L'hipocamp, l'escorça prefrontal i l'escorça perirhinal són crítics per a la memòria d'ordre incidental

Per a més informació:ali.ma@wecistanche.com

Resum

Una investigació considerable en rosegadors i humans indica que l'hipocamp i l'escorça prefrontal són essencials per recordar les relacions temporals entre els estímuls, i l'acumulació d'evidències suggereix que l'escorça perirrinal també pot estar implicada. Tanmateix, els paràmetres experimentals difereixen substancialment entre els estudis, la qual cosa limita la nostra capacitat per entendre completament les contribucions fonamentals d'aquestes estructures. Els estudis anteriors varien en el tipus de temporalmemòriaemfatitzen (p. ex., ordre, seqüència o separació en el temps), els estímuls i les respostes que utilitzen (p. ex., seqüències úniques o repetides de l'assaig i comportament incidental o recompensat) i el grau en què controlen els possibles factors de confusió ( per exemple, efectes o ordre primaris i de recentitatdèficits de memòriasecundari a l'elementproblemes de memòria).Per ajudar a integrar aquestes troballes, hem desenvolupat una nova prova de paradigmamemòria incidentalper a una sèrie d'esdeveniments única d'assaig i avaluació simultània d'ordre i memòria d'elements en animals amb danys a l'hipocamp, l'escorça prefrontal o l'escorça perirhinal. Vam trobar que aquest nou enfocament va conduir a un ordre robust imemòria d'elements, i aquest dany a l'hipocamp, prefrontal i perirhinal de manera selectivadeteriorat memòria d'ordres. Aquestes troballes suggereixen que l'hipocamp, l'escorça prefrontal i l'escorça perirhinal formen part d'una àmplia xarxa d'estructures essencials per aprendre accidentalment l'ordre dels esdeveniments enmemòria episòdica.

Leila M.Allen, RachelA.Lesyshyn, Steven J.O'Dell, Timothy A. Allen, Norbert J. Fortin

1Centre per a la Neurobiologia de l'Aprenentatge i la Memòria, Universitat de Califòrnia, Irvine, CA 92697 2Departament de Neurobiologia i Comportament, Universitat de Califòrnia, Irvine, CA 92697 3Programa de Neurociència Cognitiva, Departament de Psicologia, Universitat Internacional de Florida , Miami, FL 33199

INTRODUCCIÓ

La capacitat d'organitzar temporalment les experiències personals en la memòria és un aspecte definitori de la memòria episòdica. S'han desenvolupat diversos enfocaments per investigar la memòria de "quan" els esdeveniments ocorren en rosegadors i humans (per exemple, Hannesson et al., 2004a,b; Dere et al. al., 2005; Babb i Crystal, 2006; Kart-Teke et al., 2006; Barker et al., 2007; Fouquet et al., 2010; Allen et al., 2014) i una considerable evidència indica l'hipocamp (HC) té un paper central en aquesta capacitat (Eichenbaum, 2013; Davachi i DuBrow, 2015). Per exemple, en rosegadors, les lesions de HC perjudiquen la memòria de l'ordre temporal, però no la memòria de l'element (Chiba et al. 1994; Fortin et al. 2002; Kesner et al. 2002; DeVito i Eichenbaum, 2011; Barker&Warburton, 201l; 2013). Les neurones HC enforteixen i reprodueixen seqüències espacials en l'ordre en què van disparar durant l'aprenentatge, cosa que suggereix memòria per a seqüències d'ubicacions espacials (Skaggs i McNaughton, 1996; Farooq et al., 2019). També s'ha trobat que les neurones HC s'encenen de manera fiable en moments específics. durant els buits entre estímuls ("cèl·lules temporals"; Pastalkova et al., 2008; MacDonald et al., 2013) i per diferenciar entre els elements presentats en la posició seqüencial correcta o incorrecta ("cel·les de seqüència"; Allen et al., 2016) . De la mateixa manera, en humans, els estudis de ressonància magnètica han demostrat que l'HC s'activa significativament durant la codificació o recuperació de diferents formes d'informació temporal sobre les experiències d'un mateix (Cabeza et al., 1997; Hayes et al., 2004; Kumaran i Maguire, 2006; Lehn, 2006). , et al., 2009; Ross et al., 2009; Ekstrom et al., 2011; Tubridy i Davachi, 2011; Hsieh et al., 2014; Davachi i Dubrow, 2015; Reeders et al., 2018).

Feu clic a la tija de Cistanche i a Cistanche per a la memòria

L'escorça prefrontal (PFC) és una altra estructura que es creu que té un paper clau en l'organització temporal dels records. En rosegadors, les lesions i les inactivacions temporals del PFC medial perjudiquen les discriminacions d'ordre temporal dels objectes i les ubicacions espacials (Mitchell & Laiacona, 1998; Hannesson, et al. 2004a, b; Barker, et al., 2007; DeVito & Eichenbaum, 2011; Jayachandran et al., 2019). A més, les neurones PFC medials presenten un disparament sostingut a la bretxa entre estímuls, cosa que pot ajudar a unir les associacions d'estímuls a través del temps (per exemple, Cowen i McNaughton, 2007; Gilmartin i McEchron, 2005). També hi ha una àmplia evidència d'estudis humans que impliquen funcions comparables de PFCin (vegeu St. Jacques, et al., 2008; Jenkins i Ranganath, 2010; Preston i Eichenbaum; 2013; Hsieh i Ranganath, 2015; Reeders et al., 2018).

A més de l'HC i el PFC, l'escorça perirhinal (PER) també pot tenir un paper important. Tot i que el PER s'ha associat amb més freqüència amb la memòria d'elements (Murray et al, 2000, Bussey et al, 2002; Murray et al, 2007; Barker i Warburton, 2011; Feinberg et al, 2012), l'acumulació d'evidències suggereix que també pot contribuir a l'ordre. memòria. Per exemple, es creu que PER facilita representacions unificades d'esdeveniments que es produeixen al llarg del temps, combinant característiques temporalment discontínues en un únic objecte perceptiu a la memòria (Allen et al, 2007; Kholodar-Smith et al, 2008a; Kent i Brown, 2012). Les neurones PER presenten un tret persistent provocat per l'estimulació sinàptica a Vitra i poden durar més d'un minut després de l'aturada de l'estimulació, cosa que suggereix que les neurones PER són capaços d'enllaçar esdeveniments a través de buits temporals (Navaroli et al., 2012). Més recentment, es va demostrar que silenciar l'activitat sinàptica a les projeccions PFC-PER medials suprimeix la memòria per a seqüències d'olors ben entrenades (Jayachandran et al, 2019).

