Durch Neurogenese vermittelte Plastizität ist mit einer verringerten neuronalen Aktivität in CA1 während des Abrufs von Kontextangstgedächtnissen verbunden

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 7016 (2022) Diesen Artikel zitieren

3105 Zugriffe

3 Zitate

8 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Es wurde gezeigt, dass die postnatale Hippocampus-Neurogenese das Lernen und das Gedächtnis auf vielfältige Weise beeinflusst. Mehrere Studien haben nun gezeigt, dass eine gesteigerte Neurogenese zum Vergessen von Erinnerungen führen kann, die vor der Manipulation der Neurogenese erworben wurden, und als Folge dieses Vergessens auch neues Lernen erleichtern kann. Die Mechanismen, die das neurogeneseinduzierte Vergessen vermitteln, sind jedoch nicht gut verstanden. Hier verwendeten wir eine subregionsbasierte Analyse des unmittelbar frühen Gens c-Fos sowie In-vivo-Faserphotometrie, um Veränderungen in der Aktivität zu bestimmen, die mit durch Neurogenese induziertem Vergessen korrespondieren. Wir fanden heraus, dass eine zunehmende Neurogenese zu einer verringerten CA1-Aktivität während des Abrufs des Kontextgedächtnisses führte. Wir zeigen hier auch, dass die perineuronale Netzexpression in den Bereichen CA1 bidirektional durch die Konzentration oder Aktivität postnatal erzeugter Neuronen im Gyrus dentatus verändert wird. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Neurogenese das Vergessen auslösen kann, indem sie die perineuronalen Netze in CA1 stört, die ansonsten Erinnerungen vor dem Abbau schützen könnten.

Die postnatale Proliferation und Integration neuer Neuronen im Gehirn von Säugetieren ist eine einzigartige Form der Plastizität, die das Potenzial hat, sowohl neue Verbindungen zu schaffen als auch bestehende Schaltkreise zu stören. Daraus ergeben sich zahlreiche Implikationen für die postnatale Neurogenese als Modulator der Struktur und Funktion des Hippocampus. Einige neuere Theorien legen nahe, dass die postnatale Neurogenese entscheidend für die Gestaltung der Schaltkreise im Hippocampus ist, um zukünftiges Lernen zu optimieren1. Andere frühere Arbeiten haben gezeigt, dass sich ein erhöhtes Maß an Neurogenese in vielen Fällen positiv auf Prozesse wie Lernen2,3,4, Gedächtnis5,6 und kognitive Flexibilität4,7 auswirkt. Neuere Arbeiten haben auch gezeigt, dass es zusätzlich zu den positiven Einflüssen, die die Neurogenese auf Lernen und Gedächtnis haben kann, auch zu einer Schwächung von Erinnerungen kommt, die vor der Steigerung der Neurogenese gebildet wurden8,9,10,11,12,13,14, 15. Letztendlich ist diese Rolle der postnatalen Neurogenese auch von Vorteil, da sie die proaktive Interferenz zwischen alten und neuen Erinnerungen abschwächt. Dies geschieht insbesondere in Situationen, in denen ein Konflikt zwischen den beiden Erinnerungen besteht, beispielsweise beim Umkehrlernen. Infolgedessen ist das durch die Neurogenese induzierte Vergessen für das Lernen von Vorteil, da es einen schnelleren Erwerb neuer Erinnerungen ermöglicht10. Dieser „retrograde“ Effekt der Neurogenese wirkt sich auf eine Vielzahl von Gedächtnistypen aus, tritt sowohl bei Frauen als auch bei Männern auf und tritt unabhängig davon auf, wie die Neurogeneseniveaus erhöht werden (z. B. genetische, chemische, physikalische Methoden). Umgekehrt verringert eine verminderte Neurogenese das Vergessen zuvor erworbener Erinnerungen und verlangsamt den Erwerb neuer widersprüchlicher Erinnerungen10. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse die Bedeutung der postnatalen Neurogenese für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Stabilität und Plastizität und wie diese das Lernen gegenüber dem Gedächtnis bevorzugt modulieren kann.

Neurogenese-induziertes Vergessen ist ein robustes und zuverlässiges Phänomen8,9,10,11,12,13,14,15. Allerdings sind die Mechanismen, die die Verringerung der Gedächtnisleistung vermitteln, nicht eindeutig identifiziert. Neue Neuronen integrieren sich in die bestehenden Schaltkreise des Hippocampus und können dadurch bestehende reife Synapsen überschreiben16,17. Daher wurde vorgeschlagen, dass die Neurogenese das Vergessen durch eine Neukonfiguration der Moosfaser-zu-CA3-Schaltkreise verursacht, wenn neu geborene DG-Zellen Verbindungen bilden, was dazu führt, dass die ursprüngliche Gedächtnisspur nicht reaktiviert werden kann8. Computermodellierung der Auswirkungen der Neurogenese auf die Hippocampus-Schaltkreise hat ergeben, dass das Hinzufügen neuer, erregbarerer Einheiten zum DG, nachdem das Netzwerk auf ein bestimmtes Muster trainiert wurde, zu einer Verringerung der Reaktivierungsrate von CA3-Einheiten führt, die zuvor von aktiviert wurden dieses Muster18. Tatsächlich beeinträchtigt die Ablation der Neurogenese die Reaktivierung von Engrammzellen im CA3 während der Angsterinnerung19, was zeigt, dass neugeborene DG-Zellen einen signifikanten Einfluss auf die Aktivität von CA3 während des Gedächtnisabrufs haben.

Computermodelle und Vorhersagen über potenzielle Mechanismen konzentrierten sich bisher stark auf die DG und ihre wichtigen Wechselwirkungen mit unmittelbaren Eingabe- und Ausgabestrukturen (z. B. entorhinaler Kortex und CA320,21,22). Zu Beginn ihrer Reifung knüpfen postnatal geborene Körnerzellen bevorzugt Synapsen an CA3-Interneuronen statt an erregende Neuronen23, was bedeutet, dass die Hinzufügung neuer Neuronen möglicherweise nicht nur dazu führt, dass ältere Moosfaserverbindungen „überschrieben“ werden, sondern auch zu einem breiten Anstieg der Hemmwirkung führt Laufwerk innerhalb des CA3. Obwohl Effekte im CA3 mit ziemlicher Sicherheit eine Rolle spielen, hat sich gezeigt, dass die Neurogenese nachgelagerte Effekte hat, die über den Moosfaserweg hinausgehen. Beispielsweise führt eine erhöhte Neurogenese zu einer erhöhten Hemmung von CA3 und CA116,21. Angesichts der Tatsache, dass der Schaffer-Kollateralweg eine dichtere Konnektivität aufweist als der Moosfaserweg24,25,26,27, könnten durch Neurogenese induzierte Veränderungen der CA3-Aktivität zu noch größeren Veränderungen der CA1-Aktivität führen. Daher wollten wir hier den Einfluss der postnatalen Neurogenese auf die Aktivität von DG, CA3 und CA1 untersuchen.

Wir stellten die Hypothese auf, dass die postnatale Neurogenese den Abruf zuvor erworbener Erinnerungen beeinträchtigt, indem sie die Aktivität oder Erregbarkeit stromabwärts gelegener Hippocampus-Subregionen verändert. Wir haben diese Hypothese getestet, indem wir neurogeneseabhängige Veränderungen in der Aktivität von Hippocampus-Subregionen während des Gedächtnisabrufs untersucht haben. Unsere Ergebnisse deuten auf eine veränderte CA1-Aktivität hin, die durch die Verschlechterung perineuronaler Netze als Mechanismus vermittelt werden könnte, der dem neurogeninduzierten Vergessen zugrunde liegt. Diese Ergebnisse liefern eine mechanistische Darstellung der retrograden Effekte der postnatalen Neurogenese und tragen auch dazu bei, die pro-mnemonischen anterograden Effekte der postnatalen Neurogenese mit den in retrograder Richtung beobachteten pro-vergessenen Effekten in Einklang zu bringen.

Unser erstes Ziel bestand darin, den Einfluss freiwilliger körperlicher Betätigung auf die Gedächtniserhaltung in retrograder Richtung zu bestätigen (Abb. 1a). Dazu trainierten wir zunächst Mäuse, ein kontextuelles Angstgedächtnis aufzubauen (Abb. 1b). Um die Neurogenese zu steigern, erhielt die Hälfte der Mäuse vier Wochen lang ein Laufrad und die andere Hälfte blieb unter normalen Haltungsbedingungen sesshaft. Nach dieser Manipulation beobachteten wir einen signifikanten Rückgang des Gedächtnisabrufs in der Laufgruppe (Abb. 1c), was mit früheren Berichten übereinstimmt, dass eine erhöhte Neurogenese das Vergessen induziert. Um zu bestätigen, dass Laufen die Neurogenese steigert, untersuchten wir den unreifen Neuronenmarker DCX und beobachteten einen signifikanten Anstieg der Anzahl markierter Zellen im Gyrus dentatus von Läufern (Abb. 1d, e). Um festzustellen, ob die Störung des kontextuellen Gedächtnisses nach freiwilligem Training spezifisch für Erinnerungen ist, die vor der Manipulation erworben wurden, führten wir ein Experiment im anterograden Stil durch, bei dem Mäuse vor der kontextuellen Angstkonditionierung Zugang zu einem Laufrad erhielten (ergänzende Abbildung S2a). 30 Tage später haben wir die Mäuse dann getestet. Trotz der vorherigen freiwilligen Trainingsphase konnten wir keine signifikanten Unterschiede zwischen Kontroll- und Laufgruppen beim kontextuellen Erwerb des Angstgedächtnisses (ergänzende Abbildung S2b) oder beim anschließenden Abrufen (ergänzende Abbildung S2c) beobachten. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass freiwilliges Training einen starken Anstieg der Neurogenese induziert und die Stärke bestehender Hippocampus-abhängiger Erinnerungen stark moduliert.

Laufen induziert die Neurogenese, fördert das Vergessen zuvor erworbener Informationen und verändert die CA1-Aktivität. (a) Nach dem Training in einem kontextuellen Konditionierungsparadigma wurden Mäuse 30 Tage lang konventionell gehalten (n = 14) oder erhielten Zugang zum Laufrad (n = 14), bevor die Gedächtniserhaltung getestet wurde. (b) Es gab keinen Unterschied im Anteil der Zeit, die während der kontextuellen Angstkonditionierung zwischen den Gruppen mit Erstarren verbracht wurde. (c) Laufen förderte das Vergessen des konditionierten Kontexts, gemessen an einer Verringerung des Erstarrens im Vergleich zu sesshaften Kontrollmäusen. (d) Beispiel der Doublecortin-Markierung (Cyan) im Gyrus dentatus von Mäusen aus Kontroll- und Laufgruppen. Maßstabsbalken, 50 μm. (e) Mäuse, denen Laufräder zur Verfügung standen, zeigten eine Steigerung der Neurogenese. (f) Beispiele für c-fos + Neuronen (Cyan) in Hippocampus-Subregionen während des kontextuellen Abrufs des Angstkonditionierungsgedächtnisses. Hippocampus-Übersichtsmaßstab, 500 μm. Maßstabsleiste mit hoher Vergrößerung, 50 μm. (g) Laufen veränderte die Dichte von c-fos + Neuronen im DG oder CA3 nicht, erhöhte jedoch die c-fos-Expression im Bereich CA1. (h) Diese Veränderung wird in einem Diagramm der Effektgröße (Cohen's d) weiter veranschaulicht, das zeigt, dass es nur eine zustandsabhängige Abnahme gab, die über dem Bootstrapping-KI von 95 % in CA1 lag. Bei der Datenanalyse wurden der Zwei-Stichproben-T-Test (b,c,e), die ANOVA (e) mit dem Tukey-Post-hoc-Test und die Multiple-Two-Groups-Schätzungsstatistik mit Cohens d als Maß für die Effektgröße (h) verwendet. *P < 0,05. Die angezeigten Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Eine vollständige statistische Analyse finden Sie in der Ergänzungstabelle S1.

Mehrere frühere Studien8,9,10,11,12,13,14,15 haben gezeigt, dass das Vergessen zuvor erworbener Erinnerungen durch eine Erhöhung der Rate der postnatalen Neurogenese induziert wird, und unsere aktuellen Ergebnisse bestätigen diese früheren Erkenntnisse. Unser nächstes Ziel bestand darin, festzustellen, ob wir gestörte Muster der Hippocampusaktivität beobachten können, die dem durch die Neurogenese induzierten Vergessen zugrunde liegen, als ersten Schritt zur Bestimmung des Mechanismus, durch den Erinnerungen geschwächt werden. Zu diesem Zweck untersuchten wir die c-fos-Expression als Proxy für aktivierte Neuronen 28, 29, 30, 31, 32 in verschiedenen Subregionen des Hippocampus. Wir beobachteten eine signifikante Interaktion zwischen Gruppen und Regionen bei der c-fos-Expression (Abb. 1f – g). Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Dichte der c-fos-Expression im Gyus dentatus oder im Bereich CA3. Allerdings wies die Laufgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe einen signifikanten Rückgang von c-Fos im Bereich CA1 auf.

Während der Unterschied nur in CA1 signifikant war, beobachteten wir auch in CA3 einen Trend zu einer Abnahme der c-fos-Expression. Um diese Veränderungen weiter zu analysieren, führten wir Schätzstatistiken durch, um die Effektgrößen in jeder Subregion zu untersuchen. Interessanterweise scheint es einen Wirkungsgradienten zu geben, der von DG zu CA3 und CA1 zunimmt (Abb. 1f – g), was darauf hindeutet, dass der Einfluss der postnatalen Neurogenese an der Stelle ihrer physischen Integration geringer ist als stromabwärts im Hippocampus Schaltung.

