Memory retrieval is not a passive phenomenon. Instead, it triggers a number of processes that either reinforce or alter stored information. Retrieval is thought to activate a second memory consolidation cascade (reconsolidation) that requires protein synthesis. Here, we show that the temporal dynamics of memory reconsolidation are dependent on the strength and age of the memory, such that younger and weaker memories are more easily reconsolidated than older and stronger memories. We also report that reconsolidation and extinction, two opposing processes triggered by memory retrieval, have distinct biochemical signatures: pharmacological antagonism of either cannabinoid receptor 1 or L-type voltage-gated calcium channels blocks extinction but not reconsolidation. These studies demonstrate the dynamic nature of memory processing after retrieval and represent a first step toward a molecular dissection of underlying mechanisms.

Forget It! When examining the relationship between the production of new neurons in the hippocampus and memory, studies have generally first manipulated hippocampal neurogenesis and afterward investigated memory formation and found that new neurons help to encode new memories. However, when investigating how similar manipulations of neurogenesis impact established hippocampus-dependent memories, Akers et al. (p. 598 ; see the Perspective by Mongiat and Schinder ) uncovered a role for neurogenesis in memory clearance. Thus, the continuous addition of new neurons both degrades existing information stored in hippocampal circuits and simultaneously provides substrates for new learning.

Competition between neurons is necessary for refining neural circuits during development and may be important for selecting the neurons that participate in encoding memories in the adult brain. To examine neuronal competition during memory formation, we conducted experiments with mice in which we manipulated the function of CREB (adenosine 3′,5′-monophosphate response element–binding protein) in subsets of neurons. Changes in CREB function influenced the probability that individual lateral amygdala neurons were recruited into a fear memory trace. Our results suggest a competitive model underlying memory formation, in which eligible neurons are selected to participate in a memory trace as a function of their relative CREB activity at the time of learning.

Memories are thought to be encoded by sparsely distributed groups of neurons. However, identifying the precise neurons supporting a given memory (the memory trace) has been a long-standing challenge. We have shown previously that lateral amygdala (LA) neurons with increased cyclic adenosine monophosphate response element–binding protein (CREB) are preferentially activated by fear memory expression, which suggests that they are selectively recruited into the memory trace. We used an inducible diphtheria-toxin strategy to specifically ablate these neurons. Selectively deleting neurons overexpressing CREB (but not a similar portion of random LA neurons) after learning blocked expression of that fear memory. The resulting memory loss was robust and persistent, which suggests that the memory was permanently erased. These results establish a causal link between a specific neuronal subpopulation and memory expression, thereby identifying critical neurons within the memory trace.

At least two temporally and mechanistically distinct forms of memory are conserved across many species: short-term memory that persists minutes to hours after training and long-term memory (LTM) that persists days or longer. In general, repeated training trials presented with intervening rest intervals (spaced training) is more effective than massed training (the same number of training trials presented with no or short intervening rest intervals) in producing LTM. LTM requires de novo protein synthesis, and cAMP response element-binding protein (CREB) may be one of the transcription factors regulating the synthesis of new proteins necessary for the formation of LTM. Here we show that rats given massed fear conditioning training show no or weak LTM, as measured by fear-potentiated startle, compared with rats given the same amount of training but presented in a spaced manner. Increasing CREB levels specifically in the basolateral amygdala via viral vector-mediated gene transfer significantly increases LTM after massed fear training. The enhancing effect of CREB overexpression on LTM formation is shown to be specific in terms of biochemistry, anatomy, time course, and the training procedure used. These results suggest that CREB activity in the amygdala serves as a molecular switch for the formation of LTM in fear conditioning.

