Papel do acoplamento hipocampo-pré-frontal para a formação de memória espacial durante o sono
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
Na consolidação de memórias declarativas, experiências recém codificadas se transfor mam em memórias disponíveis para evocação a longo prazo. Para isso, informações proces sadas inicialmente no hipocampo parecem ser transferidas para regiões corticais associativas,
como o córtex pré-frontal (PFC). Evidências indicam que o sono teria um papel fundamental
na transferência dessas informações após codificação no hipocampo. Mais especificamente,
ritmos neurais presentes nas diferentes fases do sono geram padrões de sincronização que fun cionariam como janelas de oportunidade para corticalização de memórias. Um exemplo disso
é a oscilação teta (5-12Hz), cuja perturbação durante sono REM é suficiente para prejudicar a
consolidação de memória espacial. Uma possível explicação para esse fenômeno é que a oscila ção teta auxiliaria na comunicação entre diferentes regiões cerebrais, como CA1 do hipocampo
e o córtex pré-frontal medial (mPFC). Portanto, a perturbação dessa comunicação hipocampo cortical durante sono REM deveria ser suficiente para prejudicar a consolidação de memórias
espaciais. No entanto, esta hipótese ainda não foi testada diretamente. Como um primeiro passo
nesse sentido, investigamos se existe alguma associação significativa entre padrões oscilatórios
durante sono REM e consolidação de memória de localização de objetos. Para isso, ratos Wis tar machos adultos foram implantados com eletrodos no mPFC e em CA1 do hipocampo, a
fim de registrar o sono e a dinâmica entre as regiões. Concomitante com os registros, os ani mais foram submetidos ao teste de localização de objetos. Avaliamos diversos parâmetros, tais
como arquitetura do sono, padrões oscilatórios locais e medidas de sincronia entre as regiões de
interesse antes e depois da fase de aquisição da tarefa de memória. Além disso, buscamos cor relacionar tais medidas durante o sono, principalmente do sono REM, com o desempenho dos
animais no teste. Nossos resultados indicam uma redução significativa da latência para REM
no sono pós-aprendizado (-54%, teste t pareado, one-tailed, p=0,037). Além disso, observamos
uma correlação significativa (correlação de Pearson, p=0,04 e r=0,69) entre a coerência de fase
hipocampo-cortical em teta durante REM e o desempenho dos animais na tarefa de memória de
localização de objetos. Nossos achados estão de acordo com estudos anteriores sobre o papel
do sono REM para a formação de memórias. Esperamos que nosso estudo motive futuras in vestigações envolvendo estratégias de manipulação seletiva da coordenação entre hipocampo e
mPFC durante sono REM.
Abstract
For declarative memory consolidation, recently encoded experiences become available
for long-term memory evocation. In order for this to happen, information initially processed in
the hippocampus seems to be transferred to associative cortical regions, such as the pre-frontal
cortex (PFC). Scientific evidence indicates that sleep has a fundamental role in information
transfer after codification in the hippocampus. More specifically, the different sleep phases’
neural rhythms generate synchronization patterns that act as opportunity windows for memory
corticalization. An example is the theta oscillation (5-12Hz), whose disturbance during REM
sleep is sufficient to impair spatial memory consolidation. A possible explanation for this pheno-
menon is that theta oscillations would aid the communication between different brain regions,
such as hippocampal CA1 and the medial prefrontal cortex (mPFC). Therefore, disruption of
this hippocampal-cortical communication during REM sleep could be sufficient to impair spa-
tial memory consolidation. However, this hypothesis has not been directly tested. As a first step
in this direction, we investigated whether there is any significant association between oscilla-
tory patterns during REM sleep and object location memory consolidation. For this, adult male
Wistar rats were implanted with electrodes in the mPFC and CA1 of the hippocampus, in order
to record their sleep and the dynamics between the regions. Simultaneously to the recordings,
the animals were subjected to the object location test. We then evaluated several parameters,
such as sleep architecture, local oscillatory patterns, and synchrony measurements between re-
gions of interest before and after memory acquisition. Furthermore, we sought to correlate such
measurements during sleep, especially REM sleep, with the animals’ performance in the test.
Our results indicate a significant reduction in latency to REM in post-learning sleep (-54%, pai-
red t-test, one-tailed, p=0.037). We also observed a significant correlation (Pearson correlation,
p=0.04 and r=0.69) between hippocampal-cortical phase coherence in theta during REM and
the animal’s performance in the object location memory task. Our findings are in line with pre-
vious studies on the role of REM sleep in memory formation. We hope that our study motivates
future investigations involving strategies for selectively manipulating the coordination between
the hippocampus and mPFC during REM sleep.
Assunto
Fisiologia, Área Pré-Tecta, Sono, Medida de Exposição à Radiação, Memória, Eletrofisiologia
Palavras-chave
Teta, Sono, REM, Memória, Eletrofisiologia in vivo, Hipocampo, Córtex Pré-Frontal, Coerência