Wir untersuchten auch die c-Fos-Expression von Mäusen im anterograden Zustand, bei denen die Neurogenese durch freiwillige körperliche Betätigung vor dem Gedächtniserwerb moduliert wurde. Wie oben erläutert, kam es im anterograden Zustand zu keiner Beeinträchtigung des Gedächtnisses durch das Laufen. Darüber hinaus hatte das Laufen in diesem Zustand keinen Einfluss auf die c-Fos-Expression in einer der Hippocampus-Subregionen während der anschließenden Gedächtnisabfrage (ergänzende Abbildung S2d, e). Dies stützt nachdrücklich die Annahme, dass die Verringerung von CA1 c-Fos im retrograden Zustand eine Folge der verminderten Gedächtniserhaltung ist.

Nachdem wir im Bereich CA1 eine aktivitätsabhängige Signatur einer beeinträchtigten Gedächtnisabfrage identifiziert hatten, führten wir als nächstes eine Faserphotometrie in dieser Region durch, um ein differenzierteres Verständnis der Aktivitätsänderungen im Zusammenhang mit dem durch Neurogenese verursachten Vergessen zu entwickeln. Es wurde das gleiche Verhaltensparadigma und die gleiche Zeitleiste wie oben verwendet, mit der Ausnahme, dass wir GCaMP7f33 viral exprimierten, um die Populationsaktivität des Bereichs CA1 während des kontextuellen Angstlernens und der Erinnerungsabfrage nach dem Laufen zu überwachen (Abb. 2a, b). Wie in unseren c-Fos-Experimenten (Abb. 1) gezeigt, zeigen wir zunächst, dass freiwilliges Laufen die Neurogenese steigerte (Abb. 2c, d), und in dem Maße, in dem die Neurogenese durch freiwilliges Laufen gesteigert wurde, beobachteten wir einen signifikanten Rückgang des Freezings ( Abb. 2e). Wir fanden auch einen signifikanten Zusammenhang zwischen Neurogenese und Gedächtniserhaltung bei Läufern (Abb. 2f). Vor der freiwilligen Übungsmanipulation beobachteten wir während des Trainings keine Gruppenunterschiede bei der kontextuellen Angsterfassung oder bei faserphotometrischen Messwerten (ergänzende Abbildung S3). Nach einem Monat Laufen führten wir Photometrieaufzeichnungen in einem sauberen Mäusekäfig durch, um festzustellen, ob das Laufen einen unspezifischen (dh nicht mnemonischen) Effekt auf die Aktivität der CA1-Population hatte (repräsentative Aufzeichnungen in der ergänzenden Abbildung S4). Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen Läufer- und sitzenden Gruppen in Bezug auf die Grundkalziumaktivität (Abb. 2g), was darauf hindeutet, dass freiwilliges Training keine allgemeine Verschiebung der CA1-Aktivität verursacht. Anschließend überführten wir die Mäuse sofort in die kontextuellen Angstkammern. Dabei beobachteten wir einen Anstieg von GCaMP7f. Aktivität in der Kontrollgruppe, die bei den Läufern deutlich abgeschwächt war (Abb. 2h). Wir berechneten die Fläche unter der Kurve für jede Photometriespur und stellten fest, dass diese Metrik signifikant mit der Gedächtnisstärke korreliert, gemessen anhand der Zeit, die sowohl in der Kontroll- als auch in der Laufgruppe mit dem Einfrieren verbracht wurde (Abb. 2i, j). Diese ersten Photometrieergebnisse deuten auf eine verringerte Populationsaktivität in CA1 nach freiwilliger körperlicher Betätigung hin, die speziell auf den Gedächtnisabruf ausgerichtet ist. Dies steht im Einklang mit den in Abb. 1 gezeigten Änderungen der c-Fos-Expression.

Durch Laufen induzierte Neurogenese erhöht die verhaltensspezifische Aktivität von CA1. (a) Mäuse wurden mit GCaMP7f infiziert. vor der kontextuellen Angstkonditionierung. Anschließend wurden die Mäuse vor einem Gedächtnistest 30 Tage lang konventionell (n = 14) oder mit einem Laufrad (n = 10) gehalten. Während des Trainings und der Gedächtnisabfrage wurde eine Faserphotometrie durchgeführt. (b) Repräsentative Mikrofotografie von GCaMP7f. Ausdruck (Cyan). Übersichtsmaßstab, 100 μm. CA1-Maßstabsbalken, 100 μm. (c) Läufer zeigten einen Anstieg der Neurogenese. (d) Beispiel für die Doppelcortin-Markierung (Cyan) bei Kontrolle und Läufern. Übersichtsmaßstab für gezahnte Zähne, 100 μm. Maßstabsleiste mit hoher Vergrößerung, 50 μm. (e) Durch das Ausführen gefördertes Vergessen des Kontextgedächtnisses. (f) Bei Läufern korrelierte der Anstieg der Doublecortin-Markierung mit der Gedächtnisstärke. (g) Bei Photometrieaufzeichnungen in einem sauberen Heimkäfig vor dem Retentionstest gab es keinen Unterschied im mittleren GCaMP7f. Aktivität zwischen Läufern und Kontrollen. (h) Nach dem Transfer in die Konditionierungskammer zeigten Kontrollmäuse einen deutlich größeren Anstieg des mittleren GCaMP7f. Aktivität von einem Kontext zum nächsten im Vergleich zu Läufern. (i) Mittlerer GCaMP7f. Fluoreszenz während des Kontextgedächtnistests mit dem oben dargestellten Einfrieren des Medianwerts der Gruppe. Siehe Abbildung – Ergänzende Abbildung 1 für nicht grundlinienkorrigierte Gruppenmittelwerte und repräsentative Einzelaufzeichnungen. (j) In beiden Gruppen die Fläche unter dem GCaMP7f. Die Fluoreszenzkurve während des gesamten Versuchs korrelierte signifikant mit dem Prozentsatz des Gefrierens. Die Photometrieaufzeichnungen wurden dann nach Verhaltensausdruck getrennt. (k) Die Fläche unter der Kurve wurde bei Läufern unabhängig vom Verhaltensausdruck unterdrückt. (l) Die mittlere Peakhöhe des Photometriesignals unterschied sich nicht zwischen den Bedingungen oder dem Verhaltensausdruck. (m) Kontrollmäuse zeigten einen Anstieg von GCaMP7f. Spitzenfrequenz (Peaks/s) während der Bewegung relativ zum Gefrierpunkt. Bei Läufern konnte dieser verhaltensspezifische Frequenzanstieg während der Bewegung nicht nachgewiesen werden. Bei der Datenanalyse wurden der Zweistichproben-T-Test (c,e,g,h) und die Zweiweg-ANOVA (k,l,m) mit Tukeys Post-hoc-Test verwendet. *P < 0,05. Die angezeigten Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Eine vollständige statistische Analyse finden Sie in der Ergänzungstabelle S2.

Als nächstes waren wir daran interessiert, festzustellen, ob wir die Kontroll- und die Laufgruppe anhand der unterschiedlichen CA1-Aktivität während des Gefrierverhaltens im Vergleich zum Nicht-Gefrierverhalten unterscheiden können. Wir untersuchten die AUC und beobachteten einen signifikanten Rückgang bei den Läufern (Abb. 2k). Dieser Wert nahm jedoch sowohl während der Bewegung als auch beim Einfrieren kontinuierlich ab. Wir haben auch die Spitzenhäufigkeit analysiert, und obwohl es keinen signifikanten Haupteffekt der Gruppe gab, gab es einen signifikanten Gruppeneffekt durch Verhaltensinteraktion. Wir untersuchten die mittlere Peakhöhe und stellten fest, dass sich diese Metrik zwischen den Gruppen nicht signifikant unterschied und sich auch nicht in Abhängigkeit vom Gefrierverhalten im Vergleich zum Nichtgefrierverhalten änderte (Abb. 2l). Bei Frostperioden zeigten sowohl die Kontrollpersonen als auch die Läufer eine niedrige Spitzenfrequenz. Während der Bewegungsphasen zeigten Kontrollmäuse einen signifikanten Anstieg der CA1-Peakfrequenz, der in der Laufgruppe nicht beobachtet wurde (Abb. 2m). Dies deutet darauf hin, dass die verhaltensabhängigen Unterschiede in der Spitzenfrequenz höchstwahrscheinlich nicht auf die Rekrutierung zusätzlicher Neuronen zurückzuführen sind (in diesem Fall wäre ein Anstieg der Spitzenhöhe zu erwarten), sondern vielmehr auf Änderungen in der Häufigkeit derselben Neuronenpopulation34.

Perineuronale Netze (PNNs) haben eine Rolle bei der Modulation von Plastizität, Erregbarkeit und Gedächtnisstärke vorgeschlagen35,36,37. Es wurde zuvor gezeigt, dass Faktoren wie der Zugang zum Laufrad und das Alter die Expressionsdichte von PNNs im Hippocampus verändern38,39. Obwohl beide Faktoren auch die Neurogenese beeinflussen, wurde ein Zusammenhang zwischen beiden nur vermutet40. Wir vermuteten, dass der Zusammenhang zwischen postnataler Neurogenese und dem Expressionsmuster von PNNs möglicherweise die damit verbundene Abnahme der Gedächtnisexpression erklären könnte. Wir haben daher die Dichte von PNNs in DG, CA3 und CA1 von Mäusen quantifiziert, die nach dem Lernen eine Manipulation der Neurogenese durch freiwillige Übungen erfahren hatten (Abb. 3a). Interessanterweise beobachteten wir das gleiche Änderungsmuster wie bei der c-Fos-Expression, d. h. eine Interaktion nach Regionen mit einer Verringerung der PNN-Dichte im CA1 der Laufgruppe (Abb. 3b, c). Mithilfe der konfokalen Mikroskopie mit hoher Vergrößerung untersuchten wir die Oberfläche der verbleibenden PNNs im CA1 und stellten fest, dass es neben der Abnahme der Gesamtzahl auch eine Abnahme der Kontiguität der Oberflächenstruktur in der Laufgruppe gab, was möglicherweise ein Hinweis ist des Abbaus der PNNs (Abb. 3d – f). Um zu untersuchen, inwieweit die perineuronale Nettoexpression durch die Neurogenese per se gestört wird, haben wir interessanterweise sowohl die Kontiguität als auch die Dichte von PNNs mit der Anzahl der DCX-markierten unreifen Neuronen korreliert. In beiden Fällen gab es starke inverse Korrelationen in der Kontrollgruppe (signifikant im Fall von Kontiguität und ein nahezu signifikanter Trend mit der PNN-Dichte), während diese Korrelationen in der Laufgruppe schwach und nicht signifikant waren (Abb. 3g, h).

Durch Laufen induzierte Neurogenese verringert die Dichte und Kontiguität perineuronaler Netze in CA1. (a) Repräsentative Mikrofotografie der PNN-Expression (Cyan) im Hippocampus mit stark vergrößerten Bildern von CA1, CA3 und dem Gyrus dentatus. Hippocampus-Übersichtsmaßstab, 500 μm. Maßstabsleiste mit hoher Vergrößerung, 50 μm. (b) PNN-Expressionsdichte bei Kontrollen (n = 8) und Läufern (n = 7). Maßstabsbalken, 250 μm. (c) Durch Laufen induzierte Neurogenese verringerte die Expressionsdichte von PNNs in CA1. (d) Hochauflösende Bilder von PNNs wurden vom CA1 gesammelt und (e) mithilfe von Schwellenwerten binarisiert, um die Kontiguität zu bewerten. Maßstabsbalken, 25 μm. (f) Durch Laufen induzierte Neurogenese verringerte die Kontiguität von PNNs in CA1. In der Kontrollbedingung tendierte die Dichte der Doublecortin + -Zellen stark in die antikorrelierte Richtung mit (g) CA1-PNN-Expressionsdichte und (h) CA1-PNN-Kontiguität, während keine dieser Korrelationen in der laufenden Bedingung signifikant war. Bei der Datenanalyse wurden ANOVA (c) mit Tukey-Test während Post-hoc-Mehrfachvergleichen und der Zwei-Stichproben-T-Test (f) verwendet. *P < 0,05. Die angezeigten Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Eine vollständige statistische Analyse finden Sie in der Ergänzungstabelle S3.

Um weiter zu bestimmen, ob die Neurogenese tatsächlich der Faktor ist, der die Expression perineuronaler Netze in CA1 moduliert, untersuchten wir zusätzliche Regulatoren der postnatalen Neurogenese. Als zusätzlichen Mechanismus zur Steigerung der Neurogenese behandelten wir Mäuse mit Memantin11 und zur Verringerung der Neurogenese verwendeten wir Temozolomid41 (TMZ). Im Vergleich zu Mäusen, denen Kochsalzlösung injiziert wurde, führte die Memantin-Behandlung zu einer signifikanten Abnahme der PNN-Expression in CA1 (jedoch nicht in DG oder CA3), genau wie dies auch beim freiwilligen Laufen beobachtet wurde. TMZ hingegen reduzierte die Neurogenese und erhöhte anschließend die Expression von PNNs in CA1 (Abb. 4a, b).

