סיבולת זמנית של יתרונות הנגרמת על ידי פעילות גופנית על זיכרון תלוי היפוקמפוס ועל פלסטיות סינפטית בעכברים נקבות חלק 1

תַקצִיר

פעילות גופנית מקלה על נוירוגנזה של ההיפוקמפוס ונוירופלסטיות שבתורה, מקדמת תפקוד קוגניטיבי. מחקרים קודמים שלנו הוכיחו כי בעכברים זכרים, פעילות גופנית מרצון מאפשרת למידה תלויה בפוקמפוס בתנאים שהם בדרך כלל תת סף להיווצרות ארוכת טווח בבעלי חיים בישיבה. שיפור קוגניטיבי כזה יכול להישמר זמן רב לאחר הפסקת הפעילות הגופנית וניתן להפעיל אותו מחדש על ידי אימון תת סף שלאחר מכן, מה שמרמז על יתרונות הנגרמת על ידי פעילות גופנית דינמיים מבחינה זמנית.

נוירופלסטיות מתייחסת ליכולת של נוירונים להסתגל באופן רציף לגירויים חיצוניים ולפעילויות פנימיות. ליכולת זו יש תפקיד מכריע ביצירת זיכרון ואחסון. עם זאת, נוירופלסטיות קשורה קשר הדוק לזיכרון.

נוירופלסטיות מתרחשת באמצעות קשרים סינפטיים בין נוירונים. כאשר אנו מקבלים דבר חדש, הקשרים בין נוירונים במוח ישתנו, ויצרו קשרים סינפטיים חדשים. תהליך זה מצריך תרגול חוזר וחזרה כדי לייצר קשרים סינפטיים ארוכי טווח ויציבים. רק חיבור סינפטי ארוך טווח זה יכול להשפיע על הזיכרון ולאחסן אותו.

גם נוירופלסטיות משתנה עם הגיל והניסיון. נוירופלסטיות היא מאוד חזקה כשאנחנו צעירים, והמוח יכול ליצור קשרים סינפטיים חדשים מהר מאוד כשאנחנו לומדים דברים חדשים. אבל ככל שאנו מתבגרים, נוירופלסטיות פוחתת, כלומר קשה יותר ללמוד מידע חדש. עם זאת, אם נשמור על גישה חיובית ונכונות והרגל ללמוד באופן יזום דברים חדשים, עדיין נוכל לשמור על רמה מסוימת של נוירופלסטיות. זה אומר שאנחנו יכולים להמשיך ללמוד ולצמוח, ולשפר את הזיכרון והאינטליגנציה שלנו.

לסיכום, נוירופלסטיות וזיכרון קשורים קשר הדוק. שמירה על גישה חיובית והרגל של למידה אקטיבית של ידע חדש יכולים לעזור לנו לשמור על נוירופלסטיות טובה, ובכך להשיג זיכרון ואינטליגנציה טובים יותר. הבה נלמד ללא הפסקה, נשמור על גישה חיובית, ונשפר כל הזמן את היכולות והאיכויות שלנו. ניתן לראות שעלינו לשפר את הזיכרון שלנו. Cistanche deserticola יכול לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche deserticola הוא חומר רפואי סיני מסורתי עם השפעות ייחודיות רבות, אחת מהן היא שיפור הזיכרון. היעילות של בשר טחון מגיעה מהמרכיבים הפעילים השונים שהוא מכיל, לרבות חומצה, פוליסכרידים, פלבנואידים ועוד. מרכיבים אלו יכולים לקדם את בריאות המוח בדרכים שונות.

לחץ לדעת 10 דרכים לשיפור הזיכרון

אצל נשים, טרם הוגדרו עד כמה ניתן לשמור על היתרונות של פעילות גופנית והמנגנונים העומדים בבסיס תחזוקה זו. כאן, בדקנו את פרמטרי הפעילות הגופנית הנדרשים כדי ליזום ולתחזק את היתרונות של פעילות גופנית בעכברי נקבות C57BL/6J. באמצעות גרסת תת-סף של המשימה התלויה בהיפוקמפוס הנקראת משימת זיכרון מיקום אובייקט (OLM), אנו מראים ש-14d של תרגיל רצוני מאפשר למידה בתנאי רכישת תת-סף בעכברים נקבות. לאחר האימון הראשוני, עיכוב בישיבה של 7 ימים מביא לירידה בביצועים, אשר ניתן להקל מחדש כאשר בעלי חיים מקבלים 2D של פעילות גופנית מחדש לאחר העיכוב בישיבה.

הערכת מחזור הייחום חושפת פעילות מוגברת של ריצת גלגל במהלך שלב הייחום ביחס לשלב היחום, בעוד ששלב הייחום באימון או מבחן לא השפיע על ביצועי OLM. תוך שימוש באותם פרמטרים של פעילות גופנית, אנו מדגימים ש-14d של פעילות גופנית משפרת את הפוטנציה לטווח ארוך ( LTP) באזור CA1 של ההיפוקמפוס, השפעה הנמשכת לאורך כל העיכוב הזה ובעקבות האימון מחדש. מחקרים קודמים הציעו הגברת BDNF המושרה על ידי פעילות גופנית כמנגנון העומד בבסיס התועלת המתווכת בפעילות גופנית על פלסטיות וקוגניציה סינפטית.

עם זאת, ההערכה שלנו לביטוי Bdnf mRNA של ההיפוקמפוס לאחר שליפת זיכרון לא חושפת שום הבדל בין תנאי פעילות גופנית ובקרה, מה שמרמז שייתכן שלא יהיה צורך בוויסות Bdnf מתמשך לשמירה על יתרונות הנגרמות על ידי פעילות גופנית. יחד, הנתונים שלנו מצביעים על כך ש-14 ד' של פעילות גופנית מרצון יכולה ליזום יתרונות ארוכי טווח על נוירופלסטיות ותפקוד קוגניטיבי בעכברים נקבות, לבסס את העדות הראשונה לסבולת הזמנית של יתרונות הנגרמת על ידי פעילות גופנית בנקבות.

מילות מפתח

תרגיל; לְמִידָה; הייppocampus; פלסטיות סינפטית; BDNF; מחזור אסטרוס.

1. הקדמה

ההשפעות של פעילות גופנית על תמיכה ושמירה על בריאות המוח מתועדות היטב. במוח, ההיפוקמפוס הוא קריטי ללמידה ולהיווצרות זיכרון, שכן שיבוש במבנה המוח הזה מוביל לליקויים בזיכרון (Packard & McGaugh, 1996; Riedel et al., 1999; Scoville & Milner, 1957). לפיכך, שינויים מורפולוגיים ותפקודיים חריגים בהיפוקמפוס מיוחסים לליקויים קוגניטיביים הקשורים להזדקנות ולמצבי מחלה (Bettio et al., 2017).

מחקרים הן בבני אדם (ten Brinkeet al., 2015; Erickson et al., 2011; Pajonk et al., 2010; Teixeira et al., 2018) והן במודלים של חיות (Cooper et al., 2018; Neeper et al., 1996; O'Callaghan et al., 2007; Van Praag, 2008) הדגימו את ההשפעות של פעילות גופנית על תמיכה בשלמות המבנית והתפקודית של ההיפוקמפוס, מה שמציע שפעילות גופנית היא התערבות לא תרופתית יעילה לפגיעה קוגניטיבית במצבים פיזיולוגיים ופתולוגיים כאחד (Intlekofer & Cotman, 2013; Lauretta et al., 2021; Liu et al., 2011; Muscari et al., 2010).

למרות מחקר נרחב על ההשפעות המיטיבות של פעילות גופנית והקשר בין ההיפוקמפוס לתפקוד הקוגניטיבי, מעט ידוע על הדינמיקה הזמנית של יתרונות הנגרמות על ידי פעילות גופנית. כלומר, מהו משך האימון הנדרש להגברת תפקוד ההיפוקמפוס, וכמה זמן היתרונות הללו נמשכים לאחר הפסקת הפעילות הגופנית?

