Stratégies d'adaptation de la souris face à un environnement volatil

Adaptative strategies of the mouse in a volatile environment

• Auteur / Autrice : Marine Euvrard
• Direction : Eric Burguière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/06/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Mehdi Khamassi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Granon, Jérémie Naudé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Procyk, Shauna Parkes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Neuromodulation

Cortex cérébral

Animaux -- Adaptation

Mots clés libres

Environnement volatil

Comportements adaptatifs

Méta-apprentissage par renforcement

Heuristique d'exploration basée sur l'action

Cortex cingulaire antérieur

Chambre opérante automatisée open-source à haut rendement d’acquisition de données

Volatile environment

Adaptive behaviours

Meta-reinforcement learning

Résumé

Les animaux évoluent dans un environnement en perpétuel changement. L’enjeu de ce travail de thèse a été de comprendre comment les animaux sont capables de s’adapter à des changements abrupts. L’ensemble de ces travaux a été mené au laboratoire chez la souris grâce à un nouveau paradigme expérimental, la tâche de switch. Cette tâche nécessitant des temps expérimentaux longs et l’acquisition d’une grande quantité de données, le développement d’un système expérimental comportemental innovant était essentiel. Une nouvelle chambre opérante automatisée permettant d’implémenter des paradigmes complexes, longs, et de collecter des milliers de données par sujet tout en respectant la physiologie et le bien-être animal a été conçue et validée. Grâce à un tel dispositif, dix-sept souris ont pu réaliser la tâche de switch. Les résultats montrent que les souris sont capables d’apprendre la tâche, de détecter les changements successifs de règles et de s’y adapter grâce à une stratégie de méta-apprentissage par renforcement associée à une heuristique d'exploration basée sur l'action. Par ailleurs, grâce à une technique de neuromodulation expérimentale pharmacologique, il a été possible d’inhiber le cingulaire antérieur de quatre souris dans la tâche de switch à la suite des changements de règles. Les résultats préliminaires sembleraient indiquer une potentielle implication de cette région dans la stratégie comportementale mise en jeu et le processus de méta-apprentissage par renforcement à la suite du changement des règles. Ce travail offre de nouvelles perspectives quant à la compréhension des mécanismes d’adaptation des êtres vivants face à un environnement volatil.

Animals evolve in a constantly changing environment. The challenge of this thesis was to understand how animals are able to adapt to abrupt changes. This work was carried out in the laboratory with mice using a new experimental paradigm, the switch task. Since this task requires long experimental times and the acquisition of a large amount of data, the development of an innovative experimental behavioural system was essential. A new automated operant chamber allowing the implementation of complex, time-consuming paradigms and the collection of thousands of data per subject while respecting animal physiology and welfare was designed and validated. Using such a device, seventeen mice were able to perform the switch task. The results show that the mice are able to learn the task, to detect successive rule changes and to adapt to them thanks to a meta-reinforcement learning strategy associated with an action-based exploration heuristic. Furthermore, using a pharmacological experimental neuromodulation technique, it was possible to inhibit the anterior cingulate cortex of four mice in the switch task following rule changes. Preliminary results suggest a potential involvement of this region in the behavioural strategy and meta-reinforcement learning process following the rule change. This thesis offers new perspectives on the understanding of the adaptation mechanisms of animals to a volatile environment.