Hebbian reverberations in emotional memory micro circuits

The study of memory in most behavioral paradigms, including emotional memory paradigms, has focused on the feed forward components that underlie Hebb’s first postulate, associative synaptic plasticity. Hebb’s second postulate argues that activated ensembles of neurons reverberate in order to provide temporal coordination of different neural signals, and thereby facilitate coincidence detection. Recent evidence from our groups has suggested that the lateral amygdala (LA) contains recurrent microcircuits and that these may reverberate. Additionally this reverberant activity is precisely timed with latencies that would facilitate coincidence detection between cortical and sub cortical afferents to the LA.Thus, recent data at the microcircuit level in the amygdala provide some physiological evidence in support of the second Hebbian postulate.

Verbal emotional memory in a case with left amygdala damage.

The amygdala nuclei appear to be critically implicated in emotional memory. However, in most studies, encoding and consolidation processes cannot be analyzed separately. We thus studied the verbal emotional memory in a young woman with a ganglioglioma of the left amygdala and analyzed its impact (1) on each step of the memory process (encoding, retrieval, and recognition) (2) on short- and long-term consolidation (1-hour and 1-week delay) and (3) on processing of valence (positive and negative items compared to neutral words). Results showed emotional encoding impairments and, after encoding was controlled for, emotional long-term consolidation. Finally, although the negative words were not acknowledged as emotionally arousing by the patient, these words were specifically poorly encoded, recalled, and consolidated. Our data suggest that separate cerebral networks support the processing of emotional versus neutral stimuli.

The indirect amygdala-dorsal striatum pathway mediates conditioned freezing: Insights on emotional memory networks

The dorsal striatum (DS) is involved in various forms of learning and memory such as procedural learning, habit learning, reward-association and emotional learning. We have previously reported that bilateral DS lesions disrupt tone fear conditioning (TFC), but not contextual fear conditioning (CFC) [Ferreira TL, Moreira KM, Ikeda DC, Bueno OFA, Oliveira MGM (2003) Effects of dorsal striatum lesions in tone fear conditioning and contextual fear conditioning. Brain Res 987:17-24]. To further elucidate the participation of DS in emotional learning, in the present study, we investigated the effects of bilateral pretest (postraining) electrolytic DS lesions on TFC. Given the well-acknowledged role of the amygdala in emotional learning, we also examined a possible cooperation between DS and the amygdala in TFC, by using asymmetrical electrolytic lesions, consisting of a unilateral lesion of the central amygdaloid nucleus (CeA) combined to a contralateral DS lesion. The results show that pre-test bilateral DS lesions disrupt TFC responses, suggesting that DS plays a role in the expression of TFC. More importantly, rats with asymmetrical pre-training lesions were impaired in TFC, but not in CFC tasks. This result was confirmed with muscimol asymmetrical microinjections in DS and CeA, which reversibly inactivate these structures. On the other hand, similar pretest lesions as well as unilateral electrolytic lesions of CeA and DS in the same hemisphere did not affect TFC. Possible anatomical substrates underlying the observed effects are proposed. Overall, the present results underscore that other routes, aside from the well-established CeA projections to the periaqueductal gray, may contribute to the acquisition/consolidation of the freezing response associated to a TFC task. It is suggested that CeA may presumably influence DS processing via a synaptic relay on dopaminergic neurons of the substantia nigra compacta and retrorubral nucleus. The present observations are also in line with other studies showing that TFC and CFC responses are mediated by different anatomical networks. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Evidence for the thalamic targets of the medial hypothalamic defensive system mediating emotional memory to predatory threats

Previous studies from our laboratory have documented that the medial hypothalamic defensive system is critically involved in processing actual and contextual predatory threats, and that the dorsal premammillary nucleus (PMd) represents the hypothalamic site most responsive to predatory threats. Anatomical findings suggest that the PMd is in a position to modulate memory processing through a projecting branch to specific thalamic nuclei, i.e., the nucleus reuniens (RE) and the ventral part of the anteromedial nucleus (AMv). In the present study, we investigated the role of these thalamic targets in both unconditioned (i.e., fear responses to predatory threat) and conditioned (i.e., contextual responses to predator-related cues) defensive behaviors. During cat exposure, all experimental groups exhibited intense defensive responses with the animals spending most of the time in the home cage displaying freezing behavior. However, during exposure to the environment previously associated with a cat, the animals with combined RE + AMv lesions, and to a lesser degree, animals with single AMv unilateral lesions, but not animals with single RE lesions, presented a reduction of contextual conditioned defensive responses. Overall, the present results provide clear evidence suggesting that the PMd`s main thalamic targets (i.e., the nucleus reuniens and the AMv) seem to be critically involved in the emotional memory processing related to predator cues. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

