O córtex entorrinal direciona o aprendizado

Sep 10, 2023

Nature volume 611, páginas 554–562 (2022) Citar este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 15 de novembro de 2022

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Pensa-se que as alterações relacionadas com a aprendizagem na atividade cerebral estão subjacentes aos comportamentos adaptativos1,2. Por exemplo, o aprendizado de um local de recompensa por roedores requer o desenvolvimento de uma super-representação desse local no hipocampo3,4,5,6. Como ocorre essa mudança relacionada ao aprendizado permanece desconhecido. Aqui registramos a atividade da população de CA1 do hipocampo enquanto os camundongos aprendiam um local de recompensa em uma esteira linear. Evidências fisiológicas e farmacológicas sugerem que a sobre-representação adaptativa exigia plasticidade sináptica de escala de tempo comportamental (BTSP)7. BTSP é conhecido por ser conduzido por sinais de tensão dendrítica que propusemos foram iniciados pela entrada da camada 3 do córtex entorrinal (EC3). Consequentemente, a super-representação de CA1 foi amplamente removida pela inibição optogenética da atividade de EC3. As gravações dos neurônios EC3 revelaram um padrão de atividade que poderia fornecer um sinal instrutivo direcionando o BTSP para gerar a super-representação. Consistente com essa função, nossas observações mostram que a exposição a um segundo ambiente que possui uma sugestão preditiva de recompensa proeminente resultou em atividade EC3 e densidade de campo de lugar CA1 que foram mais elevados na sugestão do que na recompensa. Esses dados indicam que as mudanças relacionadas ao aprendizado no hipocampo são produzidas pela plasticidade sináptica dirigida por um sinal instrutivo do EC3 que parece ser especificamente adaptado às características comportamentais relevantes do ambiente.

Verificou-se que a experiência comportamental dos animais molda a atividade populacional no hipocampo, e essa atividade neuronal dependente da experiência é necessária para aprender locais recompensados3,4,5,6. Acredita-se que essas alterações neuronais relacionadas ao aprendizado sejam mediadas pela plasticidade sináptica, geralmente do tipo Hebbiano8,9,10. Para examinar diretamente os processos fisiológicos pelos quais a experiência altera a atividade da população do hipocampo, usamos imagens de Ca2 + de dois fótons para registrar a atividade de neurônios piramidais CA1 dorsais que expressam GCaMP6f11 em camundongos com cabeça fixa envolvidos em uma tarefa de aprendizado espacial (Fig. 1a). A tarefa consistia em duas fases. Os camundongos foram primeiro habituados à esteira linear usando um cinto branco de 180 cm de comprimento, com a localização da recompensa (solução de sacarose a 10%) variando de volta para volta (Fig. 1b-k). No dia 0 (o último dia desta fase de habituação), as taxas de lambedura dos animais e as velocidades de corrida foram uniformes em todo o ambiente (Fig. 1b-f), e as células do local CA1 cobriram uniformemente o espaço (Fig. 1g,h). Na segunda fase, a recompensa foi entregue em um único local fixo e a trilha continha várias pistas sensoriais distribuídas uniformemente no espaço (dia 1: primeira exposição ao local fixo de recompensa; Fig. 1b-l). Durante esta sessão, os animais gradualmente restringiram sua lambida à parte do ambiente ao redor da recompensa (Fig. 1b-d) e simultaneamente diminuíram sua velocidade de corrida ao se aproximar do local de entrega da recompensa (Fig. 1e,f). Paralelamente a essas mudanças comportamentais, observamos um aumento no número total de células locais CA1, com a densidade de células locais próximas ao local de recompensa elevada em mais de duas vezes3,4,6 (Fig. 1g–i). O conteúdo da informação espacial (Fig. 1j) e a confiabilidade volta a volta (Fig. 1k) de campos de lugares individuais também foram aprimorados. Finalmente, a correlação do vetor da população de células do local foi significativamente menor quando comparada entre dias versus dias (Fig. 1k). Juntos, esses resultados indicam que o aprendizado da localização da recompensa no dia 1 está associado a uma alteração na representação CA1 que inclui uma densidade celular de local fortemente elevada perto da recompensa, cuja presença está significativamente correlacionada com baixas velocidades de corrida medidas em torno do localização recompensada (Fig. 1l). Essa chamada super-representação de recompensa é semelhante às adaptações de atividade CA1 anteriormente consideradas necessárias para o aprendizado bem-sucedido da localização da recompensa5.