Miglioramento dei glucocorticoidi della memoria di riconoscimento tramite la facilitazione delle interazioni della corteccia prelimbica guidata dall'amigdala basolaterale

per ulteriori informazioni:ali.ma@wecistanche.com

Areg Barsegyana,b, Gabriele Mironea,b, Giacomo Ronzonia,b, Chunan Guoa,b, Qi Songa,b, Daan van Kuppevelda,b, Evelien HS Schuta,b, Piray Atsaka,b, Selina Teurlingsa,b, James L. McGaughc,d,1, Dirk Schuberta,b,

e Benno Roozendaala,b,1

aDepartment of Cognitive Neuroscience, Radboud University Medical Center, 6500 HB Nijmegen, Paesi Bassi; bonders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Radboud University, 6525 EN Nijmegen, Paesi Bassi; centro di Neurobiologia dell'Apprendimento eMemoria, Università della California, Irvine, CA 92697-3800; e Dipartimento di Neurobiologia e Comportamento, Università della California, Irvine, CA 92697-3800

Contributo di James L. McGaugh, 15 febbraio 2019 (inviato per la revisione il 28 gennaio 2019; recensito da Ivan Izquierdo e Barry Setlow)

Numerose prove indicano che l'amigdala basolaterale (BLA) interagisce con altre regioni del cervello mediando l'ormone dello stress e gli effetti dell'eccitazione emotiva sumemoriaconsolidamento. Studi sull'attivazione cerebrale hanno dimostrato che condizioni eccitanti portano all'attivazione di reti neurali su larga scala e diverse connessioni funzionali tra regioni cerebrali oltre il BLA. Se tali interazioni distali sumemoriail consolidamento dipende anche dall'attività di BLA non è ancora noto. Abbiamo studiato, nei ratti maschi Sprague-Dawley, se l'attività del BLA consente interazioni della corteccia prelimbica (PrL) con la corteccia insulare anteriore (at) e l'ippocampo dorsale (HPC) nella regolazione degli effetti dei glucocorticoidi su diversi componenti del riconoscimento degli oggettimemoria. L'agonista del recettore dei glucocorticoidi (GR) RU 28362 è stato somministrato nella PrL, ma non nella corteccia infralimbica, subito dopo l'addestramento al riconoscimento degli oggetti potenziato 24-oramemoriadell'identità e della posizione dell'oggetto tramite interazioni funzionali rispettivamente con at e DHCP. È importante sottolineare che l'inattivazione post-allenamento del BLA da parte dell'antagonista noradrenergico propranololo ha abolito l'effetto della somministrazione dell'agonista GR nel PrL sumemoriavalorizzazione dell'identità e dell'ubicazione dell'oggetto. L'inattivazione del BLA da parte del propranololo ha anche bloccato l'effetto della somministrazione dell'agonista GR nel PrL sull'induzione di cambiamenti nell'attività neuronale all'interno dell'at e del dHPC durante il periodo di consolidamento post-apprendimento, nonché sui cambiamenti strutturali nella morfologia della colonna vertebrale valutati 24 ore dopo. Questi risultati forniscono la prova che l'attività noradrenergica del BLA consente interazioni funzionali tra PrL e aIC e dHPC nella regolazione degli effetti dell'ormone dello stress e dell'eccitazione emotiva sumemoria.

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Le esperienze stressanti ed emotive attivano i sistemi ormonali e cerebrali che creano ricordi forti (1, 2). Numerose prove indicano che l'attivazione noradrenergica dell'amigdala basolaterale (BLA), indotta dall'eccitazione emotiva, è coinvolta in modo cruciale nel rafforzamento del consolidamento a lungo terminememoria(2). Abbiamo riportato ampie prove che indicano che l'attivazione noradrenergica del BLA svolge anche un ruolo critico nel consentire l'aumento degli effetti degli ormoni dello stress surrenale, cioè epinefrina e glucocorticoidi, sumemoriaconsolidamento (3–5). Molti studi precedenti hanno studiato come tale attivazione di BLA migliora il consolidamento dimemoriainfluenzando la plasticità neurale e i processi di memorizzazione delle informazioni all'interno di specifiche regioni bersaglio, come l'ippocampo (2, 6–10). L'evidenza accumulata dagli studi sull'attivazione cerebrale indica che le condizioni di eccitazione aumentano l'attivazione di reti neurali su larga scala (11-13) e influenzano anche numerose interazioni funzionali tra le regioni cerebrali oltre l'amigdala (14, 15). Tuttavia, non è noto se l'attività BLA sia necessaria per regolare gli effetti dell'eccitazione emotiva sulle interazioni funzionali tra tali regioni cerebrali distali.

