Involvement of the insular cortex in the consolidation and expression of contextual fear conditioning

The insular cortex (IC) has been reported to be involved in the modulation of memory and autonomic and defensive responses. However, there is conflicting evidence about the role of the IC in fear conditioning. To explore the IC involvement in both behavioral and autonomic responses induced by contextual fear conditioning, we evaluated the effects of the reversible inhibition of the IC neurotransmission through bilateral microinjections of the non-selective synapse blocker CoCl2 (1 mm) 10 min before or immediately after the conditioning session or 10 min before re-exposure to the aversive context. In the conditioning session, rats were exposed to a footshock chamber (context) and footshocks were used as the unconditioned stimulus. Forty-eight hours later, the animals were re-exposed to the aversive context for 10 min, but no shock was given. Behavioral (freezing) as well as cardiovascular (arterial pressure and heart rate increases) responses induced by re-exposure to the aversive context were analysed. It was observed that the local IC neurotransmission inhibition attenuated freezing and the mean arterial pressure and heart rate increase of the groups that received the CoCl2 either immediately after conditioning or 10 min before re-exposure to the aversive context, but not when the CoCl2 was injected before the conditioning session. These findings suggest the involvement of the IC in the consolidation and expression of contextual aversive memory. However, the IC does not seem to be essential for the acquisition of memory associated with aversive context. © 2013 Federation of European Neuroscience Societies and John Wiley & Sons Ltd.

Cannabidiol injected into the bed nucleus of the stria terminalis reduces the expression of contextual fear conditioning via 5-HT1A receptors

Systemic administration of cannabidiol (CBD) attenuates cardiovascular and behavioral changes induced by re-exposure to a context that had been previously paired with footshocks. Previous results from our group using cFos immunohistochemistry suggested that the bed nucleus of the stria terminalis (BNST) is involved in this effect. The mechanisms of CBD effects are still poorly understood, but could involve 5-HT1A receptor activation. Thus, the present work investigated if CBD administration into the BNST would attenuate the expression of contextual fear conditioning and if this effect would involve the activation of 5-HT1A receptors. Male Wistar rats with cannulae bilaterally implanted into the BNST were submitted to a 10 min conditioning session (six footshocks, 1.5 mA/3 s). Twenty-four hours later freezing and cardiovascular responses (mean arterial pressure and heart rate) to the conditioning box were measured for 10 min. CBD (15, 30 or 60 nmol) or vehicle was administered 10 min before the re-exposure to the aversive context. The second experiment was similar to the first one except that animals received microinjections of the 5-HT1A receptor antagonist WAY100635 (0.37 nmol) 5 min before CBD (30 nmol) treatment. The results showed that CBD (30 and 60 nmol) treatment significantly reduced the freezing and attenuated the cardiovascular responses induced by re-exposure to the aversive context. Moreover, WAY100635 by itself did not change the cardiovascular and behavioral response to context, but blocked the CBD effects. These results suggest that CBD can act in the BNST to attenuate aversive conditioning responses and this effect seems to involve 5-HT1A receptor-mediated neurotransmission.

Spectral characteristics of the hippocampal LFP during contextual fear conditioning

OBJECTIVE: The hippocampus has an important role in the acquisition and recall of aversive memories. The objective of this study was to investigate the relationship among hippocampal rhythms. METHODS: Microeletrodes arrays were implanted in the hippocampus of Wistar rats. The animals were trained and tested in a contextual fear conditioning task. The training consisted in applying shocks in the legs. The memory test was performed 1 day (recent memory) or 18 days (remote memory) after training. We proposed a measure based on the FFT power spectrum, denominated "delta-theta ratio", to characterize the different behaviors (active exploration and freezing) and the memories types. RESULTS: The delta-theta ratio was able to distinguish recent and remote memories. In this study, the ratio for the 18-day group was smaller than for the 1-day group. Moreover, this measure was useful to distinguish the different behavior states active exploration and freezing. CONCLUSIONS: The results suggest delta-theta oscillations could reflect the demands on information processing during recent and remote memory recalls.

Basolateral amygdala is not critical for cognitive memory of contextual fear conditioning

Evidence that lesions of the basolateral amygdala complex (BLC) impair memory for fear conditioning in rats, measured by lack of “freezing” behavior in the presence of cues previously paired with footshocks, has suggested that the BLC may be a critical locus for the memory of fear conditioning. However, evidence that BLC lesions may impair unlearned as well as conditioned freezing makes it difficult to interpret the findings of studies assessing conditioned fear with freezing. The present study investigated whether such lesions prevent the expression of several measures of memory for contextual fear conditioning in addition to freezing. On day 1, rats with sham lesions or BLC lesions explored a Y maze. The BLC-lesioned rats (BLC rats) displayed a greater exploratory activity. On day 2, each of the rats was placed in the “shock” arm of the maze, and all of the sham and half of the BLC rats received footshocks. A 24-hr retention test assessed the freezing, time spent per arm, entries per arm, and initial entry into the shock arm. As previously reported, shocked BLC rats displayed little freezing. However, the other measures indicated that the shocked BLC rats remembered the fear conditioning. They entered less readily and less often and spent less time in the shock arm than did the control nonshocked BLC rats. Compared with the sham rats, the shocked BLC rats entered more quickly and more often and spent more time in the shock arm. These findings indicate that an intact BLC is not essential for the formation and expression of long-term cognitive/explicit memory of contextual fear conditioning.

Selectively enhanced contextual fear conditioning in mice lacking the transcriptional regulator CCAAT/enhancer binding protein δ

CCAAT/enhancer binding protein δ (C/EBPδ) is a transcriptional regulator implicated in the hepatic acute phase response and in adipogenic and myeloid cell differentiation. We found that C/EBPδ is widely expressed in the peripheral and central nervous systems, including neurons of the hippocampal formation, indicating a role in neural functions. To examine the role of C/EBPδ in vivo, we generated mice with a targeted deletion of the C/EBPδ gene. This mutation does not interfere with normal embryonic and postnatal development. Performance in a battery of behavioral tests indicates that basic neurological functions are normal. Furthermore, performance in a Morris water maze task suggests that C/EBPδ mutant mice have normal spatial learning. However, in the contextual and auditory-cue-conditioned fear task, C/EBPδ null mice displayed significantly more conditioned freezing to the test context than did wild-type controls, but equivalent conditioning to the auditory cue. These data demonstrate a selectively enhanced contextual fear response in mice carrying a targeted genomic mutation and implicate C/EBPδ in the regulation of a specific type of learning and memory.

Functional and neural mechanisms of human fear conditioning: studies in healthy and brain-damaged individuals

Fear conditioning represents the learning process by which a stimulus, after repeated pairing with an aversive event, comes to evoke fear and becomes intrinsically aversive. This learning is essential to organisms throughout the animal kingdom and represents one the most successful laboratory paradigm to reveal the psychological processes that govern the expression of emotional memory and explore its neurobiological underpinnings. Although a large amount of research has been conducted on the behavioural or neural correlates of fear conditioning, some key questions remain unanswered. Accordingly, this thesis aims to respond to some unsolved theoretic and methodological issues, thus furthering our understanding of the neurofunctional basis of human fear conditioning both in healthy and brain-damaged individuals. Specifically, in this thesis, behavioural, psychophysiological, lesion and non-invasive brain stimulation studies were reported. Study 1 examined the influence of normal aging on context-dependent recall of extinction of fear conditioned stimulus. Study 2 aimed to determine the causal role of the ventromedial PFC (vmPFC) in the acquisition of fear conditioning by systematically test the effect of bilateral vmPFC brain-lesion. Study 3 aimed to interfere with the reconsolidation process of fear memory by the means of non-invasive brain stimulation (i.e. TMS) disrupting PFC neural activity. Finally, Study 4 aimed to investigate whether the parasympathetic – vagal – modulation of heart rate might reflect the anticipation of fearful, as compared to neutral, events during classical fear conditioning paradigm. Evidence reported in this PhD thesis might therefore provide key insights and deeper understanding of critical issues concerning the neurofunctional mechanisms underlying the acquisition, the extinction and the reconsolidation of fear memories in humans.

Impairment of mossy fiber long-term potentiation and associative learning in pituitary adenylate cyclase activating polypeptide type I receptor-deficient Mice

The pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP) type I receptor (PAC1) is a G-protein-coupled receptor binding the strongly conserved neuropeptide PACAP with 1000-fold higher affinity than the related peptide vasoactive intestinal peptide. PAC1-mediated signaling has been implicated in neuronal differentiation and synaptic plasticity. To gain further insight into the biological significance of PAC1-mediated signaling in vivo, we generated two different mutant mouse strains, harboring either a complete or a forebrain-specific inactivation of PAC1. Mutants from both strains show a deficit in contextual fear conditioning, a hippocampus-dependent associative learning paradigm. In sharp contrast, amygdala-dependent cued fear conditioning remains intact. Interestingly, no deficits in other hippocampus-dependent tasks modeling declarative learning such as the Morris water maze or the social transmission of food preference are observed. At the cellular level, the deficit in hippocampus-dependent associative learning is accompanied by an impairment of mossy fiber long-term potentiation (LTP). Because the hippocampal expression of PAC1 is restricted to mossy fiber terminals, we conclude that presynaptic PAC1-mediated signaling at the mossy fiber synapse is involved in both LTP and hippocampus-dependent associative learning.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Role of entorhinal cortical plasticity in spatial and contextual memory

It is well accepted that the hippocampus (HIP) is important for spatial and contextual memories, however, it is not clear if the entorhinal cortex (EC), the main input/output structure for the hippocampus, is also necessary for memory storage. Damage to the EC in humans results in memory deficits. However, animal studies report conflicting results on whether the EC is necessary for spatial and contextual memory. Memory consolidation requires gene expression and protein synthesis, mediated by signaling cascades and transcription factors. Extracellular-signal regulated kinase (ERK) cascade activity is necessary for long-term memory in several tasks, including those that test spatial and contextual memory. In this work, we explore the role of ERK-mediated plasticity in the EC on spatial and contextual memory. ^ To evaluate this role, post-training infusions of reversible pharmacological inhibitors specific for the ERK cascade that do not affect normal neuronal activity were targeted directly to the EC of awake, behaving animals. This technique provides spatial and temporal control over the inhibition of the ERK cascade without affecting performance during training or testing. Using the Morris water maze to study spatial memory, we found that ERK inhibition in the EC resulted in long-term memory deficits consistent with a loss of spatial strategy information. When animals were allowed to learn and consolidate a spatial strategy for solving the task prior to training and ERK inhibition, the deficit was alleviated. To study contextual memory, we trained animals in a cued fear-conditioning task and saw an increase in the activation of ERK in the EC 90 minutes following training. ERK inhibition in the EC over this time point, but not at an earlier time point, resulted in increased freezing to the context, but not to the tone, during a 48-hour retention test. In addition, animals froze maximally at the time the shock was given during training; similar to naïve animals receiving additional training, suggesting that ERK-mediated plasticity in the EC normally suppresses the temporal nature of the freezing response. These findings demonstrate that plasticity in the EC is necessary for both spatial and contextual memory, specifically in the retention of behavioral strategies. ^

Deficits in memory and motor performance in synaptotagmin IV mutant mice

Synaptotagmin (Syt) IV is a synaptic vesicle protein. Syt IV expression is induced in the rat hippocampus after systemic kainic acid treatment. To examine the functional role of this protein in vivo, we derived Syt IV null [Syt IV(−/−)] mutant mice. Studies with the rotorod revealed that the Syt IV mutants have impaired motor coordination, a result consistent with constitutive Syt IV expression in the cerebellum. Because Syt IV is thought to modulate synaptic function, we also have examined Syt IV mutant mice in learning and memory tests. Our studies show that the Syt IV mutation disrupts contextual fear conditioning, a learning task sensitive to hippocampal and amygdala lesions. In contrast, cued fear conditioning is normal in the Syt IV mutants, suggesting that this mutation did not disrupt amygdala function. Conditioned taste aversion, which also depends on the amygdala, is normal in the Syt IV mutants. Consistent with the idea that the Syt IV mutation preferentially affects hippocampal function, Syt IV mutant mice also display impaired social transmission of food preference. These studies demonstrate that Syt IV is critical for brain function and suggest that the Syt IV mutation affects hippocampal-dependent learning and memory, as well as motor coordination.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Characterization of the behavioural phenotype of calpain-knockout mice

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Unconditioned responses and functional fear networks in human classical conditioning.

Human imaging studies examining fear conditioning have mainly focused on the neural responses to conditioned cues. In contrast, the neural basis of the unconditioned response and the mechanisms by which fear modulates inter-regional functional coupling have received limited attention. We examined the neural responses to an unconditioned stimulus using a partial-reinforcement fear conditioning paradigm and functional MRI. The analysis focused on: (1) the effects of an unconditioned stimulus (an electric shock) that was either expected and actually delivered, or expected but not delivered, and (2) on how related brain activity changed across conditioning trials, and (3) how shock expectation influenced inter-regional coupling within the fear network. We found that: (1) the delivery of the shock engaged the red nucleus, amygdale, dorsal striatum, insula, somatosensory and cingulate cortices, (2) when the shock was expected but not delivered, only the red nucleus, the anterior insular and dorsal anterior cingulate cortices showed activity increases that were sustained across trials, and (3) psycho-physiological interaction analysis demonstrated that fear led to increased red nucleus coupling to insula but decreased hippocampus coupling to the red nucleus, thalamus and cerebellum. The hippocampus and the anterior insula may serve as hubs facilitating the switch between engagement of a defensive immediate fear network and a resting network.

Aquisition and extinction of two characteristics consistent with fear relevance

Fear relevance, the potential of a stimulus to become quickly associated with fear, is a characteristic assumed to have an evolutionary basis and to result in preferential processing. Previous research has shown that fear relevant stimuli share a number of characteristics, negative valence and preferential identification in a visual search task, for instance. The present research examined whether these two characteristics can be acquired by non-fear relevant stimuli (geometric shapes) as a result of Pavlovian fear conditioning. Two experiments employed an aversive learning paradigm with geometric shape CSs and a shock US, with stimulus ratings, affective priming and visual search performance assessed before and after acquisition and after extinction. Differential electrodermal responses, larger during CS1 than CS, were present during acquisition but not during extinction. Affective priming results suggest that the CS1 acquired negative valence during acquisition, which was lost during extinction. However, negative valence as indexed by more negative ratings for CS1 than for CS shapes seemed to survive extinction. Preferential attentional processing as indexed by faster detection of CS1 among CS shapes than vice versa on the visual search task also remained. The current research confirmed that characteristics of fear relevant stimuli can be acquired in an aversive learning episode and that they may be extinguished. This supports the proposal that fear relevance may be malleable through learning.

Gabaergic mechanisms of hypothalamic nuclei in the expression of conditioned fear

The amygdala, the dorsal periaqueductal gray (dPAG), and the media] hypothalamus have long been recognized to be a neural system responsible for the generation and elaboration of unconditioned fear in the brain. It is also well known that this neural substrate is under a tonic inhibitory control exerted by GABA mechanisms. However, whereas there is a growing body of evidence to suggest that the amygdala and dPAG are also able to integrate conditioned fear, it is still unclear, however, how the distinct hypothalamic nuclei participate in fear conditioning. In this work we aimed to examine the extent to which the gabaergic mechanisms of this brain region are involved in conditioned fear using the fear-potentiated startle (FPS). Muscimol, a GABA-A receptor agonist, and semicarbazide, an inhibitor of the GABA synthesizing enzyme glutamic acid decarboxylase (GAD), were used as an enhancer and inhibitor of the GABA mechanisms, respectively. Muscimol and semicarbazide were injected into the anterior hypothalamus (AHN). the dorsomedial part of the ventromedial nucleus (VMHDM), the dorsomedial (DMH) or the dorsal premammillary (PMD) nuclei of male Wistar rats before test sessions of the fear conditioning paradigm. The injections into the DMH and PMD did not produce any significant effects on FPS. On the other hand, muscimol injections into the AHN and VMHDM caused significant reduction in FPS. These results indicate that injections of muscimol and semicarbazide into the DMH and PMD fail to change the FPS, whereas the enhancement of the GABA transmission in the AHN and VMHDM produces a reduction of the conditioned fear responses. On the other hand, the inhibition of this transmission led to an increase of this conditioned response in the AHN. Thus, whereas DMH and PMD are known to be part of the caudal-most region of the medial hypothalamic defensive system, which integrates unconditioned fear, systems mediating conditioned fear select the AHN and VMHDM nuclei that belong to the rostral-most portion of the hypothalamic defense area. Thus, distinct subsets of neurons in the hypothalamus could mediate different aspects of the defensive responses. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.