Abstract Events occurring close in time are often linked in memory, providing an episodic timeline and a framework for those memories. Recent studies suggest that memories acquired close in time are encoded by overlapping neuronal ensembles, but whether dendritic plasticity plays a role in linking memories is unknown. Using activity-dependent labeling and manipulation, as well as longitudinal one- and two-photon imaging of RSC somatic and dendritic compartments, we show that memory linking is not only dependent on ensemble overlap in the retrosplenial cortex, but also on branch-specific dendritic allocation mechanisms. These results demonstrate a causal role for dendritic mechanisms in memory integration and reveal a novel set of rules that govern how linked, and independent memories are allocated to dendritic compartments. One-Sentence Summary Dendritic allocation mechanisms link distinct memories across time

Summary Individual memories are often linked so that the recall of one triggers the recall of another. For example, contextual memories acquired close in time can be linked, and this is known to depend on temporary increase in excitability that drive the overlap between dorsal CA1 (dCA1) hippocampal ensembles encoding the linked memories. Here, we show that the Locus Coeruleus (LC) cells projecting to dCA1 have a key permissive role in contextual memory linking, without affecting contextual memory formation, and that this effect is mediated by dopamine and not by noradrenaline. Additionally, we found that LC to dCA1 projecting neurons modulate the excitability of dCA1 neurons, and the extent of overlap between dCA1 memory ensembles, as well as the stability of coactivity patterns within these ensembles. This discovery of a neuromodulatory system that specifically affects memory linking without affecting memory formation, reveals a fundamental separation between the brain mechanisms that modulate these two distinct processes.

Interneurons are critical for the proper functioning of neural circuits and are typically considered to act as linear point neurons. However, exciting new findings reveal complex, sub- and/or supralinear computations in the dendrites of various interneuron types. These findings challenge the point neuron dogma and call for a new theory of interneuron arithmetic. Using detailed, biophysically constrained models, we predict that dendrites of FS basket cells in both the hippocampus and mPFC come in two flavors: supralinear, supporting local sodium spikes within large-volume branches and sublinear, in small-volume branches. Synaptic activation of varying sets of these dendrites leads to somatic firing variability that cannot be explained by the point neuron reduction. Instead, a 2-stage Artificial Neural Network (ANN), with both sub- and supralinear hidden nodes, captures the variance. We propose that FS basket cells have substantially expanded computational capabilities sub-served by their non-linear dendrites and act as a 2-layer ANN.