Die Aktivität unreifer Körnerzellen im Gyrus dentatus steht im umgekehrten Verhältnis zur Dichte der perineuronalen Netze in CA1. (a) 4 Wochen TMZ-Behandlung (n = 5) erhöhte die Expressionsdichte und Memantin-Behandlung (n = 5) verringerte die Expressionsdichte von PNNs in CA1 im Vergleich zu mit Kochsalzlösung behandelten Kontrollen (n = 5). Dieser Behandlungseffekt war im Gyrus dentatus oder CA3 nicht vorhanden. (b) Die Behandlung mit Memantin induzierte einen Anstieg der Neurogenese, während die Behandlung mit TMZ die Neurogenese im Vergleich zu mit Kochsalzlösung behandelten Kontrollen reduzierte. (c) Die Expressionsdichte von PNNs in CA1 nahm mit zunehmendem Alter während der gesamten Adoleszenz zu, während (d) die Neurogenese abnahm. (e) Optische Fasern wurden 14 Tage vor der kontextuellen Konditionierung in den Gyrus dentatus von tg + (n = 4) und tg- (n = 4) Nestin-ChR2-Mäusen implantiert. Nestin-exprimierende unreife Neuronen im Gyrus dentatus wurden dann 14 Tage lang täglich 5 Minuten lang bei 10 Hz stimuliert. Die Mäuse wurden 28 Tage nach der Konditionierung wieder in den konditionierten Kontext eingeführt. (f) Während der Wiedereinführung in den konditionierten Kontext zeigten ChR2 tg + -Mäuse im Vergleich zu ChR2 tg--Kontrollen ein beeinträchtigtes Gedächtnis. (g) ChR2 tg + -Mäuse zeigten auch eine signifikante Abnahme der CA1-PNN-Expressionsdichte. (h) Diese Veränderungen im Gedächtnisabruf und in der CA1-PNN-Expressionsdichte traten auf, wenn keine Unterschiede in der Expressionsdichte von Doublecortin + unreifen Neuronen auftraten. Bei der Datenanalyse wurden ANOVA (a–d) mit Tukey-Test während Post-hoc-Mehrfachvergleichen und der Zwei-Stichproben-T-Test (f–h) verwendet. *P < 0,05. Die angezeigten Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Eine vollständige statistische Analyse finden Sie in der Ergänzungstabelle S4.

Die postnatale Neurogenese im Hippocampus hängt stark vom Alter des Tieres ab. Jugendliche Mäuse weisen ein deutlich höheres Maß an Neurogenese auf als ältere Mäuse, und der Rückgang der Neurogenese beginnt schon früh im Leben14,42. Daher haben wir versucht, das Alter als zusätzlichen natürlichen Modulator der postnatalen Neurogenese zu nutzen, um Unterschiede in der PNN-Expression zu untersuchen. Wenn die Integration postnatal erzeugter Neuronen tatsächlich die CA1-PNN-Expression negativ reguliert, dann würden wir mit zunehmendem Alter einen Anstieg der PNN-Expression erwarten. Um dies zu testen, haben wir die PNN-Expression in CA1 von Mäusen quantifiziert, die 1, 2 oder 4 Monate alt waren. Wie erwartet beobachteten wir einen signifikanten altersabhängigen Rückgang der Neurogenese und einen entsprechenden altersabhängigen Anstieg der PNNs in CA1 (Abb. 4c, d)43. Diese Ergebnisse liefern weitere Belege dafür, dass das Ausmaß der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus die CA1-PNN-Expression beeinflusst.

Zusammengenommen deuten die Ergebnisse dieser verschiedenen Manipulationen stark darauf hin, dass die postnatale Neurogenese die PNN-Expression im Bereich CA1 modulierte. Aber wie wirkt sich die postnatale Neurogenese im DG auf die PNN-Expression in CA1 aus? Direkte und/oder lokale neuronale Aktivität wurde zuvor mit der Modifikation von PNNs in Verbindung gebracht44,45,46. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Aktivität postnatal erzeugter Neuronen die Schaltkreisaktivität des DG verändern könnte, was zu PNN-Änderungen in CA1 führen könnte. Um den Einfluss der Aktivität neuer Neuronen zu untersuchen, verwendeten wir eine Nestin-Cre/ERT2-Mauslinie, um ChR2 in unreifen Neuronen zu exprimieren. Die optogenetische Stimulation dieser unreifen Neuronenpopulation wurde zwei Wochen lang täglich angewendet, beginnend 24 Stunden nach der kontextuellen Angstkonditionierung. Dieser optogenetische Ansatz reichte aus, um das Vergessen des zuvor erworbenen kontextuellen Angstgedächtnisses auszulösen, als er einen Monat nach dem ersten Lernen getestet wurde (Abb. 4e, f). Die optogenetische Stimulation verringerte die PNN-Expression in CA1 im Vergleich zur nicht stimulierten Kontrollgruppe signifikant (Abb. 4g). Die Anzahl der DCX+-Zellen im DG erhöhte sich jedoch nicht (Abb. 4h). Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die Aktivität unreifer Neuronen im DG einen direkten Einfluss auf die CA1-PNN-Expression haben kann.

Wir und andere haben gezeigt, dass eine erhöhte postnatale Neurogenese umgekehrt mit der Stärke der Erinnerungen zusammenhängt, die vor der Steigerung der Neurogenese erworben wurden8,9,10,11,12,13,14,15. Hier wollten wir die Mechanismen untersuchen, die dieser Form des neurogeneseinduzierten Vergessens zugrunde liegen (Abb. 5). Wir begannen damit, Veränderungen in der erfahrungsabhängigen c-Fos-Expression im HPC zu identifizieren, die mit Vergessen verbunden sind. Wir fanden heraus, dass ein verringerter kontextueller Abruf des Angstgedächtnisses mit einer verringerten c-Fos-Expression insbesondere im CA1-Unterfeld einherging. Dieses Ergebnis weist auf die Bedeutung von CA1 für den Gedächtnisabruf hin und legt nahe, dass die postnatale Neurogenese die Gedächtnisspeicherung und/oder den Gedächtnisabruf in dieser Region stört. Es wurde gezeigt, dass CA1 während des Abrufs kontextbezogener Angsterinnerungen aktiv ist47,48 und Beeinträchtigungen bei der Erinnerung an Angstgedächtnisse können durch eine optogenetische Störung von CA149,50 hervorgerufen werden. Einige haben auch vorgeschlagen, dass CA1 nicht als Speicherbereich an sich, sondern als Dekodierschaltung für orthogonalisierte Speicher in CA351 fungiert. Unabhängig von der genauen Funktion von CA1 hat eine Störung seiner Aktivität eindeutig entscheidende Auswirkungen auf den Gedächtnisabruf.

Zusammenfassung der Ergebnisse. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass eine erhöhte Neurogenese große Downstream-Effekte auf die Aktivität und PNN-Expressionsdichte des Bereichs CA1 verursacht. Interessanterweise fehlen die Effekte in DG und CA3, wo keine Unterschiede in der PNN der c-Fos-Expressionsdichten berichtet wurden, obwohl diese Bereiche näher an postnatal geborenen Körnerzellen liegen. Auf dieser Grundlage schlagen wir vor, dass wichtige Mechanismen des durch Neurogenese induzierten Vergessens in physiologischen Veränderungen liegen, die distal und stromabwärts im CA1 auftreten.

Um die Aktivitätsänderungen in CA1, die mit neurogeneseinduziertem Vergessen verbunden sind, weiter zu untersuchen, führten wir eine In-vivo-Faserphotometrie durch. Wenn eine erhöhte Neurogenese (oder alternativ unspezifische Effekte freiwilliger körperlicher Betätigung) zu einer allgemeinen Abnahme der Aktivität führen würde, die den Abruf blockiert, würden wir ein verringertes Ca2+-Grundsignal in Ca1 vorhersagen. Allerdings beobachteten wir keinen Grundlinienunterschied in der Aktivität, sondern zeigten stattdessen, dass das Vergessen mit einer allgemeinen kontextspezifischen Verringerung des CA2+-Signals der CA1-Population sowie einer verhaltensabhängigen Abnahme der Spitzenfrequenz während der Bewegung verbunden war. Die Abnahme dieser beiden Stellvertreter der neuronalen Aktivität im CA1 bei beeinträchtigtem Gedächtnisabruf legt nahe, dass das CA1 eine entscheidende Rolle bei der Speicherung von Kontexterinnerungen spielt und dass eine erhöhte Neurogenese das Vergessen induziert, indem es die Gedächtnisspeicherung im CA1 moduliert.

Bei der Auswertung von Faserphotometriedaten sollten wichtige Kontrollen berücksichtigt werden, um den Einfluss von Bewegungsartefakten auf das Signal zu verhindern. Zusätzlich zum 470-nm-GCaMP-Kanal haben wir auch die Fluoreszenzintensität eines 415-nm-Kanals aufgezeichnet, wie es für die Faserphotometrie Standard ist52,53,54,55,56. Der 415-nm-Kanal stimmt mit dem isosbestischen Punkt von GCaMP7f33 überein; Daher wird davon ausgegangen, dass die resultierende Fluoreszenzintensität, die als Reaktion auf diese Wellenlänge aufgezeichnet wird, unabhängig von der Calciumbindung ist. Abweichungen im Fluoreszenzsignal, die im isosbestischen Kanal beobachtet werden, werden dann als bewegungs- und geräuschbedingte Ereignisse angesehen und im kalziumabhängigen GCaMP-Signal nachträglich kontrolliert, indem das rauschbezogene Signal subtrahiert wird, nachdem die Signale linear skaliert wurden, um den Kanal zu berücksichtigen -bedingte Unterschiede in der Antwortamplitude57,58.

In der aktuellen Studie haben wir das Photometriesignal mit Verhaltensaufzeichnungen synchronisiert. Dadurch konnten wir Photometriesignale während einzelner Bewegungsphasen und während des Erstarrens der Mäuse vergleichen, was ein Indikator für die Gedächtniserhaltung ist. Beim Abruf des kontextuellen Gedächtnisses korrelierten die Bereiche unter der Kurve der Photometriespuren stark mit der Bewegung (Abb. 2j), es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sie auf ein Bewegungsartefakt zurückzuführen sind. Wenn diese Korrelation das Ergebnis eines Bewegungsartefakts wäre, wäre sie auch während der Konditionierungssitzung zu erwarten gewesen. Wir haben jedoch festgestellt, dass die Größen der Flächen unter der Kurve der Photometriespuren nicht mit der Bewegung während der Erfassung des Kontextgedächtnisses korrelieren (ergänzende Abbildung S3c). Dies deutet darauf hin, dass die Beziehung zwischen Photometriesignal und Bewegung nicht mit einem Bewegungsartefakt zusammenhängt, sondern sich stattdessen auf die artspezifische Erstarrungsreaktion als Stellvertreter des kontextuellen Angstgedächtnisses bezieht. Ein potenzieller Nachteil für die im aktuellen Projekt durchgeführten Photometrieanalysen ist das Fehlen einer Bewegungsverfolgung während des Basisaufzeichnungszeitraums. Während der Kontextkonditionierung wurden jedoch keine Unterschiede im Bewegungsverhalten beobachtet (ergänzende Abbildung S3a).

Nachdem wir die Auswirkungen der Neurogenese auf die Aktivität von CA1 untersucht hatten, untersuchten wir als nächstes neurogeneseinduzierte Veränderungen in perineuronalen Netzen in Hippocampus-Subregionen auf der Grundlage der vorgeschlagenen Funktionen dieser extrazellulären Matrixkomponenten bei der Modulation, Plastizität und Erregbarkeit59. Wir liefern übereinstimmende Belege für den Einfluss positiver Modulatoren (running9,10,12, memantine11) und negativer Modulatoren (TMZ9, aging60) der postnatalen Neurogenese auf die PNN-Expression im Bereich CA1 des Hippocampus. Während eine abnehmende Neurogenese mit einer erhöhten PNN-Expression im Bereich CA1 verbunden war, war eine zunehmende Neurogenese mit einer verringerten PNN-Expression in CA1 verbunden.

Frühere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass perineuronale Netze im Bereich CA1 die Stabilität des Langzeitgedächtnisses schützen und dass ihre Entfernung die Gedächtnisspeicherung durch einen Mechanismus verringert, der eine erhöhte Aktivität von Parvalbumin exprimierenden Interneuronen beinhaltet35. Es wurde auch vermutet, dass die Eliminierung der perineuronalen CA1-Netze eine Einschränkung der Langzeitdepression (LTD) bewirkt37,61. Angesichts der Tatsache, dass LTD zur Eliminierung von Synapsen62 führen kann, könnte dies auch zu einer Verringerung des Gedächtnisausdrucks führen. Einer oder beide dieser Mechanismen könnten durch die Verringerung der perineuronalen Nettoexpression von CA1 induziert werden, die wir durch die Erhöhung der Anzahl oder Aktivität postnatal erzeugter Neuronen identifiziert haben. Diese Mechanismen stehen auch im Einklang mit den hier beobachteten verminderten Mustern der CA1-Aktivität. Wenn die perineuronale Nettoreduktion die Häufigkeit von PV-Interneuronen erhöht, wie zuvor gezeigt wurde, wäre eine daraus resultierende Abnahme der Erregung von CA1 zu erwarten, wie dies im Hinblick auf die c-Fos-Expression und die GCAMP7-Aktivität beobachtet wurde.

