인식의 변화를 통해 과거와 미래 학습을 연결하는 회로 메커니즘 1부
Sep 28, 2023
장기 기억 형성에는 에너지 비용이 많이 듭니다. 따라서 동물이 유익한 연관성을 식별하도록 안내하는 신경 메커니즘은 중요한 생존 이점을 제공합니다. 여기에서 우리는 인식의 변화를 통해 기억이 새로운 기억 형성을 형성할 수 있게 하는 Lymnaea의 회로 메커니즘을 설명합니다. 특히, 강한 고전적 조건화는 후속적이고 그렇지 않으면 효과가 없는 약한 연관에 대한 강력한 학습을 촉진하는 긍정적인 인식 변화를 유도합니다.
장기 기억은 인간 두뇌에서 가장 중요한 기억 유형 중 하나입니다. 이는 사람들이 일상생활에서 새로운 지식과 경험을 배우는 기초입니다. 장기 기억을 통해 사람들은 삶의 다양한 문제를 더 잘 이해하고 처리할 수 있으며 지능과 사고 능력을 향상시킬 수 있습니다. 기억은 기억을 작동하는 인간 두뇌의 능력으로, 사람들이 기억하고 저장할 수 있는 정보의 양과 질을 결정합니다.
장기기억과 기억 사이에는 불가분의 관계가 있습니다. 더 나은 기억력이 있어야만 사람들은 장기 기억을 더 잘 사용하고 적용할 수 있으며, 그로부터 지식과 경험을 더 잘 얻을 수 있습니다. 동시에 장기기억은 기억력 향상을 촉진할 수도 있습니다. 왜냐하면 사람들은 생활 속에서 새로운 지식을 자주 배우고, 계속해서 새로운 지식을 축적하고 적용한다면 점차적으로 기억력 수준을 향상시킬 수 있기 때문입니다.
장기 기억과 기억 기능이 더욱 효과적으로 작동하려면 사람들은 몇 가지 방법에 주의를 기울여야 합니다. 우선, 세부 사항과 관심을 기울이고 공부, 일, 생활에서 중요한 정보에 최대한주의를 기울이고 기억하십시오. 둘째, 뇌의 기억력을 향상시키기 위해 독서, 게임, 규칙적인 운동 등 지속적인 훈련을 통해 기억력을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 긍정적인 태도와 호기심을 유지하고, 새로운 지식과 경험을 끊임없이 받아들이려는 의지도 장기 기억력과 기억력을 향상시키는 데 중요한 요소입니다.
요약하자면, 장기 기억과 기억은 상호 강화하는 한 쌍의 요소입니다. 두 가지 모두를 최대한 활용함으로써만 우리는 삶에서 더 많은 유익을 얻고 지능과 사고 능력을 발휘할 수 있습니다. 그러므로 적극적으로 배우고, 세부 사항에 주의를 기울이고, 호기심을 갖고, 새로운 지식과 경험을 받아들이고, 기억력과 장기 기억 능력을 지속적으로 향상시키도록 합시다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. Cistanche Deserticola는 많은 독특한 효과를 지닌 전통 중국 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그 중 하나는 기억력을 향상시키는 것입니다. 다진 고기의 효능은 산, 다당류, 플라보노이드 등 포함된 다양한 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 다양한 방식으로 뇌 건강을 증진할 수 있습니다.
회로 해부 접근법은 상호 억제 모티프를 특징으로 하는 신경 제어 네트워크를 밝혀냅니다. 이는 지각 상태를 설정하고 새로운 학습을 제어하기 위한 마스터 컨트롤러 역할을 합니다. 생체 내 약리학적 회로 조작은 강력한 패러다임 학습을 완전히 대체하여 네트워크를 보다 수용적인 상태로 전환하여 후속 약한 패러다임 학습을 가능하게 합니다.
