This study demonstrates that fear memory expression is driven by 4-Hz oscillations in prefrontal–amygdala circuits. During fear behavior, prefrontal 4-Hz oscillations lead amygdala and synchronize spiking activity between the two structures. Ultimately, this study identifies 4-Hz oscillations as a physiological signature of fear memories. Fear expression relies on the coordinated activity of prefrontal and amygdala circuits, yet the mechanisms allowing long-range network synchronization during fear remain unknown. Using a combination of extracellular recordings, pharmacological and optogenetic manipulations, we found that freezing, a behavioral expression of fear, temporally coincided with the development of sustained, internally generated 4-Hz oscillations in prefrontal–amygdala circuits. 4-Hz oscillations predict freezing onset and offset and synchronize prefrontal–amygdala circuits. Optogenetic induction of prefrontal 4-Hz oscillations coordinates prefrontal–amygdala activity and elicits fear behavior. These results unravel a sustained oscillatory mechanism mediating prefrontal–amygdala coupling during fear behavior.

Morphine is a highly potent analgesic with high addictive potential in specific contexts. Although dopamine neurons of the ventral tegmental area (VTA) are widely believed to play an essential role in the development of drug addiction, neuronal circuits underlying morphine action on dopamine neurons have not been fully elucidated. Here we combined in vivo electrophysiology, tract-tracing experiments, and targeted neuronal inactivation to dissect a neural circuit for acute morphine action on dopamine neurons in rats. We found that in vivo, morphine targets the GABAergic tail of the VTA, also called the rostromedial tegmental nucleus, to increase the firing of dopamine neurons through the activation of VTA μ opioid receptors expressed on tail of the VTA/rostromedial tegmental nucleus efferents. Our data also reveal that in the absence of VTA glutamatergic tone, there is no morphine-induced activation of dopamine neurons. These results define the anatomical organization and functional role of a neural circuit for acute morphine action on dopamine neurons.