Enhanced cAMP Signaling Effects on Hippocampal Oscillations and Memory

增强 cAMP 信号对海马振荡和记忆的影响

• 批准号: 9762981
• 负责人: KAMRAN DIBA
• 金额: $ 23.4万
• 依托单位: UNIVERSITY OF MICHIGAN AT ANN ARBOR
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-08-13 至 2022-04-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9762981
• 关键词: Affect; Americas; Animals; Behavior; Behavioral; Brain; Brain region; Chronic; Complex; Control Groups; Coupled; Coupling; Cyclic AMP; Data Analyses; Drosophila genus; Event; GTP-Binding Protein alpha Subunits, Gs; Hippocampus (Brain); Homeostasis; Hour; Human; Impairment; Individual; Injections; Intervention; Learning; Life; Light; Link; Location; Measures; Mediating; Memory; Methods; Modernization; Molecular; Mus; Negative Finding; Neocortex; Neurons; Octopamine; Pattern; Periodicity; Pharmacology; Population; Prefrontal Cortex; Process; REM Sleep; Rattus; Recovery; Reporting; Research Personnel; Rest; Running; Saline; Scientist; Signal Transduction; Signaling Protein; Sleep; Sleep Deprivation; Synapses; Synaptic plasticity; System; Testing; Training; Translating; Viral; Viral Vector; Wakefulness; Work; base; cell assembly; cost; excitatory neuron; experimental study; extracellular; hippocampal subregions; interest; memory consolidation; memory encoding; memory process; memory retrieval; neuronal circuitry; novel; octopamine receptor; prevent; receptor; sleep spindle; tool; vector

Project Summary  Sleep deprivation is a chronic and widespread hallmark of life in modern America. One of the strongest and  most costly effects of sleep deprivation is its effect on memory. Multiple lines of evidence indicate that sleep  promotes the formation and stabilization of memories through changes in the synapses of individual neurons  mediated by cyclic adenosine 3’, 5’ monophosphate (cAMP) protein signaling (a process known as “cellular  memory consolidation”), and through changes in the oscillatory activities of neuronal circuits during which other  brain regions synchronize with the hippocampus (a process known as systems memory consolidation). When  animals are deprived of sleep, they show both an impaired ability to form new memories and a reduction in  cAMP-­dependent forms of synaptic plasticity in the hippocampus. However, the causal link between cellular  and systems consolidation of memory remains unknown. Recently, Havekes, Abel, and colleagues developed  a viral vector which introduces a Gs-­coupled Drosophila octopamine receptor to increase cAMP levels in  excitatory neurons in specific regions of the brain (1). By infusing this vector into the hippocampus of mice and  activating it with octopamine injections during sleep deprivation, Havekes et al were able to prevent the usual  effects of sleep deprivation on both synaptic plasticity and object location memory, a task which is known to  depend on the hippocampus and on sleep after learning. In this proposal, we aim to combine this novel  chemogenetic manipulation for enhancing neuronal cAMP signaling with large-­scale extracellular recordings  from the hippocampus and prefrontal cortex of rats during training, sleep deprivation, recovery sleep, and  memory retrieval. We will detect and measure the network oscillations which have been implicated in systems  memory consolidation during sleep as well as waking rest, including hippocampal sharp-­wave ripples, sleep  spindles, cortical slow-­wave activity, and theta oscillations. Based on our own and others’ previous work, we  hypothesize that sharp-­wave ripples are the most important mechanism for the consolidation of memories, and  that enhanced cAMP signaling will specifically increase the rate and replay content of these events during both  sleep and waking rest. These experiments will be critically valuable for scientists working to explain how  molecular changes in the sleeping brain translate into changes in the behavior of neurons which consolidate  memories, and for researchers developing pharmacological interventions to overcome the detrimental effects  of sleep deprivation in humans.

项目总结： 睡眠剥夺是一种慢性疾病，也是现代美国人生活方式中普遍存在的一种标志。它是美国最严重的疾病之一。 睡眠剥夺带来的最昂贵的副作用是对记忆力的影响。一系列证据表明，睡眠不足。 通过不同个体神经元突触结构的变化，促进记忆的形成和稳定。 由环磷酸腺苷(CAMP)的3‘，5’位一磷酸腺苷(CAMP)信号转导蛋白(CAMP)介导的信号转导(这一过程被称为“细胞”)。 记忆(巩固)，通过在此期间神经元回路的主要振荡活动和其他活动的变化来控制和恢复。 大脑各区域可以与大脑海马区同步(这一过程被称为大脑系统和记忆巩固)。 动物的睡眠被剥夺了，因为它们会表现出形成新的记忆的能力受损，以及睡眠减少的可能性。 CAMP依赖的神经元形成了海马区突触可塑性的变化。然而，不同细胞之间的因果关系是不同的。 而记忆系统的整合还不清楚。最近，Havekes、Abel、和他的同事们开发了。 一种新型的病毒载体，它引入了一种G_G偶联的果蝇的章鱼胺受体，以进一步提高体内的cAMP水平。 兴奋性神经细胞分布在大脑的特定脑区(1)。方法是将这种载体注入小鼠和小鼠的大脑海马区。 在睡眠剥夺期间，Havekes等人通过注射章鱼胺来激活它，从而能够防止异常情况的发生。 睡眠不足对突触可塑性和记忆中物体位置的影响是一项新的任务，这一点尚不清楚。 在我们学习之后，我们依赖于大脑海马体，依赖于我们的睡眠。在这项新的提议中，我们的目标是将这一新的小说结合在一起。 化学遗传学技术有助于通过大规模的细胞外信号记录来增强神经元细胞外信号转导。 从大鼠的大脑海马区和前额叶皮质在运动训练、睡眠剥夺、睡眠恢复、睡眠和睡眠恢复等方面进行了观察。 记忆和检索。我们将无法检测和测量我们的网络和振荡，这些振荡尚未被发现与我们的系统有牵连。 睡眠时的记忆巩固，以及清醒时的休息，包括海马区的尖锐波和涟漪，以及睡眠。 纺锤体、大脑皮层和慢波活动、运动和运动。这是基于我们自己的研究和其他人以前的研究成果。 假设尖锐的波和涟漪是最重要的记忆、记忆和记忆的巩固机制。 这将增强电视阵营的信号，特别是将提高收视率，并在两次会议期间都将重播这些重大事件的内容。 睡眠时间和清醒时的休息时间。这些实验对于正在工作的科学家来说将是至关重要的有价值的实验，以进一步解释它们是如何工作的。 进入睡眠状态的大脑中的分子生物学变化将转化为神经细胞行为特征的变化，这将得到巩固。 对于正在开发新的药理学干预措施的研究人员来说，他们的记忆、记忆和记忆可以更好地克服这些有害的影响。 在人类中，睡眠被剥夺的可能性很大。