Implication du locus coeruleus dans la gestion de l’effort : études electrophysiologiques

Implication of the locus coeruleus in effort processing : electrophysiological studies

• Auteur / Autrice : Pauline Bornert
• Direction : Sébastien Bouret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/09/2021
• 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 : Philippe Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fadila Hadj-Bouziane, Sabrina Ravel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Coutureau, Mark Walton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Locus céruleus

Système de récompense cérébrale

Physiologie

Prise de décision -- Chez les animaux

Mots clés libres

Locus coeruleus

Effort

Noradrénaline

Décision

Macaque

Électrophysiologie

Locus coeruleus

Effort

Noradrenaline

Decision

Macaque

Electrophysiology

Résumé

De nombreuses décisions impliquent un compromis entre effort et récompense. Les manipulations de l’activité du locus coeruleus (LC) ont montré son rôle causal dans la gestion de l’effort. Les mesures indirectes de l’activité du LC reflètent l’effort physique et le contrôle cognitif mis en œuvre, et les neurones du LC encodent l’effort physique. De plus, les neurones du LC répondent aux erreurs d’engagement et les études de pupillométrie ou les modifications non spécifiques de l’activité du LC ont montré son rôle dans l’ajustement du comportement en fonction des conséquences des actions. Ici, l’activité de neurones du LC a été examinée dans 4 tâches. Les neurones s’activaient avec une dynamique compatible avec une réponse à l’achèvement des décisions, et codaient les coûts de l’effort liés au déclenchement et à l’exécution des actions. Nous avons confirmé que le moment de ces activations n’était compatible qu’avec des effets retardés sur la production d’effort. De plus, dans une tâche de choix force/récompense à deux options, les augmentations d’activité du LC étaient associées à une facilitation de la production d’effort au sein d’un même essai. Par ailleurs, les neurones du LC répondaient aux erreurs d’exécution et une activité augmentée au moment de l’exécution des actions était associée à une augmentation de la sensibilité aux coûts de l’effort dans l’essai suivant. Nous discutons les implications comportementales de ces effets, leur relation avec d’autres rôles du LC tels que la variabilité comportementale et l’adaptation aux changements de règles, et les potentielles afférences et efférences mises en jeu.

Many decisions involve trading effort for reward. Manipulations of locus coeruleus (LC) activity have demonstrated its causal implication in effort processing. Indirect measurements of LC activity reflect physical effort and cognitive control exertion and single unit recordings have provided evidence for physical effort encoding by LC neurons. Moreover, LC neurons respond to commitment errors and pupillometry studies and non-specific enhancements of LC activity showed its role in adjusting effort allocation based on action consequences. We hypothesized that LC neurons encode physical and mental effort costs, facilitate future effort production, and participate in adjustments of effort allocation strategies based on previous effort costs and action consequences. Here, the activity of LC units recorded in 4 tasks was examined. LC neurons activated with temporal dynamics coherent with responses to the termination of decisions, and consistently encoded the effort costs of triggering and executing actions. We confirmed that the timing of these modulations was only compatible with delayed effects on effort production. Moreover, in a two-alternative choice task, increased LC activity early in trials was associated to within-trial facilitation of effort production. Additionally, LC neurons responded to execution errors and increased LC activity around action execution was associated to increases in effort sensitivity in the next trial. We discuss the behavioral implications of such effects, their relation with other demonstrated roles of LC activity such as behavioral variability and set-shifting, and the potential inputs and targets responsible of them.