Investigating the role of Prefrontal Neurons in cognitive tasks through Fiber Photometry and Adapted Barnes Maze Protocols
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
Título alternativo
Investigando o papel dos Neurônios Pré-frontais em funções cognitivas, através dos protocolos de Fotometria de Fibras e Labirinto de Barnes adaptado
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Resumo
The medial prefrontal cortex (mPFC) is essential in the execution of cognitive tasks,
however very little is known on how these neurons are modulated during specific tasks and
which subtype of neurons are responsible for so. Therego, with the intention of addressing
this issue, we recorded mPFC gabaergic and glutamatergic activation patterns through fiber
photometry (FIP) in mice, while simultaneously performing the Barnes Maze (BM) cognitive
task (4 day behavioral trial). In addition, an altered structural and procedural protocol for BM
was validated in this study due to necessary modifications allowing FIP and BM to happen
simultaneously. A successful protocol validation was followed by our preliminary results,
which showed that both glutamatergic and gabaergic neurons presented significant change in
activation intensity and number of events in specific contexts throughout the task days. In
addition, when stratified and crossed with BM performance parameters, such as latency to
complete tasks and adopted strategy, glutamatergic and gabaergic neurons presented a
significant decline in both activation patterns and number of activation events throughout the
days. This data suggest not only an important role of glutamatergic and gabaergic mPFC
neurons in learning, memory and decision making, but also that activation patterns of each of
these groups may serve as markers for cognitive progression and/or dysfunction.
KEY-WORDS: Memory, Learning, Decision Making, Medial Prefrontal Cortex (mPFC),
Fiber Photometry (FIP), Barnes Maze (BM), Glutamatergic, Gabaergic, Neuronal Activity,
Neuronal Activation Patterns, Neuronal Dynamics.
Abstract
O córtex pré-frontal medial (mPFC) é essencial na execução de tarefas cognitivas, no
entanto, pouco se sabe sobre como esses neurônios são modulados durante tarefas específicas
e qual subtipo de neurônios é responsável por isso. Portanto, com a intenção de abordar essa
questão, registramos os padrões de ativação de neurônios gabaérgicos e glutamatérgicos do
mPFC por meio de fotometria de fibra (FIP) em camundongos, enquanto realizávamos
simultaneamente a tarefa cognitiva do Labirinto de Barnes (BM) (ensaio comportamental de
4 dias). Além disso, um protocolo estrutural e procedimental alterado para o BM foi validado
neste estudo devido a modificações necessárias que permitiram a realização simultânea de
FIP e BM. Uma validação bem-sucedida do protocolo foi seguida pelos nossos resultados
preliminares, que mostraram que tanto os neurônios glutamatérgicos quanto os gabaérgicos
apresentaram mudanças significativas na intensidade de ativação e no número de eventos em
contextos específicos ao longo dos dias da tarefa. Além disso, quando estratificados e
cruzados com parâmetros de desempenho do BM, como latência para completar as tarefas e
estratégia adotada, os neurônios glutamatérgicos e gabaérgicos apresentaram uma diminuição
significativa nos padrões de ativação e no número de eventos de ativação ao longo dos dias.
Esses dados sugerem não apenas um papel importante dos neurônios glutamatérgicos e
gabaérgicos do mPFC na aprendizagem, memória e tomada de decisões, mas também que os
padrões de ativação de cada um desses grupos podem servir como marcadores de progressão
e/ou disfunção cognitiva. PALAVRAS-CHAVE: Memória, Aprendizagem, Tomada de
Decisões, Córtex Pré-Frontal Medial (mPFC), Fotometria de Fibra (FIP), Labirinto de Barnes
(BM), Glutamatérgico, Gabaérgico, Atividade Neuronal, Padrões de Ativação Neuronal,
Dinâmica Neuronal.
Assunto
Memory, Learning, Decision Making, Prefrontal Cortex, Photometry, Glutamic Acid, GABA Agents
Palavras-chave
Memory, Learning, Decision Making, Media Prefrontal Cortex, Fiber Photometry, Barnes Maze, Glutamatergic, Gabaergic, Neuronal Activity, Neuronal Activation Patterns, Neuronal Dynamics