Soutenance de thèse – Milesa Simic

Rôle des circuits dorsal et ventral des ganglions de la base dans les processus décisionnels en conditions saine et parkinsonienne

La prise de décision basée sur la valeur repose sur des processus qui évaluent les options, guident la sélection et l’exécution des actions, puis en évaluent les conséquences en comparant les résultats attendus et obtenus pour ajuster les choix. Ces processus reposent sur des réseaux cérébraux distribués incluant les ganglions de la base (GB). Les GB sont des structures sous-corticales interconnectées modulées par la dopamine du mésencéphale et organisées en circuits cortico-sous-corticaux partiellement parallèles le long d’un axe dorso-ventral. Le circuit dorsal est associé au contrôle moteur et cognitif alors que le ventral est impliqué dans l’évaluation des options/résultats et la motivation. Des dysfonctionnements de ces circuits ont été impliqués dans les déficits décisionnels de la maladie de Parkinson (MP). Cependant, leur rôle dans la prise de décision en conditions saines et pathologiques reste mal compris.
Pour répondre à cette question, nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques avant et après induction de la MP dans plusieurs noyaux clés des GB (noyau caudé, noyau accumbens (NAc), globus pallidus externe et pallidum ventral) chez des primates non humains réalisant une tâche de décision basée sur la valeur, où les valeurs attendues (VA) dépendaient de la magnitude et de la probabilité de récompense pouvant correspondre à des gains ou pertes. Le comportement variait en fonction de la VA: les options avec des VA élevées étaient choisies plus fréquemment, entraînaient moins d’omissions et des décisions plus rapides. Les enregistrements unitaires ont révélé un gradient fonctionnel: les régions dorsales encodaient préférentiellement les paramètres liés à l’action, alors que l’encodage de la valeur augmentait ventralement. Les représentations de la VA étaient non linéaires avec une sensibilité maximale à la transition entre pertes et gains. L’analyse de population a révélé des dynamiques de trajectoires neuronales dépendantes de la VA, particulièrement dans les régions ventrales, tandis que les signaux spatiaux étaient plus ségrégés dorsalement. L’analyse de décodage a confirmé cette dissociation: la VA était mieux décodée par les populations ventrales et les paramètres spatiaux par les dorsales.
Pour examiner les déficits décisionnels dans la MP, nous avons induit une déplétion dopaminergique progressive par traitement chronique à faible dose de MPTP et comparé les stades sain, précoce et tardif de la maladie. La perte de dopamine a entraîné un désengagement dans la tâche et une diminution de la vigueur motrice, accompagnés de modifications de l’encodage neuronal malgré des capacités décisionnelles préservées. Les effets les plus marqués ont été observés dans le striatum ventral avec une réduction de la fraction de neurones codant la valeur dans le NAc au stade tardif, tandis que les représentations pallidales des variables décisionnelles restaient largement intactes. L’analyse des variations d’amplitude de réponse neuronale (gain neuronal) a révélé une co-variation entre le désengagement et l’augmentation d’états neuronaux de faible gain similaires à ceux des omissions. La déplétion dopaminergique pourrait déplacer l’état neuronal global du réseau d’un état engagé vers un état désengagé plutôt qu’altérer l’évaluation des options.
Ce travail met en évidence une organisation fonctionnelle des GB dans la décision basée sur la valeur: les circuits ventraux encodent préférentiellement la valeur, avec une sensibilité à la transition entre les pertes et les gains tandis que les circuits dorsaux encodent davantage les variables liées au choix. La perte de dopamine affecte principalement la motivation et l’engagement via des modifications des états neuronaux globaux et une vulnérabilité sélective du striatum ventral, tandis que les populations pallidales pourraient contribuer au maintien des performances décisionnelles, en maintenant les représentations des variables de décision pertinentes pour la tâche.

Ganglions de la base, prise de décision, valeur, électrophysiologie, primate non humain, maladie de Parkinson

Mme Yulia WORBE, Professeure des universités – praticienne hospitalière, Institut du Cerveau (Paris), Rapporteure
M. David THURA, Chargé de recherche, Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron), Rapporteur
Mme Shauna PARKES, Directrice de recherche, Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (Bordeaux), Examinatrice
M. Jérôme MUNUERA, Chargé de recherche, Institut du Cerveau (Paris), Examinateur