appétitif, mais nous n’avons trouvé aucun changement dans les taux de déclenchement du PlB en réponse au stimulus conditionné appétitif (test de Mann Whitney, p = 0,39, U = 56,5) ou dans ses taux de déclenchement avant le stimulus conditionné (test t non apparié, p = 0,38, t = 0,89, df = 22) (Fig. 2i, j)., Cependant, les préparations dérivées d’animaux conditionnés de manière appétissante ont encore montré une plus grande réponse d’alimentation fictive à la gamma-nonalactone par rapport aux témoins naïfs (Fig. 4f, g). Ces résultats démontrent que l’apprentissage aversif provoque une augmentation d’une voie inhibitrice, distincte des changements neuronaux qui sous-tendent les souvenirs appétitifs. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que la compétition dans le même circuit de mémoire est un facteur limitant dans la capacité des animaux à consolider plusieurs mémoires similaires., Une telle concurrence n’affecte pas la consolidation de mémoires dissemblables qui reposent sur différents mécanismes de circuit, ce qui explique l’absence d’interférence proactive des mémoires appétitives et aversives au point de non-déchéance.
Le brouillage rétroactif nécessite un nouvel apprentissage en général
Nous avons ensuite cherché à disséquer quel aspect de la deuxième formation était responsable du brouillage rétroactif aux points de déchéance., Nous avons testé si l’induction d’une seconde mémoire associative était nécessaire pour bloquer la première mémoire ou si la simple présentation des stimuli conditionnés et inconditionnés lors du second entraînement était suffisante pour agir en tant que perturbateur de la mémoire. Pour tester cela, nous avons effectué une présentation à l’envers du stimulus inconditionné + stimulus conditionné ( appelé BW) (Fig. 3a), ce qui n’a pas entraîné de mémoire à long terme en utilisant les protocoles appétitifs (test de Mann Whitney, p = 0,07, U = 172,5) ou aversifs (test de Mann Whitney, p = 0,67, U = 174,5) (Fig., 3b, c), confirmant que les paradigmes BW n’induisent pas de mémoire associative. Ensuite, nous avons effectué un conditionnement BW appétitif ou aversif à un point de déchéance de la première mémoire et avons constaté qu’aucun des deux n’avait d’effet sur l’expression de la première mémoire (test BW appétitif: test de Kruskal–Wallis, p = 0.0043, H = 10.88; Test de Dunn, BW à 2 h vs naïve p < 0.05 et premier entraînement seul vs naïve p < 0.01. BW aversif: Test de Kruskal-Wallis, p = 0,001, H = 13,81; Test de Dunn, BW à 2 h vs naïf p < 0.,05, premier entraînement seul vs naïf p < 0.001) (Fig. 3d-g). Ces résultats suggèrent que l’induction d’une seconde mémoire associative est nécessaire pour une interférence rétroactive avec la première mémoire.
Cela a soulevé la question de savoir si c’est spécifiquement un nouvel apprentissage associatif ou un nouvel apprentissage en général qui peut causer des interférences rétroactives. Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé un paradigme non associatif comme deuxième formation. Nous avons démontré qu’une forte stimulation tactile de la tête conduit à une réponse de sevrage sensibilisée à un bref stimulus « light off » (Fig. 4a)., Ce bref stimulus n’a pas déclenché de réponse de sevrage chez les animaux naïfs (ANOVA à mesures répétées, p = 0,62 (F(3,42) = 16,58)) (Fig. 4a). En revanche, les animaux exposés à une forte stimulation tactile 10 min avant le stimulus »light off »ont montré une réponse de retrait significative (Repeated-measures ANOVA, p < 0.001 (F(3,42) = 0.54), Test de Dunnett: before vs 5 s p < 0.001, before vs 10 s p < 0.001, avant vs 20 s p > 0.05) (Fig. 4a)., Ainsi, une forte stimulation tactile de la tête provoque une sensibilisation, une forme d’apprentissage non associatif.
Ensuite, nous avons appliqué la stimulation sensibilisante au point de déchéance de la mémoire appétitive (Fig. 4b). Nous avons montré qu’elle interférait rétroactivement avec la mémoire associative, alors que lorsqu’elle était appliquée au point de non-lapse, la mémoire était intacte (ANOVA unidirectionnelle, p < 0.001 (F(3,78) = 7.191), test de Bonferroni: premier entraînement seul vs naïve p < 0.001, 1 h vs naïve p < 0.01, 2 h vs naïf p > 0.05) (Fig. 4c)., Par conséquent, l’acquisition d’une mémoire associative ou non associative pendant la période d’expiration interfère rétroactivement avec la mémoire associative d’origine.
Une interférence rétroactive perturbe la consolidation de la mémoire
Nous avons ensuite testé si le remplacement apparent de la première mémoire par la seconde était dû à une interférence rétroactive perturbant la consolidation de la mémoire d’origine ou à la suppression de son expression par la seconde mémoire. Si la première mémoire ne pouvait pas être récupérée en bloquant la seconde, cela indiquerait que sa consolidation a été perturbée., Cependant, si elle pouvait être récupérée, cela indiquerait que l’expression de la première trace de mémoire est activement supprimée par la seconde mémoire coexistante. Pour tester cela, un deuxième entraînement appétitif a été effectué 2 h après le premier entraînement appétitif pour interférer avec la première mémoire. Une stimulation sensibilisante a ensuite été appliquée 2 h plus tard, à un moment où la consolidation du deuxième apprentissage s’est interrompue (Fig. 5a) pour bloquer la deuxième mémoire (Fig. 5b)., Cela a permis de s’assurer que la stimulation sensibilisante se produisait à un point d’arrêt de la seconde mémoire (2 h) mais à un point d’arrêt de la première mémoire (4 h) (Fig. 5a, b montre que la stimulation sensibilisante est suffisante pour bloquer la seconde mémoire appétitive). L’application de la stimulation sensibilisante seule 4 h après le premier entraînement appétitif n’a aucun effet sur la première mémoire (Fig. 5c, d). Bien que ce paradigme ait réussi à bloquer la seconde mémoire, l’expression de la première mémoire n’a pas été restaurée à 24 h (Fig. 5b, gamma-nonalactone)., En revanche, lorsqu’aucune stimulation sensibilisante n’était appliquée, il y avait la perturbation attendue de la première mémoire et de l’acquisition de la seconde (acétate d’amyle animaux testés: ANOVA unidirectionnelle, p < 0.001 (F(2,73) = 21.11), test de Bonferroni: pas de sensibilisation vs naïf p < 0.001, sensibilisation p < 0,001, sensibilisation vs naïf p > 0,05. Animaux testés aux gamma-nonalactones: ANOVA unidirectionnelle, p = 0,33(F (2,64) = 1,12)) (Fig. 5b).
L’utilisation du protocole de sensibilisation a permis de conclure que lorsque la seconde mémoire était bloquée à son point de déchéance de 2 h, la première mémoire ne réapparaissait pas., Cependant, étant donné que le blocage de la seconde mémoire avec sensibilisation ne pouvait être effectué avec succès qu’au lapse de mémoire 2 h après le deuxième entraînement et que nous savions seulement qu’il effacait la deuxième mémoire lorsqu’il était testé à 24 h, nous avions besoin d’une autre méthode qui bloque rapidement la formation de la mémoire et Une telle méthode permettrait d’établir si le blocage des seuls premiers processus de consolidation de la seconde mémoire permettrait de sauver la première mémoire., Nous avons donc utilisé des méthodes pharmacologiques pour bloquer la consolidation précoce de la seconde mémoire. Le traitement par l’inhibiteur translationnel anisomycine (ANI) bloque rapidement la synthèse de nouvelles protéines dans le cerveau de Lymnaea 32 et son application post-entraînement empêche l’expression de la mémoire dès 1 h après la conditionnation19 ainsi que sa consolidation ultérieure dans la mémoire à long term32. Les animaux ont reçu une injection d’ANI ou de solution saline 10 min après le deuxième entraînement appétitif (2 h 10 min après le premier entraînement appétitif) et ont été testés pour la mémoire à long terme (Fig. 5c)., L’injection d’ANI seule à 2 h 10 min n’a eu aucun effet sur l’expression de la première mémoire (Fig. 5e, f) mais il avait réussi à bloquer la deuxième mémoire (Fig. 5d). Cependant, cette intervention précoce n’a pas permis de sauver la première mémoire (Fig. 5d), indiquant qu’il a en effet été perturbé par la deuxième mémoire dans l’heure qui a suivi le deuxième entraînement. Les animaux injectés de solution saline ont montré la perturbation de la mémoire attendue (animaux testés à l’acétate d’amyle: ANOVA unidirectionnelle, p < 0,001 (F(2,59)=11,09), test de Bonferroni: solution saline vs naïve p < 0.,001, ANI vs saline p < 0.01, ANI vs naïf p > 0.05. Animaux testés aux gamma-nonalactones: ANOVA unidirectionnelle, p = 0,75 (F(2,57) = 0,295)) (Fig. 5d). Ces expériences suggèrent que l’interférence rétroactive se produit dans une fenêtre de temps précoce après l’acquisition de la deuxième mémoire. Nous concluons que le blocage de la seconde mémoire ne conduit pas à l’expression d’une première trace de mémoire « supprimée ». Ces expériences soutiennent donc la conclusion que, au moins au niveau comportemental, la seconde mémoire remplace efficacement la première mémoire.