scholarly journals Hippocampal Infusion of Zeta Inhibitory Peptide Impairs Recent, but Not Remote, Recognition Memory in Rats

2015 ◽  
Vol 2015 ◽  
pp. 1-7 ◽  
Author(s):  
Jena B. Hales ◽  
Amber C. Ocampo ◽  
Nicola J. Broadbent ◽  
Robert E. Clark
Keyword(s):  
Object Recognition ◽  
Recognition Memory ◽  
Spatial Memory ◽  
Dorsal Hippocampus ◽  
Late Phase ◽  
Recognition Task ◽  
Long Term Potentiation ◽  
Inhibitory Peptide ◽  
Term Potentiation ◽  
Novel Object Recognition Task

Spatial memory in rodents can be erased following the infusion of zeta inhibitory peptide (ZIP) into the dorsal hippocampus via indwelling guide cannulas. It is believed that ZIP impairs spatial memory by reversing established late-phase long-term potentiation (LTP). However, it is unclear whether other forms of hippocampus-dependent memory, such as recognition memory, are also supported by hippocampal LTP. In the current study, we tested recognition memory in rats following hippocampal ZIP infusion. In order to combat the limited targeting of infusions via cannula, we implemented a stereotaxic approach for infusing ZIP throughout the dorsal, intermediate, and ventral hippocampus. Rats infused with ZIP 3–7 days after training on the novel object recognition task exhibited impaired object recognition memory compared to control rats (those infused with aCSF). In contrast, rats infused with ZIP 1 month after training performed similar to control rats. The ability to form new memories after ZIP infusions remained intact. We suggest that enhanced recognition memory for recent events is supported by hippocampal LTP, which can be reversed by hippocampal ZIP infusion.

scholarly journals The role of inhibition in behavior and physiology of mouse cerebral cortex

2014 ◽  
Author(s):  
Ξανθίππη Κωνσταντουδάκη
Keyword(s):  
Recognition Task ◽  
Long Term Potentiation ◽  
Conditional Knockout ◽  
Interspike Intervals ◽  
Term Potentiation ◽  
Mouse Cerebral Cortex ◽  
Fast Spiking ◽  
Novel Object Recognition Task

