Rats with cytotoxic ventral hippocampal lesions which removed approximately 50% of the hippocampus (including dentate gyrus) starting from the temporal pole, displayed a reduction in freezing behaviour following the delivery of an unsignalled footshock in an operant chamber. This was more plausibly a result of reduced susceptibility to fear than a result of a lesion-induced increase in general motor activity. There was no consistent difference between sham and lesioned animals in spontaneous locomotor activity, or locomotion following acute or chronic treatment with amphetamine. In contrast, ventral hippocampal lesioned animals were quicker to pass from the black to the white box during a modified version of the light/dark exploration test, and were quicker to begin eating during tests of hyponeophagia. Furthermore, rats with ventral hippocampal lesions defecated less than their sham counterparts both during open field testing and in extinction sessions following contextual conditioning. In contrast to these clear lesion effects, there were no signs of any spatial learning impairment either in the watermaze or on the elevated T-maze. Taken together these results suggest that the ventral hippocampus may play a role in a brain system (or systems) associated with fear and/or anxiety, and provide further evidence for a distinct specialisation of function along the septotemporal axis of the hippocampus.

Perisomatic inhibition provided by a subgroup of GABAergic interneurons plays a critical role in timing the output of pyramidal cells. To test their contribution at the network and the behavioral level, we generated genetically modified mice in which the excitatory drive was selectively reduced either by the knockout of the GluR-D or by conditional ablation of the GluR-A subunit in parvalbumin-positive cells. Comparable cell type-specific reductions of AMPA-mediated currents were obtained. Kainate-induced gamma oscillations exhibited reduced power in hippocampal slices from GluR-D−/− and GluR-APVCre−/− mice. Experimental and modeling data indicated that this alteration could be accounted for by imprecise spike timing of fast-spiking cells (FS) caused by smaller interneuronal EPSPs. GluR-D−/− and GluR-APVCre−/− mice exhibited similar impairments in hippocampus-dependent tasks. These findings directly show the effects of insufficient recruitment of fast-spiking cells at the network and behavioral level and demonstrate the role of this subpopulation for working and episodic-like memory.

The rat medial frontal cortex (MFC) has been implicated in allowing animals to work harder to receive larger rewards. However, it is unknown what role the individual MFC regions [anterior cingulate cortex (ACC) and prelimbic-infralimbic cortex (PL-IL)] play in such decision making. To investigate this, we trained rats on a T-maze cost-benefit task with two possible courses of action, shown previously to be affected by complete MFC lesions. One response involved climbing a 30 cm barrier to obtain a large quantity of reward (high cost-high reward), whereas the other had a lower energetic demand but also a smaller reward gain (low cost-low reward). Before surgery, all animals preferred to select the high cost-high reward option. However, after excitotoxic ACC lesions, there was a complete reversal of behavior, with the ACC group selecting the low cost-low reward response on nearly every trial. In contrast, both control animals and rats with PL-IL lesions continued to choose to climb the barrier for the larger reward. When the same rats were tested on a delayed match-to-sample paradigm however, it was the PL-IL group that was significantly impaired at learning the response rule, with the performance of ACC rats being comparable with controls. This double dissociation indicates that the ACC is the important region within the MFC when evaluating how much effort to expand for a specific reward.

Rats with complete cytotoxic hippocampal lesions exhibited spatial memory impairments in both the water maze and elevated T maze. They were hyperactive in photocell cages; swam faster in the water maze; and were less efficient on a nonspatial, differential reinforcement of low rates (DRL) task. Performance on both spatial tasks was also impaired by selective dorsal but not ventral lesions; swim speed was increased by ventral but not dorsal lesions. Both partial lesions caused a comparable reduction in DRL efficiency, although these effects were smaller than those of complete lesions. Neither partial lesion induced hyperactivity when rats were tested in photocell cages, although both complete and ventral lesion groups showed increased activity after footshock in other studies (Richmond et al., 1999). These results demonstrate possible functional dissociations along the septotemporal axis of the hippocampus.

Learning a novel motor skill is associated with well characterized structural and functional plasticity in the rodent motor cortex. Furthermore, neuroimaging studies of visuomotor learning in humans have suggested that structural plasticity can occur in white matter (WM), but the biological basis for such changes is unclear. We assessed the influence of motor skill learning on WM structure within sensorimotor cortex using both diffusion MRI fractional anisotropy (FA) and quantitative immunohistochemistry. Seventy-two adult (male) rats were randomly assigned to one of three conditions (skilled reaching, unskilled reaching, and caged control). After 11 d of training, postmortem diffusion MRI revealed significantly higher FA in the skilled reaching group compared with the control groups, specifically in the WM subjacent to the sensorimotor cortex contralateral to the trained limb. In addition, within the skilled reaching group, FA across widespread regions of WM in the contralateral hemisphere correlated significantly with learning rate. Immunohistological analysis conducted on a subset of 24 animals (eight per group) revealed significantly increased myelin staining in the WM underlying motor cortex in the hemisphere contralateral (but not ipsilateral) to the trained limb for the skilled learning group versus the control groups. Within the trained hemisphere (but not the untrained hemisphere), myelin staining density correlated significantly with learning rate. Our results suggest that learning a novel motor skill induces structural change in task-relevant WM pathways and that these changes may in part reflect learning-related increases in myelination.

Cytotoxic ventral hippocampal lesions produced anxiolytic effects on 4 ethologically based, unconditioned tests of anxiety in the rat (hyponeophagia, black/white 2-compartment box test, a successive alleys test that represents a modified version of the elevated plus-maze, and a social interaction test). Dorsal hippocampal lesions did not produce anxiolytic effects on these tests, suggesting a distinct specialization of function within the hippocampus. Furthermore, the effects of ventral hippocampal lesions were also distinct from those of amygdala lesions. This suggests that the effects of ventral hippocampal lesions are not simply due to direct or indirect effects on the amygdala, and that these 2 brain areas contribute differentially to a brain system (or systems) associated with the processing of fearful and/or anxiogenic stimuli.

Significance Elevated expression of the presynaptic protein α-synuclein underlies familial and sporadic Parkinson disease (PD). However, our understanding of how increases in α-synuclein levels drive the sequence of events leading to PD is incomplete. Here, we apply a multidisciplinary longitudinal analysis to a new α-synuclein transgenic mouse model. We show that early-stage decreases in dopamine release and vesicle reclustering precede late-stage changes in neuronal firing properties, measured by in vivo recordings from vulnerable neurons. Accumulated deficits in dopamine neurotransmission and altered neuronal firing are associated with cell death and motor abnormalities, in the absence of protein aggregation in the substantia nigra. These findings have important implications for developing therapies.

We present here a view of the firing patterns of hippocampal cells that is contrary, both functionally and anatomically, to conventional wisdom. We argue that the hippocampus responds to efference copies of goals encoded elsewhere; and that it uses these to detect and resolve conflict or interference between goals in general. While goals can involve space, hippocampal cells do not encode spatial (or other special types of) memory, as such. We also argue that the transverse circuits of the hippocampus operate in an essentially homogeneous way along its length. The apparently different functions of different parts (e.g. memory retrieval versus anxiety) result from the different (situational/motivational) inputs on which those parts perform the same fundamental computational operations. On this view, the key role of the hippocampus is the iterative adjustment, via Papez-like circuits, of synaptic weights in cell assemblies elsewhere.