Az acetilkolin (Ach) felszabadításával a bazális előagyi kolinerg neuronok és azok széles körű kivetülései az agykérgi köpenybe kulcsszerepet játszanak a kognitív funkciók, például az érzékszervi feldolgozás, a figyelem, az arousal és a megerősítés elvárásának szabályozásában. Ezekben a neuronokban számos, az életkorral összefüggő változást figyeltek meg, például a dendritek, axonok és szinapszisok degenerációját; mindazonáltal a tanulás során fellépő kolinerg aktivitás és az életkorral összefüggő neurodegeneráció közötti kapcsolat még mindig nem teljesen világos.

Ennek megoldására kombináltuk a fluoreszcens in vivo felvételi technikákat és az optogenetikai manipulációkat fejhez rögzített egerekben egy hallásvezérelt Pavlovi kondicionálási feladat során. Szálas fotometria segítségével ACh felszabadulást mértünk az amygdala bazolaterális magjában (BLA) egy újonnan kifejlesztett ACh szenzor segítségével. Másik megközelítésként optogenetikusan gátoltuk a Broca-féle horizontális diagonális sáv (HDB) kolinerg neuronjait a kondicionált ingerek (CS) bemutatása során.

Eredményeink arra utalnak, hogy a kolinerg sejtek a jutalmat előrejelző CS-re és a kondicionálatlan ingerekre az aktivitás és az ACh felszabadulás növekedésével reagálnak. Úgy tűnik, hogy az acetilkolin felszabadulás a BLA-ban csak a jutalmat előrejelző, de nem a büntetést előrejelző szenzoros ingerek során történik. Öreg egerekben a BLA ACh-szintje nem mutatott választ a CS-re.

Az optogenetikai manipulációs kísérletekben azt találtuk, hogy azok az állatok, amelyek a HDB-jükbe gátló vírust kaptak, nehezen tanulták meg a feladatot a kontroll vírust kapó állatokhoz képest. Eredményeink szerint a bazális előagyi neuronokból történő ACh felszabadulásra van szükség a CS-US asszociáció elsajátítása során a Pavlovi kondicionálás során.

1. (A,B) ábra Ach4.3 szenzor fotometriai aktivitása egy fiatal állatnál. Amikor a BLA a hangjelzéshez igazodott, a BLA a jutalom-előrejelző jelzőhöz (A) kapcsolódó ACh-áramláson megnövekedett értéket mutatott, de a büntetéshez nem (B).

(C,D) Ach4.3 szenzoros fotometriai aktivitás egy idős állatnál. Az Ach BLA szintek a hallási jelszóhoz igazítva nem mutattak választ sem a jutalom-előrejelző jelszóra (C), sem a büntetésre (D). A büntetés érkezése esetén valamivel élesebb reakciót láthatunk, mint a jutalom érkezésekor.

2. (A) ábra Fiatal ArchT-gátolt állat (felfelé) és fiatal kontroll állat (lefelé) tanulási görbéi. A sárga-barna árnyalatok a különböző tanulási szakaszokat ábrázolják. A zöld vonal a jutalmat előrejelző jelzésekre adott nyalásokat tükrözi az összes lehetséges jutalmat előrejelző jelzési kísérlet közül. Pirossal ugyanez, de a büntetést jelző jelzőre vonatkozóan. A gátolt állatok alacsonyabb nyalási arányt és diszkriminációt mutattak. (B) A kontroll állatok (piros) és az ArchT állatok (kék) anticipációs nyalási aránya. A kontroll állatok szignifikánsan magasabb szintű anticipációs nyalási rátát mutattak.