Cholinergic modulation of dentate gyrus processing through dynamic reconfiguration of inhibitory circuits

The dentate gyrus (DG) of the hippocampus plays a key role in memory formation, and it is known to be modulated by septal projections. By performing electrophysiology and optogenetics, we evaluated the role of cholinergic modulation in the processing of afferent inputs in the DG. We show that mature granule cells (GCs), but not adult-born immature neurons, have increased responses to afferent perforant path stimuli upon cholinergic modulation. This is due to a highly precise reconfiguration of inhibitory circuits, differentially affecting Parvalbumin and Somatostatin interneurons, resulting in a nicotinic-dependent perisomatic disinhibition of GCs. This circuit reorganization provides a mechanism by which mature GCs could escape the strong inhibition they receive, creating a window of opportunity for plasticity. Indeed, coincident activation of perforant path inputs with optogenetic release of acetylcholine produces a long-term potentiated response in GCs, essential for memory formation.Fil: Ogando, Mora. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Pedroncini, Olivia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Federman, Maria Noel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Romano, Sebastián Alejo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Brum, Luciano Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Lanuza, Guillermo Marcos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Refojo, Damian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Marin Burgin, Antonia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; Argentin

Neuronal circuits involved in the representation of odors and its plasticity

Este trabajo de tesis tiene como marco general comprender cómo el procesamiento olfativo puede ser modulado por la experiencia. En particular, estudiamos la plasticidad de la representación cortical de olores asociada a un aspecto específico de la experiencia sensorial: el contexto espacial en el que se presentan los estímulos. Nos focalizamos en la interacción de la corteza piriforme (PC), región más extensa de la corteza olfativa, con aferencias provenientes de áreas cerebrales de alto nivel de integración como la corteza entorrinal lateral (LEC), donde se procesa información relacionada con el contexto espacial. Por un lado, estudiamos las proyecciones de neuronas excitatorias de la LEC hacia distintas poblaciones de neuronas que conforman el microcircuito de la PC, tanto a nivel anatómico como funcional. Para esto realizamos registros electrofisiológicos en una preparación ex vivo de rodajas de cerebro de ratón y medimos tanto corrientes como potenciales evocados por la activación optogenética de las terminales de la LEC. Encontramos que tanto las neuronas piramidales superficiales y las interneuronas inhibitorias Parvalbumin+ reciben en su mayoría conexiones sinápticas directas de la LEC. Además, estas dos poblaciones neuronales responden con un balance excitación-inhibición positivo a lo largo de un tren de estimulación de la LEC. Por el contrario, las neuronas piramidales profundas y las interneuronas inhibitorias Somatostatin+ reciben menor proporción de contactos directos desde la LEC y responden con un balance negativo a lo largo del tren de estimulación. Estos efectos diferenciales sobre las poblaciones exploradas sugieren una reorganización de las entradas y salidas en el sistema de la PC dada por la activación de la LEC. Por otra parte, con el fin de estudiar la contribución de la LEC en el procesamiento de olores in vivo, llevamos a cabo una serie de experimentos comportamentales en los que inactivamos bilateralmente la LEC durante una tarea GO/No-GO que involucra asociaciones entre olores y contextos espaciales. Hicimos uso de dos estrategias de silenciamiento (farmacología y quimiogenética) y en ambos casos observamos que al inhibir la LEC, la discriminación de contextos espaciales y, en menor medida, la discriminación de olores, se vieron afectadas. Estas observaciones sugieren que la LEC resulta necesaria para resolver una tarea en la que el animal debe discriminar a un mismo olor encontrado en contextos espaciales diferentes.The general framework of this thesis work is to understand how experience modulates olfactory processing. In particular, we study the plasticity involved in the cortical representations of odors associated with a specific aspect of the sensory experience: the spatial context in which the stimuliare presented. We focus on the interaction of the Piriform Cortex (PC) -the largest region of the olfactory cortex- with afferent inputs arriving from higher-order brain areas such as the Lateral Entorhinal Cortex (LEC) in which contextual information is processed. On the one hand, we studied the projections of LEC excitatory neurons onto different populations of PC neurons – both at an anatomical and functional level-. For this, we performed electrophysiological recordings in an ex vivo preparation of mouse brain slices and measured both currents and potentials evoked by the optogenetic stimulation of LEC projections. We found that most of superficial pyramidal neurons and Parvalbumin+ interneurons receive direct synaptic connections from the LEC. Moreover, these two neuronal populations respond with a positive excitation to inhibition balance along a LEC train stimulation. On the contrary, deep pyramidal neurons and Somatostatin+ interneurons receive less proportion of direct inputs from LEC and respond with a negative balance along the stimulation train. This differential effect on the populations that we studied, suggest a re-organization of inputs and outputs of the PC network given by the activation of LEC. On the other hand, in order to assess the contribution of LEC in the olfactory processing in vivo, we performed behavioral experiments in which we silenced LEC bilaterally during a GO/No-GO task that involves associations between odors and spatial contexts. We tried two different inactivation strategies-pharmacology and chemogenetics- and in both cases, we observed that during LEC silencing, context discrimination and -to some extent - odor discrimination, were affected. These observations suggest that LEC is necessary to solve a task in which the animal must discriminate the same odor in different spatial contexts.Fil: Pedroncini, Olivia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Producing or reproducing reasoning? Socratic dialog is very effective, but only for a few

Successful communication between a teacher and a student is at the core of pedagogy. A well known example of a pedagogical dialog is 'Meno', a socratic lesson of geometry in which a student learns (or 'discovers') how to double the area of a given square 'in essence, a demonstration of Pythagoras' theorem. In previous studies we found that after engaging in the dialog participants can be divided in two kinds: Those who can only apply a rule to solve the problem presented in the dialog and those who can go beyond and generalize that knowledge to solve any square problems. Here we study the effectiveness of this socratic dialog in an experimental and a control high-school classrooms, and we explore the boundaries of what is learnt by testing subjects with a set of 9 problems of varying degrees of difficulty. We found that half of the adolescents did not learn anything from the dialog. The other half not only learned to solve the problem, but could abstract something more: The geometric notion that the diagonal can be used to solve diverse area problems. Conceptual knowledge is critical for achievement in geometry, and it is not clear whether geometric concepts emerge spontaneously on the basis of universal experience with space, or reflect intrinsic properties of the human mind. We show that, for half of the learners, an exampled-based Socratic dialog in lecture form can give rise to formal geometric knowledge that can be applied to new, different problems.Fil: Goldin, Andrea Paula. Universidad Torcuato Di Tella; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Pedroncini, Olivia. Universidad Torcuato Di Tella; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Sigman, Mariano. Universidad Torcuato Di Tella; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin