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.

Preventive effects of Topiramate on methylphenidate induced behavioral disorders / Efectos preventivos de topiramato en los trastornos del comportamiento inducidos por metilfenidato

Neuronal cell damage is often caused by prolonged misuse of Methylphenidate (MPH). Topiramate (TPM) carries neuroprotective properties but its assumed mechanism remains unclear. The present study evaluates in vivo role of various doses of TPM and its mechanism against MPH-induced motor activity and related behavior disorder. Thus, we used domoic acid (DOM), bicuculline (BIC), Ketamine (KET), Yohimibine (YOH) and Haloperidole (HAL) as AMPA/kainite, GABAA, NMDA, ɑ2 adrenergic and D2 of dopamine receptor antagonists respectively. Open Field Test (OFT), Elevated Plus Maze (EPM) and Forced Swim Test (FST) were used to study motor activity, anxiety and depression level. TPM (100 and 120 mg/kg) reduced MPH-induced rise and inhibited MPH-induced promotion in motor activity disturbance, anxiety and depression. Pretreatment of animals with KET, HAL, YOH and BIC inhibited TPM- improves anxiety and depression through the interacting with Dopaminergic, GABAA, NMDA and ɑ2-adrenergic receptors.

El daño a las células neuronales a menudo es causado por el uso prolongado de metilfenidato (MPH). El topiramato (TPM) tiene propiedades neuroprotectoras, pero su mecanismo de acción no es claro. El presente estudio evalúa el papel in vivo de varias dosis de TPM y su mecanismo contra la actividad motora inducida por MPH y el trastorno de comportamiento relacionado. Utilizamos ácido domoico (DOM), bicuculina (BIC), ketamina (KET), yohimbina (YOH) y haloperidol (HAL), así como antagonistas AMPA/kainato, GABAA, NMDA, ɑ2-adrenérgico y D2 dopaminérgicos, respectivamente. Se utilizaron las pruebas de campo abierto (OFT), elevación de laberinto (EPM) y natación forzada (FST) para estudiar la actividad motora, la ansiedad y el nivel de depresión. El TPM (100 y 120 mg/kg) redujo el aumento inducido por MPH e inhibió la promoción inducida por MPH en la alteración de la actividad motora, la ansiedad y la depresión. El tratamiento previo de animales con KET, HAL, YOH y BIC inhibió el TPM, mejora la ansiedad y la depresión a través de la interacción con los receptores dopaminérgicos, GABAA, NMDA y ɑ2-adrenérgico.