Cum amintirile interfera depinde când noi de învățare apare
Pentru a testa ipoteza că momentul celui de-al doilea antrenament este un factor-cheie în a determina dacă proactivă sau retroactiv apar interferențe, am utilizat o paradigmă care a fost conceput pentru a investiga o concurență între două repere, care sunt instruiți în afară, dar au un rezultat comun, e.,g., același tip de răspuns condiționat23. În mod special, am realizat un dual appetitive condiționarea clasică procedură care implică două neutru stimuli chimici, gamma-nonalactona sau acetat de amil (condiționat stimuli), ambele din care s-au asociat cu o punga de alimente stimul (zaharoză, stimul necondiționat), care activează bine identificate alimentarea circuitului de Lymnaea11,24,25., O singură pereche de oricare stimul condiționat cu stimul necondiționat duce la formarea pe termen lung appetitive de memorie, în special, cu non-lapse și interval de perioade observat în același timp puncte în memorie consolidation8,19 (Suplimentare Fig. 1). Formarea consecutivă cu aceste două paradigme apetisante a fost utilizată pentru a stabili tipul de interferență care apare în timpul unei perioade de non-lapse față de o perioadă de expirare a aceleiași secvențe de consolidare.,
Animalele au fost instruiți cu gamma-nonalactona + zaharoză (menționată ca prima appetitive de formare), și apoi un al doilea formare de acetat de amil + zaharoză (denumite doua appetitive de formare) a fost aplicat la non-lapse (1 h) sau de interval (2 sec) punct de prima memorie. Acestea au fost apoi testate pentru prezența memoriei pe termen lung 24 h după primul antrenament (Fig. 1a)., Animalele care au primit cel de-al doilea appetitive formare la non-lapse punct păstrat o amintire pentru prima stimul condiționat (gamma-nonalactona), dar nu pentru cel de-al doilea stimul condiționat (acetat de amil) (Fig. 1b, ‘non-lapse’), indicativ de interferență proactivă, întrucât animalele care au primit cel de-al doilea appetitive de formare în timpul interval de moment a avut o memorie pentru cel de-al doilea stimul condiționat, dar nu primul stimul condiționat (Fig. 1B, „interval”), care indică interferențe retroactive (animale testate cu gama-nonalactonă: Anova unidirecțională, 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).
A fost posibil ca lipsa de memorie după interferență a fost din cauza animalului incapacitatea de a simultan magazin două similare amintiri pe termen lung., Pentru a examina acest lucru, am antrenat animale cu ambele tipuri de paradigme apetisante, dar distanțate la 24 de ore, permițând primei memorii să se consolideze complet înainte de al doilea antrenament (Fig suplimentar. 2a). Fiecare animal a fost testat pentru răspunsul său la ambii stimuli condiționați la 24 de ore după al doilea antrenament. Pentru a se asigura că ordinea testării nu a afectat răspunsul animalului, un grup a fost testat mai întâi pentru răspunsul la gama-nonalactonă și apoi la acetat de amil 1 oră mai târziu, în timp ce un al doilea grup le-a primit în ordine inversă., Ambele grupuri au prezentat un răspuns mai mare la ambii stimuli condiționați comparativ cu animalele naive, indicând prezența a două amintiri în același animal (Fig suplimentar. 2b).
o ipoteză alternativă este că incapacitatea de a consolida ambele amintiri simultan se datorează concurenței între două amintiri similare care utilizează același circuit neural subiacent. Am investigat dacă aceleași reguli de interferență s-au aplicat atunci când al doilea antrenament a folosit o paradigmă care utilizează un circuit diferit de cel activat de prima învățare., Aversiv condiționat de hrănire în Lymnaea este procesat de un circuit neuronal care nu sunt implicate în alimente-recompensa conditioning26; prin urmare, o aversiv paradigmă a fost folosit pentru a testa ipoteza concurenței. O singură pereche de L-serină (un stimul apetisant, vezi Fig. 1d) cu chinina (un stimul aversiv, care inhibă feeding27) induse de memorie pe termen lung, exprimat ca un scăzut alimentare, ca răspuns la stimulul condiționat, cand a fost testat la 24 h, comparativ cu naivi control (naiv alimentare diferență de scor: 21.1 ± 2.5, n = 16, L-serină + chinină alimentare diferență de scor: 9.8 ± 2.,1, n = 17, test t nepereche, p = 0,0016, t = 3,47, df = 31). În special, în procesul de consolidare a aversiv de memorie, pierderi au avut loc în același timp puncte ca în timpul appetitive formarea de memorie, demonstrând că expiră sunt o caracteristică generală în timpul consolidării în Lymnaea (Suplimentare Fig. 3). Apoi, animalele au fost instruiți cu gamma-nonalactona + zaharoză (appetitive de formare), urmat de aversiv formare la același non-lapse sau interval de puncte de prima memorie in dual appetitive paradigmă (Fig. 1C)., Antrenamentul aversiv în timpul punctului non-lapse a dat naștere atât unei memorii apetisante, cât și aversive (Fig. 1d, ‘non-lapse’), indicând lipsa de interferență proactivă, întrucât aversiv condiționat în timpul appetitive lipsa de memorie a dus la o aversiv memorie, dar nu o appetitive de memorie (Fig. 1d, ‘interval’) (gamma-nonalactona testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,113) = 9.47), Bonferroni test: 1 sec vs naivi p < 0.001, appetitive singur vs naivi p < 0.001, 2 h vs naivi p > 0.05., L-serină testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,114) = 12.13), testul Bonferroni: aversiv singur vs naivi p < 0.001, 1 h vs naivi p < 0.001, 2 h vs naivi p < 0.01).
Pentru a testa dacă lipsa de interferență proactivă între appetitive și aversiv de memorie a fost din cauza aceasta din urmă fiind mai puternică decât cea dintâi, și, prin urmare, mai puțin predispuse la interferențe, am inversat ordinea de instruire, efectuarea aversiv urmat de appetitive de formare (Fig. 1e)., Cu acest inversat paradigmă, am observat același model de memorie de interferență ca și când appetitive de formare a precedat aversiv formare (L-serină testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,76) = 7.34), Bonferroni test: 1 sec vs naivi p < 0.001, aversiv singur vs naivi p < 0.01, 2 h vs naivi p > 0.05. Gamma-nonalactona testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,72) = 10.18), testul Bonferroni: appetitive singur vs naivi p < 0.,001, 1 h vs naivi p < 0.01, 2 h vs naivi p < 0.001) (Fig. 1F). Luate împreună, aceste rezultate demonstrează că inducerea unei noi memorii asociative în timpul expirării primei memorii provoacă interferențe retroactive, indiferent dacă a doua paradigmă de antrenament este apetisantă sau aversivă. Cu toate acestea, în perioada non-lapse interferența proactivă apare numai atunci când a doua paradigmă de formare este similară cu prima. Cu o paradigmă diferită, are loc consolidarea dublă a memoriei., În continuare am căutat să identificăm posibile mecanisme neuronale care stau la baza acestor diferențe în expresia comportamentală a unuia sau a altui tip de memorie, în funcție de paradigmele utilizate.