Tanmateix, és important assenyalar que hi ha una variació considerable en els paradigmes utilitzats en els experiments anteriors, cosa que dificulta la comprensió completa de les contribucions específiques de l'HC, PFC i PER. En primer lloc, els paradigmes varien en el tipus de memòria temporal que destaquen, inclosa la memòria per a l'ordre relatiu dels esdeveniments (per exemple, B es va produir abans de D) per a la seqüència específica en què es van produir (per exemple, A va ser seguit per B, després per C, després D) o per a la separació temporal entre ítems (p. ex. A es va produir fa ~ 5 minuts, fa B~l min; vegeu Friedman, 1993; Allen i Fortin, 2013). En segon lloc, alguns paradigmes impliquen incidents

l'aprenentatge, un aspecte clau de la memòria episòdica (Zhou et al., 2012), mentre que altres (principalment en rosegadors) recompensen les presentacions d'estímul o ordenen els judicis. En tercer lloc, alguns paradigmes impliquen sèries d'esdeveniments únics per a la prova, una característica clau de la memòria episòdica, mentre que d'altres impliquen presentacions repetides dels mateixos esdeveniments. Finalment, alguns paradigmes, també normalment en rosegadors, impliquen llistes curtes d'estímuls (2 o 3 articles), de manera que les sondes de comanda han d'incloure el primer i/o l'últim ítem de mostra. En aquests casos, els judicis de memòria temporal no poden controlar els efectes de primacia o recentitat, que poden donar lloc a diferències en la força de la memòria entre els ítems, i pel fet que es podrien resoldre recordant només un dels ítems de mostra (per exemple, l'animal podria recordar només l'últim element i després evitar-lo a la prova de la sonda).

L'objectiu del present estudi és ajudar a integrar les troballes anteriors avaluant simultàniament la contribució de HC, PFC i PER a la memòria d'ordres i articles mitjançant un nou paradigma a la rata. En primer lloc, basant-nos en enfocaments de preferències espontànies anteriors, vam desenvolupar una tasca que prova l'ordre incidental i la memòria d'elements per a una sèrie d'esdeveniments únics per a la prova. En particular, la tasca utilitza una llarga sèrie d'esdeveniments (5 presentacions d'olor), que mitiga la influència dels efectes de primacia i recentitat, redueix la possibilitat d'utilitzar la memòria només per a un ítem en els judicis d'ordre i també ofereix un millor paral·lelisme amb els estudis humans. En segon lloc, vam realitzar danys selectius a HC, PFC o PER i vam comparar directament el rendiment de cada grup en la memòria d'ordres i articles per a la mateixa sèrie d'esdeveniments. Vam trobar que el nostre nou enfocament va conduir a una memòria robusta de comandes i articles i que HC, PFCor PER danyaven de manera selectiva la memòria de les comandes. Aquestes troballes suggereixen que una àmplia xarxa d'estructures és fonamental per aprendre accidentalment l'ordre dels esdeveniments en la memòria episòdica.

MÈTODES

Matèries

Els subjectes eren rates Long Evans mascles que pesaven 250-300 g a l'arribada (n= 52). Les rates es van allotjar individualment en gàbies rectangulars de policarbonat transparent i es van mantenir en un cicle de llum-foscor de 12 hores (llum apagada a les 8:00 del matí). Totes les proves de comportament es van dur a terme durant la fase fosca (període actiu) en condicions d'il·luminació vermella ambiental. L'accés al menjar i l'aigua no tenia restriccions abans de la cirurgia. Després de la cirurgia, les rates tenien una lleugera restricció d'aliments per mantenir el 85 per cent del seu pes corporal d'alimentació lliure amb accés gratuït a l'aigua durant les proves. Tots els mètodes quirúrgics i de comportament compleixen amb el Comitè Institucional de Cura i Ús d'Animals de la Universitat de Califòrnia Irvine.

Cirurgies

Les lesions excitotòxiques es van produir mitjançant infusions locals de NMDA (Sigma, St. Louis, MO). L'anestèsia general es va induir (5 per cent) i es va mantenir amb isoflurà (1-2,5 per cent) barrejat amb oxigen (800 ml/min). A continuació, es van col·locar rates a l'aparell estereotàxic (Stoelting Instruments, Wood Dale, IL) i el cuir cabellut es va anestesiar amb Marcaine⑧ (7,5 mg/ml, {{10}},5 ml, sc). El crani es va exposar després d'una incisió de la línia mitjana i es van fer ajustos per garantir que el bregma, lambda i els llocs ± 0, 2 mm laterals a la línia mitjana estiguessin a nivell. Durant la cirurgia, a totes les rates se'ls va administrar glicopirrolat (0,2 mg/ml, 0,5 mg/kg, sc) per ajudar a prevenir dificultats respiratòries i 5 ml de solució de Ringer amb un 5% de dextrosa (sc) per a la hidratació. Després d'eliminar l'os que hi ha sobre els llocs d'infusió ( vegeu més avall), NMDA es va infondre al cervell mitjançant una xeringa 33-calibre 10μ (Hamilton Company, Reno, NV) impulsada per una bomba d'infusió motoritzada (World Precision Instruments, Sarasota. FL) muntada en un braç manipulador estereotàxic. L'agulla va romandre al lloc d'injecció durant 5 minuts després de la infusió del fàrmac per permetre la difusió. Les coordenades dorsoventrals (DV) es van mesurar des de la duramadre. Els subjectes es van assignar aleatòriament a un dels cinc grups: HClesion, lesió PFC PER lesió, lesions de control de l'escorça visual secundària (V2) o controls simulats.

Lesions d'HC （n{{0}}）.一La secció d'os sobre els set llocs d'infusió de HC es va resecar bilateralment i es va mantenir hidratada en solució salina estèril durant les infusions. La secció òssia es va retornar després de les infusions. Tres llocs bilaterals d'HC dorsal es van orientar de la següent manera:-2.2 A/P, ±1.0M/L,-3.0DV;{{7} }.0A/P, ±1,8/L,-2,8 D/V;-4,0A/P, ±2,8 M/L, -2,6 D/V. Quatre llocs bilaterals de HC ventral es van orientar de la següent manera: -4.8 A/P, ±4,8 ML, 6,5 D/V;-4,8 A/P, ±4,5 M/L,{{29 }}.3D/V;-5.7 A/P, ±4,9 M/L,-2,8,D/V;-5,7A/,±5,1 ML, { {41}}.8 D/V. Cada lloc d'HC es va infondre amb 200-225 nLof NMDA (85 mM; 50 mg/mL) a 200-250 nL/min.

Lesions de PFC (n {{{0}}). - Es van perforar petits forats dorsalment als llocs d'infusió dirigits a l'escorça prelímbica de PFC. La PFC es va infusionar bilateralment amb 25{{10}} nL NMDA (85 mM; 50 mg/mL) a 200 L/min (3,2A/R, ±0,75 M/L,-3,0 D/V de dura) semblant a Sharpe i Killcross (2012). lesions PER （n=11）. 一Es van perforar dos forats bilateralment (~-4 i {-7mm A/P, ~ 1 mm medial a la cresta temporal) per als cargols d'ancoratge per subjectar un escampador de teixits (Kholodar-Smith et al.2008a) . A continuació, es van retirar els músculs temporals per exposar els ossos temporals i parietals fins que l'arc zigomàtic fos visible. L'escampador de teixits es va fixar entre els cargols d'ancoratge i la superfície interna dels músculs temporals. L'os sobre l'escorça temporal (~ 2 mmx5 mm) es va resecar i el fragment es va col·locar en solució salina estèril. El fragment ossi es va retornar després de les infusions. La xeringa (agulla sense nucli; Hamilton Company, Reno, NV) es va col·locar en un angle de 45 graus des de la superfície vertical de l'escorça temporal, amb l'ull de l'agulla mirant ventral i posterior per dirigir el flux de NMDA cap a PER. Les infusions de NMDA (85 mM; 50 mg/mL) es van fer en 7-8 llocs (80 nL per infusió; 70 nL/min; igualment espaiats a ~ 0,5 mm) abastant l'extensió rostrocaudal de PER des de -2.8 a-7.6 A/Prelativeto bregma (Burwell, 2001). Es van fer set injeccions quan hi havia un gran vas sanguini al lloc d'infusió previst. La punta de l'agulla es va inserir ~ 1,5 mm a l'escorça respecte a la dura.

Controls secundaris de l'escorça visual (V2) (n=8). - Es van perforar petits forats dorsalment als llocs d'infusió V2. Els llocs V2 es van infondre amb 250 nL NMDA (85 mM) a 200 L/min (-4 ,5 A/P,±2,5 M/L;-0,8 D/V de dura). Controls simulats (n=10).-Aquests subjectes es van sotmetre als mateixos procediments quirúrgics que el seu grup de lesions corresponent (recomptes: HC,4; PFC,4; PER,2), tret que no es va fer cap infusió de NMDA. Després de les lesions, es van suturar les incisions i es van vestir amb un antibiòtic tòpic. Les rates van ser retornades a les seves gàbies de casa i vigilades fins que es van despertar. Un dia després de la cirurgia, les rates van rebre un analgèsic (Flunixin, 50 mg/ml, 2,5 mg/kg sc.) i es va aplicar un antibiòtic tòpic al lloc de la incisió. Es va permetre que les rates es recuperessin de la cirurgia durant aproximadament dues setmanes abans de les proves de comportament.

Estímuls d'olor

Els olors es van presentar en perles de fusta rodones d'1 polzada (Woodworks Ltd. Haltom City, TX), cadascuna perfumada amb una espècia domèstica (vegeu Feinberg et al., 2012). Les perles es van perfumar durant 48 hores en una barreja de sorra de pati i una sola. espècies. Per a cada rata, les olors es van seleccionar pseudoaleatòriament per contrarestar les posicions en sèrie dels subjectes i per evitar les olors repetides. Les olors es van seleccionar de la llista següent: pebre de Jamaica, anís, alfàbrega, fulles de llorer, cardamom, api, canyella, clau, coriandre. , comí, males herbes d'anet, fonoll, gingebre, pell de llimona, nou moscada, romaní, sàlvia, marduix, menta, pell de taronja, pebre vermell, farigola i cúrcuma. La sorra es va incloure per diluir els olors i servir com a olor de fons constant per a totes les perles. . La llista d'olors, així com les concentracions d'olors a la sorra, es van determinar empíricament utilitzant una cohort independent de rates ingènues per ajudar a garantir nivells iguals de preferència innata a les olors individuals (dades no mostrades). Les rates es van familiaritzar amb les perles de fusta abans de provar-les. per col·locant diverses perles sense perfum a les seves gàbies domèstiques durant almenys dos dies abans de les proves de comportament (Spinetta et al., 2008; O'Dell et al.,2011; Feinberg et al., 2012). La familiaritat amb les perles de fusta va assegurar que, durant les proves, els animals centressin la seva investigació en l'olor afegit a les perles experimentals.

