A Mismatch-Based Model for Memory Reconsolidation and Extinction in Attractor Networks

OSAN, R. , TORT, A. B. L. , AMARAL, O. B. . A mismatch-based model for memory reconsolidation and extinction in attractor networks. Plos One, v. 6, p. e23113, 2011.

A Mismatch-Based Model for Memory Reconsolidation and Extinction in Attractor Networks

OSAN, R. , TORT, A. B. L. , AMARAL, O. B. . A mismatch-based model for memory reconsolidation and extinction in attractor networks. Plos One, v. 6, p. e23113, 2011.

A Mismatch-Based Model for Memory Reconsolidation and Extinction in Attractor Networks

OSAN, R. , TORT, A. B. L. , AMARAL, O. B. . A mismatch-based model for memory reconsolidation and extinction in attractor networks. Plos One, v. 6, p. e23113, 2011.

Pharmacological effects and behavioral interventions on memory consolidation and reconsolidation

In this article, we will review some behavioral, pharmacological and neurochemical studies from our laboratory on mice, which might contribute to our understanding of the complex processes of memory consolidation and reconsolidation. We discuss the post-training (memory consolidation) and post-reactivation (memory reconsolidation) effects of icv infusions of hemicholinium, a central inhibitor of acetylcholine synthesis, of intraperitoneal administration of L-NAME, a non-specific inhibitor of nitric oxide synthase, of intrahippocampal injections of an inhibitor of the transcription factor NF-κB, and the exposure of mice to a new learning situation on retention performance of an inhibitory avoidance response. All treatments impair long-term memory consolidation and retrieval-induced memory processes different from extinction, probably in accordance with the "reconsolidation hypothesis".

On Disruption of Fear Memory by Reconsolidation Blockade: Evidence from Cannabidiol Treatment

The search for reconsolidation blockers may uncover clinically relevant drugs for disrupting memories of significant stressful life experiences, such as those underlying the posttraumatic stress disorder. Considering the safety of systemically administered cannabidiol (CBD), the major non-psychotomimetic component of Cannabis sativa, to animals and humans, the present study sought to investigate whether and how this phytocannabinoid (3-30 mg/kg intraperitoneally; i.p.) could mitigate an established memory, by blockade of its reconsolidation, evaluated in a contextual fear-conditioning paradigm in rats. We report that CBD is able to disrupt 1- and 7-days-old memories when administered immediately, but not 6 h, after their retrieval for 3 min, with the dose of 10 mg/kg being the most effective. This effect persists in either case for at least 1 week, but is prevented when memory reactivation was omitted, or when the cannabinoid type-1 receptors were antagonized selectively with AM251 (1.0 mg/kg). Pretreatment with the serotonin type-1A receptor antagonist WAY100635, however, failed to block CBD effects. These results highlight that recent and older fear memories are equally vulnerable to disruption induced by CBD through reconsolidation blockade, with a consequent long-lasting relief in contextual fear-induced freezing. Importantly, this CBD effect is dependent on memory reactivation, restricted to time window of <6h, and is possibly dependent on cannabinoid type-1 receptor-mediated signaling mechanisms. We also observed that the fear memories disrupted by CBD treatment do not show reinstatement or spontaneous recovery over 22 days. These findings support the view that reconsolidation blockade, rather than facilitated extinction, accounts for the aforementioned CBD results in our experimental conditions. Neuropsychopharmacology (2012) 37, 2132-2142; doi:10.1038/npp.2012.63; published online 2 May 2012

Focus on emotion as a catalyst of memory updating during reconsolidation

We share the idea of Lane et al. that successful psychotherapy exerts its effects through memory reconsolidation. To support it, we add further evidence that a behavioral interference may trigger memory update during reconsolidation. Furthermore, we propose that – in addition to replacing maladaptive emotions – new emotions experienced in the therapeutic process catalyze reconsolidation of the updated memory structure.

The Role of Sleep in the Selective Reconsolidation of Declarative Memories

While sleep has been shown to be involved in memory consolidation and the selective enhancement of newly acquired memories of future relevance (Wilhelm, et al., 2011), limited research has investigated the role of sleep or future relevance in processes of memory reconsolidation. The current research employed a list-method directed forgetting procedure in which participants learned two lists of syllable pairs on Night 1 and received directed forgetting instructions on Night 2. On Night 2, one group (Labile; n = 15) received a memory reactivation treatment consisting of reminders designed to return memories of the learned lists to a labile state. A second group (Stable, n = 16) received similar reminders designed to leave memories of the learned lists in their stable state. No differences in forgetting were found across the two lists or groups. However, a negative correlation between frontal delta (1 – 4 Hz) electroencephalographic (EEG) power during Early Stage 2 non-rapid eye movement (NREM) sleep and forgetting of to-beremembered material was found exclusively in the Labile group (r = -.61, p < .05). Further, central theta (4 – 8 Hz ) EEG power during rapid eye movement (REM) sleep was found to correlate with directed forgetting exclusively in the Labile group (r = .81, p < .001) and total forgetting in the Stable group (r = .50, p < .05). These observed relationships support the proposed hypothesis suggesting that sleep processes are involved in the reconsolidation of labile memories, and that this reconsolidation may be selective for memories of future relevance. A role for sleep in the beneficial reprocessing of memories through the selective reconsolidation of labile memories in NREM sleep and the weakening of memories in REM sleep is discussed.

Acquisition of Pavlovian Fear Conditioning Using beta-Adrenoceptor Activation of the Dorsal Premammillary Nucleus as an Unconditioned Stimulus to Mimic Live Predator-Threat Exposure

In the present work, we sought to mimic the internal state changes in response to a predator threat by pharmacologically stimulating the brain circuit involved in mediating predator fear responses, and explored whether this stimulation would be a valuable unconditioned stimulus (US) in an olfactory fear conditioning paradigm (OFC). The dorsal premammillary nucleus (PMd) is a key brain structure in the neural processing of anti-predatory defensive behavior and has also been shown to mediate the acquisition and expression of anti-predatory contextual conditioning fear responses. Rats were conditioned by pairing the US, which was an intra-PMd microinjection of isoproterenol (ISO; beta-adrenoceptor agonist), with amyl acetate odor-the conditioned stimulus (CS). ISO (10 and 40 nmol) induced the acquisition of the OFC and the second-order association by activation of beta-1 receptors in the PMd. Furthermore, similar to what had been found for contextual conditioning to a predator threat, atenolol (beta-1 receptor antagonist) in the PMd also impaired the acquisition and expression of OFC promoted by ISO. Considering the strong glutamatergic projections from the PMd to the dorsal periaqueductal gray (dPAG), we tested how the glutamatergic blockade of the dPAG would interfere with the OFC induced by ISO. Accordingly, microinjections of NMDA receptor antagonist (AP5, 6 nmol) into the dPAG were able to block both the acquisition, and partially, the expression of the OFC. In conclusion, we have found that PMd beta-1 adrenergic stimulation is a good model to mimic predatory threat-induced internal state changes, and works as a US able to mobilize the same systems involved in the acquisition and expression of predator-related contextual conditioning. Neuropsychopharmacology (2011) 36, 926-939; doi:10.1038/npp.2010.231; published online 5 January 2011

The influence of stress on fear memory processes

It is well recognized that stressful experiences promote robust emotional memories, which are well remembered. The amygdaloid complex, principally the basolateral complex (BLA), plays a pivotal role in fear memory and in the modulation of stress-induced emotional responses. A large number of reports have revealed that GABAergic interneurons provide a powerful inhibitory control of the activity of projecting glutamatergic neurons in the BLA. Indeed, a reduced GABAergic control in the BLA is essential for the stress-induced influence on the emergence of associative fear memory and on the generation of long-term potentiation (LTP) in BLA neurons. The extracellular signal-regulated kinase (ERK) subfamily of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in the BLA plays a central role in the consolidation process and synaptic plasticity. In support of the view that stress facilitates long-term fear memory, stressed animals exhibited a phospho-ERK2 (pERK2) increase in the BLA, suggesting the involvement of this mechanism in the promoting influence of threatening stimuli on the consolidation fear memory. Moreover, the occurrence of reactivation-induced lability is prevented when fear memory is encoded under intense stressful conditions since the memory trace remains immune to disruption after recall in previously stressed animals. Thus, the underlying mechanism in retrieval-induced instability seems not to be functional in memories formed under stress. All these findings are indicative that stress influences both the consolidation and reconsolidation fear memory processes. Thus, it seems reasonable to propose that the emotional state generated by an environmental challenge critically modulates the formation and maintenance of long-term fear memory.

Le blocage de la reconsolidation des souvenirs, une avenue possible pour le traitement du trouble de stress post-traumatique?

La présente thèse porte sur l’évaluation de l’efficacité d’un nouveau traitement pour le trouble de stress post-traumatique (TSPT). Le traitement a été développé selon les prémisses de la théorie de la reconsolidation des souvenirs. Il consiste en six courtes séances de remémoration de l’événement traumatique réalisées sous l’effet du propranolol, un bêtabloquant. La population de l’étude est constituée de patients souffrant d’un TSPT chronique. La thèse comporte cinq chapitres. Le premier chapitre est l’introduction, on y retrouve une description du TSPT, des traitements validés empiriquement, de diverses théories de la mémoire, d’un modèle étiologique du TSPT, d’études sur la consolidation et la reconsolidation, de la pharmacocinétique et du mécanisme d’action du propranolol,ainsi que des objectifs de la thèse. Le second chapitre est une revue critique de littérature sur la théorie de la reconsolidation. Comme l’étude du phénomène de la reconsolidation est récente, nous tentons de faire le point sur l’état des connaissances dans le domaine, dans un effort de réflexion sur la validité de la théorie. Nous proposons une série de critères permettant de différencier la reconsolidation d’autres processus connexes. Nous concluons que la théorie paraît valide, bien que d’autres études soient nécessaires afin de rendre compte de résultats négatifs publiés par le passé. Le troisième chapitre est un essai ouvert, et vise à évaluer l’efficacité d’un traitement basé sur la reconsolidation à diminuer la sévérité et l’incidence du TSPT, auprès de 42 patients souffrant d’un TSPT chronique. Le traitement consiste en six séances de remémoration de l’événement traumatique sous propranolol. Lors d’un suivi à trois mois, nous rapportons une diminution des symptômes de TSPT de 41%-56%, ainsi qu’une diminution de l’incidence du TSPT de 74%. En comparaison, seulement 2/25 patients du groupe contrôle (ayant participé uniquement aux évaluations) ne souffrent plus d’un TSPT. Dans le groupe traitement, les tailles d’effet (d de Cohen)varient entre 1.32-2.19. Le quatrième chapitre a comme objectif d’identifier des caractéristiques des patients prédisant l’efficacité du traitement, et d’explorer s’ils s’améliorent dans des domaines de santé autres que le TSPT. Nous rapportons que les femmes s’améliorent davantage que les hommes, mais que d’autres facteurs, tels que la sévérité des traits de personnalité borderline ou le type de trauma (enfance versus adulte), n’influent pas sur l’efficacité. Également, les patients s’améliorent dans les domaines de santé suivants : la qualité de vie, la symptomatologie dépressive, l’intensité des émotions négatives au rappel de l’événement traumatique et dans la vie courante. Le cinquième chapitre contient la discussion générale de la thèse. Nous effectuons une synthèse et interprétation des résultats, nous examinons les hypothèses alternatives à l’amélioration clinique et abordons des pistes de recherches futures. Nous concluons que le traitement à l’étude a été efficace dans notre échantillon de patients souffrant d’un TSPT chronique. Étant donné la méthodologie employée (essai ouvert), nous ne pouvons statuer sur le mécanisme d’action du traitement, à savoir si l’amélioration clinique a été réellement causée par un blocage de la reconsolidation des souvenirs.

Le blocage de la consolidation et de la reconsolidation des souvenirs émotionnels chez l'humain à l'aide du propranolol

Une récente théorie de la mémoire a proposé que lorsqu'un souvenir déjà bien consolidé est réactivé, il redevient labile et susceptible aux modifications avant d'être restabilisé (reconsolidé) en mémoire à long terme. Ce nouveau modèle réfute le modèle classique de la consolidation qui propose qu'une fois consolidés, les souvenirs soient permanents et donc résistants aux effets des agents amnésiques. Les études validant la théorie de la reconsolidation abondent chez les animaux, mais encore peu d'études ont été réalisées chez les humains. L'objectif de cette thèse est de vérifier, dans une population de sujets sains et de sujets souffrant de trouble de stress post-traumatique (TSPT), l'efficacité d'un agent pharmacologique, le propranolol (un β-bloquant noradrénergique) à atténuer des souvenirs émotionnels nouvellement acquis ou déjà bien consolidés. Plus spécifiquement, nous avons mené un essai clinique contrôlé à double insu chez des sujets sains en leur administrant du propranolol (vs du placebo) lors de l'acquisition d'un nouveau souvenir et une semaine plus tard, lors de sa réactivation. L'objectif du premier article était d'évaluer l'efficacité du propranolol à diminuer la consolidation et la reconsolidation d'un souvenir émotionnel. Par ailleurs, puisque les études chez les animaux ont démontré que ces deux processus mnésiques s'effectuent à l'intérieur d'une fenêtre temporelle précise, le moment de l'administration du propranolol fut pris en considération. Les résultats ont démontré que le propranolol est en mesure de diminuer la consolidation et la reconsolidation d'une histoire émotionnelle tel que démontré par un pourcentage de bonnes réponses plus faible que le groupe contrôle lors des rappels. Toutefois, pour que cet effet soit observé, le propranolol doit être administré une heure avant la présentation des stimuli, pour la consolidation et une heure avant leur réactivation, pour la reconsolidation. En outre, les études portant sur la consolidation et la reconsolidation chez les animaux et chez les humains obtiennent parfois des résultats contradictoires. Ceci pourrait s'expliquer par le type de stimuli utilisé. Ainsi, l'objectif du second article était de préciser quel type d'information est le plus susceptible d'être affecté par le propranolol lors de son acquisition (consolidation) et lors de sa réactivation (reconsolidation). Pour ce faire, les éléments de l'histoire émotionnelle ont été divisés en fonction de leur valence (émotionnel ou neutre) et de leur centralité (central ou périphérique). Les résultats ont démontré le propranolol affecte l'ensemble des informations centrales lors du blocage de la consolidation, mais qu'il affecte plus spécifiquement les éléments émotionnels centraux lors de la reconsolidation. Notre groupe ayant précédemment démontré que le traitement avec le propranolol est en mesure de réduire les symptômes de TSPT chez une population clinique, nous nous sommes interrogés sur son efficacité à diminuer la mémoire implicite d'un événement traumatique. Le propranolol a été administré aux participants à 6 reprises (une fois par semaine sur une période de 6 semaines) lors de la réactivation de leur trauma. Les résultats ont révélé que le traitement avec le propranolol est en mesure de diminuer la réponse psychophysiologique des participants à l'écoute du compte rendu de leur trauma une semaine et 4 mois suivant la fin du traitement. En somme, cette thèse démontre que le propranolol est en mesure de bloquer la consolidation et la reconsolidation de souvenirs émotionnels chez l'humain lorsqu'il est administré une heure avant l'acquisition ou la réactivation des souvenirs. Il arrive en outre à atténuer un souvenir déclaratif émotionnel chez des sujets sains, mais également un souvenir implicite chez des sujets souffrant de TSPT. Ainsi, ces résultats ouvrent la voie à la création de nouveaux traitements pour les psychopathologies ayant comme étiologie un souvenir émotionnel intense.

The Intrahippocampal Infusion Of Crotamine From Crotalus Durissus Terrificus Venom Enhances Memory Persistence In Rats.

Previous research has shown that crotamine, a toxin isolated from the venom of Crotalus durissus terrificus, induces the release of acetylcholine and dopamine in the central nervous system of rats. Particularly, these neurotransmitters are important modulators of memory processes. Therefore, in this study we investigated the effects of crotamine infusion on persistence of memory in rats. We verified that the intrahippocampal infusion of crotamine (1 μg/μl; 1 μl/side) improved the persistence of object recognition and aversive memory. By other side, the intrahippocampal infusion of the toxin did not alter locomotor and exploratory activities, anxiety or pain threshold. These results demonstrate a future prospect of using crotamine as potential pharmacological tool to treat diseases involving memory impairment, although it is still necessary more researches to better elucidate the crotamine effects on hippocampus and memory.

Metabolic Memory Of ß-cells Controls Insulin Secretion And Is Mediated By Camkii.

Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) functions both in regulation of insulin secretion and neurotransmitter release through common downstream mediators. Therefore, we hypothesized that pancreatic ß-cells acquire and store the information contained in calcium pulses as a form of metabolic memory, just as neurons store cognitive information. To test this hypothesis, we developed a novel paradigm of pulsed exposure of ß-cells to intervals of high glucose, followed by a 24-h consolidation period to eliminate any acute metabolic effects. Strikingly, ß-cells exposed to this high-glucose pulse paradigm exhibited significantly stronger insulin secretion. This metabolic memory was entirely dependent on CaMKII. Metabolic memory was reflected on the protein level by increased expression of proteins involved in glucose sensing and Ca(2+)-dependent vesicle secretion, and by elevated levels of the key ß-cell transcription factor MAFA. In summary, like neurons, human and mouse ß-cells are able to acquire and retrieve information.