اثر تکاملی محرومیت از نور بر القای تقویت درازمدت (LTP) در نورون‌های ناحیه‌ی CA1 هیپوکامپ موش صحرایی

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مرکز تحقیقات فیزیولوژی، کمیته‌ی تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی کاشان، کاشان، ایران

2 کارشناس ارشد، مرکز تحقیقات فیزیولوژی، دانشگاه علوم پزشکی کاشان، کاشان، ایران

3 کارشناس، مرکز تحقیقات فیزیولوژی، دانشگاه علوم پزشکی کاشان، کاشان، ایران

4 استاد، مرکز تحقیقات فیزیولوژی، دانشگاه علوم پزشکی کاشان، کاشان، ایران

چکیده

مقدمه: علاوه بر فعالیت ذاتی نورون‌ها، سیگنال‌های حسی در دوران بحرانی تکامل مغز اثر شگرفی در ساختار و عملکرد مغز دارند. در این مطالعه اثر تکاملی محرومیت از نور بر روی پدیده‌ی تقویت پاسخ‌های میدانی ثبت شده از ناحیه‌ی CA1 هیپوکامپ مورد بررسی قرار گرفته است.روش‌ها: در این مطالعه‌ی تجربی، 48 سر موش صحرایی نر در دو گروه روشنایی (LR یا Light reared) و تاریکی (DR یا Dark reared) قرار گرفتند. حیوانات LR از بدو تولد تا لحظه‌ی آزمایش در شرایط معمول حیوانخانه و موش‌های DR در شرایط تاریکی کامل قرار گرفتند. سپس حیوانات هر گروه به 3 زیر گروه 2، 6 و 10 هفته (هر گروه 8 سر) تقسیم شدند. با تحریک مسیر پریفورنت، پاسخ‌های میدانی نورون‌ها در ناحیه‌ی CA1 برای مدت 30 دقیقه ثبت گردید. سپس تحریک تتانیک اعمال شد و آزمایش به مدت 120 دقیقه‌ی دیگر ادامه یافت.یافته‌ها: هم‌زمان با افزایش سن، از اندازه‌ی پاسخ‌های پایه‌ی حیوانات LR کاسته و بر اندازه‌ی پاسخ‌های حیوانات DR افزوده شد. همچنین، اگرچه محرومیت از بینایی مانع از القای تقویت درازمدت (LTP یا Long-term potentiation) در ناحیه‌ی CA1 هیپوکامپ نشد، اما از میزان تقویت آن کاست و با افزایش سن نیز در هر دو گروه حیوانات از اندازه‌ی پاسخ بعد از القای LTP کاسته شد.نتیجه‌گیری: به نظر می‌رسد که تغییر در تجربه‌ی بینایی از طریق تغییر در فعالیت نورترانسمیترهای مغزی باعث ایجاد اختلال در فعالیت نورون‌های ناحیه‌ی CA1 هیپوکامپ قبل و بعد از القای LTP می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Developmental Effect of Dark Rearing on Long-Term Potentiation (LTP) Induction in CA1 Area of Hippocampus

نویسندگان [English]

  • Sayyed Alireza Talaei 1
  • Sayyed Mojtaba Banitaba Bidgoli 2
  • Saeideh Davari 3
  • Mahmoud Salami 4
1 PhD Student, Physiology Research Center AND Student Research Committee, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran
2 Physiology Research Center, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran
3 Physiology Research Center, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran
4 Professor, Physiology Research Center, Kashan University of Medical Sciences, Kashan, Iran
چکیده [English]

Background: In the critical period of brain development, in addition to natural function of neurons, the environmental signals strikingly affect the brain structure and function. In this study, the developmental effect of dark rearing on induction of long-term potentiation (LTP) in responses of neurons of CA1 area of hippocampus was evaluated.Methods: This experimental study was carried out on 2 groups of male rats kept in a standard 12-hour light/dark condition (Light reared or LR) or a in complete darkness (Dark reared or DR) since birth through the study. Each group, in turn, was divided into 3 groups of 2, 6 and 10 weeks old subgroups (n = 8 for each). Stimulating the perforant path, field potentials were recorded in the CA1 area for 30 minutes. Then, the tetanic stimulation was applied to the Schaffer collaterals and the field potentials were pooled for 120 minutes post-tetanus.Findings: While the response amplitude of the basic responses demonstrated an age-dependent decrease in the LR animals, it showed a substantial increase in the DR ones. Dark rearing declined the degree of potentiation in the tetanized responses; however, the post-tetanus recordings showed a significant LTP yet. The LTP induction was reduced in either LR or DR animals.Conclusion: It seems that the visual experience modifications weaken both basic responses and LTP induction in neurons of CA1 area of hippocampus.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Long-term potentiation
  • Hippocampus
  • Dark rearing
  • Rat

