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Thèse Fabien Alcaraz

Circuits thalamocorticaux de la prise de décision

Le 17 décembre 2015

Soutenance de Fabien Alcaraz  Institut Magendie 14h   le Jeudi 17 Dec /  Directeurs de thèse Mathieu Wolff et Etienne Coutureau CNRS UMR 5287 - INCIA


 La capacité des organismes à survivre dans un environnement changeant dépend largement de leur aptitude à prendre des décisions adaptées. Cette fonction complexe résulte notamment de l’intégration de processus de prédiction et de contrôle de l’action, classiquement étudiés dans le corpus théorique et méthodologique des apprentissages associatifs. Les bases neurobiologiques de ces processus sont largement distribués au sein de circuits au sein desquels le cortex préfrontal et son afférence principale, le thalamus médiodorsal (MD) jouent un rôle important. Dans ce contexte, le travail entrepris au cours de ce travail de thèse visait à déterminer le rôle fonctionnel des échanges entre ces deux structures dans le cadre de la prise de décision.

Une première partie de ce travail a visé à confirmer le rôle spécifique du MD dans les processus de prise de décision. Par l’utilisation d’un protocole expérimental nécessitant l’intégration des contingences instrumentales et Pavloviennes pour obtenir une récompense, nous avons démontré que des rats porteurs d’une lésion du MD n’étaient pas capables d’adapter leur comportement en fonction des changements de valeur de la récompense, confirmant ainsi le rôle fondamental du MD dans la représentation du but. Sur la base de ce résultat, nous avons ensuite entrepris une étude d’anatomie descriptive visant à caractériser finement l’architecture des projections thalamocorticales issues du MD. Cette étude nous a permis de démontrer que de multiples voies thalamocorticales issues du MD trouvent leur origine dans des populations neuronales thalamiques essentiellement ségrégées mais également que la région orbitofrontale était innervée par une région thalamique méconnue, le thalamus submédian. Pour éprouver les fonctions de ces différentes voies, nous avons d’abord mis en pace une stratégie d’inactivation réversible de populations neuronales sélectionnées sur la base de leurs projections spécifiques par une méthode pharmacogénétique conditionnelle. L’utilisation de cette méthode nous a permis de révéler que la capacité de l’animal à se représenter la valeur ou la relation action-récompense dépend de la direction des échanges entre le MD et le cortex préfrontal médian.  Par ailleurs, une approche lésionnelle comparée plus classique nous a permis d’identifier un rôle fonctionnel spécifique du thalamus submédian dans la mise à jour des contingences Pavloviennes.

Pris dans leur ensemble, ces résultats sont en accord avec l’idée que des boucles thalamocorticales distinctes sont impliquées dans les processus de prédiction et de contrôle de l’action nécessaires à une prise de décision adaptée. 




Survival of living organisms depends on the ability to make decision adapted to their current needs and desires. Such an ability results from the integration of multiple basic cognitive processes such as events prediction and action control. These processes are best investigated within the framework of associative learning. Past research has demonstrated that these processes are supported by a widespread neuronal circuit, in which the prefrontal cortex and his major afferent structure, the mediodorsal thalamus (MD), play a central role. In this context, this thesis work aimed at investigating the functional role of the exchanges between these two structures in decision making.

In a first part of this work, we assessed the role of the MD in prediction and control. We showed that MD lesioned rats are unable to adapt their behavior to a change in reward value, in an experimental procedure asking the integration of instrumental and Pavlovian contingencies. This result confirmed the fundamental role of MD in goal representation. As a second step, we performed an anatomical study in order to characterize the architecture of the thalamocortical pathways arising from the MD.We first showed that multiple thalamocortical pathways originate from segregated neuronal populations within the MD. We also discovered a poorly known thalamic structure innervating the orbitofrontal cortex, the submedius nuclei. In order to understand the functional role of these pathways, we used a conditional chemogenetic technique aimed at inactivating neuronal populations selected on the basis of their projections. Using this technique, we showed that the animal’s abilities to represent either the value or the action-reward relationship depend on the directionality of MD and prefrontal cortex exchanges. Finally, we identified a specific role for the submedius nuclei in updating Pavlovian contingencies, by using a more classical lesioning approach.

Taken together, these results support the idea that decision making involved several thalamocortical loops, differentially supporting prediction and action control.

Publications
Alcaraz, F., Naneix, F., Desfosses, E., Marchand, A.R., Wolff, M. & Coutureau, E. Dissociable effects of anterior and mediodorsal thalamic lesions on spatial goal-directed behavior. Brain Struct. Funct. (2014). doi:10.1007/s00429-014-0893-7

Wolff, M., Alcaraz, F., Marchand, A. R. & Coutureau, E. Functional heterogeneity of the limbic thalamus: From hippocampal to cortical functions. Neurosci. Biobehav. Rev. 54, 120–130 (2015).

Alcaraz, F., Marchand, A.R., Vidal, E., Guillou, A., Faugere, A., Coutureau, E. & Wolff, M. Flexible Use of Predictive Cues beyond the Orbitofrontal Cortex: Role of the Submedius Thalamic Nucleus. J. Neurosci. 35, 13183–13193 (2015).

Alcaraz, F., Marchand, A. R, Courtant, G., Coutureau, E. & Wolff, M. Parallel inputs from the mediodorsal thalamus to the prefrontal cortex in the Rat. EJN (In revision).

Fabien Alcaraz / fabien.alcaraz(at)u-bordeaux.fr
Dernière mise à jour le 02.12.2015

Jury

Jean-Christophe CASSEL, rapporteur, Laboratoire de Neurosciences Cognitives et adaptatives, CNRS UMR 7364, Université de Strasbourg

Bruno POUCET, rapporteur, Laboratoire de Neurosciences Cognitives, CNRS UMR 7291, Université d’Aix-Marseille

Eric KREMER, examinateur, Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, CNRS UMR 5535, Université de Montpellier

Catherine LE MOINE, examinateur, Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine, CNRS UMR 5287, Université de Bordeaux

Etienne COUTUREAU, directeur de thèse, Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine, CNRS UMR 5287, Université de Bordeaux

Mathieu WOLFF, directeur de thèse, Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine, CNRS UMR 5287, Université de Bordeaux

Directeurs de thèse



Etienne Coutureau
, CNRS Researcher

Team Leader : Decision and Adaptation

Mathieu Wolff, CNRS Researcher

Team Decision and Adaptation

INCIA
Aquitaine Institute for Cognitive and Integrative Neuroscience (INCIA)