It is generally believed that in order to enable long-term episodic memory, the information is temporarily stored in the hippocampus where it remains vulnerable to interference. Via a slow read-out process, the information is transferred into other brain structures where the memory is established and no longer vulnerable to interference. This slow read-out is termed consolidation (Mueller and Pilzecker, 1900). The mechanisms by which memories can be acquired and consolidated in the mammalian brain are assumed to involve modifications in structural plasticity (Cajal, 1891). The main goal of this work is to discover the morphological modification requested in memory formation and extinction. In study I we shown that plastic changes (i.e. dendritic spine density increase) immediately develop in CA1 field of the hippocampus after a training in the contextual fear conditioning. These modifications are only transient because they disappear 36 days later, while an inverse pattern of spine density in recent and remote memory recall were found in the anterior cingulate cortex. In study II we block the possibility to increase the number of spines in the aCC after training and we found an early temporal window in which synaptic remodelling occurring in this region is fundamental for the correct consolidation of memory. In study III we presented a new and conflicting memory (extinction) after the consolidation of an old one, founding a disruption of the synaptic network in the aCC field. At the same time, we found an increase of connectivity in the Infra limbic cortex induced by consolidation that persist after extinction. Our results point on a dynamic view of memory consolidation: a regulated balance of synaptic stability and synaptic plasticity is required for optimal memory retention to allow the incorporation of new memories in neuronal circuits.

Una delle funzioni principali della memoria risiede nella sua capacità di conservare le informazioni nel tempo. Il modello più accreditato si basa sulla premessa che le informazioni vengono temporaneamente immagazzinate nell’ippocampo dove rimangono vulnerabili alle interferenze provocate da contingenze esterne. Attraverso un processo molto lento, la traccia mnestica è trasferita in altre strutture del cervello dove la memoria è resa stabile e non più vulnerabile alle interferenze. Questo processo richiede tempo per essere portato a termine ed è chiamato consolidamento (Mueller and Pilzecher, 1900). Varie teorie ipotizzano che i meccanismi attraverso i quali le memorie possono essere acquisite e consolidate nel cervello dei mammiferi implichino modificazioni nella plasticità strutturale (Cajal, 1891). Lo scopo principale di questo lavoro è quello di ricercare le modificazioni morfologiche necessarie alla formazione e all’estinzione della memoria. Nel primo lavoro esposto mostriamo la presenza di cambiamenti plastici (sotto forma di aumento in densità di spine dendritiche) nell’ippocampo, immediatamente dopo un addestramento in un condizionamento avversivo al contesto. Questi cambiamenti sono temporanei poiché scompaiono 36 giorni dopo. Contemporaneamente in corteccia anteriore cingolata è visibile un aumento di spine dendritiche solo dopo aver testato gli animali per la loro memoria a lungo termine ma non dopo il test di memoria a breve termine, mostrando un pattern inverso rispetto a quello trovato in ippocampo. Nel secondo lavoro esposto, blocchiamo la possibilità di aumentare il numero di spine in corteccia anteriore cingolata e troviamo una finestra temporale durante la quale i rimodellamenti sinaptici che avvengono in questa regione sono fondamentali per un corretto consolidamento delle memorie a lungo termine. Nel terzo lavoro presentato mostriamo come l’estinzione di un comportamento indotto dal consolidamento di una memoria precedentemente acquisita modifichi nuovamente la rete sinaptica che si era lentamente formata nella corteccia anteriore cingolata. Contemporaneamente troviamo un aumento in connettività sinaptica nei neuroni della corteccia infralimbica indotto dal consolidamento che persiste dopo l’estinzione. I nostri risultati puntano sulla versatilità e plasticità delle reti neuronali che sottostanno ai processi di memoria.

Vetere, G. (2010). Neuronal plasticity of hippocampal and cortical circuitry modulates the formation and extinction of remote adversive memories.

Neuronal plasticity of hippocampal and cortical circuitry modulates the formation and extinction of remote adversive memories

VETERE, GISELLA
2010-01-15

Abstract

Una delle funzioni principali della memoria risiede nella sua capacità di conservare le informazioni nel tempo. Il modello più accreditato si basa sulla premessa che le informazioni vengono temporaneamente immagazzinate nell’ippocampo dove rimangono vulnerabili alle interferenze provocate da contingenze esterne. Attraverso un processo molto lento, la traccia mnestica è trasferita in altre strutture del cervello dove la memoria è resa stabile e non più vulnerabile alle interferenze. Questo processo richiede tempo per essere portato a termine ed è chiamato consolidamento (Mueller and Pilzecher, 1900). Varie teorie ipotizzano che i meccanismi attraverso i quali le memorie possono essere acquisite e consolidate nel cervello dei mammiferi implichino modificazioni nella plasticità strutturale (Cajal, 1891). Lo scopo principale di questo lavoro è quello di ricercare le modificazioni morfologiche necessarie alla formazione e all’estinzione della memoria. Nel primo lavoro esposto mostriamo la presenza di cambiamenti plastici (sotto forma di aumento in densità di spine dendritiche) nell’ippocampo, immediatamente dopo un addestramento in un condizionamento avversivo al contesto. Questi cambiamenti sono temporanei poiché scompaiono 36 giorni dopo. Contemporaneamente in corteccia anteriore cingolata è visibile un aumento di spine dendritiche solo dopo aver testato gli animali per la loro memoria a lungo termine ma non dopo il test di memoria a breve termine, mostrando un pattern inverso rispetto a quello trovato in ippocampo. Nel secondo lavoro esposto, blocchiamo la possibilità di aumentare il numero di spine in corteccia anteriore cingolata e troviamo una finestra temporale durante la quale i rimodellamenti sinaptici che avvengono in questa regione sono fondamentali per un corretto consolidamento delle memorie a lungo termine. Nel terzo lavoro presentato mostriamo come l’estinzione di un comportamento indotto dal consolidamento di una memoria precedentemente acquisita modifichi nuovamente la rete sinaptica che si era lentamente formata nella corteccia anteriore cingolata. Contemporaneamente troviamo un aumento in connettività sinaptica nei neuroni della corteccia infralimbica indotto dal consolidamento che persiste dopo l’estinzione. I nostri risultati puntano sulla versatilità e plasticità delle reti neuronali che sottostanno ai processi di memoria.
A.A. 2009/2010
Neuroscienze
22.
It is generally believed that in order to enable long-term episodic memory, the information is temporarily stored in the hippocampus where it remains vulnerable to interference. Via a slow read-out process, the information is transferred into other brain structures where the memory is established and no longer vulnerable to interference. This slow read-out is termed consolidation (Mueller and Pilzecker, 1900). The mechanisms by which memories can be acquired and consolidated in the mammalian brain are assumed to involve modifications in structural plasticity (Cajal, 1891). The main goal of this work is to discover the morphological modification requested in memory formation and extinction. In study I we shown that plastic changes (i.e. dendritic spine density increase) immediately develop in CA1 field of the hippocampus after a training in the contextual fear conditioning. These modifications are only transient because they disappear 36 days later, while an inverse pattern of spine density in recent and remote memory recall were found in the anterior cingulate cortex. In study II we block the possibility to increase the number of spines in the aCC after training and we found an early temporal window in which synaptic remodelling occurring in this region is fundamental for the correct consolidation of memory. In study III we presented a new and conflicting memory (extinction) after the consolidation of an old one, founding a disruption of the synaptic network in the aCC field. At the same time, we found an increase of connectivity in the Infra limbic cortex induced by consolidation that persist after extinction. Our results point on a dynamic view of memory consolidation: a regulated balance of synaptic stability and synaptic plasticity is required for optimal memory retention to allow the incorporation of new memories in neuronal circuits.
memory; synaptic plasticity; hippocampus; prefrontal cortex; dendritic spines; consolidation; extinction; structural plasticity
Settore MED/26 - Neurologia
English
Tesi di dottorato
Vetere, G. (2010). Neuronal plasticity of hippocampal and cortical circuitry modulates the formation and extinction of remote adversive memories.
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