H1 but not H2 histamine antagonist receptors mediate anxiety-related behaviors and emotional memory deficit in mice subjected to elevated plus-maze testing

This study investigated the role of H1 and H2 receptors in anxiety and the retrieval of emotional memory using a Trial 1/Trial 2 (T1/T2) protocol in an elevated plus-maze (EPM). Tests were performed on 2 consecutive days, designated T1 and T2. Before T1, the mice received intraperitoneal injections of saline (SAL), 20 mg/kg zolantidine (ZOL, an H2 receptor antagonist), or 8.0 or 16 mg/kg chlorpheniramine (CPA, an H1 receptor antagonist). After 40 min, they were subjected to the EPM test. In T2 (24 h later), each group was subdivided into two additional groups, and the animals from each group were re-injected with SAL or one of the drugs. In T1, the Student t-test showed no difference between the SAL and ZOL or 8 mg/kg CPA groups with respect to the percentages of open arm entries (%OAE) and open arm time (%OAT). However, administration of CPA at the highest dose of 16 mg/kg decreased %OAE and %OAT, but not locomotor activity, indicating anxiogenic-like behavior. Emotional memory, as revealed by a reduction in open arm exploration between the two trials, was observed in all experimental groups, indicating that ZOL and 8 mg/kg CPA did not affect emotional memory, whereas CPA at the highest dose affected acquisition and consolidation, but not retrieval of memory. Taken together, these results suggest that H1 receptor, but not H2, is implicated in anxiety-like behavior and in emotional memory acquisition and consolidation deficits in mice subjected to EPM testing.

Microinjection of histamine into the cerebellar vermis impairs emotional memory consolidation in mice

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Prestimulus default mode activity influences depth of processing and recognition in an emotional memory task

Low self-referential thoughts are associated with better concentration, which leads to deeper encoding and increases learning and subsequent retrieval. There is evidence that being engaged in externally rather than internally focused tasks is related to low neural activity in the default mode network (DMN) promoting open mind and the deep elaboration of new information. Thus, reduced DMN activity should lead to enhanced concentration, comprehensive stimulus evaluation including emotional categorization, deeper stimulus processing, and better long-term retention over one whole week. In this fMRI study, we investigated brain activation preceding and during incidental encoding of emotional pictures and on subsequent recognition performance. During fMRI, 24 subjects were exposed to 80 pictures of different emotional valence and subsequently asked to complete an online recognition task one week later. Results indicate that neural activity within the medial temporal lobes during encoding predicts subsequent memory performance. Moreover, a low activity of the default mode network preceding incidental encoding leads to slightly better recognition performance independent of the emotional perception of a picture. The findings indicate that the suppression of internally-oriented thoughts leads to a more comprehensive and thorough evaluation of a stimulus and its emotional valence. Reduced activation of the DMN prior to stimulus onset is associated with deeper encoding and enhanced consolidation and retrieval performance even one week later. Even small prestimulus lapses of attention influence consolidation and subsequent recognition performance. Hum Brain Mapp, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

Verbal emotional memory in children and adolescents with temporal lobe epilepsy: A first study

International audience

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

An fMRI study of emotional episodic memory in schizophrenia : effects of diagnosis and sex

