Circuits thalamocorticaux de la prise de décision

Thalamocortical networks of decision making

• Auteur / Autrice : Fabien Alcaraz
• Direction : Etienne Coutureau, Mathieu Wolff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Le Moine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Joseph Kremer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Cassel, Bruno Poucet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prise de décision

Thalamus

Cortex préfrontal

Mots clés libres

Prise de décision

Apprentissage associatif

Prédiction

Contrôle de l’action

Cortex préfrontal

Thalamus médiododorsal

Thalamus submédian

Boucle thalamocorticale

Anatomie

Pharmacogénétique

Rat

Decision-making

Associative learning

Prediction

Action control

Prefrontal cortex

Mediodorsal thalamus

Submedius thalamus

Thalamocortical loop

Anatomy

Chemogenetic

Rat

Résumé

La capacité des organismes à survivre dans un environnement changeant dépendlargement de leur aptitude à prendre des décisions adaptées. Cette fonction complexerésulte notamment de l’intégration de processus de prédiction et de contrôle de l’action,classiquement étudiés dans le corpus théorique et méthodologique des apprentissagesassociatifs. Les bases neurobiologiques de ces processus sont largement distribués au seinde circuits au sein desquels le cortex préfrontal et son afférence principale, le thalamusmédiodorsal (MD) jouent un rôle important. Dans ce contexte, le travail entrepris au coursde ce travail de thèse visait à déterminer le rôle fonctionnel des échanges entre ces deuxstructures dans le cadre de la prise de décision.Une première partie de ce travail a visé à confirmer le rôle spécifique du MD dans lesprocessus de prise de décision. Par l’utilisation d’un protocole expérimental nécessitantl’intégration des contingences instrumentales et Pavloviennes pour obtenir unerécompense, nous avons démontré que des rats porteurs d’une lésion du MD n’étaient pascapables d’adapter leur comportement en fonction des changements de valeur de larécompense, confirmant ainsi le rôle fondamental du MD dans la représentation du but.Surla base de ce résultat, nous avons ensuite entrepris une étude d’anatomie descriptive visantà caractériser finement l’architecture des projections thalamocorticales issues du MD. Cetteétude nous a permis de démontrer que de multiples voies thalamocorticales issues du MDtrouvent leur origine dans des populations neuronales thalamiques essentiellementségrégées mais également que la région orbitofrontale était innervée par une régionthalamique méconnue, le thalamus submédian. Pour éprouver les fonctions de cesdifférentes voies, nous avons d’abord mis en place une stratégie d’inactivation réversible depopulations neuronales sélectionnées sur la base de leurs projections spécifiques par uneméthode pharmacogénétique conditionnelle. L’utilisation de cette méthode nous a permisde révéler que la capacité de l’animal à se représenter la valeur ou la relation actionrécompensedépend de la direction des échanges entre le MD et le cortex préfrontalmédian. Par ailleurs, une approche lésionnelle comparée plus classique nous a permisd’identifier un rôle fonctionnel spécifique du thalamus submédian dans la mise à jour descontingences Pavloviennes.12Pris dans leur ensemble, ces résultats sont en accord avec l’idée que des bouclesthalamocorticales distinctes sont impliquées dans les processus de prédiction et de contrôlede l’action nécessaires à une prise de décision adaptée.

Survival of living organisms depends on the ability to make decision adapted to theircurrent needs and desires. Such an ability results from the integration of multiple basiccognitive processes such as events prediction and action control. These processes are bestinvestigated within the framework of associative learning. Past research has demonstratedthat these processes are supported by a widespread neuronal circuit, in which the prefrontalcortex and his major afferent structure, the mediodorsal thalamus (MD), play a central role.In this context, this thesis work aimed at investigating the functional role of the exchangesbetween these two structures in decision making.In a first part of this work, we assessed the role of the MD in prediction and control.We showed that MD lesioned rats are unable to adapt their behavior to a change in rewardvalue, in an experimental procedure asking the integration of instrumental and Pavloviancontingencies. This result confirmed the fundamental role of MD in goal representation. As asecond step, we performed an anatomical study in order to characterize the architecture ofthe thalamocortical pathways arising from the MD. We first showed that multiplethalamocortical pathways originate from segregated neuronal populations within the MD.We also discovered a poorly known thalamic structure innervating the orbitofrontal cortex,the submedius nuclei. In order to understand the functional role of these pathways, we useda conditional chemogenetic technique aimed at inactivating neuronal populations selectedon the basis of their projections. Using this technique, we showed that the animal’s abilitiesto represent either the value or the action-reward relationship depend on the directionalityof MD and prefrontal cortex exchanges. Finally, we identified a specific role for thesubmedius nuclei in updating Pavlovian contingencies, by using a more classical lesioningapproach.Taken together, these results support the idea that decision making involved severalthalamocortical loops, differentially supporting prediction and action control.