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2021-01-29Dissertation DOI: 10.18452/22312
Perirhinal feedback input controls neocortical memory formation via layer 1
dc.contributor.authorShin, Jiyun
dc.date.accessioned2021-01-29T09:22:51Z
dc.date.available2021-01-29T09:22:51Z
dc.date.issued2021-01-29none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/23021
dc.description.abstractDas deklarative Gedächtnis beruht auf Wechselwirkungen zwischen dem medialen Temporallappens (MTL) und Neokortex. Aufgrund der verteilten Natur neokortikaler Netzwerke bleiben zelluläre Ziele und Mechanismen der Gedächtnisbildung im Neokortex jedoch schwer fassbar. Im sechsschichtigen Säugetier-Neokortex konvergieren die Top-Down-Inputs auf Schicht 1 (L1). Wir untersuchten, wie Top-Down-Inputs von MTL die neokortikale Aktivität während der Gedächtnisbildung modulieren. Wir haben zunächst ein Kortex- und Hippocampus-abhängiges Lernparadigma angepasst, in dem Tiere gelernt haben, direkte kortikale Mikrostimulation und Belohnung zu assoziieren. Neuronen in den tiefen Schichten des perirhinalen Kortex lieferten monosynaptische Eingaben in L1 des primären somatosensorischen Kortex (S1), wo die Mikrostimulation vorgestellt wurde. Die chemogenetische Unterdrückung der perirhinalen Inputs in L1 von S1 störte die Gedächtnisbildung, hatte jedoch keinen Einfluss auf die Leistung der Tiere nach abgeschlossenem Lernen. Dem Lernen folgte das Auftreten einer klaren Subpopulation von Pyramidenneuronen der Schicht 5 (L5), die durch hochfrequentes Burst-Feuern gekennzeichnet war und durch Blockieren der perirhinalen Inputs zu L1 reduziert werden konnte. Interessanterweise zeigte ein ähnlicher Anteil an apikalen Dendriten von L5-Pyramidenneuronen ebenfalls eine signifikant erhöhte Ca2+-Aktivität während des Gedächtnisabrufs bei Expertentieren. Wichtig ist, dass die Störung der dendritischen Ca2+-Aktivität das Lernen beeinträchtigte, was darauf hindeutet, dass apikale Dendriten von L5-Pyramidenneuronen eine entscheidende Rolle bei der Bildung des neokortikalen Gedächtnisses spielen. Wir schließen daraus, dass MTL-Eingaben das Lernen über einen perirhinalen vermittelten Gating-Prozess in L1 steuern, der sich in einer erhöhten dendritischen Ca2+-Aktivität und einem Burst-Firing in pyramidalen L5-Neuronen manifestiert.ger
dc.description.abstractDeclarative memory relies on interactions between the medial temporal lobe (MTL) and neocortex. However, due the distributed nature of neocortical networks, cellular targets and mechanisms of memory formation in the neocortex remain elusive. In the six-layered mammalian neocortex, top-down inputs converge on its outermost layer, layer 1 (L1). We examined how layer-specific top-down inputs from MTL modulate neocortical activity during memory formation. We first adapted a cortical- and hippocampal-dependent learning paradigm, in which animals learned to associate direct cortical microstimulation and reward, and characterized the learning behavior of rats and mice. We next showed that neurons in the deep layers of the perirhinal cortex not only provide monosynaptic inputs to L1 of the primary somatosensory cortex (S1), where microstimulation was presented, but also actively reflect the behavioral outcome. Chemogenetic suppression of perirhinal inputs to L1 of S1 disrupted early memory formation but did not affect animals’ performance after learning. The learning was followed by an emergence of a distinct subpopulation of layer 5 (L5) pyramidal neurons characterized by high-frequency burst firing, which could be reduced by blocking perirhinal inputs to L1. Interestingly, a similar proportion of apical dendrites (~10%) of L5 pyramidal neurons also displayed significantly enhanced calcium (Ca2+) activity during memory retrieval in expert animals. Importantly, disrupting dendritic Ca2+ activity impaired learning, suggesting that apical dendrites of L5 pyramidal neurons have a critical role in neocortical memory formation. Taken together, these results suggest that MTL inputs control learning via a perirhinal-mediated gating process in L1, manifested by elevated dendritic Ca2+ activity and burst firing in L5 pyramidal neurons. The present study provides insights into cellular mechanisms of learning and memory representations in the neocortex.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.relation.haspart10.1126/science.aaz3136
dc.rights(CC BY-NC 4.0) Attribution-NonCommercial 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.subjectLernen und Gedächtnisger
dc.subjectNeokortexger
dc.subjectperirhinaler Kortexger
dc.subjectHippocampusger
dc.subjectChemogenetikger
dc.subjectPyramidenneuronger
dc.subjectaktive Dendritenger
dc.subjectlearning and memoryeng
dc.subjectneocortexeng
dc.subjectperirhinal cortexeng
dc.subjecthippocampuseng
dc.subjectchemogeneticseng
dc.subjectLayer 1eng
dc.subjectLayer 5 pyramidal neuroneng
dc.subjectactive dendriteseng
dc.subject.ddc570 Biowissenschaften; Biologienone
dc.subject.ddc571 Physiologie und verwandte Themennone
dc.titlePerirhinal feedback input controls neocortical memory formation via layer 1none
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23021-3
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/22312
dc.date.accepted2020-12-18
dc.contributor.refereeLarkum, Matthew
dc.contributor.refereeBrecht, Michael
dc.contributor.refereePoulet, James
dc.subject.rvkWW 4200
local.edoc.pages99none
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionLebenswissenschaftliche Fakultätnone

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