La schizophrénie est une psychopathologie largement hétérogène caractérisée entre autres par d’importantes défaillances dans le fonctionnement cognitif et émotionnel. En effet, par rapport à la population générale, forte proportion de ces individus présentent une mémoire déficitaire pour les événements émotionnels. À ce jour, le peu d’études qui se sont penchées sur la mémoire émotionnelle épisodique dans la schizophrénie, ont uniquement mis l’emphase sur l'effet de la valence des stimuli (c’est-à-dire le caractère agréable ou désagréable du stimulus). Toutefois, aucune n’a investigué spécifiquement l’intensité de la réaction aux stimuli (c’est-à-dire une faible par rapport à une forte réaction) malgré quantité de preuves faisant montre, dans la population générale, de différents processus de mémoire émotionnelle pour des stimuli suscitant une forte réaction par rapport à ceux évoquant une faible réponse. Ce manque est d’autant plus flagrant étant donné le nombre d’études ayant rapporté un traitement et un encodage atypiques des émotions spécifiquement au niveau de l’intensité de la réponse subjective chez des patients atteints de schizophrénie. Autre fait important, il est étonnant de constater l’absence de recherches sur les différences de sexe dans la mémoire émotionnelle étant donné l’ensemble des divergences entre hommes et femmes atteints de schizophrénie au niveau de la prévalence, de l’âge de diagnostic, de la manifestation clinique, de l’évolution de la maladie, de la réponse au traitement et des structures cérébrales. Pour pallier à ces lacunes, ce mémoire a évalué : (1) l’effet de la valence des stimuli et de l'intensité de la réaction émotionnelle au niveau des fonctions cérébrales correspondant à la mémoire émotionnelle chez des patients atteints de schizophrénie comparativement à des participants sains; et (2) les possibles différences de sexe dans les processus cérébraux impliqués dans la mémoire émotionnelle chez des patients atteints de schizophrénie par rapport à des volontaires sains. Ainsi, la première étude a comparé les activations cérébrales de patients atteints de schizophrénie par rapport à des participants sains au cours d’une tâche de mémoire émotionnelle dont les stimuli variaient à la fois au niveau de la valence et de l'intensité de la réaction subjective. 37 patients atteints de schizophrénie ainsi que 37 participants en bonne santé ont effectué cette tâche de mémoire émotionnelle lors d’une session d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Pour toutes les conditions étudiées (images négatives, positives, de faible et de forte intensité), le groupe atteint de schizophrénie a performé significativement moins bien que les volontaires sains. Comparativement aux sujets sains, ils ont montré moins d’activations cérébrales dans les régions limbiques et préfrontales lors de la reconnaissance des images négatives, mais ont présenté un patron d'activations similaire à celui des participants sains lors de la reconnaissance des images chargées positivement (activations observées dans le cervelet, le cortex temporal et préfrontal). Enfin, indépendamment de la valence des stimuli, les deux groupes ont démontré une augmentation des activations cérébrales pour les images de forte intensité par rapport à celles de plus faible intensité. La seconde étude a quant à elle exploré les différences de sexe potentielles au niveau des activations cérébrales associées à la mémoire émotionnelle dans la schizophrénie et dans la population en général. Nous avons comparé 41 patients atteints de schizophrénie (20 femmes) à 41 participants en bonne santé (19 femmes) alors qu’ils effectuaient la même tâche de mémoire émotionnelle mentionnée plus haut. Or, pour cette étude, nous nous sommes concentrés sur les conditions suivantes : la reconnaissance d’images positives, négatives et neutres. Nous n'avons pas observé de différences entre les hommes et les femmes au niveau des performances à la tâche de mémoire pour aucune des conditions. En ce qui a trait aux données de neuroimagerie, comparativement aux femmes en bonne santé, celles atteintes de schizophrénie ont montré une diminution des activations cérébrales dans les régions corticales du système limbique (p. ex. cortex cingulaire moyen) et dans les régions sous-corticales (p. ex. amygdale) lors de la reconnaissance d'images négatives. Pour ce qui est de la condition positive, elles ont présenté, comparativement au groupe de femmes saines, des diminutions d’activations spécifiquement dans le cervelet ainsi que dans le gyrus frontal inférieur et moyen. Les hommes atteints de schizophrénie, eux, ont montré une augmentation d’activations par rapport aux hommes sains dans le gyrus préfrontal médian lors de la reconnaissance des stimuli négatifs ; ainsi que dans les régions pariétales, temporales et limbiques lors de la reconnaissance des stimuli positifs. Dans un autre ordre d’idées, notre analyse corrélationnelle a mis en évidence, chez les femmes, un lien significatif entre l’activité cérébrale et les symptômes au cours de la mémoire des stimuli positifs, alors que chez les hommes atteints schizophrénie, ce lien a été observé au cours de la mémoire des stimuli négatifs. Bref, l’ensemble de nos résultats suggère, chez les patients atteints de schizophrénie, un fonctionnement cérébral atypique spécifiquement lors de la reconnaissance d’images négatives, mais un fonctionnement intact lors de la reconnaissance de stimuli positifs. De plus, nous avons mis en évidence la présence de différences de sexe dans les activations cérébrales associées à la mémoire épisodique émotionnelle soulignant ainsi l'importance d’étudier séparément les hommes et les femmes atteints de schizophrénie dans le cadre de recherches sur les plans cognitif et émotionnel.

Time-Dependent Effects of Acute Exercise-Induced Arousal on Long-Term Memory for Emotional and Neutral Stimuli

Psychological research has strongly documented the memory-enhancing effects of emotional arousal, while the effects of acute aerobic exercise on memory are not well understood. Manipulation of arousal has been shown to enhance long-term memory for emotional stimuli in a time-dependent fashion. This presents an opportunity to investigate the role of acute exercise in memory modulation. The purpose of this study was to determine the time-dependent relationship between acute exercise-induced arousal and long-term emotional memory. Participants viewed pleasant, neutral, and unpleasant images before or after completing a high-intensity session of cycling exercise. Salivary alpha-amylase, a biomarker of central norepinephrine, was measured as an indicator of arousal. No effects of exercise on recognition memory were revealed, however; a single session of high-intensity cycling increased salivary alpha-amylase. Our results also indicate that the influence of exercise on emotional responsiveness should be considered in further exploration of the memory-enhancing potential of acute exercise.

Sexual Behavior Modulates Contextual Fear Memory Through Dopamine D1/D5 Receptors

Traumatic events always lead to aversive emotional memory, i.e., fear memory. In contrast, positive events in daily life such as sex experiences seem to reduce aversive memory after aversive events. Thus, we hypothesized that post-traumatic pleasurable ex

Mental hoop diaries: emotional memories of a college basketball game in rival fans.

The rivalry between the men's basketball teams of Duke University and the University of North Carolina-Chapel Hill (UNC) is one of the most storied traditions in college sports. A subculture of students at each university form social bonds with fellow fans, develop expertise in college basketball rules, team statistics, and individual players, and self-identify as a member of a fan group. The present study capitalized on the high personal investment of these fans and the strong affective tenor of a Duke-UNC basketball game to examine the neural correlates of emotional memory retrieval for a complex sporting event. Male fans watched a competitive, archived game in a social setting. During a subsequent functional magnetic resonance imaging session, participants viewed video clips depicting individual plays of the game that ended with the ball being released toward the basket. For each play, participants recalled whether or not the shot went into the basket. Hemodynamic signal changes time locked to correct memory decisions were analyzed as a function of emotional intensity and valence, according to the fan's perspective. Results showed intensity-modulated retrieval activity in midline cortical structures, sensorimotor cortex, the striatum, and the medial temporal lobe, including the amygdala. Positively valent memories specifically recruited processing in dorsal frontoparietal regions, and additional activity in the insula and medial temporal lobe for positively valent shots recalled with high confidence. This novel paradigm reveals how brain regions implicated in emotion, memory retrieval, visuomotor imagery, and social cognition contribute to the recollection of specific plays in the mind of a sports fan.

Updating existing emotional memories involves the frontopolar/orbitofrontal cortex in ways that acquiring new emotional memories does not

In life, we must often learn new associations to people, places, or things we already know. The current fMRI study investigated the neural mechanisms underlying emotional memory updating. Nineteen participants first viewed negative and neutral pictures and learned associations between those pictures and other neutral stimuli, such as neutral objects and encoding tasks. This initial learning phase was followed by a memory updating phase, during which participants learned picture-location associations for old pictures (i.e., pictures previously associated with other neutral stimuli) and new pictures (i.e., pictures not seen in the first phase). There was greater frontopolar/orbito-frontal (OFC) activity when people learned picture–location associations for old negative pictures than for new negative pictures, but frontopolar OFC activity did not significantly differ during learning locations of old versus new neutral pictures. In addition, frontopolar activity was more negatively correlated with the amygdala when participants learned picture–location associations for old negative pictures than for new negative or old neutral pictures. Past studies revealed that the frontopolar OFC allows for updating the affective values of stimuli in reversal learning or extinction of conditioning [e.g., Izquierdo, A., & Murray, E. A. Opposing effects of amygdala and orbital PFC lesions on the extinction of instrumental responding in macaque monkeys. European Journal of Neuroscience, 22, 2341–2346, 2005]; our findings suggest that it plays a more general role in updating associations to emotional stimuli.