Interactions entre circuits préfrontaux et neurones dopaminergiques dans la prise de décision chez la souris

Interactions between prefrontal circuits and dopaminergic neurons during decision making in mice

• Auteur / Autrice : Elise Bousseyrol
• Direction : Philippe Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 19/11/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasticité du cerveau (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Procyk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Dugué, Gabrielle Girardeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Robbe, Stéphanie Trouche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cortex préfrontal

Système de récompense cérébrale

Souris de laboratoire

Prise de décision -- Chez les animaux

Mots clés libres

Dopamine

Cortex préfrontal

Cortex orbitofrontal

Prise de décision

Comportements auto-générés

Exploration

Récompense

Électrophysiologie

Dopamine

Prefrontal cortex

Cortex orbitofrontal

Decision making

Self-generated behaviours

Exploration

Reward

Electrophysiology

Résumé

Les comportements de prise de décision dirigés vers une récompense reposent majoritairement sur la voie méso-cortico-limbique composée de l’Aire Tegmentale Ventrale (VTA), du Noyau Accumbens et des cortex préfrontaux (OFC et PFC), également appelée « circuit de la récompense ». Ce circuit a été impliqué dans i) la représentation des contingences de l’environnement, ii) l’encodage de valeur, iii) l’exécution de comportements dirigés vers un but, et iv) la mise en place de stratégies cognitives adaptatives. Ce système optimiserait les choix futurs vers la répétition d’actions associées aux options de plus haute valeur, ce que l’on définit comme l’exploitation. Cependant, les individus s’engagent fréquemment dans des actions qui ne mènent pas forcément à des récompenses ou qui semblent sous-optimales, en particulier lorsque l’environnement est incertain ou changeant. On parle alors d’exploration. Elle peut être dirigée vers une option informative ou dériver d’une stratégie de décision plus ou moins aléatoire.Au cours de ma thèse, j’ai travaillé avec une tâche dans laquelle les souris réalisent des séquences de choix binaires successifs afin d’obtenir des récompenses, et ce, de manière auto-générée. Nous avons identifié une séquence d’activités oscillatoires et de décharge des neurones dopaminergiques de la VTA, de l’OFC et du PFC qui co-encode et co-détermine le but, l’initiation et le rythme d’exécution de l’action ainsi que la stratégie de choix. Nous avons aussi montré que les souris sont capables d’accroitre stratégiquement la variabilité dans leurs séquences de choix en renforçant une stratégie aléatoire.

Reward-guided decision-making behaviour relies mostly on the meso-cortico-limbic pathway, composed of the Ventral Tegmental Area (VTA), the Nucleus Accumbens and prefrontal cortices (OFC and PFC), also called “reward circuit”. This circuit has been implicated in i) the encoding of value, ii) the representation of contingencies and the prediction of a stimulus’ or an action’s outcome, iii) the initiation and planification or goal-directed actions, iv) and the implementation of adaptive and flexible cognitive strategies to optimise choice behaviours. This system bias future choices towards the repetition of highest value options, a behavior defined as exploitation. However, individuals engage spontaneously and frequently, in actions and behaviours that do not necessarily lead to reward or that seem sub-optimal, especially in uncertain, complex or changing environments. This is called exploration. It is difficult to distinguish experimentally between the different motivational factors that lead to variability and exploration in choices, especially when actions are self-paced.During my thesis, I used a behavioural task in which mice self-determine the initiation, direction, vigor and pace of actions based on contingencies estimation in order to gather rewards in series of successive binary choices. Such goal-directed choices are not triggered by external cues. We identified a sequence of oscillations and firing in VTA DAergic neurons, OFC and PFC that co-encodes and co-determines both the goal, initiation and pace of actions as well as choices. We also found that mice progressively increased their choice variability and reinforced a pseudo-random selection strategy.