La mémoire de travail temporelle en conditionnement Pavlovien et ses corrélats neuronaux oscillatoires

Temporal Working Memory and Its Oscillatory Neural Correlates

• Auteur / Autrice : Lisa Saleille
• Direction : Valérie Doyère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 17/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Granon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Droit-Volet, Anne-Marie Mouly, Eric Burguière, Mathieu Wolff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Droit-Volet, Anne-Marie Mouly

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rats

Plasticité neuronale

Conditionnement classique

Électrophysiologie

Perception du temps

Mémoire de travail

Neurophysiologie

Mots clés libres

Interval timing

Électrophysiologie

Procédure Gap

Interval timing

Electrophysiology

Gap procedure

Résumé

La perception des durées est essentielle pour nous adapter à notre environnement. Pour cela, il est nécessaire de comparer les durées stockées en mémoire à long terme et la durée en cours. Cette faculté repose sur la mémoire de travail temporelle. Elle est observable après entrainement dans un conditionnement Pavlovien, où un stimulus conditionné (SC) prédit l’arrivée d’un stimulus inconditionné (SI), au travers d’une anticipation de la réponse à l’arrivée du SI qui est maximale au moment attendu du SI. La façon dont les différentes structures cérébrales sont engagées lors de l’expression d’un comportement temporel, en particulier si elle diffère en conditions appétitive et aversive, n’est pas connue. Afin d’étudier la mémoire de travail temporelle, il est possible d’utiliser le paradigme des gaps temporels (arrêt temporaire du SC), car il induit un décalage de la courbe de réponse dont l’amplitude traduit le maintien en mémoire de la durée pré-gap. Les données comportementales avec ce paradigme sont peu nombreuses en conditionnement Pavlovien et montrent des résultats différents selon la condition et les modalités choisies (longueur, position du gap) ; de plus, les corrélats neuronaux de ces effets n’ont jamais été étudiés. Au cours de cette thèse, nous avons d’abord comparé l’anticipation temporelle au SI et les effets de gaps en conditions appétitive et aversive, en conditionnement Pavlovien chez le même animal. Les résultats mettent en évidence une différence de la réponse anticipatrice, différence sous le contrôle d’un mécanisme temporel. L’effet des gaps est aussi différent selon la condition, suggérant une implication de la mémoire de travail temporelle différente en situation aversive et appétitive. L’étude des potentiels de champs locaux (LFP - analyse fréquentielle des activités oscillatoires) dans le réseau striatum-hippocampe-amygdale a mis en avant l’engagement du striatum et de l’hippocampe dans les deux conditions, mais de façon différentielle dans les modulations de puissances de certaines fréquences oscillatoires entre les deux conditions. Finalement, l’analyse LFP du cortex préfrontal, du striatum et de l’hippocampe lors de la modulation de la mémoire de travail temporelle par l’ajout de gaps en condition aversive a montré une implication des trois structures dans les processus temporels de manière différentielle selon le type d’essai (avec ou sans gap). Cependant, une modulation d’activité des structures autour du moment du gap suggère leur engagement pour maintenir les durées en mémoire de travail. Nos résultats suggèrent donc une implication différentielle de la mémoire de travail temporelle selon la condition aversive ou appétitive, et l’implication du cortex préfrontal, du striatum et de l’hippocampe dans la mémoire de travail temporelle lors d’un conditionnement Pavlovien aversif.

The perception of duration is essential to adapt our behavior to the environment. For this, it is necessary to compare the current duration to durations stored in long-term memory. This capacity relies on temporal working memory. After training in Pavlovian conditioning, where a conditioned stimulus (CS) predicts the arrival of an unconditioned stimulus (US), an anticipation of the response to US arrival is observed, which is maximal at the expected moment of the US. It is not known how different brain structures are engaged in the expression of temporal behavior, nor whether it differs in appetitive and aversive conditions. In order to study temporal working memory, one can use the GAP paradigm (temporary pause of the CS), which induces a shift in the response curve whose magnitude reflects the pre-gap duration kept in memory. Only few behavioral data with this paradigm exist in Pavlovian conditioning, and the results vary depending on the condition and parameters (length, position of the gap); furthermore, the neuronal correlates of these effects have never been studied. During this thesis, we first compared the temporal anticipation of the US and the effects of gaps in appetitive and aversive conditions, in Pavlovian conditioning in a within-subject design. The results showed a difference in the anticipatory response, difference under the control of a temporal mechanism. The effect of gaps was also different depending on the condition, suggesting a differential involvement of temporal working memory in aversive and appetitive conditions. The recording of local field potentials (LFP - frequency analysis of oscillatory activities) in the striatum-hippocampus-amygdala network has highlighted the engagement of the striatum and the hippocampus in the two conditions, albeit with differences in the modulation of power of certain oscillatory frequencies between conditions. Finally, the LFP analyses of the prefrontal cortex, the striatum and the hippocampus during the modulation of temporal working memory with gaps in the aversive condition showed an implication of the three structures in the temporal processes, but in a different way depending on the type of test (with or without gap). However, the modulation of activity of the structures around the moment of the gap suggests their implication in maintaining the duration in working memory. Our results suggest a differential implication of temporal working memory with respect to the aversive vs appetitive conditions, and the implication of the prefrontal cortex, the striatum and the hippocampus in temporal working memory in Pavlovian aversive conditioning.