Unsere Ergebnisse zu Veränderungen der CA1-PNN-Expressionsdichte mit zunehmendem Alter und freiwilliger körperlicher Betätigung stimmen mit früheren Berichten überein38,39. In diesen früheren Berichten wurde jedoch die Neurogenese nicht untersucht, ein Prozess, der unter beiden Bedingungen verändert ist. In der vorliegenden Studie zeigen wir eine veränderte PNN-Expressionsdichte im CA1 unter fünf Bedingungen, unter denen postnatal geborene Neuronen verändert sind. Darüber hinaus zeigen wir hier, dass die direkte optogenetische Stimulation unreifer, postnatal erzeugter Neuronen im Gyrus dentatus, ohne Veränderung der Anzahl neuer Neuronen, sowohl das Vergessen eines zuvor erworbenen Gedächtnisses als auch eine Umgestaltung der perineuronalen Netze im Bereich CA1 induziert. Dieses Muster spiegelt das Verhaltensphänomen wider, das wir beim Laufen als Modulator der postnatalen Neurogenese beobachtet haben. Zuvor wurde durch kombiniertes Laufen und transgene Hemmung der postnatalen Neurogenese gezeigt, dass die Auswirkungen des Laufens auf das Vergessen zuvor erworbener Erinnerungen speziell von der Steigerung der Neurogenese abhängen. Unsere Beobachtung, dass die direkte optogenetische Stimulation neuer Neuronen das Vergessen induziert, liefert einen weiteren Beweis für den spezifischen Effekt einer erhöhten Erregbarkeit postnatal erzeugter Neuronen, die mit der Neurogenese bei diesem Phänomen verbunden sind.

Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass die Dichte perineuronaler Netze im Hippocampus durch direkte künstliche Stimulation oder Hemmung mithilfe von DREADDs bidirektional verändert werden kann46. Nach unserem besten Wissen gehören unsere aktuellen Ergebnisse jedoch zu den ersten, die eine aktivitätsinduzierte Störung perineuronaler Netze belegen, die über einen polysynaptischen Weg erfolgt und nicht über eine Stimulation, die entweder auf die interessierende Region beschränkt ist oder auf die PNNs selbst abzielt. Dies unterstreicht weiter, dass die postnatale Neurogenese zwar die strukturelle Konnektivität der lokalen Schaltkreise im Gyrus dentatus und proximal zu CA3 modulieren kann, die funktionellen Konsequenzen der Aktivität neuer Neuronen jedoch in Bereichen beobachtet werden können, die nicht direkt mit dem Gyrus dentatus verbunden sind. Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass neue Neuronen im DG bevorzugt mit Hilus-Interneuronen und CA3-Interneuronen interagieren23. Somit könnte eine erhöhte Neurogenese zu einer Verlagerung hin zu einem stärker hemmenden Antrieb vom DG auf das CA3 geführt haben, was zu einer verminderten c-Fos-Expression stromabwärts des DG geführt hätte. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass eine erhöhte Neurogenese zu einer verstärkten Hemmung in CA3 und CA1 führt, mit einer erhöhten Aktivität von Parvalbumin-Interneuronen in beiden Regionen und einer Abnahme der CA1-Sharp-Wave-Ripples63.

Eine Erklärung dafür, warum unsere c-fos- und PNN-Effekte im CA1 am größten erscheinen, könnte sein, dass DG-CA3-Verbindungen im Vergleich zu CA3-CA1-Verbindungen eher spärlich sind24,25,27, was theoretisch bedeutet, dass sich die Bevölkerungsaktivität im CA3 geringfügig ändert könnte nachgelagerte Effekte im CA1 verstärkt haben.

Die vorliegende Studie liefert Hinweise auf neurogeneseinduziertes Vergessen bei weiblichen Mäusen und legt nahe, dass dieser Mechanismus teilweise durch die Störung perineuronaler Netze in CA1 vermittelt wird, die ansonsten Erinnerungen vor dem Abbau schützen könnten. Dieser Verhaltenseffekt des durch Neurogenese induzierten Vergessens wurde zuvor sowohl bei weiblichen als auch bei männlichen Nagetieren nachgewiesen9,10,11,13, obwohl es möglich ist, dass die zugrunde liegenden Mechanismen unterschiedlich sind. Geschlechtsunterschiede bestehen sowohl im Verhalten während der kontextuellen Konditionierung64,65,66 als auch in den Neurogeneseraten67,68,69. Daher könnten zukünftige Studien auf diesen Ergebnissen aufbauen und beurteilen, ob diese Veränderungen in der CA1-PNN-Expressionsdichte auch bei männlichen Mäusen vorhanden sind.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stehen im Einklang mit Theorien zur Neurogenese, die die Auswirkungen proaktiver Eingriffe verringert8,9,70. Aufgrund der viel höheren Neurogeneseraten in jungen Gehirnen wurde vermutet, dass die postnatale Neurogenese für Jugendliche als Mechanismus der Schaltkreisbildung und nicht als Bestandteil der laufenden Hippocampusfunktion von vorrangiger Bedeutung sein könnte71,72. Allerdings setzt sich die postnatale Neurogenese bei erwachsenen und älteren Tieren fort, wenn auch mit einer geringeren Rate73,74,75,76,77,78. Computermodelle haben gezeigt, dass selbst Neurogeneseraten von nur 0,2 % der Gesamtpopulation der DG-Körnerzellen ausreichen, um Verhaltenseffekte hervorzurufen, die mit einer verringerten proaktiven Interferenz vereinbar sind79. Daher glauben wir nicht, dass diese beiden Theorien unvereinbar sind oder sich gegenseitig ausschließen.

In der vorliegenden Studie können wir nur über die im Zusammenhang mit dem Gehirn von Mäusen beobachteten Effekte berichten und daher bleibt unklar, ob die Neurogenese beim Menschen eine ähnliche Rolle beim Vergessen und bei der Regulierung proaktiver Interferenzen spielen könnte. Die Neurogenese wurde im erwachsenen menschlichen Gehirn durch zahlreiche Studien dokumentiert78,80,81,82,83,84,85,86,87. Mehrere neuere Studien haben eine Kontroverse darüber entfacht, ob es im erwachsenen Gehirn zumindest das Ausmaß der postnatalen Neurogenese gibt88,89,90. In den vielen Studien, die die Neurogenese im erwachsenen Gehirn beobachtet haben, ist die Rate der Produktion neuer Neuronen relativ niedrig78. Wie oben erläutert, deuten Computermodelle jedoch darauf hin, dass selbst ein sehr geringes Maß an postnataler Neurogenese das Vergessen hervorrufen kann und daher das geringe Maß an Neurogenese bei erwachsenen Menschen diese Funktion im menschlichen Gehirn nicht ausschließt. Basierend auf dem aktuellen Wissensstand ist es noch nicht möglich, die Übersetzbarkeit des Neurogenese-induzierten Vergessens zu bestimmen.

Die Optimierung sowohl des Lernens als auch des Gedächtnisses erfordert ein Gleichgewicht zwischen Plastizität und Stabilität des Schaltkreises. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass das durch Neurogenese verursachte Vergessen mit der Erleichterung neuen Lernens einhergeht10. Dieser vielschichtige Effekt könnte einfach durch eine Zunahme der Plastizität erklärt werden, die das Gleichgewicht des Schaltkreises verschieben würde, um den Erwerb zu fördern und Erinnerungen zu stören, deren Abruf die Stabilität dieses Schaltkreises erfordert. Mechanistisch liefern wir starke Beweise dafür, dass die postnatale Neurogenese dieses Schaltkreisgleichgewicht durch eine aktivitätsabhängige Modulation perineuronaler Netze im Bereich CA1 verändert. In den aktuellen Studien haben wir Mechanismen untersucht, die mit dem durch die Neurogenese induzierten Vergessen zusammenhängen. Dies ist jedoch nicht die einzige Funktion, an der die Neurogenese beteiligt ist. Es wurde gezeigt oder theoretisiert, dass die postnatale Neurogenese zahlreiche Rollen spielt, einschließlich der Stimmungsregulierung91,92,93,94,95 , kognitive Flexibilität96,97,98, Mustertrennung4,12,99,100, Langzeitgedächtnis101,102,103. Daher erwarten wir nicht, dass es eine singuläre Funktion der postnatalen Neurogenese gibt. Die Interaktion zwischen postnatal erzeugten Neuronen und den vorhandenen neuronalen Schaltkreisen ist komplex und es kann separate nachgeschaltete Mechanismen geben, die diese anderen Faktoren (z. B. Kognition oder Stimmung) beeinflussen. Möglicherweise gibt es jedoch auch einen gemeinsamen Mechanismus in Bezug auf die Modulation von PNNs, der teilweise mehrere der vorgeschlagenen Funktionen der postnatalen Neurogenese vermitteln könnte. Beispielsweise ist die PNN-Expression in mehreren Gehirnregionen, einschließlich CA1, mit Stress und Stimmungsstörungen verbunden104,105,106. Ebenso sind PNNs wichtig für das Lernen61,107, das Gedächtnis35,59,108, die kognitive Flexibilität109,110 und die Bildung von Entwicklungsschaltkreisen111,112. Um zu bestimmen, inwieweit eine veränderte PNN-Expression andere Funktionen der postnatalen Neurogenese vermittelt, sind weitere zukünftige Arbeiten erforderlich.

Wir haben zwei Mäusestämme verwendet. Für die meisten Experimente wurden C57Bl/6N-Hintergrundmäuse (JAX) verwendet. Eine transgene Mauslinie, die CreERT2 unter der Nestin-Promotorsequenz (JAX) exprimiert, wurde auch für das optogenetische Targeting unreifer Neuronen verwendet. In allen Experimenten wurden weibliche Mäuse verwendet, die zu Beginn des Tests 7 Wochen alt waren. Die Mäuse wurden in Standardkäfigen mit drei bis fünf Mäusen pro Käfig und freiem Zugang zu Futter und Wasser gehalten. Die Raumbeleuchtung wurde in einem 12-Stunden-/12-Stunden-Hell-/Dunkel-Zyklus (8 Uhr morgens, Licht an) aufrechterhalten. Alle Verhaltenstests und Photometrieexperimente wurden während der Lichtzyklusphase durchgeführt. Die Experimente wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Leitlinien des Canadian Council on Animal Care durchgeführt und vom Tierpflegeausschuss der University of Calgary genehmigt. Die Studie wird gemäß den ARRIVE-Richtlinien berichtet.

Um die Neurogenese zu steigern, erhielten Mäuse einen Monat lang freiwilligen Zugang zu einem Laufrad (Fast Trac™, Med Associates Inc., Fairfax, VT, USA, 16 cm Durchmesser) in ihrem Heimkäfig. Freiwilliges Laufen ist ein hoch reproduzierbarer und weit verbreiteter Ansatz zur Steigerung der Neurogenese. Es wurde hier ausgewählt, weil es in früheren Experimenten zur Untersuchung des neurogeneseinduzierten Vergessens verwendet wurde, bei denen festgestellt wurde, dass die Verhaltenseffekte spezifisch von der Zunahme der Neurogenese abhängen9,10,12. Mäusen wurde beigebracht, Laufräder zu benutzen, indem man sie vorsichtig auf das Laufrad stellte und ihnen den Weg vom Laufrad versperrte. Mäuse galten als trainiert, wenn sie etwa 30 Sekunden lang auf dem Rad liefen. Radumdrehungen wurden kontinuierlich mit dem Wheel Manager-Softwareprogramm (Med Associates Inc., Fairfax, VT, USA) aufgezeichnet und die Anzahl der Radumdrehungen durch die Anzahl der Mäuse im Käfig dividiert, um eine geschätzte Laufstrecke pro Maus zu erhalten. Mäuse liefen durchschnittlich 8,1 km (± 1,1 km) pro Tag. Mäuse in der sesshaften Gruppe wurden konventionell ohne Laufrad gehalten, verfügten jedoch über Standardausstattungsgegenstände (Kuppelhaus und Nistmaterial).

Um die Auswirkungen der Neurogenese auf perineuronale Netze zu quantifizieren, wurden Gruppen von Mäusen auch mit Temozolomid (TMZ) zur Verringerung der Neurogenese oder Memantin zur Steigerung der Neurogenese behandelt. Den Kontrollmäusen wurde 0,9 %ige Kochsalzlösung injiziert. TMZ wurde wie zuvor beschrieben verabreicht41. Wir injizierten Mäusen an drei aufeinanderfolgenden Tagen pro Woche über einen Zeitraum von 4 Wochen eine Dosis von 25 mg/kg (ip). Memantin wurde 4 Wochen lang einmal pro Woche in einer Dosis von 25 mg/kg (ip) injiziert. Schließlich nutzten wir das Alter auch als naturalistischen Modulator der postnatalen Neurogenese. Weibliche C57bl/6 N-Mäuse wurden entweder im Alter von 4, 8 oder 12 Wochen perfundiert und perineuronale Netze wurden wie unten beschrieben markiert.

