Le rôle des interneurones à parvalbumine striataux dans la prise de décision perceptuelle

Role of striatal parvalbumin interneurons in perceptual decision-making

• Auteur / Autrice : Oriana Lavielle
• Direction : Eric Burguière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• 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 : Elodie Fino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camilla Bellone, Valérie Ego-Stengel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Photométrie

Corps strié

Prise de décision

Interneurones

Mots clés libres

Prise de décision perceptuelle

Interneurones à parvalbumine et cholinergiques

Striatum

Troubles des comportements répétés

Enregistrements par photométrie

Souris Sapap3-KO

Perceptual decision-making

Parvalbumin and cholinergic interneurons

Striatum

Fiber photometry

Repetitive behavior disorders

Sapap3-KO mouse

Résumé

La prise de décision perceptuelle est un processus dans lequel les informations sensorielles disponibles sont utilisées pour choisir une réponse et guider le comportement. En fonction de la quantité d’informations pertinentes et de leur fiabilité, le processus décisionnel peut prendre plus ou moins de temps afin d’optimiser la réponse apportée. En effet lorsque l’information est ambiguë, il devient nécessaire de retarder l’exécution de son choix pour accumuler plus d’informations. Mon travail de thèse a consisté à comprendre les mécanismes qui sous-tendent cette régulation de l’action lors de la prise de décision. Pour cela, nous nous sommes intéressés à la régulation de l’activité du striatum, structure impliquée dans la sélection de l’action, exercée par les interneurones à parvalbumine (PV). Ces interneurones reçoivent de nombreuses afférences d’aires corticales préfrontales impliquées dans les processus décisionnels. Lorsque ces interneurones sont activés, ils exercent un fort pouvoir inhibiteur sur les neurones striataux de projections, modulant ainsi l’activité sortante du striatum. Ainsi nous avons fait l’hypothèse ici que les interneurones PV sont recrutés durant le processus de prise de décision. Plus la difficulté de la décision serait élevée, plus l’inhibition striatale par les interneurones PV serait nécessaire pour retarder le choix. Pour adresser cette hypothèse, nous avons développé une tâche innovante de prise de décision perceptuelle chez la souris dans le but de mesurer précisément la durée du processus décisionnel. Cette tâche comportementale est couplée à des enregistrements par photométrie permettant de suivre l’activité des interneurones PV du striatum au cours de la tâche. Les résultats décrits dans ce manuscrit indiquent une variation de la durée de la prise de décision en fonction du contexte d’incertitude de la souris. Plus la souris devient experte dans la tâche, plus la durée de la décision diminue suggérant une optimisation de ce processus décisionnel. A l’inverse, plus la difficulté de la tâche augmente, plus la durée de la prise de décision augmente. Les enregistrements par photométrie ont montré un recrutement des interneurones PV lors de la prise de décision ainsi qu’une forte diminution de leur activité précisément lors de l’exécution du choix, suggérant leur rôle crucial dans la régulation de l’action pendant ce processus cognitif. De plus, nous avons étudié la densité striatale des interneurones PV et ChAT chez la souris Sapap3-KO, un modèle exprimant des comportements répétés pathologiques analogues à des symptômes observés dans les troubles obsessionnels compulsifs. Dans cette pathologie, il a été proposé que la prise de décision en contexte d’incertitude pouvait être fortement affectée. Ainsi, si le réseau d’interneurones striataux participe à la régulation de l’action dans la prise de décision, il est pertinent de s’intéresser à l’intégrité de ce réseau chez les souris Sapap3-KO. Pour étudier cette hypothèse, nous avons développé une approche méthodologique permettant d’évaluer la distribution des interneurones PV et ChAT sur l’ensemble du striatum. Cette méthodologie a permis d’identifier de manière objective et non supervisée des différences de densités d’interneurones entre des souris Sapap3-KO et des souris témoins dans différentes régions du striatum. Nos résultats montrent une altération de la densité des interneurones PV dans les striatum associatif et limbique, régions impliquées dans la sélection de l’action, tandis qu’une diminution de la densité des interneurones ChAT a été observée dans la région sensorimotrice du striatum.

Perceptual decision-making is a process of using available sensory information to select a response and guide behavior. Depending on the amount of relevant information and its reliability, the decision process may take more or less time to optimize the response. Indeed, if the information is ambiguous, delaying the choice execution is needed to gather more evidence. My PhD project aimed at understanding the mechanisms underlying such action regulation during decision-making. In this regard,, we were interested in the regulation of the activity of the striatum, a structure involved in action selection, exerted by the parvalbumin interneurons (PV). These PV interneurons receive many afferents from prefrontal cortical areas involved in decision processes. al cortical areas involved in decision processes. When activated, these interneurons exert strong inhibition on striatal projection neurons, modulating the overall striatal output. We hypothesised here that PV interneurons are recruited during perceptual decision-making. The higher the decision, the stronger the striatal inhibition by PV interneurons would have to be to delay the choice execution. We developed a novel freely-moving task of perceptual decision-making in mice enabling to precisely measure the duration of the decision process. This behavioural task is paired with fiber photometry recordings in order to monitor striatal PV interneurons activity along the task. The results described in this manuscript showed variation of the decision-making duration as a function of the mouse uncertainty context. As the mouse becomes expert in the task, the decision-making duration decreases suggesting an optimization of the decision process. Conversely, the higher the task difficulty, the longer the decision-making duration. Regarding the interneuronal activity, fiber photometry recordings showed a recruitment of PV interneurons during decision-making followed by a strong decrease of their activity specifically during their choice execution, suggesting a crucial role of these interneurons in action regulation during this cognitive process. Moreover, we also studied striatal density of PV and ChAT interneurons in the Sapap3-KO mouse, a model showing pathological repetitive behaviors mimicking symptoms observed in obsessional compulsive disorder (OCD). It has been proposed that patients suffering from OCD have altered decision-making in a context of uncertainty. Therefore, if striatal interneurons network is involved in action regulation in the context of decision-making, it is relevant to investigate the integrity of such interneuronal network in the Sapap3-KO mouse model. To study this hypothesis, we developed a methodological approach allowing for the visualization of striatal PV and ChAT interneurons. This method allowed to identify in a non-supervised manner differential clusters of density between Sapap3-KO and WT mice in discrete striatal regions. Our results showed an altered density of PV interneurons in the associative and the limbic striatum, regions involved in action selection, while a decreased density of ChAT interneurons was observed in the sensorimotor striatum.