Învățare și memorie

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Impactul dietei asupra învățării, memoriei și cunoașterii Vizualizați toate cele 11 articole

Editat de
Margaret Morris

Universitatea din New South Wales, Australia

Revizuite de
Phillip M. Baker

Seattle Pacific University, Statele Unite ale AmericiiΑ

Robert A. Boakes

Universitatea din Sydney, Australia

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

frontiere

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Școală de sănătate și științe biomedicale, Universitatea RMIT, Bundoora, VIC, Australia
  • 2 Școala de psihologie, Universitatea din New South Wales, Kensington, NSW, Australia

Introducere

Creșterea rapidă a ratelor de obezitate a fost atribuită disponibilității crescânde a dietelor nesănătoase (adică consumul excesiv de alimente și băuturi cu un conținut ridicat de grăsimi, zaharuri și sare) și inactivității fizice (OMS, 2015). Prezența supraponderalității și a obezității contribuie la afectări semnificative ale sănătății, cu creșteri mari ale riscului de boli cardiovasculare, diabet de tip 2 și cancer (McGee, 2005; Adams și colab., 2006). Incidențele afectării cognitive ușoare (Elias și colab., 2005; Jeong și colab., 2005; Hassing și colab., 2010), demență (Whitmer și colab., 2005; Anstey și colab., 2011) și boala Alzheimer ( Solfrizzi și colab., 2004; Whitmer și colab., 2005; Gustafson și colab., 2012; Besser și colab., 2014) sunt crescute în mod similar cu obezitatea.

Șobolanii hrăniți cu diete bogate în grăsimi s-au arătat în unele studii că sunt afectați cognitiv în comparație cu cei hrăniți cu o dietă normală de chow. S-a pus mult accent pe sarcinile comportamentale dependente de hipocamp (Molteni și colab., 2002; Wu și colab., 2003; Goldbart și colab., 2006; Pathan și colab., 2008; Stranahan și colab., 2008; Xia și colab. ., 2015). În labirintul de apă Morris (MWM), o serie de studii au arătat că animalele hrănite cu conținut ridicat de grăsimi au durat mai mult timp pentru a afla locația unei platforme scufundate în raport cu omologii lor de control (Wu și colab., 2003; Molteni și colab., 2002; Goldbart și colab., 2006; Pathan și colab., 2008; Stranahan și colab., 2008; Xia și colab., 2015). Aceste studii au utilizat niveluri variate de grăsimi variind de la 21 la 58 kcal% și diferite durate ale consumului de dietă, cu consensul general că dietele bogate în grăsimi consumate pe termen lung pot afecta învățarea spațială și memoria în MWM.

Modelul de obezitate al dietei occidentale (WD) este un subtip de obezitate indusă de HFD care imită așa-numita dietă „occidentală” prin hrănirea șobolanilor cu un chow WD (conținând 22% greutate/greutate echivalentă cu 40 kcal% grăsime) sau dieta de control chow (conținând 6% grăsime totală). WD a fost formulat pentru a reprezenta un HFD tipic consumat de obicei în țările „occidentale” dezvoltate și este echivalent cu Harlan Teklad TD88137 sau Dietele de cercetare Western Diet D12079B care au fost utilizate anterior pentru a accelera și a spori hipercolesterolemia și formarea plăcii aterosclerotice (Febbraio și colab., 2000; Ascencio și colab., 2004; Yang și colab., 2006). Am arătat anterior că hrănirea cu 12 săptămâni WD determină o schimbare semnificativă a măsurilor metabolice, inclusiv creșterea greutății corporale, a tensiunii arteriale și a trigliceridelor serice (Kosari și colab., 2012).