Vor der kontextuellen Angstkonditionierung wurden alle Mäuse 3 bis 5 Tage lang jeden Tag 5 Minuten lang behandelt, bis die Mäuse beim Behandler ruhig waren. Die kontextuellen Angstkonditionierungskammern (17 cm × 17 cm × 24,7 cm) von Ugo Basile (Gemonio, Italien) wurden in geräuschreduzierenden Schränken platziert. Die Konditionierungsumgebung verfügte über Schockgitterböden (Stäbe mit einem Abstand von 0,5 cm und einem Durchmesser von 0,2 cm). Das Verhalten wurde mithilfe von Overhead-Infrarotkameras überwacht und mithilfe automatisierter Tracking-Software (ANY-Maze, Stoelting, Wood Dale, IL, USA) automatisch bewertet. Während des 5-minütigen Trainingsversuchs durften Mäuse die Kammer zwei Minuten lang erkunden, bevor ihnen drei Schocks (1 mA, 2 s) im Abstand von jeweils 1 Minute verabreicht wurden. Die Mäuse wurden eine Minute nach dem letzten Schock aus der Konditionierungskammer genommen und für 24 Stunden ungestört in ihren Heimkäfig zurückgesetzt. Dann wurden der Hälfte der Mäuse Laufräder vorgestellt. Nach vierwöchiger Manipulation der Neurogenese wurden die Mäuse fünf Minuten lang ohne Schocks in der kontextuellen Angstaufgabe getestet. Das Laufrad wurde am Tag vor dem Verhaltenstest blockiert, um einen direkten Einfluss des Trainings auf das Aktivitätsniveau während des Tests zu verhindern. Das Einfrieren wurde als primäres Maß für die Gedächtniserhaltung verwendet und wurde als völliger Bewegungsmangel, mit Ausnahme der Atmung, für mindestens eine Sekunde definiert. Das Einfrieren wurde automatisch vom ANY-maze-Softwaresystem berechnet und von einem Experimentator, der keine Ahnung von den Behandlungsbedingungen hatte, stichprobenartig auf Genauigkeit überprüft. Alle Mäuse wurden 90 Minuten nach dem Kontextgedächtnistest perfundiert, um die c-Fos-Expression im gesamten Hippocampus zu quantifizieren.

In einem separaten Experiment erhielten Mäuse zunächst einen Monat lang Zugang zu einem Laufrad oder wurden unter Standardbedingungen ohne Laufrad gehalten. Anschließend wurden die Laufräder entfernt und den Mäusen ein kontextuelles Angstkonditionierungsparadigma wie oben beschrieben beigebracht. Einen Monat später wurden die Mäuse dann auf ihr Kontextgedächtnis getestet. Alle Mäuse wurden 90 Minuten nach dem Kontextgedächtnistest perfundiert, um die c-Fos-Expression im gesamten Hippocampus zu quantifizieren.

Die Operationen wurden unter Isofluran-Anästhesie durchgeführt, die über ein Somnosuite-Anästhesiesystem (Kent Scientific) verabreicht wurde, das reinen komprimierten Sauerstoff ansaugte. Mäuse wurden mit einer Isoflurankonzentration von 5 % induziert, bevor sie auf einen stereotaktischen Kopfrahmen (Kopf) übertragen und bei ~ 2 % Isofluran gehalten wurden. Die innere Körpertemperatur wurde mit einem Rektalthermometer überwacht und mit einem homöothermischen Pad reguliert. Zu Beginn der Operation wurden Analgesie (Anafen; 5 mg/kg; sc) und Flüssigkeitsunterstützung (Laktat-Ringer-Lösung; sc) verabreicht. Die Kopfhaut wurde rasiert und abwechselnd mit Chlorhexidin- und 70 %-Ethanol-Peelings gereinigt, dann entlang der Mittellinie eingeschnitten und der Schädel mit 3 % H2O2 geschrubbt. Unter Verwendung eines robotischen stereotaktischen Manipulators in Kombination mit der Stereodrive-Software (Neurostar) wurden die Positionen von Bregma und Lambda sowie zwei Punkte 2 mm auf beiden Seiten der Mittellinie gemessen, damit die stereotaktische Software etwaige leichte Unvollkommenheiten in der Ebenheit des Schädels korrigieren konnte. Nachdem die Koordinaten der Injektions- und Implantationsstelle ermittelt worden waren, wurde ein Bohrloch in den Schädel gebohrt (AP -2,18; ML ± 2,1; DV zur Gehirnoberfläche). Eine Glasinfusionsnadel, die an ein Nanoject III-Infusionssystem (Drummond Scientific) angeschlossen und mit Mineralöl gefüllt war, wurde langsam in den CA1 abgesenkt (AP − 2,18; ML ± 2,0; DV 1,4), bevor 250 nL Virus (pGP-AAV1-syn.) injiziert wurden -jGCaMP7f.-SV40-WPRE; Addgene) in 50-nL-Pulsen, die jeweils etwa 10 s lang waren, und dem letzten Puls folgte eine 10-minütige Periode, in der die Nadel an Ort und Stelle belassen wurde, um die Diffusion zu ermöglichen. Am Ende der 10 Minuten wurde die Nadel schrittweise aus dem Gehirn herausgehoben, bevor ein Glasfaserimplantat (NA 0,37, Kern 200 µm, 2 mm Länge; Neurophotometrics) direkt seitlich der Injektionsstelle in den CA1 abgesenkt wurde (AP − 2,18). ; ML ± 2,1; DV 1,4). Implantate wurden am Schädel befestigt, indem eine dünne Schicht Metabond auf die freiliegende Oberfläche des Schädels und um die Basis des Implantats aufgetragen wurde. Diese Schicht wurde dann mit schwarzem, undurchsichtigem Dentalkunststoff bedeckt, um eine Kopfkappe zu bilden, die Zeit zum Aushärten hatte, bevor der Einschnitt mit Nahtmaterial verschlossen wurde. Anschließend wurden die Mäuse aus dem stereotaktischen Rahmen entfernt und konnten sich zwei Wochen lang erholen, während sie nach der Operation drei Tage lang zusätzliche Anafen-Dosen erhielten.

Vor dem Verhaltenstraining und den In-vivo-Faserphotometrieaufzeichnungen wurden die Mäuse daran gewöhnt, drei aufeinanderfolgende Tage lang mit dem Glasfaser-Patchkabel verbunden zu sein. Die Faserphotometrie wurde mit einem FP3002 Neurophotometrics-System durchgeführt, das von der Bonsai-Software gesteuert wurde113. Das Neurophotometriesystem empfing auch TTL-Impulse, die von der Anymaze-Software (Stoelting) erzeugt wurden, die die Angstkonditionierungskammern steuerte, um Ca2+-Aufzeichnungen mit dem Verhalten zu synchronisieren. Anregungslicht wurde bei 470 nm abgegeben, während ein 415-nm-Kanal als isosbestische Kontrolle verwendet wurde. Die Aufnahmen wurden mit 40 FPS aufgenommen, wobei die beiden Kanäle in abwechselnden Frames aktiv waren, was zu einer effektiven Framerate von 20/s für jeden Kanal führte. Die Lichtleistung wurde mit einem Photometer (Thor Labs PM100D) kalibriert, sodass jeder Kanal etwa 50 μW emittierte. Während des Verhaltenstests wurde das Glasfaser-Patchkabel (Doric) mit einem Keramikkragen am Faserimplantat der Maus befestigt und die Maus blieb nach dem Anbringen des Patchkabels 30 Sekunden lang ungestört und ohne Aufzeichnung. Anschließend wurde eine 5-minütige Basisaufzeichnung erstellt, während die Maus allein in einem sauberen Transferkäfig mit Einstreu saß. Während dieser Basisaufzeichnung wurde keine Bewegungsaktivität aufgezeichnet. Nach 5 Minuten wurden die Mäuse zum Training oder Testen in den Angstkonditionierungsapparat überführt.

Um Photometrieaufzeichnungen mit Verhaltensdaten zu synchronisieren, wurde beim Start des ANY-maze-Protokolls ein TTL-Impuls an das Neurophotometrics-System gesendet. Photometrieaufzeichnungen wurden mit benutzerdefinierten MATLAB-Skripten analysiert. Mit ANY-maze aufgezeichnete Verhaltensinformationen wurden in die Analyse integriert, indem die Photometriedaten indiziert und Verhaltensdaten auf der Grundlage der minimalen Differenz zwischen Zeitstempelpaaren abgeglichen wurden. Anfälle von Bewegung oder Immobilität, die kürzer als das Einfrierkriterium von 2 s waren, wurden nicht in die Analyse einbezogen. Daten aus dem isosbestischen 415-nm-Kanal wurden an einen biexponentiellen Zerfall angepasst, um Photobleichung zu korrigieren114. Der resultierende Vektor wurde verwendet, um kalziumabhängige Daten, die mit einer 470-nm-LED114 gesammelt wurden, linear zu skalieren. Zur Berechnung von ΔF wurden diese linear skalierten kalziumabhängigen Daten von den unverarbeiteten kalziumabhängigen Rohdaten abgezogen. Die resultierenden Werte wurden durch die linear skalierten kalziumabhängigen Daten dividiert, um eine ΔF/F-Kurve zu erstellen.

Für Analysen von ΔF/F wurden die Spuren grundlinienkorrigiert (Gleichung 1). Dies wurde für jede Maus durchgeführt, indem der mittlere ΔF/F-Wert während der mittleren 3 Minuten der 5-minütigen Heimkäfigaufzeichnung berechnet wurde. Dieser Zeitraum wurde als Basiszeitraum gewählt, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Umgang mit Stress den resultierenden Wert beeinflusst. Die Differenz zwischen dem mittleren Grundlinien-ΔF/F und dem minimalen ΔF/F-Wert, der während der Testsitzung aufgezeichnet wurde, wurde dann zu jedem Wert während des Tests addiert. Diese Korrektur wurde angewendet, um Spuren zu berücksichtigen, bei denen ΔF/F während des Tests unter die X-Achse fiel. Die resultierenden ΔF/F-Kurven wurden auf Fläche unter der Kurve (AUC), Peakfrequenz und mittlere Peakhöhe analysiert. AUC wurde operativ als die summierte Fläche zwischen der X-Achse und der ΔF/F-Kurve definiert. Vergleiche der AUC während spezifischer Verhaltensweisen wurden durch die summierte Dauer der spezifischen Verhaltensepochen normalisiert. Bei der Analyse der Spitzenfrequenz und der mittleren Spitzenhöhe wurde ein Spitzenerkennungsfilter mit zwei Standardabweichungen über dem mittleren ΔF/F-Wert der analysierten Sitzung verwendet115.

Dabei ist hc ein Vektor, der die ΔF/F-Werte während der Basis-Abtastperiode des Heimkäfigs darstellt, test ist ein Vektor, der die ΔF/F-Werte während der Testperiode darstellt, und n stellt die Anzahl der Proben im Testvektor dar. Gleichung (1) stellt die Berechnung des korrigierten ΔF/F während der Testsitzung dar.

Nestin-cre-Mäuse wurden mit chirurgischen Verfahren operiert, die den oben beschriebenen ähneln. Hier wurden gefloxte Channelrhodopsin-exprimierende (AAV1-EF1a-double floxed-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE-HGHpA) oder GFP-exprimierende (pAAV1-Ef1a-DIO EYFP) AAV-Viren bilateral (0,25 µl) in den Gyrus dentatus (AP-) infundiert. 1,94, ML ± 1,25, DV 1,8). Faseroptische Sonden wurden wie oben beschrieben implantiert. Anschließend wurden die Mäuse zwei Wochen lang stehen gelassen, um eine Erholung und Virusexpression zu ermöglichen. Den Mäusen wurde dann an drei aufeinanderfolgenden Tagen Tamoxifen (180 mg/kg pro Tag) injiziert und sie wurden dann für weitere zwei Wochen stehen gelassen, bevor mit den Verhaltensexperimenten begonnen wurde. Mäuse wurden zunächst wie oben beschrieben in dem kontextuellen Angstkonditionierungsparadigma geschult. Dann erhielten die Mäuse 24 Stunden nach dem Training eine optogenetische Stimulation mit 0,4 mW, 10 Hz blauem Licht für 1 Minute, gefolgt von 3 Minuten ohne Stimulation. Dies wurde über einen Zeitraum von 20 Minuten fünfmal hintereinander für eine Stimulation von insgesamt 5 Minuten wiederholt. Dieses Stimulationsprotokoll wurde 2 Wochen lang täglich wiederholt. Einen Monat nach dem Verhaltenstraining und zwei Wochen nach Abschluss der optogenetischen Stimulation wurden die Mäuse auf ihr kontextuelles Angstgedächtnis getestet und anschließend perfundiert.

Neunzig Minuten nach Abschluss der kontextuellen Konditionierungsaufgabe wurden die Mäuse tief mit Isofluoran anästhesiert und dann transkardial mit 0,1 M PBS und 4 % Formaldehyd perfundiert. Die Gehirne wurden extrahiert und 24 Stunden lang bei 4 ° C in 4 % Formaldehyd nachfixiert. Anschließend wurden die Gehirne drei bis fünf Tage lang mit 30 % Saccharose in 0,1 M Phosphatpuffer bei 4 °C kryogeschützt, bis sie sanken. Gehirne wurden auf einem Kryostat (Leica CM 1950, Concord, ON, Kanada) in 12 Serien für das c-Fos-Experiment und in 6 Serien für das Faserphotometrie-Experiment in 40 μm dicke Schnitte geschnitten (um sicherzustellen, dass Faserspuren zuverlässig lokalisiert werden konnten). ). Die Schnitte wurden in einer gepufferten Frostschutzlösung mit 30 % Ethylenglykol und 20 % Glycerin in 0,1 M PBS aufbewahrt und bei –20 °C gelagert.

