Стимуляция блуждающего нерва и закрепление навыков
• С возрастом процесс закрепления навыков становится сложнее. • Большинство средств для улучшения усвоения информации не работают. • Ученые из Университета Тохоку протестировали стимуляцию блуждающего нерва у мышей.
Основа исследования
• Химическая и молекулярная среда мозга влияет на синаптическую пластичность. • Нейроваскулярное сопряжение регулирует доставку энергии для нейронов. • Периферические интероцептивные сигналы влияют на мозг через блуждающий нерв.
Электрическая стимуляция блуждающего нерва
• VNS используется для лечения неврологических заболеваний. • VNS может изменять локальную среду мозга и модулировать нейронные цепи. • Вопрос о связи VNS с сосудистой динамикой остается неизученным.
Эксперимент с мышами
• Ученые разработали манжетный электрод для хронической стимуляции блуждающего нерва у мышей. • Многократные тренировки горизонтального оптокинетического рефлекса улучшали глазодвигательную функцию. • VNS усиливала долговременный эффект обучения и вызывала сосудистые осцилляции во флоккулюсе мозжечка.
Результаты исследования
• VNS вызывала кратковременное расширение зрачка и снижение частоты сердечных сокращений. • Амплитуда сосудистых осцилляций коррелировала со степенью улучшения долговременных результатов обучения. • Результаты исследования могут помочь в оптимизации терапевтических стратегий на основе VNS.
Влияние VNS на сердечный ритм
• VNS вызывает кратковременное снижение HR во время стимуляции и устойчивый эффект после ее завершения. • Использовались алгоритмы для устранения артефактов стимуляции при регистрации ЭКГ. • Первая серия импульсов VNS значительно снизила нормализованный показатель HR. • Повторные стимуляции VNS показали значимое различие в изменениях HR между первыми и последними пятью сериями. • Исходный уровень HR демонстрировал дрейф после повторных стимуляций и коррелировал с показателем отношения HR.
Влияние VNS на обучение
• VNS улучшает результаты обучения в долгосрочной перспективе. • Интенсивность VNS влияет на расширение зрачка, но полярность стимуляции не оказывает существенного влияния. • Использовалась парадигма моторного обучения на основе HOKR для изучения влияния VNS на обучение. • VNS не влияла на обучение в ходе тренировки и на раннем этапе офлайн фазы, но улучшала обучение в поздней офлайн фазе.
Динамика объема крови в клочке мозжечка
• VNS вызывает кратковременные колебания интенсивности аутофлуоресценции в клочке мозжечка. • Ответы имеют двухфазную динамику: быстрое положительное отклонение и отсроченное отрицательное отклонение. • Амплитуда отрицательного отклонения больше амплитуды положительного, латентный период пика отрицательного отклонения увеличивается по мере повторения стимуляции.
Прямая визуализация динамики объема сосудов мозжечка
• Использовался химерный белок Alb-mScarlet для визуализации объема сосудов. • VNS вызывает двухфазные колебания флуоресценции Alb-mScarlet, противоположные сигналам аутофлуоресценции. • Увеличение интенсивности VNS приводит к более выраженным отклонениям сигналов, эффект насыщения наблюдается на высоких уровнях интенсивности. • Расположение катода в краниальном направлении вызывает более значительные отклонения, чем в каудальном. • Перекрестно-корреляционный анализ выявил отрицательный пик между сигналами Alb-mScarlet и аутофлуоресценции со сдвигом по времени.
Анализ исходных уровней
• Значительное кумулятивное увеличение аутофлуоресценции после стимуляции • Отсутствие значимых изменений в флуоресценции Alb-mScarlet • Отсутствие корреляции между дрейфом исходных уровней двух сигналов
Влияние VNS на мозжечок
• VNS вызывает скоординированные изменения объема сосудов • Различия между сигналами Alb-mScarlet и аутофлуоресценции обусловлены сосудистым затенением и изменениями концентрации метаболических компонентов
Колебания объема сосудов и обучение
• Флуктуации аутофлуоресценции наблюдаются в контрольной и группе VNS • Интенсивность флуктуаций возрастает при многократной стимуляции VNS • Средний наклон кривой и суммарная амплитуда колебаний выше в группе VNS на ранних этапах после тренировки
Связь между сосудистыми осцилляциями и обучением
• Значительная положительная корреляция между амплитудой осцилляций и результатами HOKR в группе имитации стимуляции • Положительная тенденция в группе VNS и более выраженная корреляция при объединении данных • Показатели HOKR выше в группе VNS по сравнению с группой имитации стимуляции
Эпилог
• Стимуляция блуждающего нерва способствует закреплению двигательных навыков у мышей • VNS вызывает ритмические изменения в кровеносных сосудах головного мозга • В будущем планируется усовершенствовать протоколы стимуляции и изучить взаимодействие между мозгом и организмом для долгосрочной пластичности