Thèse soutenue

Réactivations hippocampiques après une expérience aversive ou positif : approches classiques et d'apprentissage profond
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Auteur / Autrice : Dmitri Bryzgalov
Direction : Karim Benchenane
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Neurosciences
Date : Soutenance le 24/09/2021
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasticité du cerveau (Paris ; 2014-....) - Laboratoire Plasticité du Cerveau Brain Plasticity (UMR 8249) / PdC
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Daniela Popa
Examinateurs / Examinatrices : Karim Benchenane, Daniela Popa, Adrien Peyrache, Stéphanie Trouche, Caswell BARRY, Lisa Roux
Rapporteurs / Rapporteuses : Adrien Peyrache, Stéphanie Trouche

Résumé

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Chez les animaux, les souvenirs dépendant de l'hippocampe sont souvent étudiés dans le paradigme de la navigation spatiale.Les cellules de lieu sont des neurones de l'hippocampe qui présentent une excitation spécifique à un lieu. Dans les états de calme, tels que le sommeil et l'éveil à faible vitesse, les cellules de lieu rétablissent les patterns comportementaux observés pendant l'exploration active - un phénomène appelé "réactivations". Il existe de nombreuses preuves que les réactivations hippocampiques sont le corrélat neuronal de la consolidation de la mémoire spatiale. Cependant, on ne sait toujours pas si l'hippocampe code pour des informations purement spatiales ou s'il code également pour des paramètres non spatiaux tels que la valence émotionnelle.Il est connu dans la littérature que les lieux de récompense sont plus souvent réactivés dans le sommeil après un comportement actif que les autres. Deux hypothèses concurrentes pourraient expliquer ce fait. Selon l'une d'elles, les lieux associés à certaines valeurs motivationnelles et émotionnelles sont davantage réactivés. L'autre hypothèse postule que l'augmentation du taux de réactivation de l'environnement récompensé est simplement due à l'augmentation du temps passé dans l'emplacement de la récompense.Pour répondre à cette question, nous avons réalisé deux expériences parallèles utilisant l'apprentissage par l'aversion et la récompense. Dans l'une d'elles, nous avons utilisé une stimulation intracrânienne aversive de la matière grise périaqueducale pour créer une association spatiale aversive, et dans la seconde, nous avons utilisé une stimulation récompensante du faisceau médian du cerveau antérieur pour créer une association spatiale appétitif.D'un point de vue comportemental, les emplacements émotionnellement importants présentaient une différence massive en termes d'occupation après l'apprentissage. Cependant, dans le sommeil suivant les sessions d'apprentissage, nous avons trouvé des réactivations à la fois pour les associations aversives et pour les associations gratifiantes, ce qui confirme l'hypothèse selon laquelle les variables motivationnelles et émotionnelles de la tâche affectent le codage hippocampique. Nous avons démontré que les patterns neuronaux actifs pendant l'apprentissage aversif sont réactivés pendant le sommeil suivant la tâche plus fortement que l'activité enregistrée pendant l'exploration libre. Étant donné que les cartes cognitives dans notre tâche étaient principalement stables, nous avons conclu que l'activité hippocampique pendant la tâche et dans les réactivations enregistrées après la tâche ne code pas pour des informations spatiales pures mais aussi pour la saillance motivationnelle associée à l'espace. À l'appui de cette affirmation, nous avons constaté que la force des réactivations pendant le sommeil était en corrélation avec l'ampleur du comportement d'évitement. En outre, nous avons montré qu'après l'apprentissage de l'aversion, malgré une diminution significative du temps passé dans la zone d'aversion, les réactivations consistaient principalement en des représentations de la zone aversive et des emplacements adjacents, reflétant probablement un comportement d'évitement.En outre, nous avons tenté d'inverser l'association spatiale aversive en utilisant une stimulation intracrânienne gratifiante dans le sommeil qui suit l'apprentissage aversif. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une interface cerveau-ordinateur qui repose sur l'empilement de réseaux de neurones artificiels convolutifs et récurrents. En d'autres termes, nous avons conçu le décodeur de position, qui sera capable de décoder quelle position est réactivée à partir de l'activité hippocampique en ligne. Ce décodeur ne nécessite pas de tri des pointes comme la plupart des méthodes de décodage publiées et, plus important encore, il possède une mesure de confiance qui permet à l'utilisateur de filtrer les fausses positions décodées.