Gewebeschnitte wurden dreimal jeweils zehn Minuten lang bei Raumtemperatur in 0,1 M PBS gewaschen. Die Schnitte wurden dann 48 Stunden lang in einer primären Antikörperlösung inkubiert, die entweder 1:500 Ziegen-Anti-DCX-Antikörper (c-18, sc-8066, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, Texas, USA), 4 % normales Eselserum, 0,4 enthielt % Triton -X in 0,1 M PBS. Anschließend wurden die Schnitte zehn Minuten lang dreimal in 0,1 M PBS gewaschen, bevor sie 24 Stunden lang in einer sekundären Antikörperlösung mit 1:500 Alexa Fluor 488-Antikörper (Esel-Anti-Ziege, CLAS10-1116, CedarLane Labs, Burlington, ON, Kanada) inkubiert wurden ( oder 1:500 Alexa Fluor 647 Antikörper Ziege Anti-Kaninchen). Abschließend wurden die Schnitte mit 1:5000 DAPI und 0,1 M PBS für 20 Minuten inkubiert und dann zweimal in 0,1 M PBS für zehn Minuten pro Waschgang gewaschen. Für jeden Waschschritt Primäre/sekundäre Antikörperlösung oder DAPI-Inkubation, das Gewebe wurde sanft bei Raumtemperatur hin- und herbewegt. Die Schnitte wurden dann auf Glasobjektträger montiert und mit Deckgläschen Nr. 1,5H unter Verwendung von PVA-DABCO-Eindeckmedium abgedeckt.

DCX-markierte Zellen wurden im Granular- und SGZ-Bereich des Gyrus dentatus des Hippocampus unter Verwendung eines Olympus BX63-Epifluoreszenzmikroskops und eines 60-fachen Ölimmersionsobjektivs gezählt. Die Zellen wurden gezählt, wenn die Zelle kreisförmig oder eiförmig war und der Zellkörper deutlich unterschieden werden konnte. Zellen mit einem körnigen zytoplasmatischen Fluoreszenzmuster wurden ausgeschlossen. Die DG-Fläche wurde anhand der DAPI-Gegenfärbung quantifiziert, indem die Granulatzellschicht in jedem Abschnitt mit FIJI verfolgt wurde.

Gewebeschnitte wurden dreimal in 0,1 M PBS gewaschen und dann in eine primäre Antikörperlösung übertragen, die 1:500 Kaninchen-Anti-c-Fos-Antikörper (226003, Synaptic Systems, Göttingen, Deutschland), 4 % normales Ziegenserum und 0,4 % Triton X enthielt und 0,1 M PBS für 48 Stunden. Anschließend wurden die Gewebeschnitte dreimal zehn Minuten lang in 0,1 M PBS gewaschen, bevor sie 24 Stunden lang in eine sekundäre Antikörperlösung überführt wurden. Die sekundäre Antikörperlösung enthielt 1:500 Alexa Fluor 488-Antikörper-Ziegen-Anti-Kaninchen (4412S, Cell Signaling Technologies, Danvers, MA, USA) mit 0,1 M PBS. Schließlich wurden die Gehirnschnitte mit 1:5000 DAPI inkubiert und dann zweimal in 0,1 M PBS gewaschen. Für jeden Waschschritt, jede primäre/sekundäre Antikörperlösung oder jede DAPI-Inkubation wurde das Gewebe bei Raumtemperatur sanft hin- und herbewegt. Anschließend wurden die Schnitte montiert und mit PVA-DABCO-Eindeckmedium abgedeckt.

Mit c-Fos markiertes Gewebe wurde mit einem konfokalen Olympus FV3000-Mikroskop abgebildet. Alle Aufnahmeeinstellungen wurden über alle Bilder hinweg konstant gehalten. Die Bilder wurden mit einem 10-fachen Objektiv und einem 2-fachen optischen Zoom (Gesamtvergrößerung 20-fach) aufgenommen, wobei die Blende auf 1 Airy-Einheit eingestellt war. Die Schrittgröße der Z-Stapel betrug 3,64 μm. Die Bilder wurden in DAPI- und c-Fos-Kanäle aufgeteilt und dann mit FIJI mit maximaler Intensität als 2D-Bild projiziert.

Um die Variabilität und Verzerrung unserer c-Fos-Zellzahlen zu minimieren, haben wir einen auf maschinellem Lernen basierenden Ansatz validiert und verwendet (ergänzende Abbildung S1). Mikrofotografien von c-Fos + -Zellen wurden segmentiert und mithilfe des maschinellen Lernprogramms Ilastik116 in ein Binärbild umgewandelt und quantifiziert mit FIJI. Zunächst wurde ein Trainingssatz von Bildern, die repräsentativ für die experimentellen Bilder waren, in Ilastik importiert, das dann darauf trainiert wurde, Signale vom Hintergrund zu unterscheiden. Dieser Satz von Trainingsbildern ermöglichte es Ilastik, Zellen anhand von Pixelmerkmalen, einschließlich Pixelintensität, Kantenmerkmalen sowie Textur- und Objektmerkmalen wie Objektgröße, -form und -intensität, vom Hintergrund zu klassifizieren. Nach dem Training wurden Beispiel-ROIs von 12 Mäusen (fünf sitzende, sieben laufende) aus der DG-, CA3- und CA1-Region auf Ilastik hochgeladen, um das Programm zu testen. Um die von Ilastik generierten Zellzahlen mit den Ground-Truth-Werten zu vergleichen, wurden die ROIs auch manuell von vier unabhängigen Forschern gezählt, die Erfahrung mit der Quantifizierung von c-Fos hatten, aber blind für die von Ilastik generierten Zählungen sowie für die Zählungen der anderen Experimentatoren waren . Die Zellzahlen wurden für jede Region summiert und dann mit den von Ilastik generierten Zahlen verglichen. Nach dem Training und der Validierung wurden die experimentellen c-Fos-Bilder stapelweise verarbeitet. Die Binärbilder wurden nach FIJI importiert und mit dem DAPI-Bild überlagert. Die Zellen wurden dann mithilfe des Binärbilds quantifiziert und die Fläche mithilfe von FIJI gemessen. Die Fläche wurde dann in mm2 umgerechnet. Die Zellen wurden in den Regionen DG, CA3 und CA1 quantifiziert und als Dichte (Zellen pro mm2) ausgedrückt.

PNNs wurden mittels Wisteria Floribunda Lectin (WFA)-Färbung markiert. Kryogeschützte Schnitte wurden dreimal in 0,1 M PBS gespült und dann 30 Minuten lang in 0,2 % Triton-x in kohlenstofffreiem Blockierungspuffer (VectorLABS) inkubiert. Anschließend wurden die Schnitte in einer 1:1000-Verdünnung von FITC-markiertem WFA (VectorLABS), verdünnt in 1 × kohlenstofffreiem Blockierungspuffer mit 0,05 % Tween-20, 24 Stunden lang im Dunkeln gefärbt. Anschließend wurden die Schnitte dreimal in PBS gespült und mit DAPI gegengefärbt, bevor sie montiert und mit Vectashield-Eindeckmedium (VectorLABS) abgedeckt wurden.

WFA-markierte perineuronale Netze wurden manuell in den granulären Zonen des Gyrus dentatus, im Bereich CA1 und im Bereich CA3 des Hippocampus gezählt. Die Zählungen wurden unter Verwendung eines Olympus BX63-Epifluoreszenzmikroskops und eines 60-fachen Ölimmersionsobjektivs von einem Experimentator durchgeführt, der keine Ahnung von den Behandlungsbedingungen hatte. Die Flächen der Granulatzonen jeder Region wurden basierend auf der DAPI-Gegenfärbung quantifiziert. Mit CellSens (Olympus) wurden die Granulatzellschichten in jeder Region aus jedem Abschnitt verfolgt. Die Zellen wurden in den Regionen DG, CA3 und CA1 quantifiziert und als Dichte (Zellen pro mm2) ausgedrückt.

Die Oberflächenkontiguität der perineuronalen CA1-Netze wurde mit einem konfokalen Olympus FV3000-Mikroskop beurteilt. Von jeder Maus wurden Bildstapel von 5 zufällig ausgewählten PNNs in der Granularzone des Bereichs CA1 gesammelt. Die Bilder wurden mit einem 40-fachen Objektiv und einem 2,89-fachen optischen Zoom (Gesamtvergrößerung 115,6-fach) mit einer numerischen Apertur von 0,95 aufgenommen. Die Schrittgröße der Z-Stapel betrug 0,37 μm. Die Bildgebungsparameter waren bei allen Scans konsistent. Bildstapel wurden mit FIJI mit maximaler Intensität als 2D-Bilder projiziert, wobei der Z-Bereich so eingestellt war, dass er nur die obere Hälfte jedes PNN umfasste. Das WFA-Signal wurde in Fidschi unter Verwendung der standardmäßigen Pixelintensitätsschwellenwerte binarisiert und einzelne PNNs wurden verfolgt. Die Oberflächenkontiguität wurde als der Anteil des WFA-Signals definiert, der sich nach der Signalschwellenwertbestimmung in der größten verbundenen Komponente des WFA-Signals befindet117.

Die Virusexpression und die Platzierung der Glasfasern wurden von einem Experimentator überprüft, der nichts über den Behandlungszustand und die experimentellen Ergebnisse wusste. Bei allen Mäusen war eine Virusexpression in CA1 vorhanden. Zwei Kontrollmäuse und drei Läufer wurden aus dem Photometrieexperiment entfernt, da die Spitze der optischen Faser unterhalb von CA1 positioniert war.

Die statistische Analyse wurde mit GraphPad Prism 8 durchgeführt. Es wurden unabhängige t-Tests, Zwei-Wege-ANOVAs und Pearson-Korrelationen durchgeführt. Gegebenenfalls wurden Post-hoc-Newman-Keuls-Post-hoc-Tests im Anschluss an die ANOVA angewendet. Die Analyse von Grubbs wurde genutzt, um mögliche Ausreißer in den Ilastik-Validierungsdaten zu identifizieren. Die Hypothesenprüfung wurde durch Schätzstatistiken für die c-Fos-Quantifizierung unter Verwendung von estimationstats.com118 ergänzt. Für die c-Fos-Expression wurde eine multiple Zwei-Gruppen-Analyse verwendet. Für jeden Zwei-Gruppen-Vergleich wird die Effektgröße (Cohens d) mithilfe einer Bootstrap-Stichprobenverteilung unter Verwendung von 5.000 Neustichproben zusammen mit einem 95,0 %-Konfidenzintervall (KI; voreingenommen korrigiert und beschleunigt) berechnet. Die Daten werden mithilfe von Cumming-Schätzdiagrammen für mehrere Zwei-Gruppen-Analysen dargestellt, die einzelne Datenpunkte und die Effektgröße der Vergleiche zeigen. Leistungsanalysen wurden auf der Grundlage von Verhaltensdaten aus früheren Studien zum durch Neurogenese induzierten Vergessen durchgeführt10. Es wurde geschätzt, dass Stichprobengrößen von 10–15 eine Aussagekraft von etwa 0,8–0,9 ergeben. Alle statistischen Vergleiche und Ergebnisse sind in den Ergänzungstabellen S1–S6 enthalten.

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind im Manuskript oder in ergänzenden Materialien verfügbar und auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Der gesamte Analysecode, der zur Generierung der im Manuskript berichteten Ergebnisse verwendet wurde, Anweisungen zur Verwendung dieser Analysen und Beispieldatensätze wurden in einem GitHub-Repository öffentlich verfügbar gemacht (https://github.com/dterstege/PublicationRepo/tree/main/). Evans2022).

Cushman, JD, Drew, MR & Krasne, FB Die Environmental-Sculpting-Hypothese der Hippocampus-Neurogenese bei Jugendlichen und Erwachsenen. Prog. Neurobiol. 199, 101961 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Van der Borght, K., Havekes, R., Bos, T., Eggen, BJL & Van der Zee, EA Übung verbessert den Gedächtniserwerb und -abruf in der Y-Labyrinth-Aufgabe: Zusammenhang mit der Hippocampus-Neurogenese. Verhalten. Neurosci. 121, 324–334 (2007).

Artikel PubMed Google Scholar

Tronel, S. et al. Im Erwachsenenalter geborene Neuronen sind für eine erweiterte kontextuelle Unterscheidung erforderlich. Hippocampus 22, 292–298 (2010).

Artikel PubMed Google Scholar

Sahay, A. et al. Eine Steigerung der Hippocampus-Neurogenese bei Erwachsenen reicht aus, um die Mustertrennung zu verbessern. Natur 472, 466–470 (2011).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nilsson, M., Perfilieva, E., Johansson, U., Orwar, O. & Eriksson, PS Eine angereicherte Umgebung steigert die Neurogenese im Gyrus dentatus erwachsener Ratten und verbessert das räumliche Gedächtnis. J. Neurobiol. 39, 569–578 (1999).