Prova de memòria d'olors i elements

Les rates ingènues es van tractar breument durant 3-5 dies després de l'arribada inicial i durant els procediments de comportament. Totes les sessions de comportament es van realitzar a la gàbia de casa de cada rata individual. Les proves de comportament van començar després de la recuperació postquirúrgica i van tenir lloc durant la fase fosca (període actiu) en condicions d'il·luminació vermella ambiental. Les rates es van mantenir al 85 per cent del seu pes d'alimentació lliure durant les proves de comportament perquè vam trobar que les rates pilot investigarien les perles més llargues i de manera més coherent quan tenien una lleugera restricció alimentària (vegeu també Feinberg, et al. 2012). Una hora abans de les proves de comportament, es van retirar les tremuges d'aliments i les ampolles d'aigua per aclimatar les rates a les condicions de prova. Es van presentar una sèrie de cinc olors com a seqüència d'esdeveniments, amb cada presentació d'olors separada per un interval de 20 minuts (vegeu la figura IA). Cada perla es va presentar al centre del quadrant més davanter de la gàbia i els temps d'investigació (definits com a ensumar i batre dins de ~ 1 cm de la perla) es van registrar en un ordinador portàtil mitjançant el programari ODLog. És important destacar que, per garantir un mostreig equivalent de totes les olors de la sèrie, la quantitat de temps dedicat a mostrejar la primera olor (disponible durant un total de 30 s) va determinar quant de temps es va permetre que cada rata mostrés cada olor posterior (per exemple, si una rata passat 4 s investigant l'olor A, ens asseguraríem que les olors B a E es mostressin cadascuna durant 4 s). Les sessions de prova en què una rata no va explorar cap olor de mostra al mateix nivell que la primera olor (en una finestra de temps de 5 minuts) no es van incloure a l'anàlisi. Per evitar la contaminació creuada, cada perla es va descartar després de qualsevol presentació durant el mostreig o la prova, i l'experimentador es va canviar de guants cada vegada que s'utilitzava una nova.

A continuació, es va avaluar la memòria per a l'ordre en què es van presentar les olors i la memòria per a les olors mateixes mitjançant una sonda d'ordre i una sonda d'elements (vegeu la figura IA). La sonda de comanda es va administrar 60 minuts després de la llista de mostres i va implicar la presentació de dues olors de la llista (B vs.D). El nostre treball pilot va indicar que les rates també podrien realitzar altres sondes d'ordre per sobre dels nivells d'atzar (p. ex. A vs. C, C vs. D), però aquest rendiment podria variar (semblant a les troballes de Fortin et al., 2002). Per tant, aquí es va triar un únic maridatge d'olors per maximitzar el poder estadístic. D'acord amb el treball anterior (per exemple, Dere et al., 2005), esperàvem que els animals expressessin la memòria de l'ordre en què es van produir els esdeveniments investigant preferentment l'element que va aparèixer anteriorment a la sèrie. La sonda de memòria de l'article es va administrar 20 minuts després de la sonda ordenada (~ 80 minuts després de la llista de mostres) i va implicar la presentació de dues olors: l'olor mitjana de la llista i una nova olor (C vs. X). La sonda d'elements és un control important per garantir que les rates recordin les olors presentades a la llista, que s'expressa com a investigació preferent de la novel·la/olor (sobre l'olor trobat anteriorment). Tingueu en compte que tant per a les sondes d'ordre com per a articles, les perles es van col·locar al mateix quadrant de la gàbia que la perla de mostra i es van col·locar a uns 3 cm de distància (vegeu la figura 1B), amb la posició esquerra/dreta contrapesada entre les rates. El temps d'exploració per a cada perla es va registrar a ODLog.

Condició de seqüència presentada ràpidament

També vam provar els mateixos grups en una versió més desafiant del paradigma, en què la seqüència d'ítems es presenta més ràpidament (~ 45 s entre ítems). Tots els procediments, inclosos els intervals de retenció abans de les sondes de memòria de comandes i articles (60 i 80 min, respectivament), eren idèntics.

Condició de control de la força de la memòria

Vam realitzar un experiment de control en una cohort separada d'animals ingenus per tenir en compte la possibilitat que el rendiment de la sonda ordenada depengui simplement de les diferències en la força de la memòria dels elements mostrejats. Aquí, a les rates se'ls va donar una sèrie de cinc olors, amb cada presentació d'olor separada per un interval de 20 minuts que coincideix amb els paràmetres principals de la tasca. Posteriorment, a cada rata se li va presentar una olor de la seqüència juntament amb una nova olor (per exemple, As.V, VBS.W, Cvs.X, Dvs.Y, E.vs.Z). L'interval entre l'última olor de la mostra i el La prova de la sonda va ser de 60 min. Cada rata va rebre cinc sessions (de manera contrapesada), en les quals es van fer totes les comparacions (una comparació per sessió). Només es va provar una posició de seqüència per sessió, per dia, amb almenys un dia de descans entre sessions de prova. Cada sessió implicava un nou conjunt d'olors no solapades.

Anàlisi de dades

Els valors DI oscil·len entre més 100 i -100 per cent . Els valors positius corresponen a una preferència cap a l'olor anterior a la sonda ordenada i la nova olor a la sonda de l'article. Les puntuacions negatives corresponen a una preferència cap a l'olor posterior a la sonda ordenada o l'olor que s'ha trobat anteriorment a la sonda de l'article. Una puntuació de zero indica cap preferència per a cap olor (oportunitat"). Les puntuacions d'ID significativament diferents de zero s'interpreten com a evidència d'ordre o memòria d'elements, respectivament. Cada animal es va provar tres vegades en cada tasca (utilitzant diferents conjunts d'olors) i es va utilitzar la puntuació mitjana de cada rata per a l'anàlisi de dades.

Les estadístiques es van realitzar mitjançant Prism 8. Les dades del grup es van analitzar mitjançant l'anàlisi de la variància (ANOVA) amb proves posthoc controlant el nombre de comparacions realitzades (mitjançant proves Holm-Sidak o la correcció de Bonferroni). Les dades del grup s'expressen com la mitjana ± error estàndard de la mitjana (SEM). La significació estadística es va determinar mitjançant p<>

Histologia

A les rates se'ls va administrar una sobredosi de pentobarbital sòdic (Euthasol, 390 mg/ml, 150 mg/kg, ip) i es van perfondre transcardialment amb 100 ml de PBS seguit de 200 ml de paraformaldehid al 4% (pH 7,4; Sigma-Aldrich, St. Louis). , MO), els cervells es van fixar posteriorment durant la nit en paraformaldehid al 4% i després es van col·locar en una solució de sacarosa al 30% per a la crioprotecció. Els cervells congelats es van seccionar en un micròtom lliscant (50 um; orientació coronal) en quatre conjunts de seccions immediatament adjacents per a una taca de violeta de cresil específica del cos cel·lular i una taca de NeuN específica de la neurona. Els mètodes exactes per a cada taca es descriuen amb detall en altres llocs (vegeu Materials suplementaris de Kholodar-Smith et al., 2008a).

