La mémoire épisodique ancienne chez le rat : caractéristiques, réseaux neuronaux et implication de la neurogenèse adulte olfactive et hippocampique

Remote episodic memory in rats : characteristics, brain networks and role of the adult neurogenesis

• Auteur / Autrice : Anne Auguste
• Direction : Nadine Ravel, Alexandra Veyrac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron ; Saint-Priest-en-Jarez ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Emiliano Macaluso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadine Ravel, Alexandra Veyrac, Aline Marighetto, Sophie Tronel, Olivier Nicole
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aline Marighetto, Sophie Tronel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rappel (psychologie)

Hippocampe (anatomie)

Développement neurologique

Mémoire épisodique

Mots clés libres

Mémoire épisodique ancienne

Profils individuels de recollection

Réseau hippocampo-préfrontal

Gènes immédiats précoces

Connectivité fonctionnelle

Neurogenèse adulte hippocampique

Neurogenèse adulte olfactive

SARRP

Remote episodic memory,,,,,,

Individual recollection profiles

Hippocampo-prefrontal networks

Immediate early genes

Graph theory

Hippocampal adult neurogenesis

Olfactory adult neurogenesis

SARRP

Résumé

La mémoire épisodique consiste en la formation d’une représentation d’un évènement vécu sur ce qu’il s’est passé (« Quoi »), à quel endroit (« Où ») et dans quel contexte («Quand/Dans quel contexte»). Cette mémoire riche en informations multisensorielles, se forme sans entrainement en permettant de singulariser des épisodes parfois proches et de s’en rappeler à très long terme. Ces caractéristiques essentielles n’ont jamais été modélisées simultanément chez l’animal, ce qui limite la recherche des mécanismes sous-tendant la formation et le rappel de ces souvenirs anciens si particuliers. Parmi les mécanismes de plasticité liés à l’apprentissage et à la mémoire, la neurogenèse adulte dans le bulbe olfactif (BO) et le gyrus denté (GD) de l’hippocampe a un rôle majeur dans différentes étapes de la consolidation. Cependant, son implication dans ces régions relativement différentes n’a jamais été comparée pour une mémoire incidente, complexe et ancienne comme la mémoire épisodique. Premièrement, nous avons caractérisé la mémoire épisodique ancienne chez le rat grâce à un paradigme récemment développé dans l’équipe. Les rats sont exposés à deux épisodes de vie durant lesquels ils forment une mémoire épisodique associant des informations olfactives, spatiales et contextuelles. Malgré une sensibilité aux interférences lors du rappel, cette mémoire est robuste car la majorité des rats se souviennent des épisodes à très long terme. Mais comme chez l’Homme, le contenu du souvenir varie en fonction des individus. Ces différents profils de mémoire étant stables et reproductibles, nous avons cherché leur origine. Un travail de modélisation croisant des variables de l’encodage des épisodes et du rappel montre l’importance de la valeur négative liée à l’information olfactive, et ce dès le premier épisode. Deuxièmement, nous avons déterminé les réseaux cérébraux associés au rappel du souvenir épisodique ancien en fonction de son contenu. Une analyse en imagerie de c-Fos et Zif268 dans 23 régions cérébrales de rats ayant différents profils mnésiques, montre que le rappel épisodique global recrute un réseau cortical large (préfrontal et rétrosplénial), l’hippocampe dorsal et l’habenula. La différence entre le réseau de la recollection épisodique complète versus incomplète semble être basée sur l’activation de régions impliquées dans le traitement émotionnel des informations (cortex orbitofrontal médian, CA1 ventral et amygdale basolatérale), dont le recrutement est directement corrélé au niveau de performances de recollection. Une analyse de connectivité fonctionnelle de graphes montre des réseaux de communication complètement différents selon si le souvenir est complet ou non, et selon si l’on considère les réseaux activés lors du rappel reflétant l’état du souvenir (c-Fos) versus les réseaux induisant de la plasticité synaptique qui reflèteraient plus le devenir du souvenir post-rappel (Zif268). Troisièmement, nous avons déterminé le rôle de la neurogenèse adulte dans le BO versus le GD dans la formation et le rappel d’une mémoire épisodique ancienne. Nous montrons en imagerie cellulaire, que seuls les nouveaux neurones du GD dorsal sont sélectionnés au moment de l’encodage pour survivre à long terme, alors que seuls les nouveaux neurones du BO sont activés lors du rappel épisodique ancien. Grâce à un nouveau modèle de blocage de la neurogenèse adulte développé avec un système SARRP (Small Animal Radiation Research Platform), nous montrons une altération sévère de la recollection épisodique chez l’ensemble des rats irradiés, avec des déficits qui semblent plus importants chez les rats irradiés BO pour qui la précision globale du souvenir est altérée. Mon travail de thèse fournit des éléments nouveaux sur le devenir des souvenirs épisodiques anciens chez le rat, l’organisation et la coopération des réseaux cérébraux qui sous-tendent le rappel mnésique et sur la contribution des nouveaux neurones adultes dans l’engramme de cette mémoire

Episodic memory reflects the ability to recollect information of a personal event about “what” happened, “where” and “when or in which context”. This memory, complex in terms of multisensory information, makes possible to singularize closed episodes, emerges without training and is long-lasting in time. These essential characteristics have never been used simultaneously in animal models, limiting the understanding of mechanisms that underlie the formation and recall of these particular remote memories. Among mechanisms of plasticity related to learning and memory, adult neurogenesis in the olfactory bulb (OB) and dentate gyrus (DG) of the hippocampus has a critical role in different consolidation processes. However, its role in these different brain regions has never been compared for incidental, complex and remote memory, such as episodic memory. First, we have characterized remote episodic memory in rats using a paradigm recently developed by our team. Rats are exposed to two life episodes during which they form an episodic memory association of olfactory, spatial and contextual information. Despite a high sensibility to interference during recall, this memory is robust since most rats remember episodes over a long period of time, but as in humans, content of the memory varies according to individual. As different memory profiles are stable and reproducible, we sought their origin. A computational model correlating data of episode encoding with data of recall shows the critical importance from the first episode of the negative value related to olfactory information. Then, we have determined brain networks which are associated with recall of remote episodic memory according to its content. Using cellular imaging analysis of c-Fos and Zif268 in 23 brain regions of rats with different memory profiles, we show that episodic memory recall recruits a large cortical network (prefrontal and retrosplenial), the entire dorsal hippocampus and habenula. The major difference between the complete versus incomplete episodic recollection network seems to be based on the activation of regions involved in emotional information processing (medial orbitofrontal cortex, ventral CA1 and basolateral amygdala), whose recruitment is directly correlated with the accuracy of the integrated recollection performance. Using graph theory, we show different brain communication networks depending on whether the memory is complete or not, and depending on brain networks activated during recall reflecting the state of the memory (c-Fos) versus networks inducing synaptic plasticity that would reflect post-recall fate of memory (Zif268). Finally, we determined the role of adult neurogenesis in OB versus DG in the formation and recall of remote episodic memory. Using cellular imaging analysis, we show that only DG newborn neurons are selected during episode encoding for long-term survival, whereas only OB newborn neurons are recruited during recall of remote memory. Using a new model of adult neurogenesis suppression with Small Animal Radiation Research Platform (SARRP) system, we show a severe alteration of episodic recollection in all irradiated rats, with greater deficits for OB irradiated rats for which the overall accuracy of recollection is impaired. My thesis work provides new elements on the fate of remote episodic memories in rats, on the organization and cooperation of the brain networks underlying memory recall and on the contribution of newly generated neurons within the engram of this memory