אפילו פחות מחקרים ניסו לחקור את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס השמירה על יתרונות הנגרמת על ידי פעילות גופנית. בהתחשב בכך שמשטרי האימון בבני אדם הם פחות נוקשים ועקביים מאלה המשמשים במחקרים בבעלי חיים (Lee & Skerrett, 2001), חשוב לפתח פרוטוקולי פעילות גופנית גמישים ואינם דורשים שגרת פעילות גופנית יומיומית אך עדיין יכולים לעסוק ולשמור על קוגניטיביות הנגרמת על ידי פעילות גופנית. יתרונות. במחקרים בבעלי חיים, קשה לזהות את משך הפעילות הגופנית המינימלית הנדרשת כדי ליזום ולשמור על היתרונות של פעילות גופנית עקב שונות ניכרת בפרוטוקולי הפעילות הגופנית המשמשים בין מחקרים (Loprinzi et al., 2019). לפיכך, עדיין חשוב לבחון את סף הפעילות הגופנית שגורם ושומר על יתרונות קוגניטיביים ואת המנגנונים הבסיסיים.

פעילות גופנית מקלה על נוירופלסטיות, נוירוגנזה, ולאחר מכן, מנגנוני למידה וזיכרון המעוררים את הפעולה הנוירוטרופית של נוירוטרופי פקטור שמקורו במוח (BDNF) בהיפוקמפוס (Alomari et al., 2013; Cotman et al., 2007; Cotman & Berchtold, 2002; Cotman & Berchtold; et al., 2011; Triviño-Paredes et al., 2016; Van Praag, Christie, et al., 1999; Van Praag, Kempermann, et al., 1999). הן אצל מכרסמים נקבות והן אצל זכרים, פעילות גופנית משפרת את הביצועים ההתנהגותיים במגוון רחב של משימות זיכרון, כולל המשימות המבוססות על היפוקמפוס בעלות אוריינטציה מרחבית כבדה: מבוך המים של מוריס (MWM), זיכרון מיקום אובייקט (OLM) ומבוך זרועות רדיאלי בנוסף לאחרים. משימות זיכרון מבוססות היפוקמפוס כגון התניית פחד הקשרית, הימנעות פסיבית וזיהוי אובייקטים חדשניים (Intlekofer et al., 2013; Lambert et al., 2005; O'Callaghan et al., 2007; Van Praag, Christie, et al., 1999; Van Praag, Kempermann, et al., 1999; Vivar, Potter, & Van Praag, 2012).

מכרסמים זכרים, מחקרים שלנו ואחרים זיהו כי נדרש משך פעילות גופני מינימלי של שבועיים לתועלת על למידה וזיכרון אשר ניתן לשמר אותם במהלך תקופה של חוסר פעילות ולעסוק מחדש על ידי היכרות מחודשת לאימון דו מימדי קצר, תת סף (Berchtold et al. al., 2010; Butler et al., 2019; Intlekofer et al., 2013). ברמה המולקולרית, שבועיים של פעילות גופנית גורמים לוויסות עלייה של חלבון נוירוטרופי פקטור שמקורו במוח ההיפוקמפוס בחולדות זכרים (Berchtold et al., 2005).

לאחר הדעיכה של רמות גבוהות של BDNF לקו הבסיס, היכרות חוזרת לאחר מכן למפגש אימון דו מימדי קצר, תת-סף, יכול להקל מחדש על רמות מוגברות של BDNF בהיפוקמפוס (Berchtold et al., 2005). זה מרמז על וויסות BDNF בתיווך פעילות גופנית כמנגנון פוטנציאלי שמקדם שינויים עצביים ארוכי טווח כדי לאפשר גירוי בתדירות פעילות גופנית נמוכה יותר כדי לנצל את ההתאמות הללו ולהקל על יתרונות קוגניטיביים.

איתות BDNF מקדם מנגנונים תלויי סינתזת חלבון להשראת פוטנציאל לטווח ארוך בהיפוקמפוס (LTP), מתאם תאי של למידה וזיכרון (Panja &Bramham, 2014; Silva, 2003). לכן, שיפור של LTP בהיפוקמפוס בעקבות פעילות גופנית מוצע כדי לעמוד בבסיס הלמידה המאפשרת פעילות גופנית (L. Bettio et al., 2019; Liuet al., 2011). למיטב ידיעתנו, אף מחקר עד כה לא חקר האם שיפור ב-LTP נמשך לאחר הפסקת פעילות גופנית בשני המינים. מספר מחקרים הוכיחו פעילות גופנית כדי לשפר ביעילות את ה-LTP בגירוס השיניים (Farmer et al., 2004; Van Praag, Christie, et al., 1999; Vasuta et al., 2007), עם זאת, קיים מחסור מפתיע במחקר החוקר כיצד פעילות גופנית מווסת את הפלסטיות הסינפטית בתת-השדה CA1 (Cotman et al.,2007), המשמש כאזור הנחקר ביותר בהיפוקמפוס בהקשר של זיכרון מרחבי (Patten et al., 2015). לפיכך, יש לחקור את הקשר בין פעילות גופנית לפלסטיות CA1.