Dopamina (DA) are un rol bine recunoscut în cunoaștere, inclusiv motivația, recompensa, pedeapsa și memoria de lucru (Cools, 2008). Cercetări recente au descoperit implicarea DA cu obezitatea (Volkow și colab., 2012, 2013). S-a postulat că la indivizii cu o cale mesocorticolimbică hipo-receptivă există un risc crescut de dezvoltare a obezității (Davis și colab., 2004). La om, sensibilitatea la recompensă a fost asociată cu mâncarea excesivă emoțională, preferința pentru alimentele bogate în grăsimi, consumul excesiv și pofta de alimente (Loxton și Dawe, 2001; Davis și colab., 2004, 2007; Franken și Muris, 2005). Într-un studiu efectuat pe rozători, reducerea mediată de lentivirus a receptorilor DA D2 striatali a dus la apariția căutării de alimente de tip compulsiv la șobolani cu acces extins la alimente gustoase cu conținut ridicat de grăsimi și, de asemenea, la scăderea capacității de reacție a sistemului de recompensare a creierului, constând din unele dovezi de la oameni (Johnson și Kenny, 2010). Mai mult, o dietă bogată în grăsimi în stil cafenea scade, de asemenea, ambele niveluri bazale de DA și eliberare de DA ca răspuns la alimente sau amfetamină (Geiger și colab., 2009).

Materiale și metode

Animale

Șobolani cu glugă masculi Wistar (Universitatea din Adelaide, Australia) au fost găzduiți la unitatea de animale a Universității RMIT, un mediu controlat (20 ± 1 ° C) cu ciclu de lumină/întuneric de 12 ore (luminile aprinse la 07:00 h) în grupuri de 4, cu alimente și apă la libutum în cușca de acasă. Testele comportamentale au fost efectuate între orele 9:00 - 19:00 într-o cameră dedicată comportamentului animalelor. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu Legea din 1986 privind prevenirea cruzimii față de animale și cu aprobarea Comitetului de etică animală a Universității RMIT.

Manipulare dietetică

La livrare, tuturor animalelor li s-a permis să se aclimatizeze timp de cel puțin o săptămână înainte de începerea manipulării dietetice. Șobolanii au fost repartizați aleatoriu fie unei diete de control (CON, regim standard AIN93G pentru rozătoare, 6% grăsimi totale, inclusiv 1,05% acizi grași saturați total; hrană specială, Perth, Australia) sau WD (SF00-219, 21% grăsimi totale, inclusiv 1,80% grăsimi saturate totale și 0,15% colesterol; hrană specială, Perth, Australia) și a rămas în această dietă timp de 12 săptămâni.

Experimentul 1

Restricția alimentelor

Cu o săptămână înainte de începerea sarcinii DWSh, șobolanii (N = 10 per grup) au fost restricționate alimentele cu CON sau WD respectiv. Greutatea corporală a fost monitorizată de două ori pe săptămână pentru a se asigura că șobolanii nu scad sub 85% din greutatea lor de hrănire liberă. Restricția alimentară a fost menținută pe toată durata testării comportamentale.

Sarcina Win-Shift întârziată în labirintul brațului radial

Testarea a fost efectuată într-un labirint radial cu opt brațe (Lafayette Instrument, SUA), format dintr-o platformă centrală octogonală (34 cm diametru) și opt brațe radiale la fel de distanțate (87 cm lungime, 10 cm lățime). La capătul fiecărui braț era un puț alimentar (2 cm diametru și 0,5 cm adâncime). La începutul fiecărui braț era o ușă clară din Perspex care controla accesul în și în afara zonei centrale. Fiecare ușă a fost controlată de o cutie de control computerizată care a permis experimentatorului să controleze accesul la brațe. Indicii vizuali evidenți ai diferitelor forme geometrice au fost așezați în jurul labirintului de pe pereții camerei.