Ο προμετωπιαίος φλοιός συμμετέχει σε ανώτερες γνωσιακές λειτουργίες (λειτουργίες βραχύχρονης και μακρόχρονης μνήμης) αλλά και σε συναισθηματικές λειτουργίες. Αν και η ηλικία φαίνεται να παίζει πολύ σημαντικό ρόλο και στην φυσιολογική λειτουργία του προμετωπιαίου φλοιού αλλά και στην εμφάνιση ασθενειών, λίγα είναι γνωστά για τις ηλικιο-εξαρτώμενες αλλαγές των συμπεριφορών όπου συμμετέχει ο προμετωπιαίος φλοιός αλλά και για τους υποκείμενους κυτταρικούς μηχανισμούς. Προηγούμενες μελέτες, κυρίως βασιζόμενες στην μορφολογία των δενδριτών, έχουν προτείνει ότι αυτή η ανώτερης-τάξης εγκεφαλική περιοχή παρουσιάζει καθυστερημένη ανάπτυξη, συγκρινόμενη με πρωτοταγείς αισθητικές φλοιϊκές περιοχές, η οποία διαρκεί μέχρι και την πρώιμη ενηλικίωση. Η κατανόηση της μεταγεννητικής ανάπτυξης του προμετωπιαίου φλοιού είναι κρίσιμη προκειμένου να βελτιώσουμε ριζικά την κατανόηση της εγκεφαλικής λειτουργίας και της συμπεριφοράς όσο και το υπόστρωμα εκκίνησης ολέθριων νευροψυχιατρικών διαταραχών στης οποίες συμμετέχει ο προμετωπιαίος φλοιός. Ο προμετωπιαίος φλοιός, παρόμοια με άλλες περιοχές του φλοιού, αποτελείται από γλουταματεργικούς διεγερτικούς νευρώνες και GABAεργικούς ανασταλτικούς διάμεσους νευρώνες. Η ισορροπία μεταξύ αυτών των δύο συστημάτων απαιτείται για την ορθή λειτουργία του προμετωπιαίου φλοιού. Πρόσφατα, ο ρόλος του GABAεργικού συστήματος συσχετίστηκε έντονα με πιθανή ανισορροπία μεταξύ των δύο συστημάτων, που τελικά οδηγεί σε παθολογικές καταστάσεις. Ο στόχος μας σε αυτή τη διατριβή ήταν διπλός. Αρχικά, θελήσαμε να κατανοήσουμε καλύτερα την μεταγεννητική ανάπτυξη του προμετωπιαίου φλοιού και δεύτερον, να μελετήσουμε της αλλαγές στην συμπεριφορά του προμετωπιαίου φλοιού και στους υποκείμενους κυτταρικούς μηχανισμούς σε περιπτώσεις μειωμένης GABAεργικής αναστολής. Τα αποτελέσματα μας παρουσιάζονται σε τρία κεφάλαια. Στο κεφάλαιο Ι, χρησιμοποιήσαμε μία διεπιστημονική προσέγγιση που περιελάμβανε κυτταρικές, ηλεκτροφυσιολογικές και συμπεριφορικές τεχνικές σε διαφορετικές ηλικιακές ομάδες μυών για να κατανοήσουμε καλύτερα την ανάπτυξη του προμετωπιαίου φλοιού. Σε πολλές περιπτώσεις, πραγματοποιήθηκε και η σύγκριση με άλλες φλοιϊκές περιοχές. Διαπιστώνουμε μία διαφορετική έκφραση των διάφορων τύπων δενδριτικών ακάνθων σε πυραμιδικούς νευρώνες του προμετωπιαίου φλοιού μεταξύ των μυών που ανήκουν σε διαφορετικές ηλικιακές ομάδες. Συγκεκριμένα, οι «έφηβοι» πυραμιδικοί νευρώνες (ηλικίας 40 ημερών) παρουσιάζουν την μικρότερη πυκνότητα ακάνθων, με αυξημένο ποσοστό κοντόχοντρων (stubby) ακάνθων, ενώ στις ομάδες των «νεαρών» (ηλικίας 35 ημερών) και «πρώιμων ενήλικων» (ηλικίας 60 ημερών) πυραμιδικών νευρώνων παρουσιάζεται αυξημένος αριθμός δενδριτικών ακάνθων και συγκεκριμένα μανιταροειδών ακάνθων. Αυτό το αναπτυξιακό πρότυπο παρατηρήθηκε επίσης και στις ηλεκτροφυσιολογικές μας μελέτες, στις οποίες οι ηλικιακές ομάδες των «νεαρών» και «πρώιμων ενηλίκων» παρουσιάζουν αυξημένη μακρόχρονη ενδυνάμωση (long-term potentiation (LTP)) της συναπτικής διαβίβασης σε απόκριση τετανικού ερεθισμού, ενώ η ομάδα των «εφήβων» παρουσιάζει μειωμένη μακρόχρονη ενδυνάμωση. Τέλος, οι «έφηβοι» μύες έχουν μικρότερη απόδοση σε δοκιμές που εξαρτώνται από τον προμετωπιαίο φλοιό, όπως είναι η εναλλαγή βραχιόνων με καθυστέρηση στο λαβύρινθο τύπου Τ (T-maze) και στη συμπεριφορική δοκιμή αναγνώρισης αντικειμένων με χρονική σειρά, χωρίς να παρουσιάζουν αντίστοιχες διαφορές σε δοκιμές που δεν εξαρτώνται από τον προμετωπιαίο φλοιό, όπως είναι η δοκιμή αναγνώρισης νέου αντικειμένου (novel object recognition task) και νέας θέσης αντικειμένου (object-to-place recognition task). Στο κεφάλαιο ΙΙ, μελετήσαμε τον ρόλο της μειωμένης αναστολής στην φυσιολογία του προμετωπιαίου φλοιού και στην συμπεριφορά μυών, χρησιμοποιώντας τo διαγονιδιακό ποντίκι Rac1 conditional knockout (Rac1 cKO) που διαθέτει ~50% λιγότερους φλοιϊκούς διάμεσους νευρώνες εξαιτίας της απώλειας της πρωτεΐνης Rac1 από κύτταρα που εκφράζουν τον μεταγραφικό παράγονται Nkx2.1. Βρίσκουμε ότι τα ενήλικά Rac1 cKO παρουσιάζουν αυξημένη ευπάθεια σε φαρμακολογικά επαγόμενες επιληπτικές κρίσεις αλλά και αυξημένο άγχος. Σε κυτταρικό επίπεδο, τα Rac1 cKO παρουσιάζουν διαταραγμένη βραχύχρονη και μακρόχρονη πλαστικότητα (LTP) στον προμετωπιαίο φλοιό. Αλλαγές στην δενδριτική μορφολογία, όπως η μείωση των μανιταροειδών δενδριτικών ακάνθων και το μειωμένο μήκος των δενδριτών, θα μπορούσαν να υπόκεινται στη μείωση του LTP των Rac1 cKO. Σε τομές εγκεφάλου από Rac1 cKO, η ενίσχυση της GABAεργικής νευροδιαβίβασης με τη χρήση ήπιας δόσης διαζεπάμης ήταν επαρκής για την διάσωση του διαταραγμένου LTP. Τα παραπάνω ευρήματα μας οδήγησαν στην υπόθεση ότι το δίκτυο του προμετωπιαίου φλοιού των Rac1 cKO μυών παρουσιάζει μία ανισορροπία διέγερσης και αναστολής, που προκαλείται από την απορύθμιση του γλουταματεργικού συστήματος σε απόκριση της λειτουργικής μείωσης του GABAεργικού συστήματος, που τελικά έχουν ως αποτέλεσμα το αυξημένο άγχος και την ευαισθησία σε επιληπτικές κρίσεις. Μελετήσαμε επίσης και τους νεαρούς Rac1 cKO μύες που παρουσιάζουν μειωμένο άγχος και αυξημένη επαγωγή LTP μετά από τετανικό ερεθισμό, με μία υποκείμενη αύξηση του αριθμού των δενδριτικών ακάνθων σε σύγκριση με τα Rac1 Het (ετερόζυγα) ποντίκια, τα οποία χρησιμοποιούνται ως ομάδα ελέγχου. Τέλος, η οξεία ή χρόνια αναστολή του GABAεργικού συστήματος στα Rac1 Het ποντίκια με πικροτοξίνη επίσης διατάραξε το LTP στον προμετωπιαίο φλοιό. Τα αποτελέσματα μας προτείνουν ότι η κατάλληλη και επαρκής αναστολή κατά τη διάρκεια της παιδικής ηλικίας είναι κρίσιμη για την φυσιολογική ανάπτυξη των συναπτικών ιδιοτήτων αλλά και της πλαστικότητας κατά μήκος της στιβάδας ΙΙ του προμετωπιαίου φλοιού, όπως και την ανάπτυξη της φυσιολογικής συμπεριφοράς και των γνωσιακών λειτουργιών. Στο κεφάλαιο ΙΙΙ, προσεγγίσαμε υπολογιστικά, με τη χρήση ενός μοντέλου μικροκυκλώματος του προμετωπιαίου φλοιού, την επίδρασης της μειωμένης GABAεργικής αναστολής στις ιδιότητες της παραμένουσας δραστηριότητας, που θεωρείται το κυτταρικό υπόβαθρο της μνήμης εργασίας στον προμετωπιαίο φλοιό. Γι’ αυτό, κατασκευάσαμε ένα μικροκύκλωμα του προμετωπιαίου φλοιού, που αποτελείται από μοντέλα πυραμιδικών νευρώνων και τα τρία διαφορετικά είδη διάμεσων νευρώνων: γρήγορης πυροδότησης (fast-spiking (FS)), κανονικής πυροδότησης (regular-spiking (RS)), και ακανόνιστης πυροδότησης (irregular-spiking (IS)). Έγινε επαγωγή της παραμένουσας δραστηριότητας στο μοντέλο-μικροκύκλωμα και αναλύθηκαν οι ιδιότητές της. Αφαίρεση ή μείωση των εισόδων από το μοντέλο FS στους πυραμιδικούς νευρώνες-μοντέλα μείωσαν σημαντικά την βιοφυσική τροποποίηση της επαγωγής της παραμένουσας δραστηριότητας, μείωσαν τα χρονικά διαστήματα μεταξύ των δυναμικών ενεργείας (interspike intervals (ISIs)), τον νευρωνικό συγχρονισμό και τις ταλαντώσεις γάμμα ρυθμού κατά τη διάρκεια της παραμένουσας δραστηριότητας. Η επίδραση στον συγχρονισμό και στις ταλαντώσεις μπορούσε να αντιστραφεί με την προσθήκη άλλων ανασταλτικών εισόδων στο σώμα των πυραμιδικών κυττάρων, αλλά σε βαθμό πέραν των επιπέδων του κυκλώματος ελέγχου. Συνεπώς, γενικά η σωματική αναστολή δρα ως βηματοδότης της παραμένουσας δραστηριότητας και συγκεκριμένα η αναστολή από FS διάμεσους νευρώνες τροποποιεί το σήμα εξόδου αυτού του βηματοδότη. Συνολικά, τα αποτελέσματα μας συνεισέφεραν στην αναπτυσσόμενη γνώση στις λειτουργίες του προμετωπιαίου φλοιού κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και στους υποκείμενους μηχανισμούς που καθιστούν τον προμετωπιαίο φλοιό «την περιοχή που οι άνθρωποι αξιώνουν για την ικανότητά της να ρυθμίζει τις σκέψεις μας και τις συμπεριφορές μας».

