Rôle du Réseau Hippocampo-Préfrontal-Réuniens dans la Consolidation Mnésique

Role of the cortico-thalamo-hippocampal network in long-term memory

• Auteur / Autrice : Myriam Azzarelli
• Direction : Christophe Bernard, Pascale Quilichini
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INS - Institut de Neurosciences des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : INS - E3 - Physiologie et physiopathologie des réseaux neuronaux

Mots clés

Mots clés libres

Mémoire

Réseaux

Thalamus

Memory

Network

Thalamus

Résumé

La consolidation d'une information met en jeu un dialogue entre l'HPC et le mPFC. Ce couplage fait intervenir une synchronisation d'activités oscillatoires pendant le sommeil profond qui coordonnent localement des assemblées neuronales (i.e. un groupe de neurones reliés fonctionnellement et réalisant/codant une fonction donnée) dont la décharge code l'information à mémoriser. Cette information sera graduellement transférée de l'HPC vers le mPFC. Le noyau thalamique réuniens (NR) est un partenaire important dans ce schéma car il est un relais anatomique entre l'HPC et le mPFC en les reliant de façon bidirectionnelle et un relais fonctionnel car il est directement impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives, dont la mémoire spatiale. Cependant, les mécanismes par lesquels le NR influencerait le couplage HPC-mPFC sont mal connus. Ainsi, mon projet de thèse a pour but de caractériser les mécanismes par lesquels le NR contrôle la communication entre l'HPC et le mPFC durant le sommeil permettant la consolidation mnésique (CM). La première partie de ma thèse a été consacrée au développement d'un modèle lésionnel du NR. Les résultats obtenus ont montré qu'il n'est pas possible de léser sélectivement plus de 90% du NR sans impacter des structures voisines. La suite de mon projet est dédiée à enregistrer l'activité cérébrale de l'HPC, du mPFC et du NR pendant la CM. Ces enregistrements sont très techniques et plusieurs mois de travail doivent être dédiés à chaque animal. J'ai donc mis en place une nouvelle tâche comportementale permettant de maximiser le nombre de tests mnésiques sur un même animal. Pour cela, j'ai développé l'automatisation du labyrinthe que j'ai conçu et la mise en place d'un nouveau système d' acquisition et synchronisation de vidéos pour l'analyse automatisé du comportement. Ces développements sont chronophages mais nécessaires pour répondre à nos hypothèses. La dernière étape de mon projet est d'enregistrer des populations de neurones individuels ainsi que les oscillations des champs locaux simultanément dans l'HPC, le PFC et le NR pendant notre nouvelle tâche comportementale. Nous sommes la première équipe à effectuer de tels enregistrements. Notre hypothèse est que la décharge des neurones du NR module la synchronie HPC-mPFC à la fois à l'échelle des oscillations et de l'activité de population (formation de nouvelles assemblées cellulaires trans-structurelles), prédisant le niveau de CM. Le rôle du NR en tant que relais entre HPC et PFC a été proposé depuis longtemps sur la base d'évidences anatomiques. Avec notre travail, nous serons en mesure de proposer pour la première fois un mécanisme physiologique.

The consolidation of information involves a dialogue between the HPC and the mPFC. This coupling involves a synchronization of oscillatory activities during deep sleep which locally coordinate neuronal assemblies (i.e. a group of neurons functionally connected and carrying out/coding a given function) whose discharge codes the information to be memorized. This information will gradually be transferred from the HPC to the mPFC. The thalamic nucleus reuniens (NR) is an important partner in this scheme because it is an anatomical relay between the HPC and the mPFC by connecting them bidirectionally and a functional relay because it is directly involved in numerous cognitive functions, including spatial memory. However, the mechanisms by which NR would influence HPC-mPFC coupling are poorly understood. Thus, my thesis project aims to characterize the mechanisms by which the NR controls communication between the HPC and the mPFC during sleep allowing memory consolidation (CM). The first part of my thesis was devoted to the development of a lesion model of the NR. The results obtained showed that it is not possible to selectively damage more than 90% of the NR without impacting neighboring structures. The rest of my project is dedicated to recording the brain activity of the HPC, mPFC and NR during CM. These recordings are very technical and several months of work must be dedicated to each animal. I therefore set up a new behavioral task to maximize the number of memory tests on the same animal. For this, I developed the automatization of the maze that I designed and the implementation of a new video acquisition and synchronization system for automated behavior analysis. These developments are time-consuming but necessary to respond to our hypotheses. The final step of my project is to record populations of individual neurons as well as local field oscillations simultaneously in the HPC, PFC and NR during our new behavioral task. We are the first team to make such recordings.Our hypothesis is that the discharge of NR neurons modulates HPC-mPFC synchrony both at the scale of oscillations and population activity (formation of new trans-structural cell assemblies), predicting the level of CM. The role of the NR as a relay between HPC and PFC has long been proposed based on anatomical evidence. With our work, we will be able to propose for the first time a physiological mechanism.