O sistema colinérgico encefálico desempenha um papel central em processos de aprendizado e consolidação de memória. Particularmente, o córtex pré-frontal medial (mPFC) apresenta aumento nos níveis de acetilcolina (ACh) durante e após tarefas de memória. Além disso, a ativação colinérgica muscarínica facilita a potencialização de longa duração (LTP) e depressão de longa-duração (LTD) no hipocampo e córtex. Recentemente, demonstramos que o agonista muscarínico pilocarpina (PILO), promove prolongamento da fase tardia da LTP na via hipocampo (CA1)-mPFC in vivo associado a surgimento de oscilações rápidas no hipocampo e no córtex. Assim, no presente trabalho investigamos a dinâmica da modulação colinérgica muscarínica sobre a LTD na via CA1-mPFC in vivo e sua dependência da neurotransmissão glutamatérgica mediada por receptores do tipo N-metil-D-aspartato (NMDA). Para isso, ratos anestesiados com uretana e mantidos a temperatura controlada de 37 ± 0,5ºC, foram submetidos a implante de microeletrodos para estimulação em CA1 e registro de potenciais pós-sinápticos de campo (fPSPs) no mPFC. Após 30min de registro de linha de base, a LTD foi induzida por meio de trens de pulsos elétricos de baixa freqüência (LFS) e monitorada por 240min. Neste protocolo, os animais receberam PILO (40nmoles; 1µL; i.c.v.) ou Veh (líquido cefalorraquidiano artificial, aCSF) imediatamente antes ou 20min após LFS. Além disso, com o objetivo de avaliar o papel dos receptores NMDA (NMDAR) na modulação muscarínica da LTD cortical, um grupo independente de animais recebeu microinjeção intra-mPFC do antagonista seletivo de NMDAR (AP7; 20nmoles; 0,4µL) ou Veh (NaCl 0,15M) 10min antes de microinjeção de PILO. Nossos resultados mostram que a pré-ativação muscarínica por PILO facilita a LTD na via CA1-mPFC. Contudo, PILO sozinha ou aplicada 20min após LFS não é capaz de modular nem a neurotransmissão basal nem a manutenção da LTD na via CA1-mPFC. Além disso, o efeito da pré-ativação de PILO sobre a LTD é dependente da ativação de NMDARs, já que a aplicação de AP7 inibe a manutenção da LTD cortical. Portanto, em conjunto com os dados de LTP cortical, recentemente publicados pelo nosso laboratório, sugerimos que a atividade de receptores muscarínicos seja fundamental para modular a plasticidade sináptica de maneira bidirecional (LTP e LTD), dependendo dos padrões de disparos dos neurônios da região CA1 do hipocampo. Por ser uma das principais saídas de informação do hipocampo para o córtex, estudos sobre a modulação da plasticidade sináptica na via CA1-mPFC podem fornecer novos dados sobre os mecanismos envolvidos na consolidação de memórias de longo prazo, no papel do sono sobre a consolidação de memórias, e sobre alterações cognitivas em epilepsias, psicoses e comorbidades psiquiátricas.

The brain cholinergic system has a critical role in memory consolidation processes. Particularly, the medial prefrontal cortex (mPFC) shows an increase of acetylcholine (ACh) levels during and after memory tasks. Additionally, cholinergic muscarinic activation enhances long-term potentiation (LTP) and depression (LTD) in the hippocampus and cortex. We have recently demonstrated that muscarinic agonist pilocarpine (PILO) promotes an increase of the late-phase of LTP in the hippocampus-mPFC pathway associated with increases of rapid oscillations emergence in the hippocampus and cortex. Therefore, in the present work, we investigated the dynamic of cholinergic muscarinic modulation on LTD in the hippocampal-mPFC pathway and its glutamatergic neurotransmission dependence mediated by N-methyl-D-aspartate receptors (NMDAR). For this, urethane-anaesthetized rats under temperature body control (37±0,5ºC), were implanted with CA1 and mPFC microelectrodes for stimulation and recording of postsynaptic potentials (fPSP). After 30min of fPSP baseline recordings, LTD was induced by trains of electric pulses at low-frequency stimulation (LFS) and monitored for additional 240min. ln this protocol rats received either a microinjection of PILO (40nmol; 1µL, i.c.v.) or Veh (artificial cerebrospinal fluid, aCSF), immediately before or 20min after LFS. Beside this, in the order to assess the NMDAR role in the cortical LTD muscarinic modulation, a independent group of subjects received a selective NMDAR antagonist or vehicle (AP7; 20nmols; 0,4µL in NaCl 0,15M; intra-mPFC) 10min before PILO microinjection. Our results show that muscarinic pre-activation by PILO enhances the LTD in the CA1-mPFC pathway. However, PILO alone or applied 20min after LFS does not affect neither basal neurotransmission nor the late-phase of LTD in the CA1-mPFC. Also, the PILO preactivation effect on LTD is NMDAR-dependent, since the administration of AP7 inhibtis the cortical LTD maintenance. Thus, together with the data about muscarinic modulation of cortical LTP recently published by our laboratory, we suggest that muscarinic receptors activity is central to modulate the synaptic plasticity in a bidirectional way (LTP and LTD), depending of hippocampus CA1 firing rate. Because is one of the main information outflow from hippocampus to mPFC, studies about modulation of synaptic plasticity of CA1-mPFC pathway plasticity may provide new data about the mechanisms involved in the long-term consolidation of memories, the role of sleep on memory consolidation and about cognitive impairments in epilepsy, psychosis and psychiatry comorbidities.