مراجع

  1. Hensch TK. Critical period plasticity in local cortical circuits. Nat Rev Neurosci 2005; 6(11): 877-88.
  2. Morishita H, Hensch TK. Critical period revisited: impact on vision. Curr Opin Neurobiol 2008; 18(1): 101-7.
  3. Yang CB, Kiser PJ, Zheng YT, Varoqueaux F, Mower GD. Bidirectional regulation of Munc13-3 protein expression by age and dark rearing during the critical period in mouse visual cortex. Neuroscience 2007; 150(3): 603-8.
  4. Hooks BM, Chen C. Critical periods in the visual system: changing views for a model of experience-dependent plasticity. Neuron 2007; 56(2): 312-26.
  5. Salami M, Fathollahi Y, Esteky H, Motamedi F, Atapour N. Effects of ketamine on synaptic transmission and long-term potentiation in layer II/III of rat visual cortex in vitro. Eur J Pharmacol 2000; 390(3): 287-93.
  6. Yukie M. Connections between the medial temporal cortex and the CA1 subfield of the hippocampal formation in the Japanese monkey (Macaca fuscata). J Comp Neurol 2000; 423(2): 282-98.
  7. Lavenex P, Amaral DG. Hippocampal-neocortical interaction: a hierarchy of associativity. Hippocampus 2000; 10(4): 420-30.
  8. Waters NS, Klintsova AY, Foster TC. Insensitivity of the hippocampus to environmental stimulation during postnatal development. J Neurosci 1997; 17(20): 7967-73.
  9. Dhanushkodi A, Shetty AK. Is exposure to enriched environment beneficial for functional post-lesional recovery in temporal lobe epilepsy? Neurosci Biobehav Rev 2008; 32(4): 657-74.
  10. Talaei SA, Sheibani V, Salami M. Light deprivation improves melatonin related suppression of hippocampal plasticity. Hippocampus 2010; 20(3): 447-55.
  11. Bird CM, Burgess N. The hippocampus and memory: insights from spatial processing. Nat Rev Neurosci 2008; 9(3): 182-94.
  12. Abraham WC, Williams JM. LTP maintenance and its protein synthesis-dependence. Neurobiol Learn Mem 2008; 89(3): 260-8.
  13. Yashiro K, Philpot BD. Regulation of NMDA receptor subunit expression and its implications for LTD, LTP, and metaplasticity. Neuropharmacology 2008; 55(7): 1081-94.
  14. Li S, Cullen WK, Anwyl R, Rowan MJ. Dopamine-dependent facilitation of LTP induction in hippocampal CA1 by exposure to spatial novelty. Nat Neurosci 2003; 6(5): 526-31.
  15. Kerchner GA, Nicoll RA. Silent synapses and the emergence of a postsynaptic mechanism for LTP. Nat Rev Neurosci 2008; 9(11): 813-25.
  16. Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. 6th ed. San Diego, CA: Academic Press; 2007.
  17. Morales B, Choi SY, Kirkwood A. Dark rearing alters the development of GABAergic transmission in visual cortex. J Neurosci 2002; 22(18): 8084-90.
  18. Chattoraj A, Liu T, Zhang LS, Huang Z, Borjigin J. Melatonin formation in mammals: in vivo perspectives. Rev Endocr Metab Disord 2009; 10(4): 237-43.
  19. Vanecek J. Cellular mechanisms of melatonin action. Physiol Rev 1998; 78(3): 687-721.
  20. Musshoff U, Riewenherm D, Berger E, Fauteck JD, Speckmann EJ. Melatonin receptors in rat hippocampus: molecular and functional investigations. Hippocampus 2002; 12(2): 165-73.
  21. Baydas G, Ozer M, Yasar A, Tuzcu M, Koz ST. Melatonin improves learning and memory performances impaired by hyperhomocysteinemia in rats. Brain Res 2005; 1046(1-2): 187-94.
  22. Yashiro K, Corlew R, Philpot BD. Visual deprivation modifies both presynaptic glutamate release and the composition of perisynaptic/extrasynaptic NMDA receptors in adult visual cortex. J Neurosci 2005; 25(50): 11684-92.
  23. Salami M, Fathollahi Y, Semnanian S, Atapour N. Differential effect of dark rearing on long-term potentiation induced by layer IV and white matter stimulation in rat visual cortex. Neurosci Res 2000; 38(4): 349-56.
  24. Zeng Y, Tan M, Kohyama J, Sneddon M, Watson JB, Sun YE, et al. Epigenetic enhancement of BDNF signaling rescues synaptic plasticity in aging. J Neurosci 2011; 31(49): 17800-10.
  25. Crair MC, Malenka RC. A critical period for long-term potentiation at thalamocortical synapses. Nature 1995; 375(6529): 325-8.
  26. Eckert MJ, Bilkey DK, Abraham WC. Altered plasticity in hippocampal CA1, but not dentate gyrus, following long-term environmental enrichment. J Neurophysiol 2010; 103(6): 3320-9.
  27. Karpova NN, Rantamaki T, Di LA, Lindemann L, Hoener MC, Castren E. Darkness reduces BDNF expression in the visual cortex and induces repressive chromatin remodeling at the BDNF gene in both hippocampus and visual cortex. Cell Mol Neurobiol 2010; 30(7): 1117-23.
  28. Ozcan M, Yilmaz B, Carpenter DO. Effects of melatonin on synaptic transmission and long-term potentiation in two areas of mouse hippocampus. Brain Res 2006; 1111(1): 90-4.
  29. Chaudhury D, Wang LM, Colwell CS. Circadian regulation of hippocampal long-term potentiation. J Biol Rhythms 2005; 20(3): 225-36.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 31، شماره 228 - شماره پیاپی 228
فروردین و اردیبهشت 1392
صفحه 237-246

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 شهریور 1391
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار