Investigating the role of Prefrontal Neurons in cognitive tasks through Fiber Photometry and Adapted Barnes Maze Protocols

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.

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.

The state of art of biological processes in paternal care / Processos biológicos na paternidade: estado de arte

This review of the state of art aimed to present the most recent data on neuronal, neurochemical, hormonal and genetic bases of paternal care using MEDLINE and PsycInfo databases (1970-2013). An integrated model of biological substrates that assist men in the transition to fatherhood is presented. Guided by a genetic background, hypothalamic-midbrain-limbic-paralimbic-cortical circuits were found to be activated in fathers when infant stimuli are presented. A set of specific neuropeptides and steroid hormones are produced and seem to be related to brain activation, potentiating the paternal phenotype. Together, genetic, brain and hormonal processes suggest the existence of biological bases of paternal care in humans, activated and enhanced by infant stimuli and responsive to variations in the father-infant relationship. (AU)

A presente revisão teve por objectivo apresentar o estado de arte dos dados mais recentes sobre as bases neuronais, neuroquímicas, hormonais e genéticas da paternidade, com recurso às bases de dados MEDLINE e PsycInfo (1970-2013). É apresentado um modelo de integração conceptual dos substratos biológicos que assistem os homens na transição para a parentalidade. Guiado por um background genético, circuitos neuronais hipotalámicos-mesencefálicos-límbicos-paralímbicos-corticais surgem ativados em pais quando lhes são apresentados estímulos infantís. Um conjunto de neuropéptidos e hormonas esteróides são também produzidos e relacionam-se com a activação neuronal, potenciando o fenótipo paternal. No seu conjunto, processos genéticos, neuronais e hormonais sugerem a existência de uma base biológica do comportamento paternal em humanos, activada e potenciada por estímulos infantís e responsiva a variações na relação pai-filho. (AU)