Cum două memorii interfera depinde de circuite se folosesc
Am presupus că incapacitatea de a consolida simultan două appetitive amintiri se datorează ambele fiind codificate în același circuit de memorie, întrucât aversiv asociației utilizarea unui distincte circuit mecanism permite dual consolidare în afara interval de perioade., Un identificate anterior modificări celulare implicate în memoria de lungă durată după appetitive condiționat în Lymnaea este persistentă depolarizare de un modulator neuron în alimentare rețea, cgc-uri (cerebral celule gigante)9,28,29. Porțile de depolarizare induse de învățare-în introducerea stimulului condiționat la interneuronii de comandă de hrănire, care la animalele instruite au ca rezultat activarea rețelei de hrănire9. Aici, vom demonstra că ambele tipuri de appetitive formare induce aceeași persistentă depolarizare comparativ cu netratați anterior controale (One-way ANOVA, p < 0.,001 (F(2,35) = 26.3), testul Bonferroni: primul antrenament singur vs naivi p < 0.001, a doua de formare singur vs naivi p < 0.001, primul antrenament singur vs doilea antrenament singur p > 0.05) (Fig. 2a-c). Am testat apoi dacă condiționarea aversivă a afectat CGC-urile și nu am găsit nicio modificare semnificativă a potențialului membranei lor în comparație cu controalele naive (testul t nepereche, p = 0.53, t = 0.63, df = 22) (Fig. 2D-f)., Nu a fost nici o schimbare în CGC membrana rezistenta sau spike caracteristicile după appetitive sau aversiv condiționat (CGC membrana rezistenta: appetitive de formare, One-way ANOVA, p = 0.17 (F(2,34) = 1.77). Antrenament aversiv, test t nepereche, p = 0,67, t = 0,44, df = 22.) (Fig. 2c, f; suplimentar Fig. 4a, b). Prin urmare, ambele paradigme apetisante induc aceeași schimbare celulară, în timp ce antrenamentul aversiv nu afectează proprietățile acestui neuron sugerând că memoria este codificată într-un alt circuit.
Am urmatoarea căutat să identifice modificările induse de aversiv condiționat. Deoarece răspunsul condiționat a fost o reducere a hrănirii, am motivat că s-ar putea datora unui efect inhibitor sporit provenit din circuitul defensiv-retragere., Un candidat neuron pentru aceasta este PlB interneuron30 care se conectează retragerea și circuite de alimentare și activarea acestuia prin aversiv stimuli este suficientă pentru a inhiba feeding31. În izolată creier preparate din aversively condiționat, animale, in vitro analog de stimul condiționat (vezi Metode de) a provocat o creștere semnificativă a PlB rata de ardere, comparativ cu naivi control (testul Mann Whitney, p = 0,029, U = 106) (Fig. 2G, h), precum și o expresie mai mică a ciclurilor de hrănire fictive (o corelare in vitro a răspunsului condiționat) (Fig suplimentar. 4c, d)., Ratele de ardere PlB înainte de stimulul condiționat nu au fost semnificativ diferite între condiții (testul t nepereche, p = 0, 94, t = 0, 08, df = 36). Răspunsurile CGC la stimulul condiționat nu au arătat nicio modificare după condiționarea aversivă (Fig. 4e). Am testat dacă PlB activitate a fost modificat după appetitive condiționat dar nu a găsit nici o schimbare în PlB ardere ratele de răspuns la appetitive stimul condiționat (testul Mann Whitney, p = 0.39, U = 56.5) sau în ratele de ardere înainte de stimulul condiționat (nepereche t-test, p = 0.38, t = 0.89, df = 22) (Fig. 2i, j)., Cu toate acestea, preparatele derivate din appetitively condiționat animale au arătat încă o mai mare fictive alimentare, ca răspuns la gamma-nonalactona față de naivi control (Suplimentare Fig. 4F, g). Aceste rezultate demonstrează că învățarea aversivă determină o creștere a unei căi inhibitoare, distinctă de modificările neuronale care stau la baza amintirilor apetisante. Luate împreună, aceste rezultate sugerează că concurența în cadrul aceluiași circuit de memorie este un factor limitativ în capacitatea animalelor de a consolida mai multe amintiri similare., O astfel de concurență nu afectează consolidarea amintirilor diferite care se bazează pe mecanisme de circuit diferite, reprezentând lipsa de interferență proactivă a amintirilor apetisante și aversive în punctul non-lapse.
