Modulation of memory persistence and brain connectivity by non-invasive electrostimulation

Abstract

Auricular transcutaneous vagus nerve stimulation (atVNS) is an evolving non-invasive neuromodulation technology, which is under investigation for therapeutic applications, including cognitive improvement. In this thesis, we studied the efficacy of an acute session of atVNS on modulating memory performance and brain activity. We explored atVNS potential in health and diseased conditions, using naïve mice and a mouse model for fragile X syndrome (FXS), a rare neurodevelopmental disorder featuring intellectual disability. Specifically, we observed a significant improvement in object-recognition memory persistence both in health and FXS conditions, supporting the pro-cognitive effects of this electromodulation approach. Furthermore, we investigated the central responses of atVNS at cellular and network levels, reporting a modification in the connectivity patterns due to electrostimulation in both genotypes, which may underlie the cognitive improvements recorded. Overall, we provided preclinical evidence of the effects of atVNS on memory persistence and brain functional connectivity, and extend our knowledge of the biological mechanisms underlying the therapeutic potential of non-invasive vagus nerve electrostimulation technique.

La estimulación auricular transcutánea del nervio vago (atVNS) es una tecnología de neuromodulación no invasiva en evolución, que está bajo investigación para aplicaciones terapéuticas, incluida la mejora cognitiva. En esta tesis, estudiamos la eficacia de una sesión aguda de atVNS sobre la modulación de los procesos de memoria y la actividad cerebral. Exploramos el potencial de atVNS en ratones control/silvestres, y en ratones modelo de discapacidad intelectual empleando un modelo de ratón para el síndrome del cromosoma X frágil (FXS), un trastorno del neurodesarrollo poco común. Específicamente, observamos una mejora significativa en la persistencia de la memoria de reconocimiento de objetos tanto en ratones control como en ratones FXS, lo que respalda los efectos procognitivos de este enfoque de electromodulación. Además, investigamos las respuestas centrales de atVNS a nivel celular y de red cerebral, observando una modificación en los patrones de conectividad debido a la electroestimulación en ambos tipos de ratones, que puede ser la base de las mejoras cognitivas registradas. En resumen, esta tesis proporciona evidencias preclínicas de los efectos de atVNS sobre la persistencia de la memoria y la conectividad funcional cerebral, ampliando el conocimiento de los mecanismos biológicos subyacentes al potencial terapéutico de la técnica de electroestimulación no invasiva del nervio vago.