Etude expérimentale et théorique sur la dynamique de vigueur dans une tâche de recherche d'eau éthologique - Contribution du striatum dorsal dans la définition de la sensibilité à l'effort

Experimental and theoretical investigation of vigor dynamics in an ethological foraging task - Contribution of the dorsal striatum in setting effort sensitivity

• Auteur / Autrice : Thomas Morvan
• Direction : David Robbe, Christophe Eloy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INMED - Institut de Neurobiologie de la Mediterranée
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : INMED - Bases neuronales des apprentissages sensorimoteurs
• Jury : Président / Présidente : Bastien Berret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Robbe, Christophe Eloy, Matthieu Wyart, Jérémie NAUDé, Marie-Laure Welter, Claire Wyart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Matthieu Wyart, Jérémie NAUDé

Mots clés

Mots clés libres

Foraging

Vigueur

Striatum dorsal

Rat

Modèle théorique

Foraging

Vigor

Dorsal striatum

Rat

Theoretical model

Résumé

Les animaux, y compris les humains, cherchent de la nourriture et de l’eau (foraging), et ont tendance à optimiser leur comportement pour obtenir des récompenses le plus rapidement possible; ils sont prêts à dépenser de l’énergie pour cela. Ce comportement est généralement composé de deux étapes clés, une première étape de délibération et une seconde étape de mouvement vers la récompense. Les sensibilités interindividuelles à l’effort (paresseux vs. énergique), au temps (patient vs. impatient) et à la récompense déterminent l’optimalité de ce comportement. Des études récentes suggèrent que le striatum dorsal contrôle la cinématique des actions, mais on ne sait toujours pas s’il contribue à définir la sensibilité à l’effort, au temps et/ou à la récompense. L’objectif de cette étude est donc double. Premièrement, mieux comprendre comment le temps et l’effort influencent les décisions et la vitesse des mouvements chez des rats libres de leurs mouvements. Deuxièmement, étudier si le striatum dorsal pourrait être impliqué dans de tels processus. Nous avons développé une tâche de foraging dans laquelle des rats libres de leurs mouvement courent sur un tapis roulant motorisé pour obtenir des gouttes d’eau. Nous avons manipulé orthogonalement la quantité d’effort qu’ils doivent produire et les probabilités d’obtenir des récompenses; nous nous sommes appuyés sur des modèles théoriques simples pour 1) quantifier à la fois le temps qu’il faut aux animaux pour initier de nouvelles traversées et leur vitesse de course, 2) explorer la logique computationnelle et les déterminants neurobiologiques de la vigueur. Ce nouveau paradigme nous a permis de décrire les dynamiques de modulation de la vigueur au cours d’une tâche de foraging, de mettre en évidence des traits comportementaux stables spécifiques à chaque rat, et d’attribuer un rôle au striatum dorsal dans l’implémentation de la sensibilité à l’effort.

Animals (including humans) forage for food and water, and tend to optimize their behavior to obtain rewards as quickly as possible; they are willing to expend energy for this. This behavior is usually composed of two key steps, a first step of deliberation (fast deliberation saves time, but risks selection of a non-optimal choice), and a second step of movement toward the reward (running fast saves time, but is energetically costly). Interindividual sensitivities to effort (lazy vs. energetic), time (patient vs. impatient) and reward shape the optimality of this behavior. Recent studies suggest that the dorsal striatum controls action kinematics, but whether it contributes to setting effort, time and/or reward sensitivities is still unknown. The goal of this study is therefore double. First, to better understand how time and effort influence simple foraging decisions and the speed of reward-oriented movements in freely moving rats. Second, to investigate whether the dorsal striatum could be involved in such processes. Here, we developed a foraging task in which freely-moving rats run on a motorized treadmill to get drops of water. We orthogonally manipulated the amount of effort they have to produce and the opportunities to obtain rewards; we relied on simple theoretical models to 1) quantify both the time it takes animals to initiate new crossings and their running speed, and 2) explore the computational logic and neurobiological determinants of vigor. This new paradigm allowed us to describe the dynamics of modulation of vigor during a foraging task, highlight stable behavioral traits specific to each rat, and assign a role to the dorsal striatum in the implementation of effort sensitivity