따라서 지각 변화는 과거와 미래의 기억 저장을 연결하는 통로를 제공합니다. 우리는 이 메커니즘이 동물에게 학습이 풍부한 기간을 경고하여 새로운 기억 획득에 대한 임계값을 낮출 것을 제안합니다.
소개
학습 및 장기 기억(LTM) 형성은 중요하지만 에너지 비용이 많이 드는 과정입니다. 특히 대사 예산이 제한된 동물의 경우 더욱 그렇습니다(1, 2). 따라서 가장 관련성이 높거나 유익한 연관성을 식별하는 데 도움이 될 수 있는 신경 전략은 생존에 매우 유익할 가능성이 높습니다. 그러나 그러한 안내 학습을 지원하는 신경 메커니즘은 확립되어 있지 않습니다. 새로운 기억 형성을 지시하는 데 도움이 되는 후보는 동물의 이전 경험이지만 과거와 미래의 학습이 어떻게 연결될 수 있는지는 잘 알려져 있지 않습니다.
한 가지 잠재적인 통찰력은 사전 학습이 주의 변조를 통해 지각을 조정하여 향후 작업에서 지각 처리를 안내하고 성능을 향상한다는 인간 연구에서 나옵니다(3-5). 이는 지각 변화가 과거 학습과 새로운 학습을 연결하는 중요한 통로가 될 수 있다는 흥미로운 가능성을 제기합니다.
간단한 무척추동물 모델은 학습 및 행동 선택을 위한 기본적인 신경 메커니즘을 설명하기 위해 광범위하게 활용되었습니다(6-14). 여기에서는 확립된 연체동물 시스템인 Lymnaea(15-22)를 사용하여 기억, 지각 및 새로운 학습 사이의 관계를 직접 조사했습니다. 이 동물은 단일 훈련 세션 후 자극 간의 연관성을 빠르게 형성할 수 있으며 결과 기억은 몇 주 동안 지속됩니다(23, 24).
중추 신경계의 뉴런은 크고 식별 가능하며 접근 가능하며 조건 반응 표현을 위한 기본 회로가 광범위하게 특성화되어(15, 25-27) 상세한 행동 및 회로 수준에 대한 강력한 선택이 됩니다. 조사. 여기에서 우리는 동물에게 두 가지 유형의 식욕을 돋우는 고전적 조건화 패러다임, 즉 안정적인 LTM을 유도하는 강한 패러다임과 그렇지 않은 약한 패러다임을 적용했습니다. 순차적으로(강한 것, 약한 것) 제시될 때 약한 훈련 패러다임에 사용된 조건 자극은 이후 강력한 조건 반응을 생성합니다.
행동 및 전기생리학적 판독을 모두 사용하여 약한 훈련 중에 사용되는 자극은 원래 동물에 의해 모호하고 쌍안정적인(긍정적 및 부정적 모두) 것으로 인식되지만, 이전의 강력한 학습은 이러한 인식을 안정적인 긍정적 상태로 전환한다는 것을 보여줍니다. 우리는 또한 책임이 있는 제어 마이크로 회로를 식별하여 두 개의 적대적인 먹이 행동 사이의 경쟁적 상호 작용을 제어함으로써 작동하여 긍정적인 학습 연관성의 임계값이 동적으로 변경될 수 있음을 보여줍니다.
생체 내에서 변경된 인식의 약리학적 복제는 강한 기억의 획득을 완전히 대체할 수 있으며, 네트워크를 보다 수용적인 상태로 편향시켜 새로운 긍정적 연관성을 가능하게 합니다. 우리의 연구는 인식의 변화를 통해 과거와 미래 학습을 결합하는 핵심 메커니즘을 보여줍니다. 우리는 이것이 잠재적으로 학습이 풍부한 환경을 동물에게 알리는 역할을 하며, 그렇지 않으면 무시될 단서에 대한 새로운 긍정적 연관성을 형성할 수 있도록 한다는 가설을 세웁니다.
