Abstract The nucleus accumbens (NAc) is a crucial brain region for emotionally-relevant behaviors. The NAc is mainly composed of medium spiny neurons (MSN) expressing either dopamine receptor D1 (D1-MSNs) or D2 (D2-MSNs). D1-MSNs project to the ventral tegmental area (VTA) and ventral pallidum (VP), while D2-MSNs project only to the VP. In this work, we selectively manipulated D1-MSN projections to the VP and VTA, and D2-MSN projections to the VP during classical anxiety behavioral paradigms in naïve mice. We found that optogenetic activation of D1-MSN to VP or VTA did not trigger significant anxious-like behaviors. Interestingly, optical activation of D2-MSN-VP projections significantly increased anxious-like behavior in all of the tests performed. This phenotype was associated with a decrease in the activity of VP putative GABAergic neurons. Importantly, pre-treating D2-MSN-VP animals with the GABA modulator diazepam prevented the optically-triggered anxious-like behavior. Overall, our results suggest that D2-MSN-VP projections contribute for the development of anxious-like behavior, through modulation of GABAergic activity in the VP.

Abstract The nucleus accumbens (NAc) is a key region in motivated behaviors. NAc medium spiny neurons (MSNs) are divided into those expressing dopamine receptor D1 or D2. Classically, D1- and D2-MSNs have been described as having opposing roles in reinforcement but recent evidence suggests a more complex role for D2-MSNs. Here we show that optogenetic modulation of D2-MSN to ventral pallidum (VP) projections during different stages of motivated behavior has contrasting effects in motivation. Activation of D2-MSN-VP projections during a reward-predicting cue results in increased motivational drive, whereas activation at reward delivery results in decreased motivation; optical inhibition has the opposite behavioral effect. In addition, in a free choice instrumental task, animals prefer the lever that originates one pellet in opposition to pellet plus D2-MSN-VP optogenetic activation, and vice versa for optogenetic inhibition. In summary, D2-MSN-VP projections play different (and even opposing) roles in distinct phases of motivated behavior.

Abstract Synthetic Glucocorticoids (sGC) are commonly prescribed in preterm risk pregnancies in order to improve fetal organ maturation. This administration greatly reduces perinatal and neonatal mortality and respiratory distress syndrome associated with prematurity, but preclinical evidence warns for an adverse effect of sGC in the developing brain. In this work we evaluated the long-term effects of prenatal exposure to sGC in the brain of 17 years-old adolescents using multimodal MRI. From 4607 birth registrations from Hospital de Braga - Portugal, we selected participants that were born with similar gestational age, but that were either exposed during pregnancy to sGC (n=21) or non-exposed (n=24). After obtaining a detailed clinical history, participants were subjected to an extensive neuropsychological evaluation, followed by structural and functional MRI. No differences were found in the performance on neuropsychological tests between sGC-exposed and non-exposed participants. Moreover, no differences were found in regional brain volumes. However, the sGC-exposed group presented reduced functional connectivity at rest in a network involving primarily sub-cortical, cerebellar and frontal nodes in comparison to the non-exposed group, even after controlling for confounding factors such as gestational age at birth, birth weight, and sex. Our results suggest that prenatal sGC-exposed adolescents present no significant deviations in neuropsychological performance in the dimensions that we evaluated, although they presented altered functional connectivity, highlighting the need for additional studies to understand the impact of these changes in brain functioning and in behavior. Highlights Prenatal synthetic glucocorticoid exposure does not lead to structural changes in the adolescent brain. Adolescents prenatally exposed to synthetic glucocorticoids present altered resting state network.

