Unveiling fast field oscillations through comodulation

Phase-amplitude coupling analysis shows that theta phase modulates oscillatory activity not only within the traditional gamma band (30–100 Hz) but also at faster frequencies, called high-frequency oscillations (HFOs; 120–160 Hz). To date, however, theta-associated HFOs have been reported by only a small number of laboratories. Here we characterized coupling patterns during active waking (aWk) and rapid eye movement (REM) sleep in local field potentials (LFPs) from the parietal cortex and hippocampus of rats, focusing on how theta-associated HFOs can be detected. We found that electrode geometry and impedance only mildly influence HFO detection, whereas recording location and behavioral state are main factors. HFOs were most prominent in parietal cortex and during REM sleep, although they could also be detected in stratum oriens-alveus and during aWK. The underreporting of HFOs may thus be a result of higher prevalence of recordings from the pyramidal cell layer. However, at this layer, spike-leaked HFOs (SLHFOs) dominate, which represent spike contamination of the LFP and not genuine oscillations. In contrast to HFOs, high-gamma (HG; 60–100 Hz) coupled to theta below the pyramidal cell layer; theta–HG coupling increased during REM sleep. Theta also weakly modulated low-gamma (LG; 30–60 Hz) amplitude, mainly in the parietal cortex; theta–LG coupling did not vary between aWK and REM sleep. HG and HFOs were maximal near the theta peak, parietal LG at the ascending phase, hippocampal LG at the descending phase, and SLHFOs at the trough. Our results unveil four types of fast LFP activity coupled to theta and outline how to detect theta-associated HFOs

Ketamine alters oscillatory coupling in the hoppocampus

Recent studies show that higher order oscillatory interactions such as cross-frequency coupling are important for brain functions that are impaired in schizophrenia, including perception, attention and memory. Here we investigated the dynamics of oscillatory coupling in the hippocampus of awake rats upon NMDA receptor blockade by ketamine, a pharmacological model of schizophrenia. Ketamine (25, 50 and 75 mg/kg i.p.) increased gamma and high-frequency oscillations (HFO) in all depths of the CA1-dentate axis, while theta power changes depended on anatomical location and were independent of a transient increase of delta oscillations. Phase coherence of gamma and HFO increased across hippocampal layers. Phase-amplitude coupling between theta and fast oscillations was markedly altered in a dose-dependent manner: ketamine increased hippocampal theta-HFO coupling at all doses, while theta-gamma coupling increased at the lowest dose and was disrupted at the highest dose. Our results demonstrate that ketamine alters network interactions that underlie cognitively relevant theta-gamma coupling

Theta Phase Modulates Multiple Layer-Specific Oscillations in the CA1 Region

It was recently proposed that fast gamma oscillations (60--150 Hz) convey spatial information from the medial entorhinal cortex (EC) to the CA1 region of the hippocampus. However, here we describe 2 functionally distinct oscillations within this frequency range, both coupled to the theta rhythm during active exploration and rapid eye movement sleep: an oscillation with peak activity at ~80 Hz and a faster oscillation centered at ~140 Hz. The 2 oscillations are differentially modulated by the phase of theta depending on the CA1 layer; theta-80 Hz coupling is strongest at stratum lacunosum-- moleculare, while theta-140 Hz coupling is strongest at stratum oriens--alveus. This laminar profile suggests that the ~80 Hz oscillation originates from EC inputs to deeper CA1 layers, while the ~140 Hz oscillation reflects CA1 activity in superficial layers. We further show that the ~140 Hz oscillation differs from sharp wave--associated ripple oscillations in several key characteristics. Our results demonstrate the existence of novel theta--associated high-frequency oscillations and suggest a redefinition of fast gamma oscillations

Papel do hipocampo e do sistema cabinóide endógeno sobre a reconsolidação de memórias aversivas

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Neurofarmacologia da reconsolidação da memória

A aquisição e manutenção de informações sensoriais novas obtidas através da experiência, para uso posterior, requer um processo dependente do tempo envolvendo síntese protéica em estruturas encefálicas como o hipocampo. Esse processo de estabilização pós-aquisitiva de memórias é chamado de consolidação. Dependendo como a sessão de evocação é conduzida, porém, esse traço de memória pode ser desestabilizado e disparar um novo processo dependente de síntese protéica chamado de reconsolidação. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da inibição de síntese protéica e da modulação noradrenérgica, bem como da benzodiazepínica, sobre a reativação de uma memória aversiva. Para tanto, utilizamos um inibidor da transcrição protéica (DRB), um antagonista de receptores β-noradrenérgico (Propranolol) e um benzodiazepínico (Midazolam). Ratos Wistar machos foram treinados na Esquiva Inibitória com descida da plataforma (EI) por tentativa única (one-trial), reativados 24 horas após o treino e testados 24 horas mais tarde. Os resultados demonstram que: (1) o DRB foi capaz de inibir a memória apenas quando a sessão de reativação da EI continha ambos os estímulos, o condicionado e o incondicionado, confirmando a ocorrência do fenômeno da reconsolidação com esta tarefa; (2) o β-bloqueador propranolol foi capaz de inibir a reconsolidação dessa memória, mas apenas numa janela temporal em torno de 1 hora após a reativação; e (3) o agonista benzodiazepínico também foi capaz de inibir a reconsolidação, mas neste caso apenas um tempo foi estudado (imediatamente após a reativação). Conclui-se, portanto, que [a] a memória da tarefa de esquiva inibitória pode ser reativada e, ulteriormente, reconsolidada, que [b] tal processo, além de envolver síntese protéica, depende da modulação β-adrenérgica, possivelmente mediante a ativação de cascatas bioquímicas, como a via AMPc/PKA, disparadas pelo receptor β- noradrenérgico na fase tardia da reconsolidação, semelhante ao que ocorre durante a consolidação. Por fim, mostramos que [c] o aumento do tônus GABAérgico promovido pelo agonista benzodiazepínico foi capaz de inibir a reconsolidação também desta tarefa comportamental. Tais conclusões abrem portas para uma nova abordagem terapêutica ao tratamento de distúrbios envolvendo memórias mal-adaptativas, como o estresse pós-traumático, o qual se caracteriza em parte pela "re-experiência" subjetiva do evento traumático, e o papel da memória no abuso de drogas como a cocaína e a morfina

