Local 5-HT signaling bi-directionally regulates the coincidence time window for associative learning

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作者
Jianzhi Zeng,Xuelin Li,Renzimo Zhang,Mingyue Lv,Yipan Wang,Ke Tan,Xiju Xia,Jinxia Wan,Miao Jing,Xiuning Zhang,Yu Li,Yang Yang,Liang Wang,Jun Chu,Yan Li,Yulong Li
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:111 (7): 1118-1135.e5 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2022.12.034
摘要

The coincidence between conditioned stimulus (CS) and unconditioned stimulus (US) is essential for associative learning; however, the mechanism regulating the duration of this temporal window remains unclear. Here, we found that serotonin (5-HT) bi-directionally regulates the coincidence time window of olfactory learning in Drosophila and affects synaptic plasticity of Kenyon cells (KCs) in the mushroom body (MB). Utilizing GPCR-activation-based (GRAB) neurotransmitter sensors, we found that KC-released acetylcholine (ACh) activates a serotonergic dorsal paired medial (DPM) neuron, which in turn provides inhibitory feedback to KCs. Physiological stimuli induce spatially heterogeneous 5-HT signals, which proportionally gate the intrinsic coincidence time windows of different MB compartments. Artificially reducing or increasing the DPM neuron-released 5-HT shortens or prolongs the coincidence window, respectively. In a sequential trace conditioning paradigm, this serotonergic neuromodulation helps to bridge the CS-US temporal gap. Altogether, we report a model circuitry for perceiving the temporal coincidence and determining the causal relationship between environmental events.

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