Abstract The nucleus accumbens (NAc) is a key brain region for motivated behaviors, yet how distinct neuronal populations encode appetitive or aversive stimuli remains undetermined. Using microendoscopic calcium imaging, we tracked NAc shell D1- or D2-medium spiny neurons’ (MSNs) activity during exposure to stimuli of opposing valence and associative learning. Despite drift in individual neurons’ coding, both D1- and D2-population activity was sufficient to discriminate opposing valence unconditioned stimuli, but not predictive cues. Notably, D1- and D2-MSNs were similarly co-recruited during appetitive and aversive conditioning, supporting a concurrent role in associative learning. Conversely, when contingencies changed, there was an asymmetric response in the NAc, with more pronounced changes in the activity of D2-MSNs. Optogenetic manipulation of D2-MSNs provided causal evidence of the necessity of this population in the extinction of aversive associations. Our results reveal how NAc shell neurons encode valence, Pavlovian associations and their extinction, and unveil new mechanisms underlying motivated behaviors.

Abstract To survive, individuals must learn to associate cues in the environment with emotionally relevant outcomes. This association is partially mediated by the nucleus accumbens (NAc), a key brain region of the reward circuit that is mainly composed by GABAergic medium spiny neurons (MSNs), that express either dopamine receptor D1 or D2. Recent studies showed that both populations can drive reward and aversion, however, the activity of these neurons during appetitive and aversive Pavlovian conditioning remains to be determined. Here, we investigated the relevance of D1- and D2-neurons in Pavlovian associations, by measuring calcium transients with fiber photometry during appetitive and aversive Pavlovian tasks. Sucrose was used as a positive unconditioned stimulus (US) and foot shock was used as a negative US. We show that during appetitive Pavlovian conditioning, D1- and D2-neurons exhibit a general decrease in activity in response to CS and to US across learning, with dynamic, and partially overlapping, activity responses to CS and US. During the aversive Pavlovian conditioning, D1- and D2-neurons showed an increase in the activity in response to the CS and to the US (shock). Our data supports a synchronous role for D1- and D2-neurons in appetitive and aversion processing.

Abstract The transcription factor activating protein two gamma (AP2γ) is an important regulator of neurogenesis both during embryonic development as well as in the postnatal brain, but its role for neurophysiology and behavior at distinct postnatal periods is still unclear. In this work, we explored the neurogenic, behavioral, and functional impact of a constitutive AP2γ heterozygous deletion in mice from early postnatal development until adulthood. Constitutive AP2γ heterozygous deletion in mice caused a reduction of hippocampal transient amplifying progenitors (TAPs) in the postnatal brain, inducing significant impairments on hippocampal-dependent emotional- and cognitive-behavioral tasks including anxiety-like behavior and cognitive deficits, typically associated with an intact neurogenic activity. Moreover, AP2γ deficiency impairs dorsal hippocampus-to-prefrontal cortex functional connectivity. We observed a progressive and cumulative impact of constitutive AP2γ deficiency on the hippocampal glutamatergic neurogenic process, as well as alterations on limbic-cortical connectivity, together with impairments on emotional and cognitive behaviors from juvenile to adult periods. Collectively, the results herein presented demonstrate the importance of AP2γ in the generation of glutamatergic neurons in the postnatal brain and its impact on behavioral performance.

Abstract Background Aging represents a significant risk factor for the occurrence of cerebral small vessel disease, associated with white matter (WM) lesions, and to age-related cognitive alterations, though the precise mechanisms remain largely unknown. This study aimed to investigate the impact of polygenic risk scores (PRS) for WM integrity, together with age-related DNA methylation, and gene expression alterations, on cognitive aging in a cross-sectional healthy aging cohort. The PRSs were calculated using genome-wide association study (GWAS) summary statistics for magnetic resonance imaging (MRI) markers of WM integrity, including WM hyperintensities, fractional anisotropy (FA), and mean diffusivity (MD). These scores were utilized to predict age-related cognitive changes and evaluate their correlation with structural brain changes, which distinguish individuals with higher and lower cognitive scores. To reduce the dimensionality of the data and identify age-related DNA methylation and transcriptomic alterations, Sparse Partial Least Squares-Discriminant Analysis (sPLS-DA) was used. Subsequently, a canonical correlation algorithm was used to integrate the three types of omics data (PRS, DNA methylation, and gene expression data) and identify an individual “omics” signature that distinguishes subjects with varying cognitive profiles. Results We found a positive association between MD-PRS and long-term memory, as well as a correlation between MD-PRS and structural brain changes, effectively discriminating between individuals with lower and higher memory scores. Furthermore, we observed an enrichment of polygenic signals in genes related to both vascular and non-vascular factors. Age-related alterations in DNA methylation and gene expression indicated dysregulation of critical molecular features and signaling pathways involved in aging and lifespan regulation. The integration of multi-omics data underscored the involvement of synaptic dysfunction, axonal degeneration, microtubule organization, and glycosylation in the process of cognitive aging. Conclusions These findings provide valuable insights into the biological mechanisms underlying the association between WM coherence and cognitive aging. Additionally, they highlight how age-associated DNA methylation and gene expression changes contribute to cognitive aging.

