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HDR de Mathieu Wolff

Hétérogénéité fonctionnelle du thalamus limbique: des fonctions hippocampiques aux fonctions corticales

Le 9 octobre 2014

 HDR  de Mathieu Wolff , salle de conférence Magendie 9 Octobre 2014 /14h


Today, the idea that the integrity of the limbic thalamus is necessary for normal memory functions is well established. However, if the study of thalamic patients emphasized the anterior and the mediodorsal thalamus as the critical thalamic loci supporting cognitive functions, clinical studies have so far failed to attribute a specific role to each of these regions. In view of these difficulties, my research has focused on experimental studies conducted in rodents harboring specific lesions of each thalamic region. The data clearly indicate a major functional dissociation within the limbic thalamus. The anterior thalamus provides critical support for hippocampal functions due to its cardinal location in the Papez circuit, while the mediodorsal thalamus may signal relevant information in a circuit encompassing the basolateral amygdala and the prefrontal cortex. Interestingly, while clinical studies have suggested that diencephalic pathologies may disconnect the medial temporal lobe from the cortex, experimental studies conducted in rodent show how this may differently affect distinct temporo-thalamo-cortical circuits, sharing the same general organization but supporting dissociable functions.



Les comportements adaptatifs  reposent sur  des fonctions dites exécutives, correspondant à l'ensemble des aptitudes qui permettent aux mammifères d'engager ou de réfréner des actions sur la base de représentations internes et de stimuli environnementaux.
Ces fonctions sont notamment supportées par le cortex préfrontal, qui joue un rôle intégrateur fondamental, mais les modèles théoriques les plus récents privilégient toutefois un support anatomique plus distribué, faisant intervenir de multiples régions sous-corticales comme le striatum dorsal, l’amygdale basolatérale  ou, plus récemment, le thalamus limbique.

Le thalamus limbique est une structure fortement différenciée qui se caractérise par son hétérogénéité fonctionnelle. En particulier, il est clair que plusieurs subdivisions de cette région jouent un rôle important dans les aptitudes cognitives permettant une adaptation aux conditions changeantes de l’environnement. D’une façon générale, le thalamus limbique occupe une position stratégique à l’interface entre le lobe temporal médian et le cortex. Plusieurs circuits spécifiques mettant en jeu ces composantes temporo-thalamo-corticales coexistent et supportent des fonctions distinctes.

Mes travaux passés ont accordé une large part à l’étude du thalamus antérieur, généralement considéré comme une émanation fonctionnelle d’un système hippocampique dit étendu. Nous avons notamment pu démontrer qu’à l’instar de l’hippocampe, l’intégrité de cette région est nécessaire à des aptitudes aussi bien spatiales que non spatiales, et en particulier dans l’utilisation flexible des informations (représentations contextuelles / relationnelles). Par ailleurs, un couplage fonctionnel étroit entre le thalamus antérieur et la région cingulaire est évident, confirmant ainsi la validité anatomique du circuit proposé par Papez tout en élargissant son spectre fonctionnel, qui ne se restreint pas à l’expérience émotionnelle.

Plus récemment, mes travaux concernent également le thalamus médiodorsal qui, classiquement, fournit un vaste contingent d’afférences thalamiques permettant de définir le cortex préfrontal. Nous avons pu confirmer que cette région supporte des fonctions différentes  de celles assurée par le thalamus antérieur, et en particulier que le thalamus médiodorsal participe de façon décisive aux processus gouvernant les mécanismes de la prise de décision, dans le cadre général des comportements adaptatifs.

Actuellement, nous développons des approches de connectivité fonctionnelle visant à caractériser finement l’implication de voies thalamocorticales spécifiques issues du thalamus médiodorsal. Pour ce faire, nous associons une approche pharmacogénétique et l’utilisation de vecteur viraux rétrograde, ce qui permet ainsi de contrôler l’activité de neurones thalamiques sur la base de leurs projections corticales spécifiques.

Au final, le recours à des modèles animaux permet ainsi de faire progresser notre connaissance des fonctions assurées par le thalamus limbique et en particulier de clarifier la contribution respective de ses différentes composantes. En effet, l’étude de cas cliniques ne permet pas d’identifier avec certitude les sites thalamiques dont les dommages sont associés aux troubles caractérisant les amnésies d’origine diencéphalique (syndrome de Korsakoff, attaques vasculaires), typiquement de typologie et de sévérité comparables aux amnésies temporales. En effet, de tels dommages ont pour effet de déconnecter le lobe temporal du cortex, produisant des symptômes variant en fonction de l’ampleur de cette déconnexion, mais également des circuits spécifiques plus particulièrement affectés. A terme, le recours aux méthodes avancées de connectivité fonctionnelle chez l’animal est un enjeu majeur pour décrypter les mécanismes neurobiologiques régissant les comportements adaptatifs.

 

Publications récentes :

Wolff M, Alcaraz F, Marchand AR, Coutureau E. Functional heterogeneity of the limbic thalamus: from cortical to hippocampal functions. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. En révision (sur invitation).

Naneix F*, Alcaraz F*, Desfosses E, Marcahnd AR, Wolff M#, Coutureau E#. Dissociable effects of anterior and mediodorsal thalamic lesions on spatial goal-directed behaviour . Brain Struct Funct. 2014 Sep 27. [Epub ahead of print]

Loukavenko EL*, Wolff M*, Poirier G, Dalrymple-Alford JC. Impaired spatial working memory after anterior thalamic lesions: Recovery with cerebrolysin and enrichment. Brain Structure and Fucntions. En révision. * Contributed equally

Marchand A, Faugere A, Coutureau E, Wolff M (2014) A role for anterior thalamic nuclei in contextual fear memory. Brain Struct Funct. 219:1575-86.

 Mendez-Lopez M, Arias JL, Bontempi B, Wolff M (2013) Reduced cytochrome oxidase activity in the retrosplenial cortex after lesions to the anterior thalamic nuclei. Behav Brain Res 250:264-273.

Dupire A, Kant P, Mons N, Marchand AR, Coutureau E, Dalrymple-Alford J, Wolff M (2013) A role for anterior thalamic nuclei in affective cognition: interaction with environmental conditions. Hippocampus 23:392-404.

Mathieu Wolff (mathieu.wolff @ u-bordeaux.fr)
Dernière mise à jour le 29.09.2014

Jury

Catherine Le Moine
DR CNRS,
Univ Bordeaux,
Rapporteur


Jean-Christophe Cassel
Professeur
,Univ Strasbourg, Rapporteur

Bruno Poucet
DR CNRS,
Univ Provence,
Rapporteur


Claire Rampon
DR CNRS,

UnivToulouse, Examinateur

Robert Jaffard
Professeur Emérite,

Univ Bordeaux, Examinateur