Le rôle du striatum dans le traitement du temps

The role of striatum in time processing

• Auteur / Autrice : Laurie Lemoine
• Direction : Anne-Catherine Bachoud-Lévi, Vincent de Gardelle
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neuroscience
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 02/06/2023
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe BACHOUD - Neuropsychologie interventionnelle
• Jury : Président / Présidente : Pascal Mamassian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Catherine Bachoud-levi, Vincent De gardelle, Florence Pasquier, Jennifer Coull, Philippe Allain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jennifer Coull, Philippe Allain

Mots clés

Mots clés libres

Traitement du temps

Interval timing

Striatum

Maladie de huntington

Time processing

Interval timing

Striatum

Huntington's disease

Résumé

Le traitement du temps est fondamental dans nos vies, depuis notre cycle veille-sommeil jusqu’à la parole, en passant par la pratique de la musique. Les différentes échelles de temps (millisecondes, secondes-minutes et au-delà) sont traitées grâce à des processus cognitifs spécifiques impliquant des représentations neurales différentes. Il est généralement admis que l’échelle de temps allant de quelques secondes à quelques minutes appelée « interval timing » serait anatomiquement reliée au striatum. En effet, les patients souffrant d’une atteinte du striatum tel que la maladie de Huntington (MH) ont un déficit du traitement des durées de l’ordre des secondes. Cependant, l’étendue de ce déficit est mal connue. De manière générale, cette thèse a pour objectif de fournir, à l’aide d’une approche expérimentale impliquant des volontaires sains et des patients atteints de la maladie de Huntington, une meilleure compréhension du rôle du striatum dans le traitement du temps. Nous posons plusieurs questions empiriques. Le striatum a-t-il un rôle spécifique pour le temps ou joue-t-il un rôle plus général de comparateur de variables continues, comme la position dans l’espace d’un stimulus ? Le striatum est-il une structure cérébrale centrale impliqué dans tous les types de tâches temporelles, aussi bien pour la perception que la production des durées ? Le striatum est-il également une composante indispensable au traitement de durées de quelques minutes ? Nos résultats suggèrent un rôle spécifique du striatum pour le traitement temporel, que ce soit en termes de production ou de perception du temps. Notre première étude a montré des déficits chez les patients MH plus prononcés sur des tâches temporelles que spatiales, les tâches étant équivalentes en terme de complexité et de demande cognitive. Ces déficits s’étendaient à la fois en perception et en production. De plus, des analyses d’IRM ont mis en évidence des corrélations entre le volume du striatum et les performances des patients MH sur une tâche de perception temporelle, et dans une deuxième étude, sur une tâche de production temporelle. Dans une troisième étude, nous avons évalué les performances de sujets sains jeunes et plus âgés pour le traitement de durées courtes (secondes) et longues (minutes). L’observation d’une fraction de Weber (rapport entre le seuil de discrimination et la magnitude du stimulus) différente entre ces deux conditions suggère des différences entre les systèmes impliqués dans ces deux types de durées, ce qui pourrait indiquer l’implication d’une autre structure cérébrale que le striatum dans le traitement temporel des minutes. Par ailleurs, l’ensemble des participants a montré un bon niveau de performance, sans effet de l’âge, ce qui montre que notre procédure a créé de bonnes conditions expérimentales, applicable chez l’humain jeune et plus âgé. Ainsi, elle pourrait être utilisée pour des études futures chez des patients atteints de maladie neurodégénératives afin d’élucider le rôle du striatum dans le traitement des minutes.

Time processing is fundamental dimension of life, from our sleep-wake cycle to speaking and playing sports. Different time scales (milliseconds, seconds-minutes and beyond) are processed through specific cognitive processes involving different neural representations. It is generally agreed that the time scale in seconds-to-minutes range called ''interval timing'' would be anatomically linked to the striatum. Indeed, patients suffering from striatum damage such as Huntington's disease (HD) have a deficit in the processing of durations in the seconds range. However, the extent of this deficit is unclear. Overall, this thesis aims to provide a better understanding of the role of the striatum in time processing using an experimental approach involving healthy volunteers and patients with Huntington's disease. We ask several empirical questions. Does the striatum have a specific role for time processing rather than a general role of comparator for any continuous variables such as the position of a stimulus in space? Is the striatum a central cerebral structure involved in all types of temporal tasks, both in perception and in production? Is it also a mandatory component for processing of minutes range? Our results suggest a specific and central role of the striatum for temporal processing of the seconds range, both in terms of perception and production of temporal durations. Our first study showed deficits in HD patients more pronounced on temporal than on spatial tasks, the tasks being equivalent in terms of complexity and cognitive demand. Moreover, the deficits exhibited by HD patients extended to both the perception and production tasks. MRI analyses showed correlations between striatal volume and performance in HD patients on temporal perception, and in second study, in production tasks. In a third study, we assessed the performance of young and older healthy subjects for the processing of short (seconds) and long (minutes) durations. The observation of a different Weber fraction (ratio between the discrimination threshold and the stimulus magnitude) between these two conditions suggests differences between the systems involved in these two types of durations, which could indicate the involvement of another cerebral structure than the striatum in the temporal processing of minutes. Furthermore, all participants showed a good level accuracy and aging did not affect performance, showing that our procedure created good experimental conditions, applicable in young and older humans. Thus, it could be used for future studies in patients with neurodegenerative diseases, to elucidate the role of the striatum in the processing of durations in the minutes range.