3.0.CO;2-F" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4695%2819990615%2939%3A4%3C569%3A%3AAID-NEU10%3E3.0.CO%3B2-F" aria-label="Article reference 5" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4695(19990615)39:43.0.CO;2-F">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Marlatt, MW, Potter, MC, Lucassen, PJ & van Praag, H. Laufen im mittleren Alter verbessert die Gedächtnisfunktion, die Neurogenese des Hippocampus und die BDNF-Spiegel bei weiblichen C57BL/6J-Mäusen. Entwickler Neurobiol. 72, 943–952 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Stone, SSD et al. Die Stimulation des entorhinalen Kortex fördert die Neurogenese bei Erwachsenen und erleichtert das räumliche Gedächtnis. J. Neurosci. 31, 13469–13484 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Frankland, PW, Köhler, S. & Josselyn, SA Hippocampale Neurogenese und Vergessen. Trends Neurosci. 36, 497–503 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Akers, KG et al. Die Neurogenese des Hippocampus reguliert das Vergessen im Erwachsenen- und Säuglingsalter. Wissenschaft 344, 598–602 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Epp, JR, Silva Mera, R., Köhler, S., Josselyn, SA & Frankland, PW Neurogenese-vermitteltes Vergessen minimiert proaktive Interferenzen. Nat. Komm. 7, 10838 (2016).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ishikawa, R., Fukushima, H., Frankland, PW & Kida, S. Neurogenese-Enhancer im Hippocampus fördern das Vergessen entfernter Angstgedächtnisse nach der Reaktivierung des Hippocampus durch Retrieval. Elife 5, e17464 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Gao, A. et al. Eine Erhöhung der Hippocampus-Neurogenese induziert ein zeitlich abgestuftes Muster des Vergessens kontextueller Angsterinnerungen. J. Neurosci. 38, 3190–3198 (2018).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cuartero, MI et al. Die Abschaffung der aberranten Neurogenese verbessert die kognitive Beeinträchtigung nach einem Schlaganfall bei Mäusen. J. Clin. Investieren. 129, 1536–1550 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Scott, GA et al. Die adulte Neurogenese vermittelt bei der Ratte das Vergessen mehrerer Gedächtnistypen. Mol. Gehirn 14, 97 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Epp, JR, Botly, LCP, Josselyn, SA & Frankland, PW Freiwillige Bewegung steigert die Neurogenese und vermittelt das Vergessen komplexer, paarweise verknüpfter Erinnerungen. Neurowissenschaften 475, 1–9 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Toni, N. et al. Im erwachsenen Gyrus dentatus entstehende Neuronen bilden funktionelle Synapsen mit Zielzellen. Nat. Neurosci. 11, 901–907 (2008).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Murray, KD, Liu, X.-B., King, AN, Luu, JD & Cheng, H.-J. Altersbedingte Veränderungen der synaptischen Plastizität im Zusammenhang mit der Integration der Moosfaserterminals während der Neurogenese bei Erwachsenen. eNeuro https://doi.org/10.1523/ENEURO.0030-20.2020 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Weisz, VI & Argibay, PF Neurogenese beeinträchtigt das Abrufen entfernter Erinnerungen: Vergessen in neuroinformatischer Hinsicht. Erkenntnis 125, 13–25 (2012).

Artikel PubMed Google Scholar

Denny, CA et al. Hippocampale Gedächtnisspuren werden durch Erfahrung, Zeit und adulte Neurogenese unterschiedlich moduliert. Neuron 83, 189–201 (2014).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rangel, LM, Quinn, LK, Chiba, AA, Gage, FH & Aimone, JB Eine Hypothese zur zeitlichen Kodierung junger und reifer Körnerzellen. Vorderseite. Neurosci. 7, 75 (2013).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Temprana, SG et al. Verzögerte Kopplung zur Rückkopplungshemmung während einer kritischen Phase für die Integration erwachsener Körnerzellen. Neuron 85, 116–130 (2014).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Tuncdemir, SN, Lacefield, CO & Hen, R. Beiträge der adulten Neurogenese zur Netzwerkaktivität und Berechnungen des Gyrus dentatus. Verhalten. Gehirnres. 374, 112112 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Restivo, L., Niibori, Y., Mercaldo, V., Josselyn, SA & Frankland, PW Entwicklung der Konnektivität erwachsener Zellen mit erregenden und hemmenden Zellpopulationen im Hippocampus. J. Neurosci. 35, 10600–10612 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Barnes, CA, McNaughton, BL, Mizumori, SJ, Leonard, BW & Lin, LH Vergleich räumlicher und zeitlicher Eigenschaften neuronaler Aktivität in aufeinanderfolgenden Stadien der Verarbeitung im Hippocampus. Prog. Gehirnres. 83, 287–300 (1990).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Amaral, DG, Ishizuka, N. & Claiborne, B. Neuronen, Zahlen und das Hippocampus-Netzwerk. Prog. Gehirnres. 83, 1–11 (1990).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ishizuka, N., Weber, J. & Amaral, DG Organisation von intrahippocampalen Projektionen, die von CA3-Pyramidenzellen bei der Ratte ausgehen. J. Comp. Neurol. 295, 580–623 (1990).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Amaral, DG Neue Prinzipien der intrinsischen Hippocampus-Organisation. Curr. Meinung. Neurobiol. 3, 225–229 (1993).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Murphy, TH, Worley, PF & Baraban, JM Spannungsempfindliche Calciumkanäle vom L-Typ vermitteln die synaptische Aktivierung unmittelbar früher Gene. Neuron 7, 625–635 (1991).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Barth, AL, Gerkin, RC & Dean, KL Veränderung der neuronalen Feuerungseigenschaften nach In-vivo-Erfahrung in einer transgenen FosGFP-Maus. J. Neurosci. 24, 6466–6475 (2004).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bourne, AR et al. Riechreize erhöhen das Vermeidungsverhalten und induzieren die Fos-Expression in der Amygdala, im Hippocampus und im präfrontalen Kortex sozial besiegter Mäuse. Verhalten. Gehirnres. 256, 188–196 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wheeler, AL et al. Identifizierung eines funktionellen Konnektoms für das langfristige Angstgedächtnis bei Mäusen. PLoS Comput. Biol. 9, e1002853 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Scott, GA et al. Gestörte Neurogenese bei keimfreien Mäusen: Auswirkungen von Alter und Geschlecht. Front Cell Dev Biol 8, 407 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Dana, H. et al. Hochleistungskalziumsensoren zur Bildgebung der Aktivität in neuronalen Populationen und Mikrokompartimenten. Nat. Methoden 16, 649–657 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Muir, J. et al. Ventrale Hippocampus-Afferenzen zum Nucleus accumbens kodieren sowohl für latente Vulnerabilität als auch für stressinduzierte Anfälligkeit. Biol. Psychiatrie 88, 843–854 (2020).

Artikel PubMed Google Scholar

Thompson, EH et al. Das Entfernen perineuronaler Netze stört die Erinnerung an eine entfernte Angsterinnerung. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 115, 607–612 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Reichelt, AC, Hare, DJ, Bussey, TJ & Saksida, LM Perineuronale Netze: Plastizität, Schutz und therapeutisches Potenzial. Trends Neurosci. 42, 458–470 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Shi, W. et al. Perineuronale Netze schützen das Langzeitgedächtnis, indem sie die aktivitätsabhängige Hemmung durch Parvalbumin-Interneuronen begrenzen. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA https://doi.org/10.1073/pnas.1902680116 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Smith, CC et al. Differenzielle Regulierung perineuronaler Netze im Gehirn und Rückenmark durch körperliches Training. Gehirnres. Stier. 111, 20–26 (2015).

Artikel PubMed Google Scholar

Yamada, J. & Jinno, S. Räumlich-zeitliche Unterschiede in der perineuronalen Netzexpression im Maus-Hippocampus unter Bezugnahme auf Parvalbumin. Neurowissenschaften 253, 368–379 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cope, EC & Gould, E. Adulte Neurogenese, Glia und die extrazelluläre Matrix. Cell Stem Cell 24, 690–705 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Niibori, Y. et al. Die Unterdrückung der adulten Neurogenese beeinträchtigt die Populationskodierung ähnlicher Kontexte in der CA3-Region des Hippocampus. Nat. Komm. 3, 1253 (2012).

Artikel ADS PubMed CAS Google Scholar

Kronenberg, G. et al. Körperliche Bewegung verhindert altersbedingten Rückgang der Vorläuferzellaktivität im Gyrus dentatus der Maus. Neurobiol. Alter 27, 1505–1513 (2006).

Artikel PubMed Google Scholar

Reichelt, AC et al. Altersabhängige und regionalspezifische Veränderung von Parvalbumin-Neuronen, perineuronalen Netzen und Mikroglia im präfrontalen Kortex und Hippocampus der Maus nach adipöser Ernährung. Wissenschaft. Rep. 11, 5593 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mix, A., Hoppenrath, K. & Funke, K. Die Verringerung der kortikalen Parvalbumin-Expression aufgrund intermittierender Theta-Burst-Stimulation korreliert mit der Reifung der perineuronalen Netze bei jungen Ratten. Entwickler Neurobiol. 75, 1–11 (2014).

Artikel PubMed CAS Google Scholar

Venturino, A. et al. Mikroglia ermöglichen die Demontage reifer perineuronaler Netze bei Exposition gegenüber anästhetischem Ketamin oder 60-Hz-Lichteinstrahlung im gesunden Gehirn. Cell Rep. 36, 109313 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Carstens, KE et al. Perineuronaler Netzabbau rettet die CA2-Plastizität in einem Mausmodell des Rett-Syndroms. J. Clin. Investieren. 131, e137221 (2021).

Artikel CAS PubMed Central Google Scholar

Hall, J., Thomas, KL & Everitt, BJ Zelluläre Bildgebung der zif268-Expression im Hippocampus und in der Amygdala während des kontextuellen und bedingten Abrufs von Angstgedächtnissen: Selektive Aktivierung hippocampaler CA1-Neuronen während des Abrufs kontextueller Erinnerungen. J. Neurosci. 21, 2186–2193 (2001).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jimenez, JC et al. Kontextueller Abruf des Angstgedächtnisses durch korrelierte Ensembles ventraler CA1-Neuronen. Nat. Komm. 11, 3492 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Goshen, I. et al. Dynamik von Abrufstrategien für entfernte Erinnerungen. Zelle 147, 678–689 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Iwasaki, S. & Ikegaya, Y. Der kontextuelle Abruf des Angstgedächtnisses ist anfällig für Hippocampus-Rauschen. Großhirn. Cortex 31, 785–794 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Wiskott, L., Rasch, MJ & Kempermann, G. Eine funktionelle Hypothese für die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen: Vermeidung katastrophaler Störungen im Gyrus dentatus. Hippocampus 16, 329–343 (2006).

Artikel PubMed Google Scholar

Kim, CK et al. Gleichzeitige schnelle Messung der Schaltkreisdynamik an mehreren Stellen im Gehirn von Säugetieren. Nat. Methoden 13, 325–328 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Martiova, E., Aronson, S. & Proulx, CD Multifaserphotometrie zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität bei sich frei bewegenden Tieren. J. Vis. Exp. https://doi.org/10.3791/60278 (2019).

Artikel PubMed Google Scholar

Patel, AA, McAlinden, N., Mathieson, K. & Sakata, S. Gleichzeitige Elektrophysiologie und Faserphotometrie bei frei verhaltenden Mäusen. Vorderseite. Neurosci. 14, 148 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Reichenbach, A. et al. Die metabolische Wahrnehmung in AgRP-Neuronen integriert den homöostatischen Zustand mit der Dopaminsignalisierung im Striatum. Elife 11, e72668 (2022).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Morel, C. et al. Die Projektion des Mittelhirns auf die basolaterale Amygdala kodiert angstähnliches, aber nicht depressives Verhalten. Nat. Komm. 13, 1352 (2022).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Siciliano, CA & Tye, KM Nutzung der Kalziumbildgebung zur Aufklärung von Schaltkreisstörungen bei Suchterkrankungen. Alkohol 74, 47–63 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lerner, TN et al. Analysen des intakten Gehirns offenbaren eindeutige Informationen, die von SNc-Dopamin-Unterschaltkreisen getragen werden. Zelle 162, 635–647 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Romberg, C. et al. Die Erschöpfung perineuronaler Netze verbessert das Erkennungsgedächtnis und führt zu einer langfristigen Depression im perirhinalen Kortex. J. Neurosci. 33, 7057–7065 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ben Abdallah, NM-B., Slomianka, L., Vyssotski, AL & Lipp, H.-P. Frühe altersbedingte Veränderungen in der Neurogenese des adulten Hippocampus bei C57-Mäusen. Neurobiol. Alter 31, 151–161 (2008).

Artikel PubMed Google Scholar

Khoo, GH, Lin, Y.-T., Tsai, T.-C. & Hsu, K.-S. Perineuronale Netze schränken die Induktion einer Langzeitdepression in der Hippocampus-CA1-Region der Maus ein. Mol. Neurobiol. 56, 6436–6450 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wiegert, JS & Oertner, TG Langfristige Depression löst die selektive Eliminierung schwach integrierter Synapsen aus. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 110, E4510–E4519 (2013).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Berdugo-Vega, G. et al. Eine zunehmende Neurogenese verfeinert die Aktivität des Hippocampus und verjüngt die Navigationslernstrategien und das kontextuelle Gedächtnis ein Leben lang. Nat. Komm. 11, 135 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Keiser, AA et al. Geschlechtsunterschiede im Kontext befürchten eine Generalisierung und Rekrutierung von Hippocampus und Amygdala während der Entnahme. Neuropsychopharmacology 42, 397–407 (2017).

Artikel PubMed Google Scholar

Gruene, TM, Flick, K., Stefano, A., Shea, SD & Shansky, RM Sexuell divergenter Ausdruck aktiver und passiver konditionierter Angstreaktionen bei Ratten. Elife 4, 11352 (2015).