מספר מחקרים תמכו בהשערה שהתועלת הנגרמת על ידי פעילות גופנית היא דינמית זמנית (Berchtold et al., 2005, 2010; Butler et al., 2019; YP Kim et al., 2003). לגבי חיות נקבות, ההבנה שלנו לגבי תהליך זה פחות בולטת שכן רוב העבודה בוצעה בעיקר בזכרים. מחקרים על למידה וזיכרון סיפקו הוכחות לכך שתוצאות התנהגותיות דומות בין המינים עשויות לכלול מנגנונים עצביים שונים (Becker & Koob, 2016; Keizer & Wood, 2019; Sase et al., 2019). למרות נתונים המצביעים על כך שפעילות גופנית משפרת את הנוירופלסטיות והקוגניציה בשני המינים, יש עדויות ברורות להשפעות המיניות של פעילות גופנית ולמנגנונים הבסיסיים.

בלתי אנושיים, פעילות גופנית משפרת את זיכרון מיקום האובייקט אצל גברים ולא אצל נשים (Colemanet al., 2018). במכרסמים, פעילות גופנית משפרת באופן סלקטיבי את הביצועים של מין אחד במשימות זיכרון מסוימות (Barha et al., 2017). ברמה המולקולרית, ההתפלגות של BDNF על פני מבני מוח ותת-אזורים מרובים של ההיפוקמפוס שונה בין המינים (Bakos et al., 2009; Franklin & Perrot-Sinal, 2006). עדויות מצטברות הדגישו גם הבדלים בין המינים בתפקודים ובמנגנונים של BDNF (Chan & Ye, 2017). לדוגמה, הורמון הרבייה, אסטרוגן, יכול לווסת את ביטוי BDNF באמצעות מנגנונים שונים, אחד מהם כרוך בשינויים אפיגנטיים במקדם ה-BDNF (Fortress et. al., 2014; Moreno-Piovano et al., 2014; Chan & Ye, 2017).

רמות החלבון BDNF בהיפוקמפוס משתנות לאורך מחזור הייחום עם הביטוי הגבוה ביותר שנצפה במהלך היחום והפראסטרוס, מה שמצביע על תנודות ברמות האסטרוגן לאורך מחזור הייחום אצל נשים משפיעות באופן דיפרנציאלי על ביטוי BDNF (Scharfman et al., 2003). בנוסף, מחזור הייחום יכול גם לווסת יעדים במורד הזרם של מסלולי איתות BDNF בהיפוקמפוס (Spencer et al., 2008; Spencer-Segal et al., 2011). הביטוי של מספר גנים המעורבים בתפקוד ההיפוקמפוס עובר גם שינויים דינמיים לאורך המחזור המזרחי (Iqbal et al., 2020). יחד, נתונים אלה מדגישים את הצורך לבחון את התועלת הנגרמת על ידי פעילות גופנית בנפרד אצל נשים וגברים.

מכיוון שהמחקר הקודם שלנו קבע את סף הפעילות הגופנית העוסקת ושומרת על תפקוד קוגניטיבי משופר בפעילות גופנית בעכברים זכרים (Butler et al., 2019), השתמשנו באותה פרדיגמת פעילות גופנית כדי לבחון את הדינמיקה הזמנית של תועלת הנגרמת על ידי פעילות גופנית בעכברים נקבות. במחקר זה, אנו מדגימים כי בעכברים נקבות, 14d של פעילות גופנית מרצון מאפשרת יצירת זיכרון לטווח ארוך בתנאי רכישת תת-סף של משימת זיכרון מיקום האובייקט (OLM). בדומה לגברים (Butler et al., 2019), ההטבות הראשוניות הנגרמות על ידי פעילות גופנית נשמרות באמצעות תקופת עיכוב בישיבה של 7 ימים וניתן להפעיל אותן מחדש על ידי תקופה קצרה של שני ימי הפעלה מחדש כדי לאפשר יצירת זיכרון לטווח ארוך בתנאי רכישת תת-סף.

ביצועי OLM לא הושפעו משלבי מחזור הייחום בזמן האימון או המבחן. עם זאת, פעילות ריצת גלגלים מרצון הוגברה במהלך שלב הייחום. בנוסף, אנו מראים שפעילות גופנית משפרת את ה-LTP באזור CA1 של ההיפוקמפוס אצל נשים, והשפעה זו נמשכת גם לאחר תקופת עיכוב בישיבה, ומבססת את העדות הראשונה לסבולת הזמנית של נוירופלסטיות הנגרמת על ידי פעילות גופנית אצל נשים. להפתעתנו, הערכת ביטוי Bdnf של ההיפוקמפוס לאחר שליפת זיכרון לא הניבה הבדל בין קבוצות ניסוי, מה שמרמז על ויסות מתמיד של BDNF לא יידרש כדי לשמור על יתרונות קוגניטיביים הנגרמות על ידי פעילות גופנית.

2. חומרים ושיטות

2.1. בעלי חיים

נקבות, 8-עכברות C57BL/6J בנות שבוע (מעבדת ג'קסון) אוכסנו בנפרד בתנאים סטנדרטיים (20 מעלות ± 1 מעלה; 70% ± 10% לחות; מחזור אור וחשוך של 12 שעות:12 שעות) וסופקו מודעה גישה ליביטום למזון ומים. כל הניסויים נערכו במהלך שלב האור. כל הניסויים נערכו על ידי הנחיות המכון הלאומי לבריאות לטיפול ושימוש בבעלי חיים ואושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת קליפורניה, אירווין.

2.2. טיפול בפעילות גופנית

עכברים חולקו לקבוצות ({{0}}–0–0: n=8, 14–0–0: n=7, 14–7–0: n=8, 14–7–2; n=8) ומאוכסנים בנפרד בכלובי כושר (המצוידים בגלגל ריצה) או בכלובים בישיבה (כלוב סטנדרטי ). כלובי אימונים עשויים מפוליקרבונט בגודל 9.3 אינץ' × 13.9 אינץ' × 7.7 אינץ' (אורך × רוחב × גובה) ומצוידים בגלגל הפעלה בקוטר 40 ס"מ, קוטר 12.7 ס"מ (לאפייט מכשירים).

הפעלת גלגל מרצון נוטרה באמצעות חיישן/מונה {{0}},110 המחובר לממשק מרכזי המחובר למחשב ייעודי עם תוכנת ניטור ScurryActivity (Lafayette Instruments). פרמטרי אימון מורכבים מתקופת פעילות גופנית ראשונית (0 או 14 ד') ולאחריה עיכוב בישיבה (0 או 7 ד'), שבמהלכו הוסר הגלגל הפועל. לאחר תקופה זו של חוסר פעילות, כמה עכברים הוקצו לקבל אימון הפעלה מחדש, המורכב מגישה דו-ממדית לגלגלי הריצה (ראה איור 1).

2.3. זיהוי שלב של מחזור הייחום של העכבר

שלבי מחזור הייחום עוקבים ונוטרו בערך באותה שעה (~10 בבוקר) מדי יום, החל מהיום הראשון של ריצת הגלגל. הן הערכה חזותית והן כתם נרתיק בוצעו פעם ביום כמתואר על ידי McLean וחב'. (2012) ו-Ajayi andAkhigbe (2020). בעזרת פיפטה נלקחו כתמי נרתיק רטובים ב-5 ul של תמיסת מלח.

כדי למנוע תופעות של הריון מדומה (Adler & Zoloth, 1970), קצה הפיפטה הונח בקפידה כדי לא לחדור לפתח הנרתיק. נוזל איסוף הונח על שקופית זכוכית ומיובש באוויר. לאחר שהממרח התייבש לחלוטין, השקופיות הוכתמו בכתם סגול קריסטל של 0.1% (McLean et al., 2012). הערכת ציטולוגיה בוצעה בהתאם כדי לזהות שלבים של מחזור הייחום (ראה איור 2E).

