Abstract The lateral hypothalamic area (LHA) integrates homeostatic processes and reward-motivated behaviors. Here we show that LHA neurons that produce melanin-concentrating hormone (MCH) are dynamically responsive to both food-directed appetitive and consummatory processes. Specifically, our results reveal that MCH neuron Ca +2 activity increases in response to both discrete and contextual food-predictive cues and is correlated with food-motivated responses. MCH neuron activity also increases during eating and this response is highly predictive of caloric consumption and declines throughout a meal, thus supporting a role for MCH neurons in the positive feedback consummatory process known as appetition. These physiological MCH neural responses are functionally-relevant as chemogenetic MCH neuron activation promotes appetitive behavioral responses to food-predictive cues and increases meal size. Finally, MCH neuron activation enhances preference for a noncaloric flavor paired with intragastric glucose. Collectively, these data identify a hypothalamic neural population that orchestrates both food-motivated appetitive and intake-promoting consummatory processes.

Western diet (WD) consumption during development yields long-lasting memory impairments, yet the underlying neurobiological mechanisms remain elusive. Here we developed an early life WD rodent model to evaluate whether dysregulated hippocampus (HPC) acetylcholine (ACh) signaling, a pathology associated with memory impairment in human dementia, is causally-related to WD-induced cognitive impairment. Rats received a cafeteria-style WD (access to various high-fat/high-sugar foods; CAF) or healthy chow (CTL) during the juvenile and adolescent periods (postnatal days 26-56). Behavioral, metabolic, and microbiome assessments were performed both before and after a 30-day healthy diet intervention beginning at early adulthood. Results revealed CAF-induced HPC-dependent contextual episodic memory impairments that persisted despite healthy diet intervention, whereas CAF was not associated with long-term changes in body weight, body composition, glucose tolerance, anxiety-like behavior, or gut microbiome. HPC immunoblot analyses after the healthy diet intervention identified reduced levels of vesicular ACh transporter in CAF vs. CTL rats, indicative of chronically reduced HPC ACh tone. To determine whether these changes were functionally related to memory impairments, we evaluated temporal HPC ACh binding via ACh-sensing fluorescent reporter in vivo fiber photometry during memory testing, as well as whether the memory impairments could be rescued pharmacologically. Results revealed dynamic HPC ACh binding during object-contextual novelty recognition was highly predictive of memory performance and was disrupted in CAF vs. CTL rats. Further, HPC alpha-7 nicotinic receptor agonist infusion during consolidation rescued memory deficits in CAF rats. Overall, these findings identify dysregulated HPC ACh signaling as a mechanism underlying early life WD-associated memory impairments.

ABSTRACT The hypothalamic neuropeptide oxytocin (OT) influences both food intake and social behavior. Given that food preference and consumption are heavily affected by social factors in mammals, it is critical to understand the extent that OT’s role in regulating these two fundamental behaviors is interconnected. Here we evaluated the role of OT signaling in the dentate gyrus of the dorsal hippocampus (HPCd), a brain region recently linked with eating and social memory, on food preference and consumption in rats under conditions that vary with regards to social presence and conspecific familiarity. Results from neuropharmacological and virogenetic knockdown approaches reveal that HPCd OT signaling promotes eating in the presence of a familiar but not an unfamiliar conspecific. Additionally, HPCd OT receptor signaling is required for the social transmission of food preference. These findings collectively identify the HPCd as a novel substrate where oxytocin synergistically influences eating and social behaviors.

The ability to encode and retrieve meal-related information is critical to efficiently guide energy acquisition and consumption, yet the underlying neural processes remain elusive. Here we reveal that ventral hippocampus (HPCv) neuronal activity dynamically elevates during meal consumption and this response is highly predictive of subsequent performance in a foraging-related spatial memory task. Targeted recombination-mediated ablation of HPCv meal-responsive neurons impairs foraging-related spatial memory without influencing food motivation, anxiety-like behavior, or escape-mediated spatial memory. These HPCv meal-responsive neurons project to the lateral hypothalamic area (LHA) and single-nucleus RNA sequencing and in situ hybridization analyses indicate they are enriched in serotonin 2a receptors (5HT2aR). Either chemogenetic silencing of HPCv-to-LHA projections or intra-HPCv 5HT2aR antagonist yielded foraging-related spatial memory deficits, as well as alterations in caloric intake and the temporal sequence of spontaneous meal consumption. Collective results identify a population of HPCv neurons that dynamically respond to eating to encode meal-related memories.

Oxytocin (OT) is a hypothalamic neuropeptide involved in diverse physiological and behavioral functions, including social-based behavior and food intake control. The extent that OT's role in regulating these two fundamental behaviors is interconnected is unknown and is a critical gap given that social factors have a strong influence on eating behavior in mammals. Here we focus on OT signaling in the dorsal hippocampus (HPCd), a brain region recently linked with eating and social memory, as a candidate system where these functions overlap.