Le temps implicite dans la boucle cérébello-préfrontale : une nouvelle approche chez la souris

Implicit time in the cerebello-prefrontal network : a novel approach in mice

• Auteur / Autrice : Federica Lareno Faccini
• Direction : Philippe Isope
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Gasman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Krystal Parker, Romain Goutagny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Javier F. Medina, Valérie Doyère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux neuronaux (physiologie)

Cortex préfrontal

Modèles animaux

Perception du temps

Mots clés libres

Cervelet

Cortex préfrontal

Temps implicite

L'aire prélimbique

Perception du temps

Cerebellum

Prefrontal cortex

Implicit time

Prelimbic area

Time perception

Résumé

Un nombre croissant de publications montre une implication du cervelet dans la gestion des prédictions temporelles et des attentes des événements moteurs et cognitifs. D'autre part, le cortex préfrontal médian (mPFC) est largement considéré comme la zone où se fait l'intégration entre les modèles internes et la cognition. De plus, le mPFC est impliqué dans la plupart des modèles de perception du temps, ce qui en fait un candidat idéal pour gérer les comportements prédictifs. Les expériences de traçage et la tâche de chronométrage par intervalles ont mis en évidence une connexion entre ces deux zones. Nous avons donc développé un modèle pour étudier le rôle du cervelet dans le développement et la mise à jour des prédictions temporelles implicites dans le mPFC des souris. Nous avons enregistré l'activité extracellulaire dans le mPFC (en particulier dans l'aire prélimbique gauche, PrL) pendant que les souris, la tête fixée, effectuaient la tâche suivante, de période antérieure variable : deux indices sont présentés dans une séquence suivie d'une récompense délivrée à un moment fixe ou variable (choisi au hasard entre deux délais possibles). En même temps, nous photoactivons des cellules de Purkinje cérébelleuses de souris L7-Channelrhdopsin2 à des fréquences spécifiques, au-dessus du Crus I controlatéral. Le but de la stimulation optogénétique est d'interférer avec la décharge neuronale dans le mPFC. Nous confirmons l'effet de la période antérieure, déjà décrit dans la littérature, pour lequel les réponses sont plus rapides et plus précises lorsque l'intervalle entre un indice et un signal de départ/récompense (période antérieure) est constant. Il est intéressant de noter que nous rapportons un comportement différent de deux oscillations préfrontales importantes : delta (1,5-4Hz) et thêta (4-10Hz). Elles présentent un comportement de rampe uniquement lorsque la période antérieure est variable et fixe, respectivement. De plus, la photostimulation cérébelleuse n'affecte ces oscillations que si elles présentent un comportement de rampe. Ceci est probablement représentatif des différents substrats neuronaux recrutés par les deux conditions de période antérieure.

A growing body of literature is showing an involvement of the cerebellum in managing time predictions and expectations of motor and cognitive events. On the other hand the medial prefrontal cortex (mPFC) is widely considered the area where there is the integration between internal models and cognition. Moreover, mPFC is involved in most of the models for time perception, making it an ideal candidate for handling predictive behaviors. Both tracing experiments and interval timing task highlighted a connection between these two areas. We thus developed a model to investigate the role of the cerebellum in the creation and update of implicit temporal predictions in mPFC of mice. We recorded the extracellular activity in the mPFC (specifically left prelimbic area, PrL) while the head-restrained mice perform the following variable foreperiod task : two cues are presented in a sequence followed by a reward delivered at either a fixed or a variable time point (randomly chosen between two possible delays). At the same time, we photoactivate cerebellar Purkinje cells of L7-Channelrhdopsin2 mice at specific frequencies, above contralateral Crus I. The aim of the optogenetic stimulation is to interfere with neuronal discharge in the mPFC. We confirm the foreperiod effect, already described in the literature, for which responses are faster and more accurate when an interval between a cue and a go signal/reward (foreperiod) is constant. Interestingly we report different behavior of two important prefrontal oscillations: delta (1.5-4Hz) and theta (4-10Hz). They show ramping behavior only when the foreperiod is variable and fixed, respectively. Moreover, cerebellar photostimulation affects these oscillations only if they are ramping. This is probably representative of different neural substrates recruited by the two foreperiod conditions.