BACKGROUND The mediodorsal thalamus plays a critical role in cognition through its extensive innervation of the medial prefrontal cortex (mPFC), but how the two structures cooperate at the single-cell level to generate associated cognitive functions and other mPFC-dependent behaviors remains elusive. Maintaining the proper balance between excitation and inhibition (E/I balance) is of principal importance for organizing cortical activity. Furthermore, the PFC E/I balance has been implicated in successful execution of multiple PFC-dependent behaviors in both animal research and the context of human psychiatric disorders. METHODS Here, we used a pharmacogenetic strategy to decrease mediodorsal thalamic activity in adult male rats and evaluated the consequences for E/I balance in PFC pyramidal neurons as well as cognition, social interaction, and anxiety. RESULTS We found that dampening mediodorsal thalamic activity caused significant reductions in gamma-aminobutyric acidergic signaling and increased E/I balance in the mPFC and was concomitant with abnormalities in these behaviors. Furthermore, by selectively activating parvalbumin interneurons in the mPFC with a novel pharmacogenetic approach, we restored gamma-aminobutyric acidergic signaling and E/I balance as well as ameliorated all behavioral impairments. CONCLUSIONS These findings underscore the importance of thalamocortical activation of mPFC gamma-aminobutyric acidergic interneurons in a broad range of mPFC-dependent behaviors. Furthermore, they highlight this circuitry as a platform for therapeutic investigation in psychiatric diseases that involve impairments in PFC-dependent behaviors.

中文翻译：

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丘脑通过调节内侧前额叶皮层的 GABA 信号和 E/I 平衡来控制认知和社会行为

背景内侧丘脑通过其对内侧前额叶皮层 (mPFC) 的广泛神经支配在认知中发挥着关键作用，但是这两种结构如何在单细胞水平上合作以产生相关的认知功能和其他 mPFC 依赖行为仍然难以捉摸。保持兴奋和抑制之间的适当平衡（E/I 平衡）对于组织皮层活动至关重要。此外，在动物研究和人类精神疾病的背景下，PFC E/I 平衡与多种 PFC 依赖行为的成功执行有关。方法在这里，我们使用药物遗传学策略来降低成年雄性大鼠的中背丘脑活动，并评估 PFC 锥体神经元的 E/I 平衡以及认知、社会互动、和焦虑。结果我们发现，抑制中背丘脑活动会导致 γ-氨基丁酸能信号显着减少，并增加 mPFC 中的 E/I 平衡，并且伴随着这些行为的异常。此外，通过使用新的药物遗传学方法选择性激活 mPFC 中的小清蛋白中间神经元，我们恢复了 γ-氨基丁酸能信号和 E/I 平衡，并改善了所有行为障碍。结论 这些发现强调了 mPFC γ-氨基丁酸能中间神经元的丘脑皮质激活在广泛的 mPFC 依赖性行为中的重要性。此外，他们强调该电路是对涉及 PFC 依赖行为障碍的精神疾病进行治疗研究的平台。结果我们发现，抑制中背丘脑活动会导致 γ-氨基丁酸能信号显着减少，并增加 mPFC 中的 E/I 平衡，并且伴随着这些行为的异常。此外，通过使用新的药物遗传学方法选择性激活 mPFC 中的小清蛋白中间神经元，我们恢复了 γ-氨基丁酸能信号和 E/I 平衡，并改善了所有行为障碍。结论 这些发现强调了 mPFC γ-氨基丁酸能中间神经元的丘脑皮质激活在广泛的 mPFC 依赖性行为中的重要性。此外，他们强调该电路是对涉及 PFC 依赖行为障碍的精神疾病进行治疗研究的平台。结果 我们发现，抑制中背丘脑活动会导致 γ-氨基丁酸能信号显着减少，并增加 mPFC 中的 E/I 平衡，并且伴随着这些行为的异常。此外，通过使用新的药物遗传学方法选择性激活 mPFC 中的小清蛋白中间神经元，我们恢复了 γ-氨基丁酸能信号和 E/I 平衡，并改善了所有行为障碍。结论 这些发现强调了 mPFC γ-氨基丁酸能中间神经元的丘脑皮质激活在广泛的 mPFC 依赖性行为中的重要性。此外，他们强调该电路是对涉及 PFC 依赖行为障碍的精神疾病进行治疗研究的平台。