결과
이전 학습은 새로운 기억 획득을 촉진합니다
Lymnaea는 중립적이고 보람 있는 자극을 단 한 번만 결합한 후에 강력하고 오래 지속되는 기억을 형성합니다(23, 24). 여기서 우리는 이 시스템을 활용하여 다양한 학습 이벤트가 어떻게 상호 작용하는지 조사했습니다. 우리는 두 가지 다른 훈련 프로토콜을 확립했습니다. 첫 번째는 아밀 아세테이트[AA; 조건 자극(CS)] 및 0.33% 자당 [S; 무조건 자극(US)], 훈련 후 4시간 또는 24시간 후에 테스트된 CS에 대한 증가된 수유 반응으로 표현되는 LTM(17)을 유도합니다(그림 1, A 및 B; 그림 S1A 및 영화 S1).
학습된 결과의 견고성을 기반으로 우리는 이것을 "강력한" 훈련 패러다임으로 분류했습니다. 두 번째 프로토콜에서 우리는 중성 자극으로서의 효과가 AA와 다르지 않은 대체 CS인 감마-노나락톤(GNL)(그림 S1B)과 더 낮은 농도의 자당(s; {{2} }.11%, 미국). 이 쌍은 훈련 후 1, 3, 4 또는 24시간에 테스트했을 때 기억을 유도하기에 충분하지 않았으며(그림 1C 및 그림 S1C) 따라서 "약한" 훈련 패러다임으로 분류되었습니다. 다음으로, 이러한 훈련 프로토콜 간의 상호 작용이 학습 결과에 영향을 미칠 수 있는지 여부를 조사했습니다. 이를 위해 우리는 동물이 강한 훈련을 받은 후 4-시간 간격 후에 약한 훈련을 받는 이중 훈련 패러다임을 확립했습니다(그림 1D). 특히, 이 프로토콜을 사용하여 약한 훈련으로 인해 강력한 LTM이 형성되었음을 발견했습니다(그림 1D 및 그림 S2A).
강력한 훈련(AA + S)만으로는 순진한 동물에 비해 GNL 반응을 변화시키지 않았기 때문에 이 결과는 자극 일반화로 설명되지 않았습니다(그림 1D 및 그림 S2A). 더욱이, 강한 훈련(AA + S) 이후의 기억은 약한 훈련(GNL + s)에 의해 방해받지 않았으며, 이는 기억들 사이에 소급 간섭이 발생하지 않았음을 확인시켜 줍니다(그림 1D 및 그림 S2A). 효과는 또한 강한 훈련이나 약한 훈련에서 어떤 CS가 사용되었는지에 따라 달라지지 않았습니다. 강한 훈련에서 GNL을 CS로 사용하고 약한 훈련에서 AA를 CS로 사용하는 패러다임을 바꾸는 것도 동일한 결과를 가져왔습니다(그림 S2B). 강한 훈련 이후 약한 훈련 기억의 지속성에 대한 테스트에서 우리는 기억 흔적이 48시간 후에도 여전히 존재한다는 것을 증명했습니다(그림 S2C). 약한 훈련 4시간 전에 강한 미국만 제시해도 GNL 반응이 증가하지 않았으며(그림 S2D), 이는 그 효과가 특히 이전 강한 기억의 획득에 달려 있음을 시사합니다.
이전의 강력한 기억 획득의 필요성을 추가로 테스트하기 위해 우리는 동물이 4시간 간격으로 두 개의 약한 훈련(AA + s/ GNL + s 또는 GNL + s/AA + s)을 받는 이중 훈련 패러다임을 수행했으며 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 두 CS 모두에 대한 메모리가 없습니다(그림 S2E). 다음으로 우리는 강한 훈련과 약한 훈련 사이의 타이밍 간격의 중요성을 고려했습니다. 우리는 강한 훈련 후 30분에서 4시간 사이에 제시된 약한 훈련이 LTM을 유도하기에 충분하다는 것을 발견했습니다. 이는 새로운 기억 획득이 촉진될 수 있는 중요한 학습 후 시간 창이 있음을 시사합니다(그림 S3A).
마지막으로, 우리는 훈련의 시간적 순서의 중요성, 특히 강한 훈련이 약한 훈련으로 유발된 기억 흔적을 소급하여 향상시킬 수 있는지 여부를 결정했습니다. 우리는 약한 훈련이 강한 훈련보다 4시간 앞서 있을 때 LTM을 유도하기에는 불충분하다는 것을 발견했습니다(그림 1E 및 그림 S3B). 이는 약한 훈련의 효과가 이전의 강한 훈련에 결정적으로 달려 있음을 보여줍니다. 함께, 이러한 결과는 강력한 기억의 이전 획득 및 통합이 새로운 식욕 학습의 임계값을 낮추는 역할을 한다는 것을 시사합니다.
이전 학습은 새로운 학습 이벤트에 대한 인식을 변화시킵니다.
사전의 강력한 학습은 어떻게 새로운 기억 형성을 향상시키는가? 필요한 훈련의 엄격한 순서(강함 다음 약함)를 고려하여, 우리는 강한 기억이 후속 약한 훈련 동안 CS + US 조합에 대한 동물의 인식을 변화시켜 약한 훈련의 긍정적인 가치를 증가시킬 수 있다는 가설을 세웠습니다. 연관성이 강화됩니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해 우리는 발생하는 섭취 및 섭취 이벤트의 수를 정량화하여 제시된 자극에 대한 인식을 긍정적에서 부정적으로 Lymnaea에서 직접 읽을 수 있다는 사실을 활용했습니다(그림 2A)(16). . 약한 훈련 프로토콜에서 CS + US를 결합하는 동안 동물은 섭취와 섭취 물림의 혼합을 수행했으며 종종 두 가지 행동 사이에서 플립플롭을 수행했습니다(그림 2B). 대조적으로, 강한 훈련이 선행되었을 때, 섭취 대 소화의 비율은 상당히 높았고(그림 2, C 및 D), 약한 훈련에 반응하여 더 많은 동물이 전혀 소화 물기를 수행하지 않았습니다(그림 2E).
또한, 약한 훈련 중 지각 안정성을 조사하기 위해 CS + US 프레젠테이션 중에 유도된 바이트 쌍을 비교하여 상태(섭취/섭취 및 추출/섭취) 간에 전환되었는지 또는 안정적으로 유지되었는지(섭취/섭취 및 추출/탐출) 여부를 확인했습니다. . 이는 상태 간의 전환 확률이 크게 감소한 것으로 나타났으며, 이는 이전의 강력한 훈련이 훈련에 대한 인식을 전환하고 안정화함을 시사합니다(그림 S4, A에서 E). 약한 훈련 4시간 전 강한 훈련 미국만 제시한 경우에는 강한 훈련 미국을 받지 않은 동물에 비해 섭취/소화 행동에 아무런 변화가 없었으며, 이는 강한 훈련 동안 높은 자당 단독의 에너지 가치가 섭취 행동에 대한 편향의 원인이 아닙니다(그림 S5, A~D).
더욱이, 4시간 전의 이전 약한 훈련(AA + s) 역시 후속 약한 훈련에 대한 인식을 바꾸지 않았으며, 이는 약한 훈련에 대한 인식을 바꾸기 위해서는 과거의 강한 기억의 획득이 필요하다는 것을 확인시켜 줍니다(그림 S5, A ~ 디). 또한 이전의 강력하거나 약한 훈련이 단순히 약한 훈련에 사용된 CS 또는 US에 대한 반응성을 변경했을 가능성도 배제했습니다(그림 S6, A~D). 함께, 우리의 연구 결과는 순진한 동물이 약한 훈련 중에 사용된 CS + US를 모호하고 쌍안정적인 자극으로 인식하고 이전의 강한 훈련이 약한 훈련에 대한 동물의 인식을 안정적인 상태로 전환하여 행동 표현을 긍정적인(섭취) 대 긍정적인 쪽으로 편향시킨다는 것을 보여줍니다. 부정적인 (섭식) 행동.