Maternal prenatal depressive symptoms are linked to neurodevelopmental impairments in offspring. Maternal cortisol levels are hypothesized to moderate this association, but its relationship with depressive symptoms is inconsistent. This study examined how maternal prenatal depressive symptoms and cortisol levels predict infant brain development, focusing on neonatal corpus callosum (CC) integrity. Using data from the FinnBrain Birth Cohort Study, we analyzed 37 mother-infant dyads. MRI data were collected from 2 to 5 weeks old infants, and DTI imaging estimated fractional anisotropy (FA) in CC regions (Genu, Body, and Splenium). Maternal cortisol levels were assessed through hair cortisol concentration (HCC) from a 5cm hair segment, reflecting cortisol over the last five months of pregnancy. A factor score of maternal depressive symptoms was computed from EPDS questionnaire data collected at gestational weeks 14, 24, and 34. We employed multivariate regression models with a Bayesian approach for statistical testing, controlling for maternal and infant attributes. Results indicated that maternal prenatal depressive symptoms and HCC interact negatively in predicting infants' FA across all CC regions. Infants exposed to high prenatal depressive symptoms and low HCC (1 SD below the mean) showed higher FA in all CC regions. These findings highlight the complex dynamics between maternal prenatal cortisol levels and depressive symptoms, revealing a nuanced impact of those factors on the structural integrity of infants' CC.

Since the first measurements of neuronal avalanches [1], the critical brain hypothesis has gained traction [2]. However, if the brain is critical, what is the phase transition? For several decades it has been known that the cerebral cortex operates in a diversity of regimes [3], ranging from highly synchronous states (e.g. slow wave sleep [4], with higher spiking variability) to desynchronized states (e.g. alert waking [5], with lower spiking variability). Here, using independent signatures of criticality, we show that a phase transition occurs in an intermediate value of spiking variability. The critical exponents point to a universality class different from mean-field directed percolation (MF-DP). Importantly, as the cortex hovers around this critical point [6], it follows a linear relation between the avalanche exponents that encompasses previous experimental results from different setups [7, 8] and is reproduced by a model.

Abstract Gene expression alterations occur in all mouse tissues during aging, but recent works highlight minor rather than major dysregulation amplitude for most genes, questioning whether differentially expressed genes on their own provide deep insight into aging biology. To clarify this issue, we have combined differential gene expression with weighted gene correlation network analysis (WGCNA) to identify expression signatures accounting for the pairwise relations between gene expression profiles and the cumulative effect of genes with small fold- changes during aging in the brain, heart, liver, skeletal muscle, and pancreas of C57BL/6 mice. Functional enrichment analysis of the overlap of genes identified in both approaches showed that immunity-related responses, mitochondrial energy metabolism, tissue regeneration and detoxification are prominently altered in the brain, heart, muscle, and liver, respectively, reflecting an age-related global loss of tissue function. While data showed little overlap among the age-dysregulated genes between tissues, aging triggered common biological processes in distinct tissues, particularly proteostasis-related pathways, which we highlight as important features of murine tissue physiological aging.