Abbiamo studiato se l'attività noradrenergica del BLA consente interazioni funzionali tra la corteccia prefrontale mediale (mPFC) e la corteccia insulare anteriore (aIC) e l'ippocampo dorsale (dHPC) nella mediazione del potenziamento del riconoscimento dell'ormone glucocorticoidememoriaper gli oggetti e la loro posizione. I risultati precedenti indicano che l'mPFC contribuisce amemoriaattraverso il controllo cognitivo o strategicomemoriaprocessi all'interno di altre aree cerebrali (16, 17) e che l'aIC è coinvolto nella memoria per l'identità di un oggetto (18). Interazioni funzionali tra mPFC e aIC potrebbero verificarsi quando vengono rilevate informazioni emotivamente salienti, inclusi nuovi oggetti (19, 20). Risultati precedenti indicano anche che il dHPC è coinvolto nell'associare un oggetto al suo contesto o luogo (21–23) e che l'elaborazione di informazioni contestuali coinvolge un dialogo funzionale tra mPFC e dHPC (24–26). È importante sottolineare che mPFC (27), aIC (28) e dHPC (29) ricevono tutti forti input dal BLA. Mostriamo che un agonista del recettore dei glucocorticoidi (GR) somministrato nella corteccia prelimbica (PrL) ma non nella corteccia infralimbica (IL) del mPFC dopo un'esperienza di formazione per il riconoscimento di oggetti migliora il consolidamento della memoria sia dell'identità che della posizione di un oggetto tramite cross-talk funzionale con aIC e dHPC, rispettivamente. Ancora più importante, mostriamo che l'attività noradrenergica del BLA guida le interazioni funzionali tra queste regioni cerebrali distali. Questi risultati indicano che il BLA influenza le reti cerebrali su larga scala

Significato

È noto che gli ormoni dello stress facilitanomemoriadi esperienze emotivamente stimolanti, un effetto che è mediato dall'amigdala basolaterale (BLA) e dalla sua interazione con altre regioni del cervello. Gli studi sull'attivazione cerebrale indicano anche che l'eccitazione emotiva attiva diverse connessioni funzionali oltre il BLA. Tuttavia, è in gran parte sconosciuto se l'attività BLA influenzi queste connessioni. Qui, riportiamo che l'attività del BLA consente interazioni funzionali tra la corteccia prelimbica, la corteccia insulare anteriore e l'ippocampo dorsale nella regolazione degli effetti dell'ormone glucocorticoide sul riconoscimentomemoria. Questi risultati aumentano la nostra comprensione di come l'attività BLA influenzi l'emotivitàmemoriaall'interno di grandi reti cerebrali. nella regolazione degli effetti dell'ormone dello stress e dell'eccitazione emotiva sulla memoria (13).

Risultati

dell'attività GR con infusioni post-allenamento dell'antagonista GR, RU 38486 (3 o 10 ng in 0,5 μL) alteramemoriadi quella formazione. Per determinare se gli animali mostrano una memoria per l'identità dell'oggetto (memoria di riconoscimento dell'oggetto, ORM), ad alcuni ratti è stato somministrato un test di ritenzione 24-h in cui un oggetto era familiare e l'altro era nuovo. Questo protocollo è illustrato in Fig. 1A. Per determinare se gli animali esibiscono amemoriaper la posizione dell'oggetto (memoria della posizione dell'oggetto, OLM), ad altri ratti è stato somministrato un test di ritenzione 24- h in cui entrambi gli oggetti erano familiari ma uno è stato collocato in una posizione nuova (Fig. 1E).

compito ORM. Amministrazione dell'agonista GR nella PrL subito dopo un 3-min. di prova di addestramento migliorato 24-hmemoriaper l'identità dell'oggetto (ANOVA unidirezionale per indice di discriminazione: F2,{2}}.02, P=0.0004). Come mostrato in Fig. 1B, i ratti di controllo trattati con veicolo non hanno espresso 24-h ritenzione dell'oggetto (test t su un campione: t11=0.40, P=0.69) , ed entrambe le dosi dell'agonista GR hanno migliorato significativamente la ritenzione (3 ng: P <0,05; 10="" ng:="" p=""><0,01 rispetto="" al="" veicolo).="" al="" contrario,="" le="" infusioni="" di="" agonisti="" gr="" somministrate="" nell'il="" non="" hanno="" influenzato="" la="" 24-ritenzione="" h="" (f2,33="0.25," p="0.78;" fig.="" 1c).="" come="" mostrato="" in="" fig.="" 1d,="" la="" somministrazione="" dell'antagonista="" gr="" nella="" prl="" dopo="" una="" sessione="" di="" allenamento="" di="" 10-min="" ha="" significativamente="" compromessa="">memoriaper l'identità dell'oggetto (F2,32=13.14, P < 0.0001).="" i="" ratti="" trattati="" con="" il="" veicolo="" hanno="" espresso="" una="" ritenzione="" significativa="" (t12="12.08," p=""><0,0001) ed="" entrambe="" le="" dosi="" dell'antagonista="" gr="" hanno="" alterato="" le="" prestazioni="" di="" ritenzione="" (3="" e="" 10="" ng:="" p=""><0,01). i="" gruppi="" di="" trattamento="" non="" differivano="" nel="" tempo="" di="" esplorazione="" totale="" dei="" due="" oggetti="" durante="" l'allenamento="" o="" il="" 24-="" test="" di="" ritenzione="" h="" (appendice="" si,="" fig.="">

compito OLM. Anche la somministrazione dell'agonista GR nella PrL ha migliorato 24-hmemoriaper la posizione dell'oggetto (F2,28=9.69, P=0.0006). Come mostrato in Fig. 1F, i ratti di controllo trattati con veicolo non esprimevano significativimemoriadella prova di addestramento {{0}}min (test t su un campione: t10=−0.80, P=0.44) ed entrambe le dosi di l'agonista GR ha aumentato la ritenzione (3 e 10 ng: P < 0,01).="" la="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nell'il="" non="" ha="" influito="" sulla="" 24-ritenzione="" h="" (f2,30="0.17," p="0.84;" fig.="" 1g).="" come="" mostrato="" in="" fig.="" 1h,="" l'antagonista="" gr="" somministrato="" nel="" prl="" dopo="" una="" sessione="" di="" allenamento="" di="" 10-min="" significativamente="">memoriaper la posizione dell'oggetto (F2,32=4.30, P=0.02). I ratti trattati con il veicolo hanno espresso una significativa ritenzione di 24-h (t12= 4.57, P=0.0006) e la dose più alta dell'antagonista GR ha alterato le prestazioni di ritenzione (10 ng: P < 0,01).="" i="" gruppi="" di="" trattamento="" non="" differivano="" nel="" tempo="" di="" esplorazione="" totale="" dei="" due="" oggetti="" durante="" l'allenamento="" o="" il="" 24-="" test="" di="" ritenzione="" h="" (appendice="" si,="" fig.="" s2).="" questi="" risultati="" indicano="" quindi="" che="" la="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nel="" prl="" ma="" non="" nell'il,="" nonostante="" livelli="" di="" espressione="" gr="" simili="" (fig.="" 1j),="" migliora="" il="" consolidamento="" della="" memoria="" sia="" del="" "cosa"="" (identità="" dell'oggetto)="" che="" del="" "dove"="" (posizione="" dell'oggetto)="" componenti="" della="" memoria="" di="" riconoscimento="" degli="">

PrL Interazioni con l'aIC nella regolazione degli effetti dell'agonista GR sull'ORM.Abbiamo studiato le interazioni tra PrL e aIC nella mediazione degli effetti dell'agonista GR sumemorianelle attività ORM e OLM. Il PrL, ma non l'IL, invia proiezioni anatomiche dirette all'aIC (31) e l'aIC è implicato nella memoria per l'identità ma non per la posizione di un oggetto (22, 23). Abbiamo esaminato se un blocco funzionale dell'aIC mediante inibizione della chinasi fosforilata extracellulare regolata dal segnale 1/2 (pERK1/2), una cascata di segnali implicata in modo critico nell'attività neuronale e nella plasticità sinaptica (32), previene l'effetto dell'agonista intra-PrL GR amministrazione sumemoriamiglioramento sia nelle attività ORM che OLM. Come mostrato in Fig. 2A, la somministrazione post-allenamento dell'agonista GR (3 o 10 ng in 0.5 μL) nel PrL sinistro (vedere l'appendice SI, Fig. S3A per i siti di infusione) è stata migliorata 24-h memoria per l'identità dell'oggetto nell'attività ORM (3 ng:P < 0.05;="" 10="" ng:="" p="">< {{22}="" }.01).="" l'inibitore="" mek="" pd98059="" (50="" ng="" in="" 0,5="" μl)="" somministrato="" nell'aic="" ipsilaterale="" dopo="" l'allenamento="" ha="" bloccato="" l'effetto="" dell'agonista="" gr="" sul="" miglioramento="" della="" memoria="" per="" l'identità="" dell'oggetto="" (3="" ng:="" p=""><0,05; 10="" ng:="" p=""><0,01). al="" contrario,="" il="" blocco="" funzionale="" dell'aic="" con="" questa="" dose="" dell'inibitore="" mek="" non="" ha="" impedito="" l'effetto="" modulatorio="" della="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nel="" prl="">memoriaper la posizione dell'oggetto nell'attività OLM. Come mostrato in Fig. 2B, inibitore di MEK

la sola amministrazione nell'AIC ha migliorato 24-h conservazione del

Fig. 1. Somministrazione post-allenamento dell'agonista GR e dell'antagonista GR nel PrL ma non nell'ORM e nell'OLM modulano IL. (A) Progettazione sperimentale del compito ORM (appendice SI, metodi supplementari). (B) L'agonista GR RU 28362 (3 o 10 ng in 0,5 μL) somministrato nel PrL dopo una prova di allenamento di 3-min migliorata 24-h ORM . I dati sono presentati come indice di discriminazione (media ± SEM; vedi Metodi). n=11– 13 ratti/gruppo. (C) Nessun effetto della somministrazione dell'agonista GR nell'IL dopo una prova di addestramento di {{10}}min su 24-h ORM. n=12 ratti/gruppo. (D) L'antagonista GR RU 38486 (3 o 10 ng in 0,5 μL) è stato amministrato nel PrL dopo un 10-min di prova di addestramento alterato 24-h ORM. n=10– 13 ratti/gruppo. (E) Progettazione sperimentale del compito OLM. (F) L'agonista GR somministrato nella PrL dopo un 3-min di prova di addestramento ha migliorato 24-h OLM. n=9– 11 ratti/gruppo. (G) Nessun effetto della somministrazione dell'agonista GR nell'IL dopo un 3-min di prova di addestramento su 24-h OLM. n=10– 12 ratti/gruppo. (H) L'antagonista GR è stato somministrato nel PrL dopo un 10-min di prova di addestramento con 24-h OLM alterato. n=11– 13 ratti/gruppo. *P < 0,05;="" **p="">< 0,01.="" (i)="" siti="" di="" infusione="" nel="" prl="" (cerchi="" pieni)="" e="" il="" (cerchi="" aperti)="" di="" ratti="" inclusi="" in="" fig.="" 1="" b="" e="" c.="" (j)="" micrografia="" a="" fluorescenza="" che="" mostra="" livelli="" di="" espressione="" gr="" simili="" all'interno="" di="" prl="" e="" il.="" cl,="" claustrum;="" fmi,="" pinza="" minore="" del="" corpo="" calloso.="" (barra="" della="" scala,="" 300="" μm.)="" (k)="" immagine="" dettagliata="" che="" mostra="" la="" coespressione="" di="" gr="" (verde)="" e="" il="" marcatore="" neuronale="" neun="" (rosso)="" nel="" prl.="" (barra="" della="" scala,="" 100="">

(L) Immagine dettagliata che mostra la coespressione GR (verde) e NeuN (rosso) nell'IL. (Barra della scala, 100 μm.)

Fig. 2. L'inibizione dell'attività aIC con un inibitore del MEK blocca selettivamente l'effetto del trattamento con agonista GR nel PrL sul potenziamento dell'ORM. Ai ratti è stato somministrato un 3-minimo di prova di addestramento seguito dall'inibitore MEK (PD98059, 50 ng in 0,5 μL) o dalla somministrazione del veicolo nell'aIC sinistro insieme con l'agonista GR (RU 28362, 3 o 10 ng in 0,5 μL) o veicolo nel PrL ipsilaterale. ORM o OLM è stato testato 24 ore dopo. (A) La somministrazione di PD98059 nell'aIC ha bloccato il potenziamento dell'ORM indotto dalla somministrazione dell'agonista GR nel PrL (n=8– 11 ratti/gruppo, ANOVA a due vie: RU 28362 F2,{{ 18}}.44, P=0.04; PD98059 F1,51=16.45, P=0.0002; interazione F2,51=5.03, P {{31 }}.01). (B) La somministrazione di PD98059 nel solo aIC ha migliorato l'OLM, ma ciò non ha impedito la modulazione della memoria indotta dalla somministrazione dell'agonista GR nel PrL (n=9 – 14 ratti/gruppo, ANOVA a due vie: RU 28362 F2,{ {39}}.13, P=0.88; PD98059 F1,60=0.02, P=0.88; interazione F2,60=5.38, P {{ 52}}.007). *P < 0,05,="" **p="">< 0,01="" rispetto="" al="" veicolo;="" ◆p="">< 0,05,="" ◆◆p="">< 0,01="" rispetto="" a="" veicolo="" o="" solo="" ru="">

posizione dell'oggetto (P <{0}}.01) e,="" in="" questa="" condizione,="" la="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nel="" prl="" ha="" indotto="" un="" significativo="" deterioramento="" della="" memoria="" (10="" ng:="" p=""><0,05 rispetto="" al="" veicolo).="" i="" gruppi="" di="" trattamento="" non="" differivano="" nel="" tempo="" di="" esplorazione="" totale="" dei="" due="" oggetti="" durante="" l'allenamento="" o="" il="" test="" di="" ritenzione="" 24-h="" (siaappendice,="" fig.s3="" b="" e="" c).="" questi="" risultati="" indicano="" che="" il="" prl="" interagisce="" con="" l'aic="" nel="" regolare="" gli="" effetti="" dell'agonista="" gr="" sulla="" memoria="" per="" l'identità="" ma="" non="" la="" posizione="">

