In sommige genen gemanipuleerd dieren, met behulp van een enkel protocol kan falen om te induceren LTD in cerebellaire Purkinje cellen, en er kan een discrepantie tussen LTD en motorische leren. Er zijn meerdere protocollen nodig om LTD-inductie in gengemanipuleerde dieren te beoordelen. Standaardprotocollen worden weergegeven.
Synaptische plasticiteit biedt een mechanisme voor leren en geheugen. Voor cerebellaire motor learning, lange termijn depressie (LTD) van synaptische overbrengingen van parallelle vezels (PF) naar Purkinje cellen (PC) wordt beschouwd als de basis voor het leren van de motor, en tekortkomingen van zowel LTD en motorische leren worden waargenomen in verschillende gengemanipuleerde dieren. Gemeenschappelijke motorische leer sets, zoals aanpassing van de optokinetische reflex (OKR), de vestibulaire-oculaire reflex (VOR) en de rotarod-test werden gebruikt voor de evaluatie van het motorische leervermogen. Echter, resultaten verkregen uit de GluA2-Carboxy Terminus gemodificeerde knock-in muizen toonde de normale aanpassing van de VOR en de OKR, ondanks het ontbreken van PF-LTD. In dat rapport werd de inductie van LTD slechts geprobeerd met één type stimulatie protocol bij kamertemperatuur. Zo werden de voorwaarden voor het opwekken van cerebellaire Ltd onderzocht in dezelfde knock-in mutanten met behulp van verschillende protocollen bij de meest fysiologische temperatuur. Tot slot vonden we stimulatie protocollen, waarmee LTD kon worden geïnduceerd in deze met genen gemanipuleerde muizen. In deze studie wordt een reeks protocollen voorgesteld om LTD-inductie te evalueren, waardoor het oorzakelijk verband tussen LTD en motor learning nauwkeuriger kan worden onderzocht. Concluderend, experimentele omstandigheden zijn cruciaal bij het evalueren van LTD in gengemanipuleerde muizen.
De synaptische organisatie van de bewerkte neuronale netwerken van de cerebellaire cortex, samengesteld uit pc’s, moleculaire laag interneuronen (mand en ecoagriturismo late cellen), Golgi cellen, PFs uit submodules cellen, Mossy vezels en klim vezels (CFs), zijn opgehelderd in termen van excitatie/remming en divergentie/convergentie, en het goed georganiseerde circuit diagram heeft gesuggereerd dat het cerebellum is een “neuronale machine”1, hoewel er eerder geen idee over het doel van deze “machine” was. Later stelde Marr voor dat de PFs-invoer naar Pc’s een drielaags associatief leer netwerk2vormt. Hij suggereerde ook dat elke CF een cerebrale instructie voor Elemental Movement2overbrengt. Hij veronderstelde dat gelijktijdige activering van PFs en CF zou verbeteren PF-PC Synapse activiteit, en veroorzaken op lange termijn potentiëring (LTP) van de PF-PC Synapse. Aan de andere kant ging Albus ervan uit dat de synchrone activering van PFs en CF resulteerde in Ltd op de PF-PC synapsen3. Zowel de bovenstaande studies interpreteren het cerebellum als een uniek geheugenapparaat, de opname van die in het cerebellaire corticale netwerk leidt tot de vorming van het Marr-Albus model Learning machine model.
Na deze theoretische voorspellingen suggereren twee bewijs lijnen de aanwezigheid van synaptische plasticiteit in het cerebellum. De eerste bewijs lijn werd gesuggereerd door de anatomische organisatie van de flocculus; hier MF trajecten van vestibulaire orgel oorsprong en CF trajecten van retinale oorsprong convergeren op de Pc’s4. Dit unieke convergentie patroon suggereert dat een synaptische plasticiteit die zich in de flocculus voordoet, het opmerkelijke aanpassingsvermogen van de vestibulo-oculaire reflex veroorzaakt. Ten tweede ondersteunde de opname van de PCs-respons in de flocculus en de lesioning van de flocculus ook de bovenstaande hypothese5,6,7. Bovendien ondersteunde het PC-ontladings patroon tijdens de aanpassing van de handbeweging van een aap8 de synaptische plasticiteits hypothese, vooral albus’s Ltd-hypothese3.