Artikel Google Scholar

Maren, S., De Oca, B. & Fanselow, MS Geschlechtsunterschiede bei der Hippocampus-Langzeitpotenzierung (LTP) und der Pawlowschen Angstkonditionierung bei Ratten: Positive Korrelation zwischen LTP und kontextuellem Lernen. Gehirnres. 661, 25–34 (1994).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Duarte-Guterman, P., Yagi, S., Chow, C. & Galea, LAM Hippocampales Lernen, Gedächtnis und Neurogenese: Auswirkungen von Sex und Östrogenen über die Lebensspanne bei Erwachsenen. Horm. Verhalten. 74, 37–52 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Chow, C., Epp, JR, Lieblich, SE, Barha, CK & Galea, LAM Geschlechtsunterschiede in der Neurogenese und Aktivierung neuer Neuronen als Reaktion auf räumliches Lernen und Gedächtnis. Psychoneuroendocrinology 38, 1236–1250 (2013).

Artikel PubMed Google Scholar

Mahmoud, R., Wainwright, SR & Galea, LAM Sexualhormone und adulte Hippocampus-Neurogenese: Regulation, Implikationen und mögliche Mechanismen. Vorderseite. Neuroendokrinol. 41, 129–152 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kitamura, T. & Inokuchi, K. Rolle der adulten Neurogenese bei der Hippocampus-kortikalen Gedächtniskonsolidierung. Mol. Gehirn 7, 13 (2014).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Wei, L., Meaney, MJ, Duman, RS & Kaffman, A. Affiliate-Verhalten erfordert juvenile, aber nicht adulte Neurogenese. J. Neurosci. 31, 14335–14345 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cushman, JD et al. Die juvenile Neurogenese trägt wesentlich zur Struktur des erwachsenen Gehirns bei und spielt eine geschlechtsabhängige Rolle bei Angsterinnerungen. Vorderseite. Verhalten. Neurosci. 6, 3 (2012).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Kuhn, HG, Dickinson-Anson, H. & Gage, FH Neurogenese im Gyrus dentatus der erwachsenen Ratte: Altersbedingte Abnahme der Proliferation neuronaler Vorläufer. J. Neurosci. 16, 2027–2033 (1996).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Epp, JR, Barker, JM & Galea, LAM Running wild: Neurogenese im Hippocampus über die gesamte Lebensspanne bei wilden und im Labor gezüchteten norwegischen Ratten. Hippocampus 19, 1040–1049 (2009).

Artikel PubMed Google Scholar

Encinas, JM et al. Teilungsgekoppelte Astrozytendifferenzierung und altersbedingte Depletion neuronaler Stammzellen im erwachsenen Hippocampus. Cell Stem Cell 8, 566–579 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, T.-T. et al. Alter und Bewegung beeinflussen die Neurogenese des Hippocampus über verschiedene Mechanismen. PLoS ONE 10, e0132152 (2015).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Mosher, KI & Schaffer, DV Einfluss von Hippocampus-Nischensignalen auf die Funktionen neuronaler Stammzellen während des Alterns. Zellgeweberes. 371, 115–124 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Moreno-Jiménez, EP, Terreros-Roncal, J., Flor-García, M., Rábano, A. & Llorens-Martín, M. Hinweise auf die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen beim Menschen. J. Neurosci. 41, 2541-2553 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Tran, LM, Josselyn, SA, Richards, BA & Frankland, PW Vergessen auf biologisch realistischen Ebenen der Neurogenese in einem groß angelegten Hippocampus-Modell. Verhalten. Gehirnres. 376, 112180 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Eriksson, PS et al. Neurogenese im erwachsenen menschlichen Hippocampus. Nat. Med. 4, 1313–1317 (1998).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Boldrini, M. et al. Antidepressiva erhöhen die neuralen Vorläuferzellen im menschlichen Hippocampus. Neuropsychopharmacology 34, 2376–2389 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Knoth, R. et al. Mausmerkmale der Neurogenese im menschlichen Hippocampus über die Lebensspanne von 0 bis 100 Jahren. PLoS ONE 5, e8809 (2010).

Artikel ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Epp, JR, Beasley, CL & Galea, LA Erhöhte Hippocampus-Neurogenese und p21-Expression bei Depressionen: Abhängig von Antidepressiva, Geschlecht, Alter und antipsychotischer Exposition. Neuropsychopharmacology 38, 2297–2306 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Spalding, KL et al. Dynamik der Hippocampus-Neurogenese bei erwachsenen Menschen. Zelle 153, 1219–1227 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Boldrini, M. et al. Die Neurogenese des menschlichen Hippocampus bleibt während des gesamten Alterungsprozesses bestehen. Cell Stem Cell 22, 589-599.e5 (2018).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Moreno-Jiménez, EP et al. Die Hippocampus-Neurogenese im Erwachsenenalter ist bei neurologisch gesunden Probanden reichlich vorhanden und nimmt bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit stark ab. Nat. Med. 25, 554–560 (2019).

Artikel PubMed CAS Google Scholar

Tobin, MK et al. Die Neurogenese des menschlichen Hippocampus bleibt bei älteren Erwachsenen und Alzheimer-Patienten bestehen. Cell Stem Cell 24, 974-982.e3 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sorrells, SF et al. Die Neurogenese des menschlichen Hippocampus fällt bei Kindern stark ab und erreicht bei Erwachsenen nicht mehr nachweisbare Werte. Natur 555, 377–381 (2018).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sorrells, SF et al. Positive Kontrollen bei Erwachsenen und Kindern belegen, dass im erwachsenen menschlichen Hippocampus, wenn überhaupt, nur sehr wenige neue Neuronen entstehen. J. Neurosci. 41, 2554–2565 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Franjic, D. et al. Transkriptomische Taxonomie und neurogene Trajektorien erwachsener Hippocampus- und Entorhinalzellen von Menschen, Makaken und Schweinen. Neuron 110, 452-469.e14 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Santarelli, L. et al. Voraussetzung der Hippocampus-Neurogenese für die Verhaltenseffekte von Antidepressiva. Wissenschaft 301, 805–809 (2003).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Ernst, C., Olson, AK, Pinel, JPJ, Lam, RW & Christie, BR Antidepressive Wirkung von Bewegung: Beweise für eine Neurogenese-Hypothese bei Erwachsenen?. J. Psychiatrie Neurowissenschaften. 31, 84–92 (2006).

PubMed PubMed Central Google Scholar

Hill, AS, Sahay, A. & Hen, R. Eine Steigerung der Hippocampus-Neurogenese bei Erwachsenen reicht aus, um Angstzustände und Depressionsverhalten zu reduzieren. Neuropsychopharmacology 40, 2368–2378 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Marques, AA et al. Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Neurobiologie der Angst: Fokus auf die Neurogenese des Hippocampus bei Erwachsenen. Neuralplast. 2016, 5026713 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Gomes-Leal, W. Hippocampus-Neurogenese und affektive Störungen bei Erwachsenen: Neue Neuronen für das psychische Wohlbefinden. Vorderseite. Neurosci. 15, 594448 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Burghardt, NS, Park, EH, Hen, R. & Fenton, AA Von Erwachsenen geborene Hippocampus-Neuronen fördern die kognitive Flexibilität bei Mäusen. Hippocampus 22, 1795–1808 (2012).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Anacker, C. & Hen, R. Hippocampus-Neurogenese und kognitive Flexibilität bei Erwachsenen: Verknüpfung von Gedächtnis und Stimmung. Nat. Rev. Neurosci. 18, 335–346 (2017).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Berdugo-Vega, G., Lee, C.-C., Garthe, A., Kempermann, G. & Calegari, F. Von Erwachsenen geborene Neuronen fördern die kognitive Flexibilität, indem sie die Gedächtnispräzision und Indexierung verbessern. Hippocampus 31, 1068–1079 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Aimone, JB, Deng, W. & Gage, FH Neue Erinnerungen auflösen: Ein kritischer Blick auf den Gyrus dentatus, die Neurogenese bei Erwachsenen und die Mustertrennung. Neuron 70, 589–596 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yagi, S., Chow, C., Lieblich, SE & Galea, LAM Sex und Strategienutzung sind wichtig für die Mustertrennung, die adulte Neurogenese und die unmittelbar frühe Genexpression im Hippocampus. Hippocampus 26, 87–101 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jessberger, S. et al. Der spezifische Abbau der adulten Neurogenese durch den Gyrus dentatus beeinträchtigt das räumliche und Objekterkennungsgedächtnis bei erwachsenen Ratten. Lernen. Mem. 16, 147–154 (2009).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Arruda-Carvalho, M., Sakaguchi, M., Akers, KG, Josselyn, SA & Frankland, PW Die Posttraining-Ablation erwachsener Neuronen verschlechtert zuvor erworbene Erinnerungen. J. Neurosci. 31, 15113–15127 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cope, EC & Gould, E. Adulte Neurogenese im Hippocampus: Eine Rolle beim Lernen und Gedächtnis. In Lernen und Gedächtnis: Eine umfassende Referenz 345–358 (Elsevier, 2017).

Kapitel Google Scholar

Ueno, H. et al. Juveniler Stress führt zu Verhaltensänderungen und beeinflusst die perineuronale Netzbildung bei juvenilen Mäusen. BMC Neurosci. 19, 41 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Yu, Z. et al. Eine verringerte Dichte des perineuronalen Netzes im prälimbischen Kortex ist mit depressivem Verhalten bei jungen Ratten verbunden. Vorderseite. Mol. Neurosci. 13, 4 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Koskinen, M.-K., van Mourik, Y., Smit, AB, Riga, D. & Spijker, S. Vom Stress zur Depression: Entwicklung einer extrazellulären Matrix-abhängigen kognitiven Beeinträchtigung nach sozialem Stress. Wissenschaft. Rep. 10, 17308 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Anderson, MD et al. ChABC-Infusionen in den medialen präfrontalen Kortex, aber nicht in den hinteren parietalen Kortex, verbessern die Leistung von Ratten, die an einer neuartigen, herausfordernden Verzögerung in der Touchscreen-TUNL-Aufgabe getestet wurden. Lernen. Mem. 27, 222–235 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gogolla, N., Caroni, P., Lüthi, A. & Herry, C. Perineuronale Netze schützen Angsterinnerungen vor dem Löschen. Science 325, 1258–1261 (2009).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Happel, MFK et al. Verbesserte kognitive Flexibilität beim Umkehrlernen durch Entfernung der extrazellulären Matrix im auditorischen Kortex. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 111, 2800–2805 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lesnikova, A. et al. Der perineuronale Netzrezeptor PTPσ reguliert die Speicherung von Erinnerungen. Vorderseite. Synaptische Neurosci. 13, 672475 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sorg, BA et al. Ein weites Netz auswerfen: Die Rolle perineuronaler Netze bei der neuronalen Plastizität. J. Neurosci. 36, 11459–11468 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Carulli, D. & Verhaagen, J. Eine extrazelluläre Perspektive auf die ZNS-Reifung: Perineuronale Netze und die Kontrolle der Plastizität. Int. J. Mol. Wissenschaft. 22, 2434 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lopes, G. et al. Bonsai: Ein ereignisbasiertes Framework zur Verarbeitung und Steuerung von Datenströmen. Vorderseite. Neuroinform. 9, 7 (2015).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Meng, C. et al. Spektral aufgelöste Faserphotometrie zur Mehrkomponentenanalyse von Gehirnschaltkreisen. Neuron 98, 707-717.e4 (2018).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Moda-Sava, RN et al. Nachhaltige Rettung einer Dysfunktion des präfrontalen Schaltkreises durch Antidepressiva-induzierte Wirbelsäulenbildung. Wissenschaft 364, 6436 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Berg, S. et al. ilastik: Interaktives maschinelles Lernen für die (Bio-)Bildanalyse. Nat. Methoden 16, 1226–1232 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sigal, YM, Bae, H., Bogart, LJ, Hensch, TK & Zhuang, X. Strukturelle Reifung kortikaler perineuronaler Netze und ihrer perforierenden Synapsen durch hochauflösende Bildgebung. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 116, 7071–7076 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ho, J., Tumkaya, T., Aryal, S., Choi, H. & Claridge-Chang, A. Über P-Werte hinaus: Datenanalyse mit Schätzungsgrafiken. Nat. Methoden 16, 565–566 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Finanzierung dieser Studie erfolgte durch einen NSERC Discovery Grant (RGPIN-2018-05135) an JRE und einen Brain Canada Early Career Research Capacity Building Grant (4709) an JRE. DJT erhielt ein Stipendium der Canadian Open Neuroscience Platform. GAS erhielt PDF-Stipendien vom NSERC, dem Hotchkiss Brain Institute und der Cumming School of Medicine.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Alexandria Evans und Dylan J. Terstege.

Abteilung für Zellbiologie und Anatomie, Hotchkiss Brain Institute, Cumming School of Medicine, HMRB 162, Health Sciences Centre, University of Calgary, 3330 Hospital Drive NW, Calgary, AB, T2N 4N1, Kanada

Alexandria Evans, Dylan J. Terstege, Gavin A. Scott, Mio Tsutsui und Jonathan R. Epp

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

AE, DJT und JRE konzipierten und gestalteten die Experimente. AE, DJT und GAS führten die Experimente durch. GAS und MT führten die chirurgischen Eingriffe durch. AE, DJT, GAS und JRE führten die histologischen Verfahren durch. AE, DJT und JRE führten die Analysen durch. AE, DJT und JRE haben den Artikel geschrieben.

Korrespondenz mit Jonathan R. Epp.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Evans, A., Terstege, DJ, Scott, GA et al. Durch Neurogenese vermittelte Plastizität ist mit einer verringerten neuronalen Aktivität in CA1 während des Abrufs von Kontextangstgedächtnissen verbunden. Sci Rep 12, 7016 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-10947-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 10. Januar 2022

Angenommen: 14. April 2022

Veröffentlicht: 29. April 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-10947-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.