Impact de l'ocytocine dans le cortex piriforme antérieur et lien avec la respiration

Impact of oxytocin in the anterior piriform cortex and link with respiration

• Auteur / Autrice : Camille Miermon
• Direction : Lisa Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 07/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Oliet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Martin, Alexandre Charlet, Anne-Marie Mouly, Guillaume Ferreira, Françoise Muscatelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Martin, Alexandre Charlet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mémoire

Respiration

Relations humaines

Ocytocine

Odorat

Mots clés libres

Olfaction

Ocytocine

Respiration

Sociabilité

Mémoire

Olfaction

Oxytocin

Respiration

Sociability

Memory

Résumé

La respiration est un processus hautement dynamique qui varie en fréquence et en amplitude. Ces variations sont liées à l’état émotionnel et cognitif de l’animal mais aussi au recrutement de son système olfactif pour la détection de molécules odorantes, comme c’est le cas lors d’interactions sociales entre individus. De plus, un nombre croissant de données montre que la respiration influence les rythmes neuronaux dans certaines régions du cerveau. Dans ce contexte, disposer d’un outil précis et fiable de l’activité respiratoire chez l’animal libre de ses mouvements qui soit également compatible avec des enregistrements neuronaux semble plus que jamais pertinent. Nous avons mis au point une technique d’enregistrement de la pression nasale chez la souris libre de ses mouvements et avons caractérisé ce signal en fonction de l’état de vigilance de l’animal (éveil – sommeil lent – sommeil paradoxal). Nos recherches montrent que chaque état est associé à une combinaison spécifique de paramètres caractérisant son signal respiratoire. De plus, la précision de cette technique nous a permis de mettre en évidence la présence de pauses dans ce signal (c’est-à-dire des absences transitoires de flux d’air). Ces pauses ne sont pas anodines puisque ce sont elles qui dictent la fréquence de la respiration, les autres composantes du cycle respiratoire (inhalation et exhalation) formant des unités de durée relativement fixe. Enfin, sur la base de ce signal, nous avons construit un réseau de neurones artificiels à partir de données annotées, capable de prédire l’état de vigilance d’autres souris à partir d’enregistrements de leur pression nasale.Dans une deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle de l’ocytocine dans le cortex piriforme au cours des comportements sociaux. En effet, l’ocytocine a été amplement décrite comme un neuropeptide pro-social qui favorise les interactions et la mémoire sociale. Chez le rongeur, l’olfaction est la modalité sensorielle principale, dont le cortex olfactif piriforme représente un substrat neuronal majeur. Le piriforme présente une anatomie semblable à celle de l’hippocampe et est impliqué dans les processus de mémoire olfactive. Parce que le cortex piriforme exprime une forte densité des récepteurs à l’ocytocine et parce qu’il reçoit des afférences ocytocinergiques, nous avons testé l’hypothèse que l’ocytocine dans le cortex piriforme module la sociabilité et surtout la mémoire sociale. Avec une approche pharmacologique ciblée sur ce cortex, nous avons montré que l’ocytocine induit des effets subtils mais étonnants. En effet, le blocage de son récepteur entraine une augmentation sélective de certains types d’interactions sociales et semble augmenter l’attraction envers des stimuli sociaux olfactifs. Cependant aucun effet n’a été observé dans nos conditions sur la mémoire sociale.Enfin, dans une troisième partie nous avons commencé à disséquer les mécanismes d’action de l’ocytocine sur la physiologie du cortex piriforme. Nous montrons que l’agoniste des récepteurs à l’ocytocine entraine une diminution de la burstiness d’un sous-type de neurones excitateurs à la fois in vitro et in vivo. Nous montrons par ailleurs que l’ocytocine diminue l’entrainement des neurones du cortex piriforme par la respiration.

Breathing is a highly dynamic process that varies in frequency and amplitude. These variations are related to the emotional and cognitive state of the animal but also to the recruitment of its olfactory system for the detection of odorant molecules, as it is the case during social interactions between individuals. In addition, a growing body of evidence shows that breathing influences neuronal rhythms in certain brain regions. In this context, having an accurate and reliable tool of respiratory activity in freely moving animals that is also compatible with neuronal recordings seems more relevant than ever. We have developed a technique to record nasal pressure in freely moving mice and have characterized this signal according to the state of alertness of the animal (awake – non-REM sleep - REM sleep). Our research shows that each state is associated with a specific combination of parameters characterizing its respiratory signal. Moreover, the precision of this technique allowed us to highlight the presence of pauses in this signal (i.e. transient absences of airflow). These pauses are not insignificant since they dictate the frequency of breathing, the other components of the respiratory cycle (inhalation and exhalation) forming units of relatively fixed duration. Finally, based on this signal, we built an artificial neural network from annotated data, capable of predicting the alertness state of other mice from recordings of their nasal pressure.In a second part of this thesis, we focused on the role of oxytocin in the piriform cortex during social behavior. Indeed, oxytocin has been widely described as a pro-social neuropeptide that promotes interactions and social memory. In rodents, olfaction is the main sensory modality, of which the piriform olfactory cortex represents a major neural substrate. The piriformis has an anatomy similar to that of the hippocampus and is involved in olfactory memory processes. Because the piriform cortex expresses a high density of oxytocin receptors and because it receives oxytocinergic afferents, we tested the hypothesis that oxytocin in the piriform cortex modulates sociability and especially social memory. With a pharmacological approach targeted on this cortex, we showed that oxytocin induces subtle but surprising effects. Indeed, blocking its receptor leads to a selective increase in certain types of social interactions and seems to increase the attraction towards olfactory social stimuli. However, no effect on social memory was observed under our conditions.Finally, in a third part we started to dissect the mechanisms of action of oxytocin on the physiology of the piriform cortex. We show that the oxytocin receptor agonist leads to a decrease in burstiness of a subtype of excitatory neurons both in vitro and in vivo. We further show that oxytocin decreases the training of piriform cortex neurons by respiration.