interferența retroactivă necesită o nouă învățare în general
am căutat apoi să disecăm ce aspect al celui de-al doilea antrenament a fost responsabil pentru interferența retroactivă la punctele de scurgere., Am testat dacă inducerea unei a doua memorii asociative a fost necesară pentru a bloca prima memorie sau dacă pur și simplu prezentarea stimulilor condiționați și necondiționați în timpul celui de-al doilea antrenament a fost suficientă pentru a acționa ca un perturbator de memorie. Pentru a testa acest lucru, am efectuat prezentarea înapoi a stimulului necondiționat + stimul condiționat ( denumit BW) (Fig. 3A), care nu a avut ca rezultat memoria pe termen lung folosind protocoalele appetitive (testul Mann Whitney, p = 0.07, U = 172.5) sau aversive (testul Mann Whitney, p = 0.67, U = 174.5) (Fig., 3B, c), confirmând că paradigmele BW nu induc memoria asociativă. Apoi, am realizat fie appetitive sau aversiv BW condiționat la un interval punct de prima de memorie și a constatat că nu a avut nici un efect asupra expresiei prima amintire (appetitive BW: Kruskal–Wallis, p = 0.0043, H = 10.88; Dunn test, BW la 2 h vs naivi p < 0,05 și primul antrenament singur vs naivi p < 0.01. Aversiv BW: testul Kruskal-Wallis, p = 0,001, H = 13,81; testul Dunn, BW la 2 ore față de naiv p < 0.,05, primul antrenament singur vs naiv p < 0.001) (Fig. 3D-g). Aceste rezultate sugerează că inducerea unei a doua memorii asociative este necesară pentru interferența retroactivă cu prima memorie.
Acest lucru a ridicat problema dacă acesta este în mod special nouă învățare asociativă sau noi de învățare, în general, care poate provoca interferență retroactivă. Pentru a aborda acest lucru, am folosit o paradigmă non-asociativă ca a doua formare. Am demonstrat că stimularea tactilă puternică a capului duce la un răspuns de retragere sensibilizat la un scurt stimul „light off” (Fig. 4a)., Acest stimul scurt nu a declanșat un răspuns de retragere la animalele naive [măsuri repetate ANOVA, p = 0,62 [F(3,42) = 16,58)] (Fig. 4a). Prin contrast, animalele care au fost expuse la puternice stimularea tactila 10 min inainte de ‘lumina’ de stimulare a arătat o semnificativă retragerea răspuns (Repetată-măsuri ANOVA, p < 0.001 (F(3,42) = 0.54), testul Dunnett: înainte vs 5 s p < 0.001, înainte vs 10 s, p < 0.001, înainte vs 20 s p > 0.05) (Fig. 4a)., Astfel, stimularea tactilă puternică a capului determină sensibilizarea, o formă de învățare non-asociativă.
Apoi, am aplicat sensibilizare stimulare la interval punct de appetitive de memorie (Fig. 4b). Am arătat că se retroactiv interferat cu memorie asociativă, întrucât atunci când este aplicat la non-lapse punct, memoria a fost ireproșabilă (One-way ANOVA, p < 0.001 (F(3,78) = 7.191), testul Bonferroni: primul antrenament singur vs naivi p < 0.001, 1 h vs naivi p < 0.01, 2 h vs naivi p > 0.05) (Fig. 4c)., Prin urmare, achiziționarea unei memorii asociative sau non-asociative în timpul perioadei de expirare interferează retroactiv cu memoria asociativă originală.
interferența retroactivă perturbă consolidarea memoriei
am testat apoi dacă înlocuirea aparentă a primei memorii cu cea de-a doua s-a datorat interferenței retroactive care perturbă consolidarea memoriei originale sau datorită suprimării expresiei sale de către a doua memorie. Dacă prima memorie nu a putut fi recuperată prin blocarea celei de-a doua, aceasta ar indica faptul că consolidarea acesteia a fost întreruptă., Cu toate acestea, dacă ar putea fi recuperată, acest lucru ar indica faptul că expresia primei urme de memorie este suprimată în mod activ de cea de-a doua memorie coexistentă. Pentru a testa acest lucru, a doua pregătire apetisantă a fost efectuată la 2 ore după primul antrenament apetisant pentru a interfera cu prima memorie. Stimularea sensibilizantă a fost apoi aplicată 2 ore mai târziu, la un interval în consolidarea celei de-a doua învățări (Fig. 5A) pentru a bloca a doua memorie (Fig. 5b)., Acest lucru a asigurat că sensibilizarea stimulare a avut loc la un interval punctul al doilea de memorie (2 h), dar un non-lapse punct de prima amintire (4 h) (Suplimentare Fig. 5A, B arată că stimularea sensibilizantă este suficientă pentru a bloca a doua memorie apetisantă). Aplicarea stimulării sensibilizante în monoterapie la 4 ore după primul antrenament apetisant nu are efect asupra primei memorii (Fig suplimentar. 5c, d). Deși această paradigmă a avut succes la blocarea celei de-a doua memorii, expresia primei memorii nu a fost restabilită la 24 de ore (Fig. 5B, Gamma-nonalactonă)., Prin contrast, atunci când nu sensibilizarea stimulare s-a aplicat, nu a fost de așteptat o perturbare de prima memorie și achiziționarea de cea de-a doua (amil acetat testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(2,73) = 21.11), testul Bonferroni: nici o sensibilizare vs naivi p < 0.001, nici sensibilizare vs sensibilizare p < 0.001, sensibilizare vs naivi p > 0.05. Animale testate cu gama nonalactonă: Anova unidirecțională, p = 0,33(F (2,64) = 1,12)) (Fig. 5b).
utilizarea protocolului de sensibilizare ne-a permis să concluzionăm că atunci când a doua memorie a fost blocată la punctul său de 2 h, prima memorie nu a reapărut., Cu toate acestea, deoarece blocarea celei de-a doua memorii cu sensibilizare nu a putut fi efectuată cu succes decât la expirarea memoriei 2 h după al doilea antrenament și știam doar că a șters a doua memorie atunci când a fost testată la 24 h, aveam nevoie de o altă metodă care blochează rapid formarea memoriei și duce la ștergerea celei de-a doua memorii O astfel de metodă ar stabili dacă blocarea numai a celor mai vechi procese de consolidare a celei de-a doua memorii ar salva prima memorie., Prin urmare, am utilizat metode farmacologice pentru a bloca consolidarea timpurie a celei de-a doua memorii. Tratamentul cu inhibitor de translatie anisomycin (ANI) rapid blochează sinteza de noi proteine în Lymnaea brain32 și post-formare aplicație previne expresia de memorie începând cu 1 h după conditioning19 precum și consolidarea ulterioară a acesteia pe termen lung memory32. Animalele au fost injectate cu ANI sau soluție salină la 10 min după al doilea antrenament apetit (2 h 10 min după primul antrenament apetit) și testate pentru memoria pe termen lung (Fig. 5c)., Injecția ANI în monoterapie la 2 h 10 min nu a avut niciun efect asupra expresiei primei memorii (Fig. 5e, f) dar a blocat cu succes a doua memorie (Fig. 5D). Cu toate acestea, această intervenție timpurie nu a reușit să salveze prima memorie (Fig. 5d), indicând faptul că a fost într-adevăr perturbat de a doua memorie într-o oră după al doilea antrenament. Ser fiziologic injectat animale au arătat de așteptat pierderi de memorie (amil acetat testat animale: One-way ANOVA, p < 0.001 (F(2,59) = 11.09), testul Bonferroni: ser fiziologic vs naivi p < 0.,001, ANI vs salină p < 0.01, ANI vs naivi p > 0.05. Animale testate cu gama nonalactonă: Anova unidirecțională, p = 0,75(F (2,57) = 0,295)) (Fig. 5D). Aceste experimente sugerează că interferența retroactivă se întâmplă într-o fereastră de timp timpurie după achiziționarea celei de-a doua memorii. Concluzionăm că blocarea celei de-a doua memorii nu duce la expresia unei prime urme de memorie „suprimată”. Prin urmare, aceste experimente susțin concluzia că, cel puțin la nivel comportamental, a doua memorie înlocuiește efectiv prima memorie.