Effetti comportamentali della manipolazione chemogenetica specifica per tipo cellulare del basal forebrain

The basal forebrain (BF) is one of the main neuromodulatory regions of the mammalian brain, best known for being the primary source of acetylcholine to the cerebral cortex. However, its cellular composition is quite diverse, with cholinergic neurons and parvalbumin-positive (PV+) GABAergic cells standing out as the most relevant because of their direct cortical projections. The BF is a key regulator of brain states, such as arousal, and cortical dynamics, including the activity of the default mode network (DMN), but the causal role of its cell types in controlling these activities has so far been investigated primarily in the context of sleep-wake arousal and goal-directed tasks. To shed light on the relative contributions of the main BF neuronal populations in promoting arousal or DMN- related behaviors we used a combination of cell type-specific chemogenetic activation and behavioral testing in mice, focusing on the spontaneous behavioral preferences. In particular, we assessed locomotor activity as a proxy of arousal and grooming behavior which is considered a DMN- associated behavior. We found that chemogenetic activation of BF cholinergic neurons did not alter locomotor activity but significantly reduced grooming behavior. In contrast, activation of BF PV+ neurons increased locomotor activity and reduced grooming behavior. These results highlight a differential effect of distinct BF populations on spontaneous behaviors that are of relevance for network activity in the mouse.

Il proencefalo basale – anche detto basal forebrain (BF) - è una delle principali regioni neuromodulatorie del cervello dei mammiferi ed è noto soprattutto per essere la principale fonte di acetilcolina per la corteccia cerebrale. Tuttavia, la sua composizione cellulare è altamente eterogenea, con neuroni colinergici e cellule GABAergiche positive per la parvalbumina (PV+) che emergono come le popolazioni più rilevanti grazie alle loro proiezioni corticali dirette. Il BF è un regolatore chiave degli stati cerebrali, come l’arousal, e delle dinamiche corticali, inclusa l’attività della default mode network (DMN); tuttavia, il ruolo causale dei suoi diversi tipi cellulari nel controllo di questi processi è stato finora indagato principalmente nel contesto della regolazione sonno–veglia e di compiti orientati a uno scopo. Per fare luce sul contributo relativo delle principali popolazioni neuronali del BF nella promozione dell’arousal o di comportamenti associati alla DMN, abbiamo utilizzato una combinazione di attivazione chemogenetica specifica per tipo cellulare e test comportamentali nel topo, concentrandoci sulle preferenze comportamentali spontanee. In particolare, abbiamo valutato l’attività locomotoria come potenziale indicatore dell’arousal e il comportamento di grooming, considerato un comportamento associato al DMN. Abbiamo osservato che l’attivazione chemogenetica dei neuroni colinergici del BF non altera l’attività locomotoria ma riduce significativamente il comportamento di grooming. Al contrario, l’attivazione dei neuroni PV+ del BF aumenta l’attività locomotoria e riduce il comportamento di grooming. Questi risultati evidenziano un effetto differenziale delle diverse popolazioni neuronali del BF su comportamenti spontanei rilevante per l’attività delle network funzionali nel cervello del topo.