CBBS ScienceCampus -"Elucidating the role of ventral hippocampal network oscillations in fear memory persistence" (Funded by the Leibniz Association, grant ID: SAS-2015-LIN-LWC) – € 80,000

Emotional herausragende Ereignisse können zur Bildung persistenter lebhafter Erinnerungen führen, die ein hirnweites Netzwerk von Zellen rekrutieren, die durch spezifische rhythmische Netzwerkaktivitätsmuster kommunizieren. Der ventrale Teil des Hippocampus ist ein zentraler Knotenpunkt in diesem Netzwerk, da er innerhalb seines autoassoziativen CA3-Netzwerks typische Muster von Gammaschwingungen und scharfen Wellenwelligkeiten erzeugt. Er ist auch sowohl anatomisch als auch physiologisch eng mit der Amygdala als Schlüsselregion der Emotionsverarbeitung verbunden. Beide Bereiche und ihre Interaktion werden durch die septalen cholinergen Systeme gesteuert, die Stress, Erregung und verschiedene Aktivitätsmodi während des Schlafs vermitteln. Die neuronalen Schaltkreise im ventralen Hippocampus koordinieren somit zelluläre und Netzwerkaktivitäten, die mit der Reaktivierung von Engrammen des Angstgedächtnisses verbunden sind. Daher ist eine ausgewogene oszillatorische Kommunikation innerhalb und zwischen diesen neuronalen Schaltkreisen entscheidend für die Bildung und langfristige Speicherung gesunder emotionaler Erinnerungen. Defizite in diesen Funktionen hingegen können unangepasstes Verhalten provozieren und zur Entwicklung von Angst und Angststörungen wie der posttraumatischen Belastungsstörung führen.

In diesem Vorschlag wollen wir der Frage nachgehen, wie die Oszillationen des ventralen Hippocampus-Netzwerks und seine Synergie mit der Amygdala die Konsolidierung des Angstgedächtnisses vermitteln. Wir stellen die Hypothese auf, dass die verstärkten Netzwerkoszillationen im ventralen Hippocampus ein Risikofaktor für ein übertriebenes Angstgedächtnis sein könnten und ein Fenster für die Amygdala-Modulation auf dem ventralen Hippocampus während der Gedächtnisspeicherung bieten. Wir werden modernste pharmako- und optogenetische Interventionsmethoden in oszillatorzustandsabhängiger Weise einsetzen, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu hinterfragen und Strategien für eine gezielte Intervention 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.