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Synaptic changes play a major role in memory processes. Modulation of synaptic responses by brain states remains, however, poorly understood in hippocampal networks, even in basal conditions. We recorded evoked synaptic responses at five hippocampal pathways in freely moving male rats. We showed that, at the perforant path to dentate gyrus (PP-DG) synapse, responses increase during wakefulness compared with sleep. At the Schaffer collaterals to CA1 (SC-CA1) synapse, responses increase during non-REM sleep (NREM) compared with the other states. During REM sleep (REM), responses decreased at the PP-DG and SC-CA1 synapses compared with NREM, while they increased at the fornix to nucleus accumbens synapse (Fx-NAc) during REM compared with the other states. In contrast, responses at the fornix to medial PFC synapse (Fx-PFC) and at the fornix to amygdala synapse (Fx-Amy) were weakly modulated by vigilance states. Extended sleep periods led to synaptic changes at PP-DG and Fx-Amy synapses but not at the other synapses. Synaptic responses were also linked to local oscillations and were highly correlated between Fx-PFC and Fx-NAc but not between Fx-Amy and these synapses. These results reveal synapse-specific modulations that may contribute to memory consolidation during the sleep–wake cycle.SIGNIFICANCE STATEMENTSurprisingly, the cortical network dynamics remains poorly known at the synaptic level. We tested the hypothesis that brain states would modulate synaptic changes in the same way at different cortical connections. To tackle this issue, we implemented an approach to explore the synaptic behavior of five connections upstream and downstream the rat hippocampus. Our study reveals that synaptic responses are modulated in a highly synapse-specific manner by wakefulness and sleep states as well as by local oscillations at these connections. Moreover, we found rapid synaptic changes during wake and sleep transitions as well as synaptic down and upregulations after extended periods of sleep. These synaptic changes are likely related to the mechanisms of sleep-dependent memory consolidation.

Long-term storage of information into memory is supposed to rely on long-term synaptic plasticity processes. Detection of such synaptic changes after training in long-term or reference memory (RM) tasks has yet been scarce, variable and only studied on a short time scale. On the other hand, short-term or working memory (WM) is largely known to depend on persistent neuronal activity or short-term plasticity processes. However, processing information into WM could also involve long-term synaptic changes that could be responsible for the erasure/forgetting of items previously stored in WM playing the role of proactive interference. In order to study long-term synaptic changes associated with RM or WM, we trained chronically implanted rats in three different radial maze tasks: a classical RM task and two WM tasks involving different levels of proactive interference. Synaptic responses at the perforant path to dentate gyrus synapse were recorded on a long-time scale (24h) in freely-moving rats after training in one of these three tasks. We found that consolidation of long-term information leads to a delayed synaptic potentiation, occurring 9 hours after RM training and predicting good behavioral performance on the following day. In contrast, optimal information processing into WM triggers a synaptic depression immediately observed after training and lasting 3 hours, that could act as a mechanism for interference erasure/forgetting.

International audience

De toutes les fonctions possibles qui ont pu etre attribuees au sommeil, son influence sur la memoire est certainement l’une des plus etudiee. Un certain nombre de travaux suggere ainsi que le sommeil pourrait faciliter la consolidation d’information en memoire, alors que d’autres suggerent qu’il participerait a l’oubli d’informations. En effet, l’oubli n’a pas toujours les fonctions deleteres qu’on lui donne generalement. Il pourrait avoir un role adaptatif en permettant la mise a l’ecart d’informations peu importantes encodees tout au long d’une journee. Le sommeil favoriserait donc la memoire en permettant l’effacement selectif des traces mnesiques inutiles pour laisser place aux informations les plus pertinentes. Des travaux de notre equipe ont montre que l’oubli d’informations requiert la diminution a long terme (LTD) de l’efficacite synaptique. Les frequences necessaires pour induire artificiellement la LTD etant proches de celle observees pendant le sommeil a onde lente, l’oubli d’informations non pertinentes pourrait donc avoir lieu pendant le sommeil lent ; le renforcement des informations plus essentielles au sujet ayant lieu pendant l’autre phase du sommeil, le sommeil paradoxal. Nous avons teste cette hypothese en etudiant le sommeil de rats prealablement entraines dans des tâches mettant en jeux soit (1) la memoire de reference qui necessite le stockage a long terme d’une information invariante, soit (2) la memoire de travail (MT) a haut niveau d’interferences, qui requiert la memorisation a court terme d’une information variable mais aussi l’oubli l’information prealablement stockees, soit (3) la MT avec un faible niveau d’interference pendant laquelle l’oubli n’est pas necessaire. Nous avons aussi teste l’effet de privations de sommeil total (ou paradoxal) sur les performances de rats entraines dans ces tâches. Si ces etudes montrent effectivement un role du sommeil paradoxal dans la consolidation et un role du sommeil lent dans l’oubli, il semble que les phenomenes oscillatoires courts au sein de ces episodes (ripples, spindles et theta rapide) aient des roles beaucoup plus contrastes. Informations complementaires Travail finance par la Regions Rhone Alpes (ARC-2 bien-etre et vieillissement).

Contribution publiée in Penser une démocratie alimentaire Volume II – Proposition Lascaux entre ressources naturelles et besoins fondamentaux, F. Collart Dutilleul et T. Bréger (dir), Inida, San José, 2014, pp. 87-111.; International audience; L’anthropocène triomphant actuel, avec ses forçages environnementaux et sociaux, est à l’origine de l’accélération des dégradations des milieux de vie sur Terre et de l’accentuation des tensions sociales et géopolitiques. Passer à un anthropocène de gestion équitable, informé et sobre vis-à-vis de toutes les ressources et dans tous les secteurs d’activité (slow anthropocene), impose une analyse préalable sur l’ensemble des activités et des rapports humains. Cette transition dite « écologique », mais en réalité à la fois sociétale et écologique, est tout sauf un ajustement technique de secteurs dits prioritaires et technocratiques. Elle est avant tout culturelle, politique et philosophique au sens propre du terme. Elle est un horizon pour des trajectoires de développement humain, pour des constructions sociales et économiques, censées redéfinir socialement richesse, bien-être, travail etc. La dénomination « transition écologique » est largement véhiculée, mais ses bases conceptuelles ne sont pas entièrement acquises ni même élaborées. Dans ce contexte, les étudiants en première année de Master BioSciences à l’Ecole Normale Supérieure (ENS) de Lyon ont préparé une première étude analytique de ce changement radical et global de société pour mieux comprendre dans quelle société ils souhaitent vivre, en donnant du sens aux activités humaines présentes et à venir. Une trentaine de dossiers sur divers secteurs d’activités et acteurs de la société ont été produits et ont servis de support à cette synthèse. Plus largement, le but est de construire un socle conceptuel et une plate-forme de travail sur lesquels les questions de fond, mais aussi opérationnelles, peuvent être posées et étudiées en permanence. Cette démarche participative est ouverte à la collectivité sur le site http://institutmichelserres.ens-lyon.fr/.