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Thèse Aude Retailleau

"Activités normales et pathologiques du réseau hippocampique chez le rat : implication des systèmes monoaminergiques."

Le 2 décembre 2011

Résumé

Les représentations mentales, en particulier les représentations spatiales, sont étroitement associées à l'activation coordonnée de groupes de cellules dans l'hippocampe. Nous avons entrepris l'étude des propriétés et activités spontanées du réseau hippocampique (et plus particulièrement de la région CA3) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, dans les situations normales et pathologiques. En effet, certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson serait potentiellement associées à des troubles cognitifs hippocampo-dépendants.
Ainsi dans la première partie de ma thèse, nous avons caractérisé la dynamique temporelle des signaux excitateurs et inhibiteurs spontanés de l'hippocampe par une approche électrophysiologique in vitro sur tranches d'hippocampe mais aussi chez l'animal anesthésié grâce des enregistrements multi-unitaires multi-sites. Ces travaux nous a permis de mettre en évidence que les caractéristiques de la dynamique du réseau CA3 remplissent quelques critères essentiels au concept d'assemblées cellulaires. De plus, cette étude a mis en évidence les caractéristiques fonctionnelles de l'hippocampe chez l'animal normal. Ces résultats peuvent donc être utiles pour de futures études sur les pathologies hippocampo-dépendantes touchant le codage ou la mémoire spatiale telle que la maladie de Parkinson.
Ainsi, dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié les altérations fonctionnelles du circuit hippocampique chez un modèle rat de la maladie de Parkinson. La maladie de Parkinson est une maladie neurologique qui affecte le système nerveux central et entraine des symptômes essentiellement moteurs. La cause est une dégénérescence des neurones dopaminergiques mais aussi noradrénergiques et sérotoninergiques. Cependant, en dehors des troubles moteurs, cette pathologie est aussi caractérisée par des troubles cognitifs notamment des déficits spatiaux. Notre projet a donc consisté à analyser les mécanismes par lesquels les déplétions monoaminergiques entraîneraient des troubles de l'apprentissage spatial. Ce travail a été réalisé chez le rongeur à l'aide d'une étude associant une approche comportementale et des enregistrements électrophysiologiques chez l'animal anesthésié mais aussi chez l'animal éveillé en comportement. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des dysfonctionnements hippocampiques causés par des lésions contrôlées des différents systèmes mono-aminergiques (plus particulièrement dopaminergique et noradrenergique) impliqués dans la maladie de Parkinson.

Mots clés : hippocampe, région CA3, propriétés dynamiques du réseau hippocampique, navigation spatiale, monoamines, maladie de Parkinson, électrophysiologie, comportement


"Physiological and pathophysiological activities of hippocampal network in rat: implication of the monoamines systems".


Abstract

Mental representations, especially spatial ones are closely related to correlated activity in cellular assembly in the hippocampus. In this work, we analyzed the properties and the spontaneous activity of the hippocampal network in order to unravel its functioning in normal and pathological conditions. Several neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease seems to be also associated to cognitive disorder related to hippocampus dysfunction. We first characterized the temporal dynamic properties of spontaneous excitatory and inhibitory signal. We then studied the functional alteration of the hippocampal network in a rat model of Parkinson's disease using behavioral and electrophysiological investigations. Our work showed that controlled lesion of the various monoaminergic systems induced hippocampus dysfunction related to spatial disorientation.
In the first part of my thesis, we characterized the temporal dynamic of excitatory and inhibitory signals with electrophysiological recordings in vivo on hippocampal slices but also in anesthetized animals with multi-units multi-sites recordings. These studies allowed us to highlight that dynamic of CA3 network meets the criteria of cells assembly concept. Moreover, we characterize the functional properties of hippocampus in physiological conditions. These results could be useful for further studies on hippocampo-dependant pathologies in the context of spatial coding and memory.
Thus, in the second part of my work, we studied the functional alterations of hippocampal network in the context of Parkinson disease. This pathology is a neurodegenerative disease which affects the central nervous system and leads essentially to motor symptoms. The cause is the degeneration of dopamine neurons but also of noradrenalin and serotonin neurons. Nevertheless, this pathology is also associated to cognitive disorders notably a form of spatial disorientation. Our project consisted to analyze the mechanisms by which monoamines depletions led to spatial learning impairments. This work was realized on rats with a study combinating behavioral approach with electrophysiological recordings in anesthetized animals but also in awake animals. We showed that some monoamines depletions (and notably dopamine and noradrenalin depletions) led to spatial impairments in behavioral tasks correlated to a change in firing and coding of neurons of hippocampus.

Key words: hippocampus, CA3 area, network dynamic properties of hippocampus, spatial navigation, monoamines, Parkinson's disease, electrophysioloy, behavioral task.


Lieu:
Institut François Magendie 14h

Equipe Bruno Bontempi
       

Focus


PhD Student
CNRS UMR 5293
Lab. Institut des Maladies Neurodégénératives
Université Bordeaux 2
146 rue Léo Saignat, 33076 Bordeaux

Aude Retailleau a préparé sa thèse sous la direction de Xavier Leinekugel dans l' équipe de Bruno Bontempi
"Dynamique des réseaux neuronaux et vasculaires dans les processus mnésiques" rattachée à l'Institut des Maladies Neurodégénératives d'Erwan Bézard.

Jury

M. Dominique Guehl PU-PH Président Université Victor Segalen Bordeaux 2
M. Stéphane Charpier PU Rapporteur Université Pierre et Marie Curie Paris 6
M. Michael Zugaro CR Rapporteur Collège de France
M. Xavier Leinekugel CR Directeur de thèse Université Victor Segalen Bordeaux 2

Publication

Retailleau, A., et al. Where is my reward and how do I get it ? Interaction between the hippocampus and the basal ganglia during spatial learning. J. Physiol. (2011), doi:10.1016/j.jphysparis.2011.10.002