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Thèse Stéphanie Alaux

"Interactions hippocampo-corticales au cours de la consolidation d’informations spatiales chez la souris : approche anatomo-fonctionnelle et recherche des facteurs modulants"

Le 19 décembre 2008

Résumé

La théorie standard de la consolidation mnésique postule que le stockage à long terme des souvenirs, initialement dépendant de la formation hippocampique, s’effectuerait par l’intermédiaire d’un dialogue hippocampo-cortical au cours duquel l’hippocampe (HPC) se désengagerait progressivement jusqu’à ce que le néocortex devienne à lui seul capable de sous-tendre le rappel des souvenirs. Plusieurs études réalisées chez l’animal, notamment dans le paradigme du labyrinthe à 5 bras validé par l’équipe, confortent cette théorie. Cependant, une exception à ce mode de consolidation est observée dans la tâche de navigation spatiale du labyrinthe aquatique de Morris pour laquelle l’HPC est impliqué de façon permanente dans le rappel quel que soit l’âge des souvenirs. Cette observation a conduit à relancer le débat sur la validité du modèle standard de la consolidation au profit de la théorie des traces multiples (TTM) qui plaide en faveur d’une implication permanente de l’hippocampe lors du rappel d’informations complexes, de nature spatiale ou épisodique. La résolution de la tâche de navigation pourrait en effet nécessiter une intégration spatiale plus complexe que dans le labyrinthe à 5 bras susceptible d’expliquer l’implication durable de la région hippocampique. Ces observations nous ont amenés à réévaluer la composante spatiale du labyrinthe à 5 bras et à développer un nouvel appareil, le labyrinthe à 7 bras, présentant un certain nombre d’innovations. Dans cet appareil, les animaux doivent apprendre à localiser l’unique bras appâté (mémoire de référence) grâce à l’utilisation d’indices spatiaux. Deux versions du protocole ont été mises au point afin de moduler la demande spatiale de la tâche : une version à point de départ fixe (VPF) et une version à points de départ multiples (VPM).

Les objectifs de la thèse ont consisté d’une part, à valider les conditions d’apprentissage de cette nouvelle épreuve de discrimination spatiale, et d’autre part, à préciser le rôle des régions hippocampiques et corticales au cours du processus de consolidation mnésique en fonction de la demande spatiale de la tâche. Nous avons utilisé dans ce but des approches lésionnelles et d’inactivations transitoires permettant d’altérer sélectivement le fonctionnement de l’HPC ou du cortex cingulaire antérieur (CCA) au cours des différentes étapes du traitement mnésique (acquisition, consolidation et rappel d’informations récentes ou anciennes).

Tout d’abord, nous avons mis en évidence que l’intégrité fonctionnelle de l’HPC est indispensable à l’apprentissage de la VPM contrairement à celui de la VPF, indiquant une participation différentielle de cette région en fonction de la demande spatiale de la tâche. Concernant le rappel mnésique dans la VPM, nos résultats indiquent par ailleurs un rôle permanent de l’HPC quel que soit l’âge des souvenirs, bien qu’un recrutement du CCA soit observé à long terme. Un désengagement de l’HPC a toutefois été mis en évidence lorsqu’une réactualisation des traces mnésiques est réalisée avant la séance de rappel à long terme. L’utilisation d’inactivations chroniques et réversibles de l’HPC durant l’intervalle de rétention nous a également permis de confirmer l’existence d’un dialogue hippocampo-cortical au cours du processus de consolidation mnésique. Concernant la VPF, nos résultats montrent une participation de l’HPC lors du rappel d’informations récentes et un désengagement de cette structure lors du rappel d’informations anciennes. Un recrutement précoce du CCA est également observé dans cette version de la tâche, cette région participant au rappel des informations, qu’elles soient récentes ou anciennes.

L’ensemble de ces résultats nous permet de dégager plusieurs hypothèses concernant le rôle permanent de l’hippocampe observé dans les tâches à forte demande spatiale : (1) une partie des traces mnésiques pourrait être conservée en permanence dans l’HPC (2) les traces mnésiques pourraient être distribuées au sein de réseaux hippocampo-corticaux et des altérations de l’HPC pourraient affecter la précision des représentations indispensables à la résolution d’épreuves spatiales complexes, (3) l’hippocampe aurait un rôle permanent pour l’expression d’une mémoire à long terme stabilisée au niveau cortical, cette région étant indispensable à la fonction de navigation ou d’intégration spatiale requise pour la résolution d’épreuves à forte demande spatiale. L’observation d’un désengagement hippocampique après la réactualisation des traces mnésiques anciennes n’est pas compatible avec ces trois hypothèses. (4) Enfin, il est possible qu’une transformation du contenu informatif au cours du processus de consolidation (perte de certains détails liée à la sémantisation de l’épisode initial) entraîne une réactivation de l’hippocampe afin de réactualiser les informations au niveau cortical. Cette dernière hypothèse, que nous privilégions et qui est compatible avec la TTM, est d’autant plus vraisemblable qu’un désengagement hippocampique est observé dans la VPM suite à la réactualisation des traces à long terme. Elle permet également d’expliquer le désengagement hippocampique ainsi que le recrutement cortical précoce observés dans la VPF. Cette version nécessitant une représentation spatiale moins détaillée, les informations seraient plus efficacement et plus rapidement « sémantisées » et consolidées au niveau cortical.

Ces travaux nous conduisent à proposer un modèle de fonctionnement de l’interface hippocampo-corticale qui intègre la nature et la complexité des représentations mnésiques comme des éléments modulateurs déterminants de la dynamique du dialogue hippocampo-cortical au cours du processus de consolidation mnésique.


Equipe CNRS 5228

Discipline
Science de la Vie et de la Santé

Spécialité
Neurosciences et Pharmacologie

Adresse du laboratoire
Centre de Neurosciences Intégratives et Cognitives
UMR 5228, CNRS/ Universités Bordeaux 1&2
Bât. B2, Avenue des Facultés
33405 Talence, France
Directeur : Georges Di Scala

Focus


Stéphanie Alaux a préparé sa thèse sous la direction de Bruno Bontempi, dans l’équipe « Processus mnésiques et dynamiques des interactions hippocampo-corticales »

Jury

René Garcia, Rapporteur, PU Nice-Sofia Antipolis,
Etienne Save, Rapporteur, CR CNRS Marseille
Pascal Branchereau, Président, PU Bordeaux 1
Bruno Bontempi, DR

Publications récentes

Martel MA, Patenaude C, Ménard C, Alaux S, Cummings BS, Massicotte G.
A novel role for calcium-independent phospholipase A in alpha-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-propionate receptor regulation during long-term potentiation. Eur J Neurosci. 2006, 23:505-513.