Om de aard van de Synaptische plasticiteit direct te bepalen, herhaalde conjunctie stimulatie (cjs) van een bundel PFs en de CF die specifiek de PC in vivo innert werd aangetoond dat het induceren van Ltd voor de transmissie werkzaamheid van de PF – PC synapsen9, 10,11. In de daaropvolgende in vitro verkenningen met behulp van een cerebellaire slice12 en gekweekte pc’s, combinatie van co-gekweekte submodule celstimulatie en olijfcel stimulatie13 of samenwerking van iontophoretisch toegepast glutamaat en somatische depolarisatie14,15 veroorzaakt Ltd. Het signaaltransductie mechanisme aan de basis van de Ltd-inductie werd ook intensief onderzocht met behulp van in vitro preparaten16,17.
Aanpassingen van de VOR en de OKR werden vaak gebruikt voor kwantitatieve evaluatie van genmanipulatie-effecten op cerebellaire motor leren, omdat de vestibule-cerebellaire cortex werd bewezen als de essentiële oorzaak van het adaptieve leren van de VOR18 ,19,20 en de okr19,21 de correlatie tussen falen van Ltd-inductie en bijzondere waardevermindering van gedrags motor leren is opgevat als bewijs dat Ltd een essentiële rol speelt in de motor Leer mechanismen22. Deze standpunten worden gezamenlijk aangeduid als de Ltd-hypothese van motor learning, of Marr-Albus-ito-hypothese23,24,25,26.
Adaptief leren van de oogbeweging werd gemeten met behulp van vergelijkbare protocollen, terwijl verschillende experimentele omstandigheden werden gebruikt voor het induceren van Ltd in segment voorbereiding27,28,29,30,31 . Onlangs meldde Schonewille et al.26 dat sommige met genen gemanipuleerde muizen een normaal motorische leerproces vertoonden, maar de cerebellaire schijfjes toonden Ltd niet, en CONCLUDEERDEN dat Ltd niet essentieel was voor het motor leren. Echter, de inductie van LTD werd alleen geprobeerd met behulp van één type protocol bij kamertemperatuur. Daarom gebruikten we verschillende soorten LTD-inducerende protocollen onder opnamecondities rond 30 °C, en we bevestigden dat de LTD betrouwbaar werd geïnduceerd in de met genen gemanipuleerde muizen door deze protocollen te gebruiken in de buurt van fysiologische temperaturen32.
Er blijven echter enkele vragen over de basiseigenschappen van een conjunctieve stimulatie. De eerste is de relatie tussen de vorm van de complexe Spike en de amplitude van LTD. Ten tweede, in combinatie met PF-stimulatie en somatische depolarisatie, of het aantal gebruikte stimuli noodzakelijk was of niet, was ongrijpbaar. In de huidige studie werden deze vragen onderzocht met behulp van wild type (WT) muizen.
Verschillen tussen de vier protocollen
In LTD-inducerende protocollen 1 en 2, Cjs 300 keer bij 1 Hz is voldoende voor het opwekken van cerebellaire Ltd. stimulatie frequentie van de CF leek te zijn in een fysiologische bereik, omdat de complexe Spike vuursnelheid in alert volwassen muizen (P60) werd gemeld te zijn 1,25 Hz36. Echter, de CF stimulatie alleen veroorzaakte op lange termijn plasticiteit in het PF-CF Synapse, zoals gebruikt in de protocollen 1 en 2 (<strong cla…
The authors have nothing to disclose.
Wij danken A. Oba voor haar technische assistentie. Dit onderzoek werd gedeeltelijk gesteund door subsidie-in-steun voor wetenschappelijk onderzoek (C) 17K01982 tot K.Y.
Amplifier | Molecular Devices-Axon | Multiclamp 700B | |
Borosilicate glass capillary | Sutter | BF150-110-10 | |
Digitizer | Molecular Devices-Axon | Digidata1322A | |
Electrode puller | Sutter | Model P-97 | |
Isoflurane | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 26675-46-7 | |
Isolator | A.M.P.I. | ISOflex | |
Linear slicer | Dosaka EM | PRO7N | |
Microscope | NIKON | Eclipse E600FN | |
Peristaltic pump | Gilson | MP1 Single Channel Pump | |
Picrotoxin | Sigma-Aldrich | P1675 | |
Pure water maker | Merck-Millipore | MilliQ 7000 | |
Software for experiment | Molecular probe-Axon | pClamp 10 | |
Software for statistics | KyensLab | KyPlot 5.0 | |
Stimulator | WPI | DS8000 | |
Temperature controller | Warner | TC-324B | |
Tetrodotoxin | Tocris | 1078 |