În primele 3 zile de testare, șobolanii au fost obișnuiți cu RAM în două sesiuni pe zi cu o durată de 10 minute fiecare. După ultima sesiune de obișnuință a zilei, șobolanii au fost returnați în cuștile de acasă și li s-au administrat aproximativ 20 de pelete recompensate cu cereale (45 mg, Bio-Serv, SUA). După obișnuință, șobolanii au suferit un total de 12 sesiuni de antrenament cu 2 ședințe efectuate pe zi. Aceasta a constat dintr-o fază de antrenament de 5 minute, un interval inter-proces de 5 minute în care șobolanul a fost readus în cușca de acasă și o fază de test de 5 minute. Înainte de faza de antrenament, 4 brațe au fost alese și blocate pseudo-aleatoriu, cu următoarea regulă că nu mai mult de 2 brațe adiacente ar putea fi închise în orice proces. Armele rămase care nu au fost blocate au fost momite cu pelete de recompensare a cerealelor. Faza de antrenament a implicat permiterea șobolanului 5 minute să intre și să recupereze recompensele peletei de cereale din toate brațele momite. După un interval inter-proces de 5 minute, faza de testare a avut loc în care toate cele 8 brațe au fost deschise și brațele blocate anterior au fost momite cu pelete de recompensare a cerealelor. Șobolanul a fost apoi plasat înapoi în labirint și a fost înregistrat numărul de intrări de brațe.

În scopuri de analiză, 2 sesiuni de antrenament/test au fost grupate într-un singur bloc. O intrare a brațului a fost înregistrată atunci când animalul s-a deplasat complet de pe platforma centrală în braț. Au fost înregistrate două tipuri de erori: în cadrul erorii de fază (eroare de memorie de lucru, reintrarea unui braț care a fost momit și care a fost vizitat) și eroare de fază (eroare de memorie de referință, intrarea într-un braț de fază de antrenament.

Îndepărtarea țesutului adipos epididimal

Odată ce șobolanii au fost tăiați cu sodiu pentobarbital (1 mg/kg), țesutul adipos epididimal situat la 10 mm de epididim (proximal) și la 10 mm de la capătul distal al depozitului de grăsimi epididimale (distal) au fost recoltate și cântărite.

Pregătirea probei HPLC

Șobolani selectați aleatoriu din cohorta RAM (N = 5 per grup) au fost uciși cu 0,5 ml i.p. injectare de pentobarbital sodic (1 mg/kg). Creierele au fost înghețate rapid în izo-pentan răcite la -35 ° C de gheață uscată apoi depozitate la -80 ° C. Striațele întregi, hipocampii și cortexurile prefrontale au fost disecate pe gheață cu ajutorul atlasului cerebral al șobolanilor Paxinos și Watson (Paxinos și Watson, 2007).

Corticile prefrontale, striata și hipocampus au fost evaluate pentru nivelurile de DA și acid dihidroxifenilacetic (DOPAC; metabolit DA). Probele au fost omogenizate în tampon de extracție (acid percloric 4 M, metabisulfat de sodiu 0,008 M, acid etilendiaminetetraacetic 0,002 M (EDTA) și apă MilliQ pentru a aduce volumul la 100 ml) și sonicate pentru a rupe membranele veziculare. Probele au fost apoi rotite la 10.500 g timp de 5 minute, iar supernatantul a fost transferat într-un tub proaspăt. Probele au fost filate de încă două ori, pentru a se asigura că toate resturile au fost eliminate. Probele au fost depozitate la -80 ° C până când este necesar.

Patruzeci de pl de probă au fost transferați într-un flacon de recuperare HPLC. Standardele pentru DA și DOPAC au fost realizate în același tampon de extracție utilizat pentru prepararea probei. Faza mobilă a fost compusă din 70 mM fosfat monopotassic, 0,5 mM sare disodică EDTA, 8 mM sare octanică sulfonică a acidului sulfonic, 170 ml metanol HPLC, la un volum final de 1000 ml și pH 3. Debitul a fost de 500 μl/min. cu coloane de fază inversă C18. Analiza HPLC a fost efectuată pe probe PFC, striatale și HPC de la șobolani hrăniți fie cu dietă CON, fie cu WD timp de 12 săptămâni pentru nivelurile totale (intracelulare și extracelulare) de DA și DOPAC. Au fost utilizate standarde ale concentrațiilor cunoscute pentru dopamină și DOPAC pentru a cuantifica și identifica vârfurile de pe cromatografe.