Anàlisi de lesions

Mitjançant el programari Image J i Photoshop (versió CS6), es va estimar l'extensió del dany neurotòxic a l'HC, PER, PFC i V2, així com l'escorça entorrinal lateral, l'escorça infralímbica i l'escorça cingulada anterior basant-se en seccions sèries tenyides de NeuN. .

RESULTATS

Extensió de la lesió

Lesions HC.-Els subjectes lesionats amb HC tenien lesions grans i completes a tot l'HC mentre es salvaven les fibres circumdants (Figura 3A). Hi va haver una clara manca de teixit HC a tota l'extensió rostral-caudal del cervell. L'anàlisi de l'àrea de lesió bidimensional es va realitzar mitjançant seccions tacades de NeuN. En general, el 85,5 ± 2,52 per cent de l'hipocamp estava lesionat. No hi va haver cap diferència en els danys produïts a l'hemisferi esquerre (85,72±2,77%) en comparació amb l'hemisferi dret (85,36±2,26%);tio=0.17,p=0.87, mostres aparellades -prova).

Lesions PFC.—Els subjectes lesionats amb PFC tenien grans lesions a l'escorça prelímbica (PL) i, en menor mesura, a l'escorça infralímbica (IL; Figura 3B). PL, IL i ACC es van incloure en una anàlisi quantitativa de l'àrea de lesió bidimensional. PL va ser el més danyat (40,34 ± 3,25 per cent), seguit d'IL (18,23 ± 5,85 per cent) i hi va haver molt pocs danys a ACC (5,03 ± 1,60 per cent). La quantitat de danys a la PL és similar a la que s'ha trobat anteriorment amb una tècnica de lesió similar (DeVito i Eichenbaum, 2011), però, l'extensió del dany a les regions extra-PL es va reduir molt en aquest estudi. Així, malgrat els danys menors fora de la regió, els efectes d'aquestes lesions probablement reflecteixen principalment la funció PL. Utilitzant una prova t de mostres aparellades, no vam trobar cap diferència significativa en els danys en PL a l'hemisferi esquerre (37,96±3,55%) en comparació amb l'hemisferi dret (42,72±3.86 per cent ;t{{26} }.40,p=0.09).

Lesions PER.-En subjectes lesionats PER, el dany es va centrar al teixit cortical que envolta el solc rinal mig posterior (figura 3C) amb un 58,32±4,27 per cent de l'extensió total de la lesió PER (A/P-2). 0 a -7.2). La majoria dels danys es van produir al PER posterior (A/P-4.0 a-7.2), on el dany mitjà global era del 80,23±4,54 per cent. Mitjançant una prova t de mostres aparellades, vam trobar que no hi havia cap diferència en el dany al PER posterior a l'hemisferi esquerre (76,34 ± 5,30 per cent) en comparació amb l'hemisferi dret (84,13 ± 5,08 per cent; t10=-1,62). ,p=0.14). També hi va haver danys menors a la part de l'escorça entorrinal lateral (LEC) situada immediatament ventral a l'àrea 35 de PER (36, 71 ± 4, 21 per cent). La quantitat de danys és similar a la que s'ha trobat anteriorment quan s'utilitza aquesta tècnica de lesió (Kholodar-Smith et al., 2008a; Feinberg et al. 2012).

Lesions V2.-Les rates de lesió V2 van servir com a control negatiu per demostrar que el dany a l'escorça sobre l'HC, en una regió no associada prèviament amb la memòria de seqüències, no afecta el rendiment de la nostra tasca. Els danys es van limitar en gran mesura a V2, amb un 40,38 ± 3,27 per cent de danys en general a les rates. En quatre de les rates, hi va haver danys menors a CAl unilateralment, i en dues rates hi va haver danys menors a CAl bilateralment. Tanmateix, aquest dany no semblava afectar el seu rendiment ni en les sondes de comandes ni d'articles.

Lesions simulades. Les rates simulades HC, PFC i PER (n=4, 4 i 2, respectivament) no van mostrar cap evidència notable de dany cerebral tal com es va avaluar amb taques histològiques de NeuN. Així, es va interpretar que els simulacres tenien capacitats neuronals plenes i normals durant tots els experiments de comportament i es van combinar per a anàlisis posteriors.

Memòria d'ordres i articles

Com era d'esperar, els nivells de rendiment eren igualment alts en animals operats per simulació i V2. animals lesionats, així que els vam combinar per formar el grup Control.

Rendiment en sondes de memòria de comanda.

Es va utilitzar un ANOVA unidireccional per examinar les diferències en l'índex de discriminació (DI) a la sonda ordenada entre els grups de lesions. Hi va haver un efecte principal significatiu del grup (Fy, 48=5.084, p=0.0039), i les comparacions posthoc van mostrar que el grup control era significativament diferent dels grups HC, PFC i PER (Holm -Sidak prova p's<0.05).one-sample-tests showed="" that="" the="" control="" group="" was="" significantly="" different="" from="" chance(di="0;" t17=""><0.0001),but the="" lesioned="" groups="" were="" not(hc:tu0="0.8667,p=0.4064;PFC:to" =1.941,p="0.0783;PER:t10=1.310,p=0.2196)." to="" limit="" the="" number="" of="" posthoc="" tests,="" pairwise="" comparisons="" among="" hc,="" pfc,="" and="" per="" groups="" were="" not="" directly="" tested;="" instead,="" group="" differences="" were="" examined="" using="" a="" group="" x="" probe="" interaction="" (see="" below).="" see="" figure="" 2a="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Rendiment en sondes de memòria d'elements.

A one-way ANOVA on item memory performance did not show a significant difference across groups(Group effect: F3.48= 1.167,p=0.3320), and no group was significantly different from the control group (Holm-Sidak tests p's>0.05). Utilitzant proves t d'una mostra contra l'atzar (DI=0), tots els grups van demostrar una preferència significativa per la nova olor (olor X) en comparació amb l'olor presentada a la seqüència (olors; totes les p's).<0.001). see="" figure="" 2b="" for="" a="" graphical="" representation="" of="" these="">

Comparació directa de sondes de comanda i articles.

Es va utilitzar un ANOVA bidireccional de mesures repetides per comparar el rendiment del grup entre els tipus de sondes. Hem trobat efectes principals significatius de Grup (F,48=5.80,p=0.002) i Sonda (F1.{48=32.55,p<0.001).however, the="" group="" x="" probe="" interaction="" did="" not="" reach="" significance="" (f3,48="1.96," p="0.133)indicating" that="" the="" pattern="" of="" results="" did="" not="" significantly="" differ="" across="" lesion="" groups,="" post-hoc="" comparisons="" revealed="" that="" di="" scores="" were="" significantly="" lower="" on="" the="" order="" probes="" relative="" to="" the="" item="" probes="" for="" the="" hc,="" pfc="" and="" per="" groups="" (bonferroni-corrected="" one-sample="" t-tests;=""><0.017), whereas="" the="" control="" group="" showed="" no="" significant="" difference.="" these="" findings="" strongly="" suggest="" that="" the="" deficit="" observed="" is="" selective="" to="" order="" memory="" and="" cannot="" be="" attributed="" to="" a="" secondary="" impairment="" in="" item="" memory.="" these="" data="" are="" displayed="" in="" the="" form="" of="" difference="" scores="" (dlorder-ditem)="" in="" figure="">

Condicions de control i anàlisis

Presentació ràpida de la llista de mostres.

Per dissociar el rendiment entre grups, vam provar els mateixos animals en una versió més difícil de la tasca en què la llista de mostres es presentava més ràpidament (~ 45 segons entre ítems). Hem trobat que tots els grups mostraven una forta memòria d'elements (efecte de grup no significatiu: F3, 41=1.48, p=0.24; tots els grups mostraven proves t d'una mostra per sobre de 0 ,p<0.05).however, none="" of="" the="" groups,="" including="" the="" control="" group,="" showed="" clear="" order="" memory="" under="" this="" condition(non-significant="" group="" effect:="" f,41="1.09,p=0.365;" mean="" di="" for="" all=""><0.2), which="" makes="" it="" difficult="" to="" further="" interpret="" these="">

Força de la memòria.

We ran a control experiment in a separate cohort of naive animals to determine whether the memory strength of the different sample odors was significantly different at the time of the ordered probe. We found no significant differences in item memory across odor positions (F4.20=0.88,p=0.49), suggesting that all positions are remembered equally well (i.e., they have the same memory strength). Furthermore, all odor positions were significantly greater than chance exploration times for the novel odor(DI>0). Per tant, és molt poc probable que la força de la memòria pugui explicar els judicis de memòria d'ordre en el nostre paradigma.

Mostra d'olors.

La primera perla d'olor de la fase de mostra va estar disponible per a la rata durant un total de 30 segons. En general, les rates ho van investigar activament durant 4,14 ± 1,49 s (mitjana ± 1 std; mitjana de 3 sessions per a cada tema). Aquest temps de mostreig es va comparar entre sessions i grups de lesions mitjançant un ANOVA de mesures repetides. Hem trobat que les rates van reduir el seu temps de mostreig durant les tres sessions (mitjanes de 4,82 s, 4,67 s i 4,13 s respectivament; efecte principal important del temps de mostreig; F,.138=24.06, pàg<0.001), but="" that="" this="" effect="" did="" not="" differ="" across="" groups(non-significant="" session="" lesion="" interaction;f9,138="1.18,p=0.31).There" was="" a="" significant="" main="" effect="" of="" group="" (f146="3.339," p="0.027)," though="" the="" means="" were="" very="" close(3.85s,4.39s,="" 5.00s,="" and="" 3.88s="" for="" controls,="" hc,="" pfc,="" and="" per,="" respectively).="" a="" post-hoc="" holm-sidak="" test="" revealed="" slightly="" longer="" sample="" times="" in="" pfc="" animals="" relative="" to="" controls=""><0.037), but="" no="" other="" group="" differences="" were="" observed(p's="">0.05). És poc probable que aquesta diferència de grup petit hagi confós els nostres resultats; tot i que això podria haver conduït a un rendiment lleugerament superior de la memòria d'articles i d'ordre al grup PFC. És important destacar que aquest efecte es considera essencialment per les puntuacions de diferència que es mostren a la figura 2C. El control clau aquí és que, per a cada animal, vam equiparar el temps d'investigació dins d'una presentació de seqüències.

Discussió

Utilitzant un nou paradigma de memòria incidental, vam avaluar els efectes del dany selectiu a l'HC, PFC o PER en la memòria de comanda i article. Vam trobar que cadascun dels tres grups lesionats estava significativament deteriorat en la memòria de comanda en relació amb els controls i que els dèficits eren de magnitud comparable. És important destacar que també vam trobar que tots els grups de lesions mostraven una memòria d'elements normal, cosa que indica que la seva capacitat per recordar els elements presentats es va mantenir intacta (és a dir, el seu dèficit era específic per a la incapacitat de recordar la seva comanda). Tot i que anteriorment s'havia demostrat que aquestes estructures eren importants per a diferents formes de memòria temporal, hi havia una variació considerable en les demandes de tasques entre els estudis i, per tant, la necessitat d'avaluar les seves contribucions dins del mateix experiment. El present estudi ajuda a integrar aquestes troballes anteriors demostrant que HC, PFC i PEReach tenen un paper clau a l'hora de recordar seqüències d'esdeveniments úniques de l'assaig, una característica fonamental de la memòria episòdica.

