CBBS Science Campus: Elucidating the role of ventral hippocampal network oscillations in fear memory persistence

Emotional bedeutsame Ereignisse können zur Ausbildung lang-anhaltender und lebhafter Erinnerungen führen. Diese Erinnerungen wiederum stützen sich auf ein hirnweites Netzwerk in dem neuronale Zellen über spezifische rhythmische Netzwerkaktivitätsmuster miteinander kommunizieren. Der ventrale Teil des Hippokampus, der in seinem autoassoziativen CA3-Netzwerk typische Netzwerkaktivitätsmuster in Form von Gamma-Oszillationen und sogenannten Sharp Wave Ripples erzeugt, ist ein zentraler Knoten in diesem Netzwerk. Er ist dabei anatomisch und physiologisch eng mit der Amygdala als einer Schlüsselregion der Emotionsverarbeitung verbunden. Beide Hirnareale und ihre Interaktion werden durch die cholinergen Systeme des Septums gesteuert, die dafür bekannt sind Stress, Erregung und verschiedene Aktivitätsmodi während des Schlafes zu vermitteln. Daher ist die Kommunikation innerhalb und über diese neuronalen Schaltkreise hinweg entscheidend für die Bildung und langfristige Speicherung gesunder emotionaler Erinnerungen. Defizite in diesen Funktionen hingegen können zur Entstehung von Angst- und Angststörungen wie der posttraumatischen Belastungsstörung führen.

In diesem Projekt wollen wir der Frage nachgehen, wie die Netzwerk-Oszillationen im ventralen Hippokampus im Zusammenspiel mit der Amygdala wirken und die Konsolidierung von Furchtgedächtnissen vermitteln. Wir vermuten, dass verstärkte Netzwerkoszillationen im ventralen Hippokampus ein Risikofaktor für übersteigertes Furchtgedächtnis sind und der Amygdala eine Möglichkeit zur verstärkten Einflussnahme auf die Gedächtnisspeicherung bieten. Wir werden neueste pharmako- und optogenetische Interventionsmethoden nutzen, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu hinterfragen und neue Strategien für gezielte therapeutische Interventionen zu entwickeln.

Elucidating the role of ventral hippocampal network oscillations in fear memory persistence

Emotionally salient events can lead to formation of persistent vivid memories, which recruit a brain-wide network of cells communicating through specific rhythmic network activity patterns. The ventral portion of the hippocampus is a central hub in this network as it generates within its autoassociative CA3 network typical patterns of gamma oscillations and sharp wave ripples. It is also intimately linked both anatomically and physiologically with the amygdala as a key region of emotion processing. Both areas and their interaction are controlled through the septal cholinergic systems mediating stress, arousal and different activity modes during sleep. The neuronal circuits in the ventral hippocampus thus coordinate cellular and network activities that are associated with reactivation of fear memory engrams. Thus balanced oscillatory communication within and across these neuronal circuits is crucial for formation and long-term storage of healthy emotional memories. Deficits in these functions on the other hand can provoke maladaptive behavior and lead to the development of fear and anxiety disorders such as post traumatic stress disorder.

In this proposal, we aim to tackle the question how the ventral hippocampal network oscillations and its synergy with the amygdala mediate fear memory consolidation. We hypothesize that augmented network oscillations in the ventral hippocampus might be a risk factor for exaggerated fear memory and provide a window for amygdalar modulation on the ventral hippocampus during memory storage. We will use state-of-the-art pharmaco- and optogenetic intervention methods in an oscillatory-state dependent manner to interrogate the underlying mechanisms and to develop strategies for targeted intervention.