Neurofarmacologia da reconsolidação da memória

A aquisição e manutenção de informações sensoriais novas obtidas através da experiência, para uso posterior, requer um processo dependente do tempo envolvendo síntese protéica em estruturas encefálicas como o hipocampo. Esse processo de estabilização pós-aquisitiva de memórias é chamado de consolidação. Dependendo como a sessão de evocação é conduzida, porém, esse traço de memória pode ser desestabilizado e disparar um novo processo dependente de síntese protéica chamado de reconsolidação. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da inibição de síntese protéica e da modulação noradrenérgica, bem como da benzodiazepínica, sobre a reativação de uma memória aversiva. Para tanto, utilizamos um inibidor da transcrição protéica (DRB), um antagonista de receptores β-noradrenérgico (Propranolol) e um benzodiazepínico (Midazolam). Ratos Wistar machos foram treinados na Esquiva Inibitória com descida da plataforma (EI) por tentativa única (one-trial), reativados 24 horas após o treino e testados 24 horas mais tarde. Os resultados demonstram que: (1) o DRB foi capaz de inibir a memória apenas quando a sessão de reativação da EI continha ambos os estímulos, o condicionado e o incondicionado, confirmando a ocorrência do fenômeno da reconsolidação com esta tarefa; (2) o β-bloqueador propranolol foi capaz de inibir a reconsolidação dessa memória, mas apenas numa janela temporal em torno de 1 hora após a reativação; e (3) o agonista benzodiazepínico também foi capaz de inibir a reconsolidação, mas neste caso apenas um tempo foi estudado (imediatamente após a reativação). Conclui-se, portanto, que [a] a memória da tarefa de esquiva inibitória pode ser reativada e, ulteriormente, reconsolidada, que [b] tal processo, além de envolver síntese protéica, depende da modulação β-adrenérgica, possivelmente mediante a ativação de cascatas bioquímicas, como a via AMPc/PKA, disparadas pelo receptor β- noradrenérgico na fase tardia da reconsolidação, semelhante ao que ocorre durante a consolidação. Por fim, mostramos que [c] o aumento do tônus GABAérgico promovido pelo agonista benzodiazepínico foi capaz de inibir a reconsolidação também desta tarefa comportamental. Tais conclusões abrem portas para uma nova abordagem terapêutica ao tratamento de distúrbios envolvendo memórias mal-adaptativas, como o estresse pós-traumático, o qual se caracteriza em parte pela "re-experiência" subjetiva do evento traumático, e o papel da memória no abuso de drogas como a cocaína e a morfina

Data from: On cross-frequency phase-phase coupling between theta and gamma oscillations in the hippocampus

Phase-amplitude coupling between theta and multiple gamma sub-bands is a hallmark of hippocampal activity and believed to take part in information routing. More recently, theta and gamma oscillations were also reported to exhibit phase-phase coupling, or n:m phase-locking, suggesting an important mechanism of neuronal coding that has long received theoretical support. However, by analyzing simulated and actual LFPs, here we question the existence of theta-gamma phase-phase coupling in the rat hippocampus. We show that the quasi-linear phase shifts introduced by filtering lead to spurious coupling levels in both white noise and hippocampal LFPs, which highly depend on epoch length, and that significant coupling may be falsely detected when employing improper surrogate methods. We also show that waveform asymmetry and frequency harmonics may generate artifactual n:m phase-locking. Studies investigating phase-phase coupling should rely on appropriate statistical controls and be aware of confounding factors; otherwise, they could easily fall into analysis pitfalls

Multisite LFP recordings from the rat hippocampus during REM sleep

Multisite LFP recordings from the rat hippocampus during REM slee

Neurophysiological effects in cortico-basal ganglia-thalamic circuits of antidyskinetic treatment with 5-HT1A receptor biased agonists

Recently, the biased and highly selective 5-HT1A agonists, NLX-112, F13714 and F15599, have been shown to alleviate dyskinesia in rodent and primate models of Parkinson's disease, while marginally interfering with antiparkinsonian effects of levodopa. To provide more detailed information on the processes underlying the alleviation of dyskinesia, we have here investigated changes in the spectral contents of local field potentials in cortico-basal ganglia-thalamic circuits following treatment with this novel group of 5-HT1A agonists or the prototypical agonist, 8-OH-DPAT. Dyskinetic symptoms were consistently associated with 80 Hz oscillations, which were efficaciously suppressed by all 5-HT1A agonists and reappeared upon co-administration of the antagonist, WAY100635. At the same time, the peak-frequency of fast 130 Hz gamma oscillations and their cross-frequency coupling to low-frequency delta oscillations were modified to a different extent by each of the 5-HT1A agonists. These findings suggest that the common antidyskinetic effects of these drugs may be chiefly attributable to a reversal of the brain state characterized by 80 Hz gamma oscillations, whereas the differential effects on fast gamma oscillations may reflect differences in pharmacological properties that might be of potential relevance for non-motor symptoms