2.4. משימת זיכרון מיקום אובייקט משנה (OLM).

2.4.1. מכשיר - משימת תת-הסף, 3-זיכרון מיקום אובייקט בדקה (OLM) בוצעה באמצעות קבוצה של 4 חדרים זהים. כל תא היה עשוי מפלסטיק בצבע לבן עם ממדים של 333 מ"מ × 320 מ"מ × 310 מ"מ (אורך × רוחב × גובה) והכיל 1 ס"מ עמוק של סאני-צ'יפס (PJ Murphy Forest Products). רצועת סימון שחור מט אנכית הודבקה לצד אחד של כל חדר כדי לשמש כסימן ניווט מרחבי. כל הקשר היה מואר באור צהוב עמום (~15 lx). התנהגות חקרנית תועדה וניקוד במצב לא מקוון באמצעות תוכנת מעקב של ANY-maze (Stoelting Co.).

2.4.2. תכנון ניסוי - אימונים, בדיקות וניתוח OLM בוצעו כפי שתואר על ידי Vogel-Ciernia et al. (2015) עם משך הרכישה מותאם ל-3 דקות, אשר הוכחנו בעבר כי הוא תת סף לקידוד, וכתוצאה מכך ביצועים גרועים בזיכרון לטווח קצר וארוך (Butler et al., 2019; Intlekofer et al.,2013; Malvaez et al., 2013; McQuown et al., 2011). לפני אימון OLM, עכברים טופלו ולאחר מכן התרגלו להקשר הניסיוני. עכברים טופלו במשך 2 דקות ליום במשך 4 ימים רצופים כאשר 2 הימים האחרונים של הטיפול היו חופפים להתרגלות. ההתרגלות התרחשה במשך 6 ימים, במהלכם עכברים נחשפו להקשר הניסוי למשך 5 דקות ביום. מפגשי התרגלות נותחו (כדי לקבוע את מרחק הנסיעה והמהירות) באמצעות תוכנת ANY-maze ניתוח התנהגותי. פעילות מופחתת לאורך ימים שימשה כאינדיקטור להרגלות מוצלחת (איור משלים S1, S2). ללא קשר למשטר האימון, גלגלי הריצה הוסרו בלילה שלפני אימון OLM כדי לבטל את ההשפעות המיידיות של ריצת גלגלים על ההתנהגות.

לאחר התרגלות, עכברים קיבלו 3-דקה מפגש רכישה שבו שני חפצים זהים (100-מ"ל כוסות זכוכית מלאות במלט) הונחו במקומות שונים (מיקום A1, שמאל למעלה, יון A2, ימין למעלה). חפצים הונחו במרחק של 9 ס"מ זה מזה, 6 ס"מ מהדפנות ו-1 ס"מ מהקיר הקדמי. כדי להעריך טווח ארוך, עכברים עברו בדיקה של 5 דקות, 24 שעות שלאחר האימון שבמהלכו הוזז אובייקט מוכר אחד (מאוזן נגדי) למיקום חדש (מיקום A3, באמצע התחתון) הממוקם 2.5 ס"מ מהקיר התחתון. נבדקה חקר האובייקט ברומן (מיקום A3) לעומת המיקום המוכר/הקבוע (A1).

חקירה נמדדה רק כאשר ראש העכבר הצביע לכיוון האובייקט והגיע בטווח של 1 ס"מ או כאשר האף נגע באובייקט. זמן החקירה הכולל נרשם (t) וההעדפה לאובייקט החדש הובעה כמדד ההבחנה (DI=( רומן -מוכר) / (רומן + מוכר) × 100%). עבור מפגשי אימון, האובייקט המיועד להזזה במהלך הבדיקה שימש כאובייקט החדש כדי לאפשר השוואה ישירה בין אימון ובדיקת DI.

עכברים שחקרו<2 s during testing or training were excluded from the study. Mice that showed a preference for either object during training (DI > ± 20) were also excluded. All habituation, training, test, and scoring were performed by experimenters blinded to the experimental groups. Mice were sacrificed 60 min after the test and the dorsal hippocampi were dissected and stored at −80 °C until processing for RT-qPCR.

For more information:1950477648nn@gmail.com