PrL Interazioni con il dHPC nella regolazione degli effetti dell'agonista GR su OLM.Successivamente, abbiamo esaminato le interazioni funzionali tra PrL e dHPC nella mediazione degli effetti dell'agonista GRmemorianelle attività ORM e OLM. Sebbene il ruolo del dHPC nella discriminazione della familiarità rimanga controverso (33), diversi risultati indicano che l'associazione di un oggetto con il suo contesto o luogo richiede il dHPC (22, 23). Come mostrato in Fig. 3A, la somministrazione dell'agonista GR (3 o 10 ng in 0,5 μL) nel PrL sinistro dopo che la prova di addestramento ha migliorato 24-hmemoriaper l'identità dell'oggetto nell'attività ORM (10 ng: P < 0.01)="" e="" blocco="" concomitante="" del="" dhpc="" omolaterale="" con="" l'inibitore="" mek="" pd98059="" (50="" ng="" in="" 0,5="" μl)="" (vedi="" appendice="" si,="" fig.="" s4a="" per="" i="" siti="" di="" infusione)="" non="" ha="" impedito="" questo="" effetto="" agonista="" gr="" (3="" e="" 10="" ng:="" p=""><0,01 rispetto="" al="" veicolo).="" al="" contrario,="" l'inattivazione="" del="" dhpc="" ha="" bloccato="" completamente="" l'effetto="" dell'agonista="">memoriamiglioramento per la posizione dell'oggetto nell'attività OLM. Come mostrato in Fig. 3B, la somministrazione dell'agonista GR nel PrL ha migliorato 24-h ritenzione della posizione dell'oggetto (10 ng: P < 0.01="" ),="" e="" questo="" effetto="" è="" stato="" bloccato="" dopo="" la="" somministrazione="" di="" un="" inibitore="" mek="" nel="" dhpc="" (3="" ng:="" p=""><0,05; 10="" ng:="" p=""><0,01 vs.="" gr="" agonista).="" i="" gruppi="" di="" trattamento="" non="" differivano="" nel="" tempo="" di="" esplorazione="" totale="" dei="" due="" oggetti="" durante="" l'addestramento="" o="" 24-h="" test="" di="" ritenzione="" (appendice="" si,="" fig.="" s4="" b="" e="" c).="" pertanto,="" questi="" risultati="" indicano="" che="" il="" prl="" interagisce="" con="" il="" dhpc="" nel="" regolare="" gli="" effetti="" dell'agonista="" gr="" sulla="" memoria="" per="" la="" posizione="" ma="" non="" l'identità="">

Impatto dell'attività noradrenergica BLA sull'effetto della somministrazione di agonisti GR nel PrL su ORM e OLM.Determinare se l'attività noradrenergica del BLA è coinvolta in modo critico nella regolazione dell'effetto della somministrazione di agonisti GR nella PrL sumemorianelle attività ORM e OLM, l'agonista GR (3 o 10 ng in 0,5 μL) è stato somministrato nel PrL sinistro e l'antagonista dei recettori adrenergici propranololo (0. 3 ug in 0,2 μL) è stato somministrato nel BLA omolaterale (vedi appendice SIA, Fig. S5A, per i siti di infusione) subito dopo la prova di addestramento. Come mostrato in Fig. 4A, la somministrazione dell'agonista GR nel PrL ha migliorato 24-hmemoriaper l'identità dell'oggetto nell'attività ORM (3 e 10 ng: P < 0.01)="" e="" la="" somministrazione="" di="" propranololo="" nel="" bla="" ha="" bloccato="" questo="" effetto="" agonista="" gr="" (3="" ng:="" p="">< 0,05;="" 10="" ng:="" p="">< 0,01="" rispetto="" al="" solo="" agonista="" gr).="" come="" mostrato="" in="" fig.="" 4b,="" anche="" la="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nel="" prl="" ha="" migliorato="">memoriaper la posizione dell'oggetto nell'attività OLM (3 e 10 ng:P < 0.01)="" e="" anche="" la="" somministrazione="" di="" propranololo="" nel="" bla="" ha="" bloccato="" questo="" effetto="" agonista="" gr="" (10="" ng:="" p="">< 0,01="" vs="" agonista="" gr="" da="" solo).="" i="" gruppi="" di="" trattamento="" non="" differivano="" nel="" tempo="" di="" esplorazione="" totale="" dei="" due="" oggetti="" durante="" l'allenamento="" o="" il="" test="" di="" ritenzione="" 24-h="" (appendice="" si,="" fig.="" s5="" b="" e="" c).="" pertanto,="" questi="" risultati="" indicano="" che="" l'attività="" noradrenergica="" del="" bla="" è="" necessaria="" per="" consentire="" l'effetto="" della="" somministrazione="" di="" agonisti="" gr="" nella="" prl="">memoriamiglioramento dell'ORM dipendente da aIC e dell'OLM dipendente da dHPC.

Impatto dell'attività noradrenergica BLA sull'effetto della somministrazione di agonisti GR nel PrL sui cambiamenti dell'attività neuronale all'interno dell'aIC e del dHPC.Per esaminare ulteriormente se BLA noradren-

l'attività ergica consente interazioni funzionali tra il PrL e l'aIC e dHPC, abbiamo studiato se la somministrazione di agonisti GR nel PrL dopo l'addestramento al riconoscimento degli oggetti induce cambiamenti dell'attività neuronale dipendenti dall'attività all'interno dell'aIC e del dHPC durante il periodo di consolidamento post-apprendimento (34 ) e, soprattutto, se questi effetti dipendono dall'attività noradrenergica del BLA. L'attività neuronale è stata valutata, 1 ora dopo l'allenamento e il trattamento farmacologico, mediante immunofluorescenza per c-Fos (35), un prodotto genico precoce immediato che è un marcatore molecolare consolidato per l'identificazione di cellule attivate di recente (36) e la mappatura di insiemi neuronali che ha subito una maggiore attività correlata ai compiti (37).