Integrar les característiques clau de la memòria episòdica en un únic paradigma

La memòria episòdica consisteix a recordar la sèrie d'experiències de la nostra vida diària, que de manera incidental es codifiquen i es recuperen segons calgui (Tulving, 1972; Allen i Fortin, 2013). Per tant, quan es modela la memòria episòdica en animals, és important capturar la naturalesa incidental de la codificació episòdica (per exemple, Dere et al., 2005; Zhou et al, 2012). Per fer-ho, hem desenvolupat una versió incidental d'un paradigma que s'utilitzava anteriorment per avaluar l'ordre i la memòria d'elements, en què els animals eren recompensats explícitament durant les proves de mostreig i sonda d'elements (Fortin et al, 2002).

Aquest paradigma va més enllà dels esforços anteriors en integrar en un únic enfocament les característiques clau d'altres models de memòria episòdica (per exemple, Chiba et al., 1994; Mitchell i Laiacona, 1998; Fortin et al, 2002; Kesner et al., 1994; al, 2002; Hannesson et al., 2004a, b; Babb i Crystal, 2006; DeVito i Eichenbaum, 2011; Barker i Warburton, 2011; Warburton et al, 2013). En primer lloc, per centrar-se en la codificació i recuperació incidentals, les presentacions d'olors no van ser recompensades durant la llista de mostres o les proves de sondes. En canvi, vam aprofitar la tendència dels rosegadors a explorar preferentment nous estímuls per avaluar la memòria, un enfocament que ha desenvolupat i validat per altres (vegeu Ennaceur, 2010). Més concretament, quan es van presentar dos estímuls, vam trobar que els animals de control exploraven preferentment el primer dels dos articles de la sonda ordenada i la nova olor a la sonda de l'article, que vam utilitzar com a indicador de l'ordre i la memòria de l'article, respectivament. Creiem que la preferència per l'olor anterior és una estratègia etològicament rellevant relacionada amb un comportament òptim d'alimentació (p. ex., és més probable que la rata trobi menjar o aigua reposats en una posició anterior que en una posició posterior perquè ha passat més temps; se Allen & Fortin). ,2013). Aquest comportament es podria recolzar associant ítems específics amb la seva posició seqüencial o representació del context temporal o mitjançant associats aparellats seqüencialment (p. ex., Allen et al.2014.Jayachandran et al,2019; Long i Kahana,2019). En segon lloc, per centrar la codificació en l'estímul olfactiu, les olors es van presentar en perles de fusta que d'altra manera són idèntiques en tots els altres atributs sensorials i cada perla es va utilitzar només una vegada per evitar la contaminació amb l'animal o la roba de llit (vegeu Feinberg, et al., 2012). A més, totes les perles es van presentar a la mateixa ubicació i les configuracions esquerra-dreta de les proves de la sonda es van equilibrar entre animals i sessions, per fer ubicació espacial irrellevant per al rendiment. En tercer lloc, per controlar la possibilitat que la memòria d'ordres es degués simplement a diferències en la força de la memòria entre els dos elements, ens vam assegurar que el temps d'investigació fos equivalent entre les olors (per a cada llista i animal). Finalment, hem utilitzat una llista de mostres més llarga que altres paradigmes (en aquest cas, 5 presentacions d'olors). L'ús de cinc articles a la llista de mostres ens va permetre centrar les nostres sondes d'ordres i articles en els tres articles del mig, que es va demostrar que tenien una força de memòria comparable en el nostre experiment de control (Dl de ~ 0,6) i evitar sondes d'ordres que involucren el primer o darrer ítems de mostra (que es poden confondre per efectes de primacia o recent).

Una troballa de comportament inesperada va ser que la versió ràpida de la tasca (~ 45 s entre els elements durant el mostreig) no va mostrar una memòria d'ordres fiable als controls. Tot i que el nostre treball pilot va demostrar que aquesta versió ràpida podria donar lloc a una memòria d'ordres detectable, el grup de control del present estudi no era significativament diferent de l'atzar. Una visió més profunda del rendiment dels animals de control individuals suggereix que un subconjunt es va comportar com els nostres animals pilot mentre que la resta no va mostrar l'efecte, cosa que va provocar una major variabilitat. L'ús futur d'aquesta tasca pot beneficiar-se de la variació sistemàtica de la durada dels intervals per ajudar a il·luminar la relació entre els retards dels articles i la fiabilitat/força de la memòria de comanda resultant.

Aportacions de HC, PFC i PER a la memòria per a l'ordre dels esdeveniments

A la sonda ordenada, vam trobar que els controls, un grup que combinava simulacions HC, PFC i PER, així com lesions V2 (un control negatiu), van demostrar una preferència significativa per l'olor que es va produir anteriorment a la seqüència (olor B), cosa que suggereix que tenen memòria intacta per a l'ordre dels fets. Tanmateix, les rates que van rebre una lesió a HC, PFC o PER van mostrar una manca de preferència per l'olor B o D i, per tant, cap evidència de memòria de l'ordre. A la sonda d'articles, tots els grups van demostrar una preferència significativa per la nova olor (olor X), cosa que suggereix que tenien una memòria comparable per als articles presentats a la llista i, per tant, que el dèficit de memòria d'ordres no era només una conseqüència d'una fallada. per recordar les olors presentades. Aquesta troballa de memòria d'elements estalviada després de danys per HC, PFC o PER és coherent amb els informes anteriors. Per exemple, anteriorment es va demostrar que HC o PFC no són necessaris per a les discriminacions de novetats (Feinberg et al., 2012; Barker, et al, 2007; Fortin, et al., 2002; Mitchell i Laicona, 1998). A més, en una tasca relacionada, les lesions PER no van provocar dèficits en la memòria de reconeixement d'olors per al tipus d'olors utilitzats aquí (olors domèstiques) en cap dels intervals de retenció provats (5 min a 48 h), tot i que el reconeixement d'olors/socials. es va deteriorar a llargs intervals de retenció (Feinberg, et al.2012).

Els nostres resultats són coherents amb estudis anteriors de lesions en rosegadors, que han implicat l'HC en la memòria de l'ordre mitjançant una varietat de paradigmes (Kesner i Novak, 1982; Chiba, et al 1994; Mitchell i Laiacona, 1998; Fortin, et al, 2002; Kesner). , et al.2002;DeVito &Eichenbaum,201l;Barker & Warburton,2011;2013) i amb estudis neuropsicològics i de neuroimatge en humans (Cabeza et al,1997;Hayes et al,2004; Kumaran &Maguire,2006;Lehn, et al. ,2009;Ross et al.,2009;Ekstrom et al.2011;Tubridy &Davachi,2011;Hsieh et al.,2014;Davachi& Dubrow,2015;Reederset al.,2018; per a la revisió Long & Kahana,2019). Les nostres troballes es basen en aquests estudis anteriors demostrant que l'HC té un paper clau en la codificació incidental i la recuperació de seqüències d'episodis no espacials, després de controlar la influència confusa dels efectes de primacia i recentitat. Com l'HC realitza aquesta funció encara està per determinar. S'ha demostrat que les neurones HC proporcionen informació sobre el context temporal en què van passar els esdeveniments (per exemple, Manns et al., 2007; MacDonald et al., 2013; Allen et al. 2016) i es creu que l'HC utilitza aquest tipus de senyal espai-temporal. per formar memòries episòdiques vinculant informació sobre esdeveniments individuals amb els contextos espacials i temporals en què es van produir (Allen i Fortin, 2013; Knierim, 2015; Eichenbaum, 2017). Per dilucidar aquest procés caldrà registrar l'activitat electrofisiològica durant la codificació incidental i la recuperació d'una seqüència d'esdeveniments.

El PFC també s'ha implicat en la memòria d'ordres tant en tasques de discriminació espacial com d'objectes en rosegadors (Barker et al., 2007; Hannesson et al, 2004a, b; DeVito i Eichenbaum, 2011; Mitchell i Laicona, 1998; Fuster, 2001) i humans. (Staresina i Davachi, 2009; Jenkins i Ranganath, 2010; Tubridy i Davachi, 2011; Allen i Fortin, 2013). Les nostres dades són coherents amb això i contribueixen al creixent conjunt d'evidències que la PFC és necessària per a la memòria incidental per a seqüències de episodis no espacials. Les troballes recents suggereixen que la PFC pot estar implicada en el control de com es recuperen les seqüències dels magatzems de memòria HC depenent de les demandes de comportament actuals (Jayachandran et al, 2019: Schmidt et al. 2019). Estudis futurs que utilitzen inactivacions transitòries en aquesta tasca poden ser útils per dilucidar el paper específic de PFC en la codificació i la recuperació de seqüències d'esdeveniments úniques de la prova.

Tot i que s'ha demostrat que silenciar els terminals PFC de la medalla al PER altera la memòria de la seqüència (Jayachandran et al., 2019), aquest és el primer informe que mostra que les lesions al PER causen un dèficit específic de la memòria d'ordre incidental. Aquest efecte és coherent amb l'evidència prèvia que el PER està implicat en la connexió de les memòries temporals en el condicionament de la por i la unitat d'estímuls discontinus (Kholodar-Smith, et al., 2008a, b; Navaroli, 2012). A més, Barker et al. (2007) van informar que les rates amb lesions PER tenen dèficits en la memòria d'ordre, però la selectivitat d'aquest efecte no estava clara, ja que també van trobar dèficits significatius en la memòria de reconeixement. També hi ha la preocupació que el seu estudi es basava en el reconeixement d'objectes, que és sensible a les lesions PER (per exemple, Murray i Richmond.2001; Bussey et al.,2005), i que la seva seqüència només estava formada per dos ítems que es poden confondre. per efectes de primacia i recentitat. Els efectes PER observats aquí aclareixen que el paper del PER a la memòria s'estén més enllà de la percepció d'objectes amb múltiples funcions, mostrant que els efectes de les lesions poden ser específics de la memòria per a l'ordre, se sap que el PER està implicat en la modulació del flux d'informació entre HC, PFC. , i regions entorrinals (p. ex. Paz et al 2007), i aquest paper modulador pot ser clau per a la codificació i la recuperació de seqüències d'esdeveniments.

Conclusions

Hem desenvolupat un nou paradigma de memòria d'ordres incidentals i d'articles que integra característiques clau d'altres models de memòria episòdica i vam demostrar que HC, PFC i PER són crítics per a la memòria d'ordres. Tot i que aquestes són troballes importants, la principal deficiència de l'estudi és que el patró de resultats no va ser significativament diferent entre els tres grups de lesions i, per tant, no va donar llum a les contribucions respectives d'aquestes estructures. La nostra incapacitat per trobar diferències entre els grups de lesions es va deure principalment al disseny experimental, que incloïa molts grups. Tot i que aquest disseny ens va permetre provar el paper de cada estructura dins del mateix experiment (un objectiu clau de l'estudi), les comparacions per parelles entre grups lesionats eren poc pràctiques a causa de la necessitat de controlar el nombre de proves posthoc realitzades. Esperàvem que la versió presentada ràpidament d'aquesta tasca pogués ajudar a diferenciar els papers d'aquestes estructures a través d'escales de temps, però malauradament, aquesta versió alternativa no va donar lloc a una memòria d'ordres robusta en els subjectes de control. Un altre factor que també pot haver contribuït a la manca de diferenciació entre els efectes HC, PFC i PER és el nostre ús de lesions de preentrenament, que van afectar totes les etapes de la memòria (és a dir, la consolidació de la codificació i la recuperació). Estudis futurs que utilitzen inactivacions transitòries poden ser més apropiats per revelar deficiències diferencials, ja que ofereixen l'oportunitat d'orientar-se a una etapa específica. Col·lectivament, aquestes troballes suggereixen que HC, PFC i PER formen part d'una àmplia xarxa d'estructures essencials per aprendre accidentalment l'ordre. d'esdeveniments en la memòria episòdica. Dilucidar la naturalesa específica de les seves respectives contribucions, així com els seus mecanismes neuronals subjacents, requerirà més investigacions.