약한 훈련에 대한 인식의 변화는 네트워크 상태의 변화에 의해 주도됩니다
다음으로 우리는 새로운 기억 획득과 상관관계가 있는 약한 훈련 중에 사용되는 CS + US에 대한 인식 변화의 기초가 되는 신경 변화를 식별하기 시작했습니다. 이는 먹이 행동을 제어하는 접근성이 높고 잘 정의된 신경 회로 덕분에 Lymnaea에서 쉽게 달성할 수 있습니다. 구체적으로, 우리는 섭취 및 소화 회로 모두에서 상대적인 활동에 대한 판독을 제공하고 따라서 내부 네트워크 상태의 시험관 내 측정 역할을 하는 위상 전환 공급 운동 뉴런 B11로부터 세포 내 기록을 만들었습니다(그림 2F). 감각 경로가 없는 고립된 뇌에서 우리는 이전에 강력한 훈련을 받은 동물과 순진한 동물의 이 판독값을 비교했습니다.
생체 내 연구 결과와 일치하는 순진한 동물의 준비는 소화 주기(가상 소화)의 기초가 되는 것으로 알려진 많은 리드미컬한 활동 패턴을 보인 반면, 강력한 훈련을 경험한 동물은 거의 독점적으로 섭취 주기의 전기 생리학적 표현(가상 섭취; 그림 2)에 치우쳐 있었습니다. , G ~ J, 그림 S7A). 또한, 한 쌍의 주기를 조사함으로써 우리는 강력한 훈련을 받은 준비보다 더 높은 속도로 순진한 준비가 섭취와 섭취 주기 사이를 전환한다는 것을 발견했습니다(그림 S7, B에서 E). 이전에 약한 훈련을 받은 준비는 순진한 준비와 비교하여 가상의 운동 프로그램에서 큰 차이를 나타내지 않았습니다(그림 S7, F~K). 이는 강력한 훈련이 네트워크 상태에서 학습으로 인한 변화와 안정화를 이끌어낸다는 것을 암시하는 설득력 있는 증거를 제공합니다.
다음으로, 우리는 강력한 훈련이 먹이 공급 회로의 "반응성"을 변화시켰는지 여부를 테스트했습니다. 이를 위해 우리는 입술 구조에서 중추신경계(CNS)로 화학감각 입력을 전달하는 투영 경로인 내측 입술 신경(MLN)을 자극했는데, 이는 강력한 가상 수유를 유도하는 것으로 알려져 있습니다(29). 이 자극은 자극의 성격에 대한 특정 정보를 인코딩하지 않지만 모든 화학 감각 예측을 활성화하여 강력한 훈련이 식욕 단서에 관계없이 일반화된 감작 효과를 유도하는지 여부를 테스트할 수 있습니다. 우리는 회로에서 섭식 주기의 판독을 제공하는 운동 뉴런인 B9와 식욕 신호로부터 자극을 받는 주요 식별된 조절 뉴런인 대뇌 거대 세포(CGC)에서 이를 모니터링했습니다(30). 우리는 입술 신경 자극 후 순진한 준비와 훈련된 준비 사이에 수유 주기 수나 CGC 스파이크 빈도가 크게 다르지 않다는 것을 발견했습니다(그림 S8, A ~ D).
함께, 이러한 결과는 강력한 훈련이 식욕 신호 반응을 향상시키는 동물의 일반화된 민감성을 이끌어 내지 않는다는 것을 보여줍니다. 오히려 네트워크를 수집 주기 생성 쪽으로 편향시키는 강력한 훈련 후에 네트워크 상태에 학습으로 인한 변화가 있습니다. 우리는 이것이 이들 동물에서 관찰되는 변화된 인식의 기초가 되며, 결과적으로 새로운 기억을 획득하는 능력을 향상시킨다고 제안합니다.
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