Le rôle de la voie amygdalo-nigro-striée dans les processus attentionnels dans les apprentissages instrumentaux, classiques et temporels

Role of the amygdalo-nigro-striatal pathway in attentional processes in operant, pavlovian and temporal learning

• Auteur / Autrice : Mouna Es-Seddiqi
• Direction : Valérie Doyère, Nicole El Massioui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 07/04/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Sakina Mhaouty-Kodja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farid El Massioui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Droit-Volet, Alain Marchand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurosciences

Perception du temps

Mots clés libres

Apprentissage associatif

Voie amygdalo-nigro-striée

Processus attentionnel

Discrimination temporelle

Automatisation

Surprise ou erreur de prédiction

Amygdalo-nigro-striatal circuit

Attentional processes

Automatisation

Résumé

L’apprentissage associatif est un mécanisme d’une grande complexité, faisant appel à plusieurs processus à la fois. Le processus attentionnel est un des premiers à être mobilisé lors d’une association, il serait même impliqué pour extraire les paramètres temporels associés à un stimulus inconditionnel biologiquement signifiant avant même toute association effective (Balsam, Drew, and Yang, 2002). Certains travaux ont montré l’implication de certaines structures neurobiologiques à travers lesquelles les effets du processus attentionnel pourraient se mettre en place. Pour l’équipe de Holland PC, par exemple, les réponses d’orientation vers un stimulus conditionné (attention top-down)(Lee et al., 2005), impliquent le noyau central de l’amygdale ainsi que les projections dopaminergiques nigro-striées tandis qu’une présentation d’un nouveau stimulus de façon imprévue lors d’une association (attention bottom-up) mobilisera plutôt la substancia inominata qui serait modulé par le noyau central de l’amygdale (CeA) et le cortex pariétal (Holland and Gallagher, 2006). Parallèlement, le processus attentionnel dans une discrimination temporelle, dans lequel l’apprentissage associatif nécessite, outre des stimuli sensoriels discrets, des performances liées au jugement des durées. Dans ce dernier cas, le mécanisme du processus attentionnel mobilise d’autres modèles conceptuels qui gravitent principalement autour du modèle d’horloge interne et en particulier le modèle du striatal beat frequency pour l’explication neurobiologique (Matell and Meck, 2004).Dans le présent travail, nous avions pour ambition de comprendre le rôle de la voie Amygdalo-nigro-striée (ANS) dans la mise en place du processus attentionnel dans un apprentissage associatif orienté vers un stimulus sensoriel discret comme temporel chez le rat. Nous voulions également examiner le rôle de cette voie dans l’évolution du processus attentionnel après surentraînement ou automatisation. Pour la réalisation de cet objectif, nous avons comparé les effets des lésions croisées du CeA dans un hémisphère et la voie nigro-striée dans l’autre hémisphère (disconnection de la voie amygdalo-nigro-striée ; groupe Contra), avec des lésions du CeA et de la voie nigro-striée dans le même hémisphère (groupe Ipsi). Un troisième groupe a fait l’objet d’une lésion bilatérale du CeA seulement (groupe Amy) et un quatrième groupe n’est pas lésé. A travers nos trois groupes expérimentaux (Contra, Ipsi et Amy) et notre groupe contrôle (Sham), nous avons montré l’implication du CeA dans la modulation du processus attentionnel au moment d’un changement dans la situation expérimentale (surprise), aussi bien en présence d’un stimulus sensoriel discret appétitif que d’un stimulus temporel dans un contexte aversif. Nous avons également montré que la voie ANS est impliquée dans la mise en place de l’automatisation et que probablement il y a un effet différenciel entre la partie postérieure et antérieure du CeA. Nos travaux ont mis également en évidence l’implication de la voie nigro-striée dans la discrimination temporelle et de la voie ANS dans le traitement attentionnel dans des tâches de perception temporelle. Ce traitement est différent selon si le jugement concerne des durées courtes ou durées longues.

Associative learning is a highly complex mechanism, involving several processes at the same time. The attentional process is one of the first to be mobilized during an association; it would also be involved to extract the temporal parameters associated with an unconditional biologically meaningful stimulus even before any effective association (Balsam, Drew, and Yang 2002). Some studies have shown the involvement of certain neurobiological structures, which may underlie attentional processes. For the Holland PC team, for example, orientation responses to a conditioned stimulus (top-down attention) (Lee et al., 2005) involve the central nucleus and nigro-striatal dopaminergic projections, whereas presentation of a new stimulus during an association (bottom-up attention) would rather imply the substancia inominata which would be modulated by the central nucleus of amygdala (CeA) and the parietal cortex (Holland and Gallagher 2006). At the same time, in temporal discrimination in which associative learning requires, besides discrete sensory stimuli, performances related to the judgment of durations, the mechanism of the attentional process mobilizes other conceptual models that gravitate mainly around the internal clock model and, in particular, the striatal beat frequency model which propose also neurobiological explanations (Matell & Meck, 2004). In this work, we aimed at understanding the role of the Amygdalo-nigro-striatal (ANS) circuit in the development of the attentional process in associative learning oriented towards discrete and temporal sensory stimuli in the rat. We also aimed at examining the role of this circuit in the evolution of the attentional process after over-training permitting the development of habits. In order to achieve this objective, we compared performance of rats with cross-lesion by altering the CeA in one hemisphere and the nigro-striatal circuit in the other hemisphere (Amygdalo-nigro-striatal disconnection; Contra group) to rats with lesions in the same hemisphere (CeA and nigro-striatal circuit: group Ipsi). A third group was submitted to bilateral lesions of the CeA (Amy group). A control group had pseudo lesions (groupe Sham).Through our three experimental groups (Contra, Ipsi and Amy) and the control group (Sham), we have shown the involvement of the CeA in the modulation of the attentional process when a novelty was introduced in the experimental situation (surprise) both in the presence of an appetitive discrete sensory stimulus and of a temporal stimulus in an aversive context. We have also shown that the ANS circuit is involved in habit formation and that there is probably a differential effect between the posterior and anterior part of the CeA. Our work also highlighted the implication of the nigro-striatal circuit in temporal discrimination and of the ANS circuit in the attentional treatment in temporal perception tasks, this effect being different depending on whether the discrimination concerns short or long durations.