scholarly journals Impairment of synaptic plasticity and novel object recognition in the hypergravity-exposed rats

2020 ◽  
Vol 10 (1) ◽  
Author(s):  
Jinho Lee ◽  
Doohyeong Jang ◽  
Hyerin Jeong ◽  
Kyu-sung Kim ◽  
Sunggu Yang
Keyword(s):  
Animal Model ◽  
Object Recognition ◽  
Recognition Task ◽  
Poor Performance ◽  
Long Term Potentiation ◽  
Functional Adaptation ◽  
Novel Object Recognition ◽  
Altered Gravity ◽  
Novel Object ◽  
Novel Object Recognition Task

Abstract The gravity is necessary for living organisms to operate various biological events including hippocampus-related functions of learning and memory. Until now, it remains inconclusive how altered gravity is associated with hippocampal functions. It is mainly due to the difficulties in generating an animal model experiencing altered gravity. Here, we demonstrate the effects of hypergravity on hippocampus-related functions using an animal behavior and electrophysiology with our hypergravity animal model. The hypergravity (4G, 4 weeks) group showed impaired synaptic efficacy and long-term potentiation in CA1 neurons of the hippocampus along with the poor performance of a novel object recognition task. Our studies suggest that altered gravity affects hippocampus-related cognitive functions, presumably through structural and functional adaptation to various conditions of gravity shift.

scholarly journals Hippocampal Neuropeptide Y2 receptor blockade improves spatial memory retrieval and modulates limbic brain metabolism

2021 ◽  
Author(s):  
Marta Mendez-Couz ◽  
Hector Gonzalez-Pardo ◽  
Jorge L Arias ◽  
Nelida M Conejo
Keyword(s):  
Spatial Memory ◽  
Brain Metabolism ◽  
Drugs Of Abuse ◽  
Dorsal Hippocampus ◽  
Long Term Potentiation ◽  
Brain Regions ◽  
Memory Recall ◽  
Y2 Receptor ◽  
Term Potentiation

Introduction: The neuropeptide Y (NPY) is broadly distributed in the central nervous system (CNS), and it has been related to neuroprotective functions. NPY seems to be an important component to counteract brain damage and cognitive impairment mediated by drugs of abuse and neurodegenerative diseases, and both NPY and its Y2 receptor (Y2R) are highly expressed in the hippocampus, critical for learning and memory. We have recently demonstrated its influence on cognitive functions; however, the specific mechanism and involved brain regions where NPY modulates spatial memory by acting on Y2R remain unclear. Methods: Here, we examined the involvement of the hippocampal NPY Y2R in spatial memory and associated changes in brain metabolism by bilateral administration of the selective antagonist BIIE0246 into the rat dorsal hippocampus. To further evaluate the relationship between memory functions and neuronal activity, we analysed the regional expression of the mitochondrial enzyme cytochrome c oxidase (CCO) as an index of oxidative metabolic capacity in limbic and non-limbic brain regions. Results: The acute blockade of NPY Y2R significantly improved spatial memory recall in rats trained in the Morris water maze that matched metabolic activity changes in spatial memory processing regions. Specifically, CCO activity changes were found in the dentate gyrus of the dorsal hippocampus and CA1 subfield of the ventral hippocampus, the infralimbic region of the PFC and the mammillary bodies. Conclusions: These findings suggest that the NPY hippocampal system, through its Y2R receptor, influences spatial memory recall (retrieval) and exerts control over patterns of brain activation that are relevant for associative learning, probably mediated by Y2R modulation of long-term potentiation and long-term depression.

scholarly journals Pre- and post-synaptic roles for DCC in memory consolidation in the adult mouse hippocampus

2019 ◽  
Author(s):  
Stephen D. Glasgow ◽  
Edwin W. Wong ◽  
Greta Thompson-Steckel ◽  
Philippe Séguéla ◽  
Edward S. Ruthazer ◽  
...  
Keyword(s):  
Spatial Memory ◽  
Pyramidal Neurons ◽  
Recognition Task ◽  
Long Term Potentiation ◽  
Resting Membrane Potential ◽  
Schaffer Collateral ◽  
Spine Morphology ◽  
Impaired Performance ◽  
Term Potentiation

AbstractThe receptor deleted in colorectal cancer (DCC) and its ligand netrin-1 are essential for axon guidance during development and are expressed by neurons in the mature brain. Netrin-1 recruits GluA1-containing α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors (AMPARs) and is critical for long-term potentiation (LTP) at CA3-CA1 hippocampal Schaffer collateral synapses, while conditional DCC deletion from glutamatergic neurons impairs hippocampal-dependent spatial memory and severely disrupts LTP induction. DCC co-fractionates with the detergent-resistant component of the postsynaptic density, yet is enriched in axonal growth cones that differentiate into presynaptic terminals during development. Specific presynaptic and postsynaptic contributions of DCC to the function of mature neural circuits have yet to be identified. Employing hippocampal subregion-specific conditional deletion of DCC, we show that DCC loss from CA1 hippocampal pyramidal neurons results in deficits in spatial memory, increased resting membrane potential, abnormal dendritic spine morphology, and weaker spontaneous excitatory postsynaptic activity. In contrast, deletion of DCC from CA3 neurons did not induce detectable changes in spine morphology or intrinsic electrophysiological properties of CA1 pyramidal neurons, but resulted in impaired performance on the novel object place recognition task as well as compromised excitatory synaptic transmission and long-term potentiation (LTP) at the Schaffer collateral synapse. Together, these findings reveal that DCC makes specific pre- and post-synaptic contributions to hippocampal synaptic plasticity underlying spatial memory.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document