Spectral characteristics of the hippocampal LFP during contextual fear conditioning / Características espectrais da atividade elétrica hipocampal durante o medo condicionado ao contexto

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.

Objetivo: O hipocampo tem um importante papel na aquisição e evocação das memórias aversivas. Pretendeu-se, neste trabalho, investigar a dinâmica entre os ritmos hipocampais durante a evocação das memórias aversivas recente e remota. Métodos: Foram implantadas matrizes de microeletrodos em ratos Wistar. Os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento contextual de medo. O treino consistiu em aplicações de choques nas patas. O teste de memória foi realizado 1 dia (memória recente) ou 18 dias (memória remota) após o treino. Nesse trabalho, foi proposta uma medida baseada no espectro de potências, denominada "razão delta-theta", para caracterização dos diferentes comportamentos observados (vigília exploratória e congelamento) e tipos de memórias. Resultados: A razão delta-theta mostrou-se capaz de distinguir os grupos testados para as memórias recente e remota. Neste caso, observou-se, para o grupo testado 18 dias após, um valor menor do que para o grupo testado 1 dia após. Além disso, essa medida mostrou-se útil para distinguir os diferentes estados comportamentais. Conclusões: Os resultados sugerem que a dinâmica entre os ritmos delta e theta pode refletir o processamento da informação durante a evocação das memórias recente e remota.

Dinâmica do sistema córtico-hipocampal durante o condicionamento contextual de medo / Cortico-hippocampal system dynamics during contextual fear conditioning

O estabelecimento das memórias de longo prazo requer uma efetiva comunicação do hipocampo com o neocortex. Um mecanismo plausível envolvido na comunicação neuronal e na plasticidade sináptica é a sincronização da atividade elétrica cerebral na frequência teta. Estudos recentes mostraram que a sincronização entre os ritmos teta do hipocampo e do córtex pré-frontal aumenta durante a evocação das memórias aversivas e diminui após a extinção do aprendizado. Entretanto, outros ritmos cerebrais, como as ondas delta, também estão envolvidos nas respostas comportamentais do medo e nos processos de memória. Desta forma, o ritmo teta, que já foi bastante estudado pelo seu papel no aprendizado e na memória, e o ritmo delta, por seu envolvimento no ciclo sono-vigília, foram investigados considerando a relação causal entre eles. Ainda não está bem estabelecido como os ritmos delta e teta podem juntos contribuir nos processos cognitivos ou como os ritmos do hipocampo podem influenciar ou receber influencias da atividade cortical. Neste trabalho foi investigada a contribuição dos ritmos delta e teta em função do estado comportamental (vigília ativa ou congelamento) e do tipo de memória evocada (recente ou remota). Além disso, foi realizada uma análise de sincronia de fase para inferir a dinâmica da atividade elétrica entre o córtex pré-frontal medial, o hipocampo e o córtex visual durante a evocação das memórias de medo. Para tanto, os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento de medo ao contexto. Neste tipo de condicionamento, o animal aprende a estabelecer uma associação entre um determinado contexto (caixa de condicionamento) e um evento aversivo (choque elétrico nas patas) que ocorreu neste contexto...

The establishment of long-term memories requires effective communication of the hippocampus to the neocortex. Electrophysiological activities between hippocampus and prefrontal cortex have shown higher theta synchronization during retrieval of aversive memories and lower during extinction learning. While theta activity is more differently related to learning and memory, delta waves have been more discussed in the context of sleep or "offline" states. Few studies have investigated delta waves during "on-line" states (such as task-relevant situations) and the contribution of these rhythms to memory storage remains unclear. We recorded electrophysiological data to study the contributions of delta and theta waves in cortico-hippocampal system of rats underwent to contextual fear conditioning. Our experiment consisted of environmental pre-exposition, training with electrical footshocks, and recent/remote memory tests. Two groups of rats were tested one or eighteen days post training for recent or remote memory, respectively. Local field potential time series of two behavioral states were sampled: active exploration and freezing. The results showed that theta and delta rhythms play an important role in behavioral responses and memory processing. They are related to fear recall and their contribution depend on the recent or remote memory. Additionally, using an order parameter we show that theta contribution is strongly pronounced in active exploration, decreasing during freezing. In the latter, the rats presented pronounced delta waves in freezing. Moreover, a behavioral-dependent causality measure showed an increase of theta influence in delta rhythms, resulting in a theta slowing in aversive memory retrieval. Finally, we show an increased synchrony between hippocampus and prefrontal cortex during recall of recent memory, but a decreased synchrony in remote memory...