Noradrenaline and corticosterone memory enhancement in an object in context task in mice: mPFC activity differs due stress hormones

Abstract

Memory is an adaptive tool for survival. It is critical to remember events accurately in order to learn and interact with our surroundings. In that regard, noradrenaline and corticosterone stress hormones have been proven to improve memory but also disrupt it depending on the instant that these hormones levels rise in the brain (during information encoding, consolidating or retrieval). A less investigated aspect would be how these two stress hormones influence memory accuracy. Over time, episodic-like memories are transformed into more semantic ones, which become less dependent on the hippocampus and more dependent on cortical regions like the medial pre-frontal cortex (mPFC). The purpose of this study was to investigate the effect of yohimbine (α2-noradrenergic receptor antagonist that increases noradrenaline levels) and corticosterone in memory accuracy in a low-arousing episodic-like memory task (Object in Context), as well as related changes in mice mPFC activity. Male C57BL/6J mice were exposed to a set of two identical objects in one context for 5 min, immediately followed by exposure to another set of two identical objects in a second context. Immediately after the training they received intraperitoneal injection of either yohimbine, corticosterone or vehicle. On the 24-h retention test, mice were placed back into one of the training contexts with two objects, one copy from each set of identical objects used during training. Thus, although both objects were familiar, one of the objects had not previously been encountered in that particular context. Hence, if the animal generated an accurate memory for the association between an object and its context, it would spend significantly more time exploring the object that was not previously experienced in that context. Our findings indicated that both yohimbine and corticosterone enhanced memory accuracy. Moreover, yohimbine increased the number of c-Fos-expressing non-GABAergic cells in cingulate area 1 and prelimbic cortex of mice mPFC. By contrast, corticosterone showed no changes in GABAergic or non-GABAergic activity in the mPFC compared to vehicle. These findings suggest that glucocorticoids-related memory enhancement would be associated to a distinct brain activity that was not addressed in this study.

La memoria es fundamental para la supervivencia. Recordar un evento con precisión es de gran importancia para aprender e interactuar con nuestro entorno. En ese sentido, se ha observado que las hormonas del estrés noradrenalina y corticosterona pueden mejorar, pero también, deteriorar, la memoria dependiendo del momento de alza hormonal (durante la codificación, consolidación o recuperación de la memoria). Sin embargo, un área menos investigada es cómo estas dos hormonas influyen en la precisión del recuerdo. Con el tiempo, los recuerdos episódicos se transforman en recuerdos más semánticos volviéndose menos dependientes del hipocampo y más dependientes de regiones corticales como la corteza prefrontal medial (CPFm). En este estudio, se quiso investigar el efecto de la yohimbina (antagonista del receptor α2-noradrenérgico que aumenta los niveles de noradrenalina) y la corticosterona en la precisión del recuerdo en una tarea de memoria episódica de baja activación emocional (“Objeto en Contexto”). Asimismo, se quiso observar los cambios en la actividad de la CPFm, asociados a la tarea y al tratamiento farmacológico. Así, ratones macho C57BL/6J fueron expuestos a un set de dos objetos idénticos en un contexto durante 5 minutos, seguido inmediatamente por la exposición a otro set de dos objetos idénticos en un segundo contexto. Después del entrenamiento, los animales recibieron una inyección intraperitoneal de yohimbina, corticosterona o vehículo. En la prueba de recuperación del recuerdo, 24 h después del entrenamiento, se volvieron a colocar a los ratones en uno de los contextos de entrenamiento con una copia de cada set de los objetos idénticos que fueron utilizados previamente. Por lo tanto, aunque ambos objetos eran familiares, uno de ellos no se había encontrado previamente en ese contexto particular. Por consiguiente, si el animal generaba una memoria precisa para la asociación entre un objeto y su contexto, pasaría significativamente más tiempo explorando el objeto que no fue encontrado previamente en ese contexto. Los hallazgos indicaron que tanto la yohimbina como la corticosterona mejoraron la precisión del recuerdo. Adicionalmente, la yohimbina aumentó el número de células no GABAérgicas que expresaron c-Fos en el área cingulada 1 y la corteza prelímbica. Por el contrario, la corticosterona no mostró cambios en la actividad GABAérgica o no GABAérgica en la CPFm en comparación con el vehículo. Estos hallazgos sugieren que la mejora de memoria asociada a los glucocorticoides estaría vinculada a actividad cerebral distinta a la abordada en este estudio.