Experimentul 2

Expunerea la un mediu nou

O cohortă separată de șobolani (N = 6-7 pe grup, 12 săptămâni CON sau manipulare dietetică WD) a fost evaluată pentru expresia Fos activată. Șobolanii au fost plasați într-o arenă nouă, în cazul nostru un labirint Y (labirint cu trei brațe cu unghiuri egale între toate brațele care aveau 50 cm lungime × 17 cm lățime × 32 cm înălțime. Șobolanilor li s-a permis să se deplaseze în jurul acestui mediu nou pentru 30 de minute. Șobolanii au fost apoi returnați în cuștile de acasă timp de 90 de minute într-o cameră întunecată și liniștită. Această manipulare a fost pentru a reduce expunerea la alți stimuli care ar putea evoca producția de Fos. Imediat după această perioadă de liniște de 90 de minute șobolanii au fost profund anesteziați cu pentobarbitonă sodică (1 mg/kg) și perfuzat transcardic cu 0,1 M PBS urmat de 4% paraformaldehidă în soluție salină tamponată cu fosfat 0,1 M (PBS).

Comenzi cușcă acasă

Într-o altă cohortă de șobolani (N = 6 per grup), a suferit o manipulare dietetică identică cu cea a cohortei de mai sus. Acești șobolani de control al cuștii de acasă, alergați la un moment diferit de cohorta de mai sus, au rămas neatinși până la eliminare, când au fost, de asemenea, anesteziați profund cu sodiu pentobarbital (1 mg/kg) și perfuzați transcardic cu 0,1 M PBS urmat de 4% paraformaldehidă în 0,1 M PBS.

Pregătirea creierului

După ce capetele de perfuzie transcardică au fost îndepărtate cu ghilotină de șobolan construită special și creierele îndepărtate și postfixate timp de 4 ore în paraformaldehidă de 4% în PBS înainte de a le pune în zaharoză 30% în soluție de PBS (4 ° C) până la secționare. După fixarea creierelor, secțiunile coronare seriale (30 μm) au fost tăiate pe un criostat (Leica CM1950, Leica Microsystems, Germania) la -16 ° C și plasate în ciprotector [30% (greutate/volum) zaharoză, 30% (greutate/greutate) v) etilen glicol, 0,01% (g/v) polivinil pirolidină în soluție 0,1 M de PBS (pH 7,4)] și depozitat la -20 ° C pentru a fi supus ulterior imunohistochimiei.

Foss Imunohistochimie

Secțiunile au fost spălate și transferate la 0,3% peroxid de hidrogen în 0,1 M PBS conținând 0,2% Triton X-100 (PBST) timp de 10 min pentru a inhiba peroxidaza endogenă și apoi spălate de mai multe ori cu PBST. Secțiunile au fost incubate în PBST conținând anticorp policlonal de iepure Fos (1: 5000; Ab-5; Oncogene Science, UK) timp de 48 de ore la 4 ° C cu rotație periodică. Secțiunile au fost apoi spălate cu PBST și incubate în anticorp secundar biotinilat de capră anti-iepure (diluat 1: 200 în PBST; Vectastain; Vector Laboratories, SUA) și 1,5% ser normal de capră timp de 2 ore la temperatura camerei pe un rotator. Secțiunile au fost apoi spălate și prelucrate cu complex de peroxidază de hrean cu biotinilat avidin în PBST (Elite Kit; Vector Laboratories, SUA) timp de 1 oră la temperatura camerei, din nou cu rotație constantă. Secțiunile au fost spălate din nou în PBST și apoi în tampon Tris 0,05 M. Reacția a fost apoi vizualizată utilizând 3 ′, 3 ′ - diaminobenzidină intensificată cu clorură de nichel. Secțiunile au fost montate și lăsate să se usuce peste noapte înainte de a fi deshidratate printr-o serie gradată de spălări cu alcool și acoperite.

Analiza imaginii

Fotomicrografiile secțiunilor creierului imunomarcate au fost capturate la obiectivul de 10x folosind un microscop BX60 (Olympus, Japonia) și camera RTKE SPOT (Diagnostic Instruments, SUA) interfațate cu un computer PC cu software de imagistică SPOT. Numărul de nuclee colorate a fost efectuat folosind programul Image J din domeniul public (National Institutes of Health, SUA). Imaginile au fost digitalizate în scară de gri în cazul în care un prag, stabilit peste valoarea medie ± S.E.M. din fundal, a fost aplicat pentru corectarea fundalului. În interiorul fiecărei regiuni, numărul de particule peste prag a fost calculat automat. Nu au fost observate diferențe rostrocaudale în toate regiunile creierului analizate.

Regiuni de interes

Un total de 7 regiuni au fost analizate cu site-uri selectate deoarece au fost implicate anterior în procesele de memorie. Toate site-urile de la care s-a decis a priori pentru a număra celulele Fos-pozitive sunt prezentate. Pentru fiecare regiune cerebrală analizată, numărările au fost luate dintr-un minim de patru secțiuni coronale alternative. Au fost cercetate subcâmpurile citoarhitectonice din cadrul formațiunii hipocampice constând din zona cornu ammonis 1 (CA1), zona cornu ammonis 2/3 (CA2/3) și giratul dentat (DG) al HPC. Numărul hipocampului a fost luat la 5,28 mm interaural și bregma -3,72 mm în atlasul cerebral al șobolanilor Paxinos și Watson (Paxinos și Watson, 2007). Celulele imunoreactive Fos au fost numărate în zona prelimbică (PrL), cortex cingulat (Cg) și cortex infralimbic (IL) corespunzător interaural 12,00 mm și bregma 3,00 mm (Paxinos și Watson, 2007). Striatul a fost numărat la niveluri corespunzătoare interaurale 11,04 mm și bregma 2,04 mm (Paxinos și Watson, 2007). Trei zone din cadrul fiecărei secțiuni striatale au fost eșantionate folosind un pătrat de 1 × 1 cm, a generat programul de imagistică și s-a obținut o singură valoare prin media celor 3 numere.

Analize statistice

Toate datele sunt prezentate ca medie ± S.E.M. A p-valoarea de 0,05; Figura 3A). Nu s-a observat niciun efect de neurotransmițător de grup sau grup x (toate F 0,05; Figura 3D).

Figura 3. Determinarea analizei HPLC a cifrei de afaceri DA, DOPAC și DA la șobolani hrăniți cu WD comparativ cu CON din (A) cortexul prefrontal. (B) striatum și (C) hipocamp. (D-F) Analiza HPLC a raportului DOPAC la DA în cortexul prefrontal, striat și hipocamp, respectiv. n = 5 per grup. * Semnificativ diferit de CON p 0,05). Rata de rotație a DA în striat nu a fost văzută a fi influențată de consumul WD (CON 0,50 ± 0,02 vs. WD 0,46 ± 0,05, p > 0,05; Figura 3E).

În HPC nu s-au observat diferențe în ceea ce privește nivelul neurotransmițătorului [F(1, 16) = 4,3, p = 0,06], nici neurotransmițătorul grupului x (F 0,05) sau DOPAC (CON 9,88 ± 2,81 pmol/mg vs. LM 2,68 ± 0,27 pmol/mg, p > 0,05) niveluri comparativ cu CON (Figura 3C). Animalele WD au redus semnificativ cifra de afaceri DA comparativ cu martorul (CON 0,78 ± 0,14 vs. WD 0,32 ± 0,07, p Cuvinte cheie: dietă occidentală, dietă bogată în grăsimi, activare neuronală, memorie spațială, cogniție, striat, dopamină

Citație: Nguyen JCD, Ali SF, Kosari S, Woodman OL, Spencer SJ, Killcross AS și Jenkins TA (2017) Dieta occidentală Chow Consum la șobolani induce activarea neuronală striatală în timp ce reduce nivelurile de dopamină fără a afecta memoria spațială în labirintul brațului radial. Față. Comportă-te. Neuroști. 11:22. doi: 10.3389/fnbeh.2017.00022

Primit: 19 septembrie 2016; Acceptat: 25 ianuarie 2017;
Publicat: 09 februarie 2017.

Margaret Morris, Universitatea din New South Wales, Australia

Phillip Michael Baker, Universitatea din Washington, SUA
Robert Alan Boakes, Universitatea din Sydney, Australia