Newly generated dentate granule cells in the hippocampus at 4 weeks after their 'birth' are more plastic than existing neurons. The authors use a combined retroviral and optogenetic approach to show that silencing these 4-week-old cells, but not cells of other ages, impaired retrieval of hippocampal memory. Accumulating evidence suggests that global depletion of adult hippocampal neurogenesis influences its function and that the timing of the depletion affects the deficits. However, the behavioral roles of adult-born neurons during their establishment of projections to CA3 pyramidal neurons remain largely unknown. We used a combination of retroviral and optogenetic approaches to birth date and reversibly control a group of adult-born neurons in adult mice. Adult-born neurons formed functional synapses on CA3 pyramidal neurons as early as 2 weeks after birth, and this projection to the CA3 area became stable by 4 weeks in age. Newborn neurons at this age were more plastic than neurons at other stages. Notably, we found that reversibly silencing this cohort of ∼4-week-old cells after training, but not cells of other ages, substantially disrupted retrieval of hippocampal memory. Our results identify a restricted time window for adult-born neurons essential in hippocampal memory retrieval.

How to link and separate memories Engrams are the changes in brain tissue that store single memories. Neuroscientists can localize and manipulate them, but until now, little was known about how multiple engrams interact to influence memories. Rashid et al. examined how neural assemblies in an area called the lateral amygdala interact. If two frightening events occurred within 6 hours, the same set of neurons was used to express fear memories for both events. However, if the events were separated by 24 hours, distinct memory traces were formed. Science , this issue p. 383

Deep brain stimulation (DBS) is an established therapeutic modality for the treatment of movement disorders and an emerging therapeutic approach for the treatment of disorders of mood and thought. For example, recently we have shown that DBS of the fornix may ameliorate cognitive decline associated with dementia. However, like other applications of DBS, the mechanisms mediating these clinical effects are unknown. As DBS modulates neurophysiological activity in targeted brain regions, DBS might influence cognitive function via activity-dependent regulation of hippocampal neurogenesis. Using stimulation parameters analogous to clinical high-frequency DBS, here we addressed this question in mice. We found that acute stimulation of the entorhinal cortex (EC) transiently promoted proliferation in the dentate gyrus (DG). Cells generated as a consequence of stimulation differentiated into neurons, survived for at least several weeks, and acquired normal dentate granule cell (DGC) morphology. Importantly, stimulation-induced promotion of neurogenesis was limited to the DG and not associated with changes in apoptotic cell death. Using immunohistochemical approaches, we found that, once sufficiently mature, these stimulation-induced neurons integrated into hippocampal circuits supporting water-maze memory. Finally, formation of water-maze memory was facilitated 6 weeks (but not 1 week) after bilateral stimulation of the EC. The delay-dependent nature of these effects matches the maturation-dependent integration of adult-generated DGCs into dentate circuits supporting water-maze memory. Furthermore, because the beneficial effects of EC stimulation were prevented by blocking neurogenesis, this suggests a causal relationship between stimulation-induced promotion of adult neurogenesis and enhanced spatial memory.

Memories are thought to be sparsely encoded in neuronal networks, but little is known about why a given neuron is recruited or allocated to a particular memory trace. Previous research shows that in the lateral amygdala (LA), neurons with increased CREB are selectively recruited to a fear memory trace. CREB is a ubiquitous transcription factor implicated in many cellular processes. Which process mediates neuronal memory allocation? One hypothesis is that CREB increases neuronal excitability to bias neuronal recruitment, although this has not been shown experimentally. Here we use several methods to increase neuronal excitability and show this both biases recruitment into the memory trace and enhances memory formation. Moreover, artificial activation of these neurons alone is a sufficient retrieval cue for fear memory expression, showing that these neurons are critical components of the memory trace. These results indicate that neuronal memory allocation is based on relative neuronal excitability immediately before training.

The generation of myelin-forming oligodendrocytes persists throughout life and is regulated by neural activity. Here we tested whether experience-driven changes in oligodendrogenesis are important for memory consolidation. We found that water maze learning promotes oligodendrogenesis and de novo myelination in the cortex and associated white matter tracts. Preventing these learning-induced increases in oligodendrogenesis without affecting existing oligodendrocytes impaired memory consolidation of water maze, as well as contextual fear, memories. These results suggest that de novo myelination tunes activated circuits, promoting coordinated activity that is important for memory consolidation. Consistent with this, contextual fear learning increased the coupling of hippocampal sharp wave ripples and cortical spindles, and these learning-induced increases in ripple-spindle coupling were blocked when oligodendrogenesis was suppressed. Our results identify a non-neuronal form of plasticity that remodels hippocampal-cortical networks following learning and is required for memory consolidation.