All'interno dell'aIC, l'etichettatura c-Fos è stata determinata all'interno degli strati corticali II/III delle sue tre suddivisioni principali (Appendice SI, Fig. S6A). I ratti addestrati trattati con il veicolo hanno mostrato un'elevata densità numerica di cellule c-Fos-positive, che era più alta all'interno delle suddivisioni agranulari e disgranulari (Appendice SI, Fig. S6B). Come mostrato in Fig. 5A, la somministrazione dell'agonista GR (10 ng in 0.5 μL) nel PrL sinistro ha portato a una significativa riduzione della densità numerica delle cellule c-Fos-positive all'interno del aIC omolaterale (P < 0,01)="" (vedi="" appendice="" si,="" fig.="" s6b,="" per="" l'analisi="" per="" suddivisione).="" la="" doppia="" colorazione="" per="" c-fos="" e="" per="" la="" decarbossilasi="" 67="" dell'acido="" glutammico="" (gad67),="" un="" marker="" per="" i="" neuroni="" inibitori="" gabaergici="" (38),="" ha="" rivelato="" che="" c-fos="" era="" prevalentemente="" espresso="" in="">

Fig. 3. L'inibizione dell'attività del dHPC con un inibitore del MEK blocca selettivamente l'effetto del trattamento con agonisti GR nel PrL sul potenziamento dell'OLM. Ai ratti è stato somministrato un 3-minimo di prova di addestramento seguito dall'inibitore MEK (PD98059, 50 ng in 0,5 μL) o dalla somministrazione del veicolo nel dHPC sinistro insieme con l'agonista GR (RU 28362, 3 o 10 ng in 0,5 μL) o veicolo nel PrL ipsilaterale. ORM o OLM è stato testato 24 ore dopo. (A) La somministrazione di PD98059 nel dHPC non ha bloccato il potenziamento dell'ORM indotto dalla somministrazione dell'agonista GR nel PrL (n=9– 13 ratti/gruppo, ANOVA a due vie: RU 28362 F2,{19}}.91, P < 0,0001;="" pd98059="" f1,64="0.20," p="0.66;" interazione="" f2,64="0.10," p="" {{32="" }}.91).="" (b)="" la="" somministrazione="" di="" pd98059="" nel="" dhpc="" ha="" bloccato="" il="" potenziamento="" dell'olm="" indotto="" dalla="" somministrazione="" dell'agonista="" gr="" nel="" prl="" (n="9" –="" 13="" ratti/gruppo,="" anova="" a="" due="" vie:="" ru="" 28362="" f2,61="1." 33,="" p="0.27;" pd98059="" f1,61="14.66," p="0.0003;" interazione="" f2,61="3.31," p="0.04" ).="" **p="">< 0,01="" rispetto="" al="" veicolo;="" ◆p="">< 0,05,="" ◆◆p="">< 0,01="" rispetto="" alla="" sola="" ru="">

Fig. 6. Il blocco dell'attività noradrenergica del BLA previene l'effetto del trattamento con GR agonista nel PrL sui cambiamenti della morfologia della colonna vertebrale all'interno dell'aIC, valutati 24 h dopo l'allenamento di riconoscimento degli oggetti. (A) Immagine di un neurone impregnato di Golgi. (B) Dendrite che mostra diversi tipi di spine (100× ingrandimento). (C) Densità della colonna vertebrale per tipi di spine lunghe, sottili, tozze, a fungo e ramificate nei dendriti apicali. I dati sono presentati come il numero di spine per micrometro (media ± SEM) [n=15–20 cellule (da cinque ratti)/gruppo: ANOVA a due vie, spine di funghi: RU 28362 F1,69=7 .72, P=0.007; propranololo F1,69=1.38, P=0.24; interazione F1,{19}}.40, P=0.04; spine ramificate: RU 28362 F1,69=6.40, P=0.01; propranololo F1,69=2.63, P=0.11; interazione F1,69=9.21, P=0.003]. (D) Densità della colonna vertebrale nei dendriti basali [n=15 – 18 cellule (da cinque ratti)/gruppo: ANOVA a due vie, spine di funghi: RU 28362 F1,62=1.46, P {{46 }}.23; propranololo F1,62=1.84, P=0.18; interazione F1,{54}}.71, P=0.02; spine ramificate: RU 28362 F1,62=5.75, P=0.02; propranololo F1,62=2.99, P=0.09; interazione F1,{70}}.24, P=0.04]. **P < 0,01="" rispetto="" al="" veicolo;="" ◆◆p="">< 0,01="" rispetto="" alla="" sola="" ru="">

la plasticità strutturale cambia all'interno dell'aIC in seguito alla formazione sul riconoscimento degli oggetti ememoria-trattamento potenziante con GR agonista.

Discussione

Il presente studio ha esaminato se l'attività noradrenergica del BLA regola le interazioni di PrL con l'aIC e il dHPC nel mediare gli effetti dei glucocorticoidi su diversi componenti del riconoscimento degli oggettimemoria. Questa domanda deriva da precedenti scoperte secondo cui l'attività del BLA facilita il consolidamento della memoria di esperienze emotivamente stimolanti attraverso interazioni con altre regioni del cervello (1, 2). Tuttavia, prove accumulate, in particolare da studi di neuroimaging umano, indicano che l'eccitazione emotiva induce l'attivazione di reti neurali su larga scala con diverse connessioni funzionali oltre il BLA (12). Non è stato studiato se l'attività del BLA modula i cambiamenti associati all'eccitazione emotiva nella connettività tra tali regioni cerebrali distali.

Nel presente studio, abbiamo scoperto che l'attivazione post-allenamento dei GR all'interno del PrL ma non dell'IL migliorava a lungo terminememoriadell'identità e della posizione dell'oggetto nelle attività ORM e OLM. Al contrario, l'antagonismo dei GR all'interno del PrL ha compromesso il consolidamento della memoria in entrambi i compiti. Questi risultati forniscono ulteriori prove del fatto che la somministrazione di glucocorticoidi nell'mPFC facilita la conservazione a lungo termine della memoria di diversi tipi di esperienze di allenamento (50, 51). Inoltre, abbiamo scoperto che bloccando funzionalmente l'attività di aIC e dHPC (32, 50), l'effetto dell'agonista GR sumemoriaper l'identità degli oggetti è necessaria l'interazione del PrL con l'aIC e che l'effetto agonista del GR sulla memoria per la posizione dell'oggetto dipende da un'interazione del PrL con il dHPC. Questi risultati sono coerenti con ampie prove che l'aIC e il dHPC danno contributi distinti al riconoscimento della memoria. Per supportare il completo complemento del comportamento guidato dalla memoria, i due sistemi devono interagire e il PrL può fungere da sito di integrazione tra i due sistemi (17). L'aIC, che è stato implicato nell'integrazione delle informazioni autonome e viscerali nelle funzioni emotive, cognitive e motivazionali (52), è coinvolto nel riconoscimento della memoria e nell'elaborazione delle informazioni sugli oggetti (18, 22, 23). La nostra scoperta, tuttavia, che il blocco funzionale dell'aIC di per sé ha indotto un miglioramento della memoria per la posizione dell'oggetto suggerisce che l'aIC potrebbe anche contribuire all'elaborazione delle informazioni spaziali e contestuali (53). D'altra parte, il dHPC è coinvolto nell'associazione di un oggetto con il suo contesto o luogo (21–23) ed è noto che l'elaborazione di informazioni contestuali impegna in modo cruciale un dialogo funzionale tra mPFC e dHPC (24– 26). Evidenze considerevoli indicano che mPFC e dHPC si accoppiano tramite una sincronia oscillatoria che riflette il flusso bidirezionale di informazioni (54).

A ulteriore supporto di tali interazioni funzionali, abbiamo scoperto che la somministrazione dell'agonista GR nel PrL dopo l'addestramento al riconoscimento degli oggetti induce cambiamenti dell'attività neuronale dipendenti dall'attività all'interno dell'aIC e del dHPC durante il periodo di consolidamento post-apprendimento, nonché cambiamenti strutturali nella morfologia della colonna vertebrale valutati 24 h dopo . La nostra scoperta che il miglioramento del riconoscimento indotto dall'agonista GRmemoriaè associato a una ridotta espressione di c-Fos, e possibilmente all'attività neuronale, dell'aIC è in accordo con risultati precedenti che indicano una ridotta attività neuronale dell'aIC dopo il trattamento sistemico con corticosterone a seguito di un training di evitamento inibitorio nei ratti (55) o dopo il rilascio di glucocorticoidi indotto da stress nell'uomo soggetti (56). Tale ridotta attività aIC potrebbe essere necessaria per facilitare i processi di consolidamento locale, eventualmente aumentando temporaneamente la soglia per la rilevazione di stimoli salienti (23, 57). In alternativa, poiché l'aIC potrebbe funzionare come un "interruttore" tra diversi sistemi di rete neurale (58), una ridotta attività dell'aIC potrebbe riflettere una riallocazione delle risorse neurali e quindi la disinibizione di altri sistemi cerebrali coinvolti nella memorizzazione di informazioni sugli oggetti e cognitivi di ordine superiore processi (56). Al contrario, la somministrazione dell'agonista GR ha aumentato il numero di cellule piramidali c-Fos-positive all'interno di CA1, senza influenzare l'espressione di c-Fos all'interno della regione dDG del dHPC. A sostegno dell'opinione che questa influenza PrL sul CA1 coinvolge il percorso NRE indiretto (40-42), abbiamo anche riscontrato un numero maggiore di cellule c-Fos-positive all'interno del NRE. Insieme, questi risultati forniscono la prova che la somministrazione di agonisti GR nella PrL migliora il consolidamento di diverse componenti della memoria di riconoscimento tramite l'accoppiamento funzionale con aIC e dHPC.

La nostra scoperta principale è che un blocco della trasmissione noradrenergica all'interno del BLA ha bloccato questi effetti di somministrazione intra-PrL GR agonista sumemoriamiglioramento così come sull'attività neuronale e sui cambiamenti della plasticità strutturale all'interno dell'aIC e del dHPC. In molti studi precedenti, abbiamo riportato che l'eccitazione della stimolazione induce il rilascio di norepinefrina all'interno del BLA (2, 59) e che livelli elevati di norepinefrina BLA migliorano il consolidamento dimemoriadi diverse esperienze di allenamento influenzando la plasticità neurale e la memorizzazione delle informazioni in regioni cerebrali distinte, tra cui mPFC, aIC e dHPC (2, 7, 9, 57, 60). I risultati attuali forniscono la prova che l'attivazione noradrenergica del BLA è anche essenziale per consentire interazioni funzionali tra tali altre regioni del cervello e aumentare la nostra comprensione del ruolo del BLA nella regolazione degli effetti dell'eccitazione emotiva sulle dinamiche della rete cerebrale su larga scala.

Metodi

Soggetti. I ratti maschi Sprague-Dawley (fiume Charles) sono stati tenuti individualmente in una stanza del vivaio a temperatura controllata (22 gradi) (07:00-19:00 luci accese). L'addestramento e il test sono stati eseguiti durante la fase leggera del ciclo tra le 1000 e le 1500 ore. Tutte le procedure sperimentali erano conformi alla Direttiva dell'Unione Europea 2010/63/UE e approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della Radboud University, Nijmegen, Paesi Bassi.

Attività di riconoscimento degli oggetti. Nella prova di addestramento, i ratti hanno esplorato due oggetti identici (A1 e A2) per 3 o 10 min. La ritenzione è stata testata 24 h dopo. Per ORM, una copia dell'oggetto familiare (A3) e un nuovo oggetto (B) sono stati collocati nella stessa posizione degli stimoli durante la prova di addestramento. Per OLM, una copia dell'oggetto familiare (A3) è stata collocata al centro della scatola (posizione del romanzo); l'altro oggetto familiare (A4) è stato collocato nella stessa posizione durante la prova di addestramento. Un indice di discriminazione è stato calcolato come la differenza di tempo nell'esplorazione degli oggetti (o luoghi) nuovi e familiari, espressa come il rapporto tra il tempo totale trascorso esplorando entrambi gli oggetti (cioè, [(tempo nuovo − tempo familiare)/(tempo nuovo più tempo familiare)] × 100 percento) (rif. 23; SI Appendice, Metodi Supplementari).

Trattamento farmacologico. RU 28362 (11 ,17 -diidrossi-6,21-dimetil-17 -pregna-4,6- trien-20yn{{9 }}uno, 3 o 10 ng in 0,5 μL) e RU 38486 [17 -idrossi-11 -(4- dimetilamminofenil){{18} }(1-propynyl)-estra-4,9-dien-3-one, 3 o 10 ng in 0.5 μL] erano disciolto in 0,5 percento di etanolo in soluzione salina (51). Il propranololo (0.3 ug in 0,2 μL) è stato sciolto in soluzione salina (60). PD98059 [2-(2-ammino-3-metossifenile)-4 H-1-benzopirano-4-uno, 50 ng in 0,5 μL] è stato sciolto in 6 percentuale di DMSO in soluzione salina (rif. 50; SI Appendice, Metodi Supplementari).

Immunoreattività c-Fos. Le sezioni cerebrali sono state incubate con anticorpi primari [c-Fos (coniglio anti–c-Fos; 1:1,{5}}; sistemi sinaptici), GAD67 (topo anti-GAD67; 1:250; Millipore), NeuN (pollo anti-NeuN; 1:500; Millipore)], seguito da appropriati anticorpi secondari coniugati con fluoroforo. Per tutte le regioni del cervello, sono state riprese tre sezioni per animale (20× o 40×; Leica DMI 6000B). Il numero di cellule immunofluorescenti è stato quantificato con il software ImageJ 1.47v e l'area è stata corretta. Per GAD67-puncta positivo, le immagini sono state acquisite con un ingrandimento 63× su un microscopio confocale (Olympus FV1000) e il numero di GAD67-puncta positivo per neurone eccitatorio marcato con NeuN è stato contato manualmente (appendice SI , Metodi Supplementari).

Statistiche.

Quando appropriato, sono stati utilizzati ANOVA a una o due vie, seguiti da test di confronto post hoc. I test t su un campione hanno determinato se l'indice di discriminazione era diverso da zero e quindi se era avvenuto l'apprendimento. P < 0.05="" è="" stato="" accettato="" come="" significatività="">

RINGRAZIAMENTI.

Ringraziamo Chantal Schoenmaker e Masoud Ramuz per l'assistenza tecnica. La ricerca è stata supportata da un Topfund della Radboud University (a BR).