Circuit mechanisms for encoding discriminative learning in the dorsal prefrontal cortex of behaving mice

par Mattia Aime

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Frédéric Gambino.

Le président du jury était Andreas Frick.

Le jury était composé de Pascal Fossat, Alexandre Charlet.

Les rapporteurs étaient Antoine Adamantidis, Nathalie Rochefort.

  • Titre traduit

    Codage neuronal de l’apprentissage discriminatif dans le cortex préfrontal des souris vigiles


  • Résumé

    Chez les mammifères, le néocortex constitue une structure remarquablement plastique assurant leurs multiples capacités d’adaptation et d’apprentissage. Par exemple, l’apprentissage associatif permet à chaque individu d’apprendre les relations entre un événement particulier (un danger par exemple) et les signaux environnementaux qui y sont associés, afin d’en anticiper les conséquences s’il se reproduit dans le futur. Dans le cas de la peur conditionnée, l'apprentissage associatif améliore les capacités de discrimination des signaux de menace et de sécurité, garantissant ainsi une représentation précise de l'environnement. Ce processus comportemental est en partie dépendant de l'interaction entre deux structures cérébrales: le cortex préfrontal (PFC) et le complexe basolatéral de l'amygdale (BLA). Bien que le PFC puisse encoder à la fois les mémoires de menace et de sécurité qui seraient recrutées préférentiellement après l'apprentissage, on ignore toujours si une telle représentation discriminative existe réellement, et si oui, les mécanismes neuronaux et synaptiques qui en sont à l'origine. Au cours de mon travail de thèse, j'ai démontré que l'activité des neurones excitateurs du PFC est nécessaire à la discrimination entre les signaux de menace et de sécurité grâce à la formation d'ensembles spécifiques de neurones. Au cours de l'apprentissage, les neurones pyramidaux sont potentialisés et recrutés au sein de ses ensembles grâce à l'association au niveau dendritique d'événements synaptiques non-linéaires issus des entrées sensorielles avec des entrées synaptiques provenant de la BLA. En conclusion, nos données fournissent la preuve d'un nouveau mécanisme synaptique qui associe, pendant l'apprentissage, l'expérience perçue avec l’état émotionnel transmis par la BLA permettant ainsi la formation d'ensembles neuronaux dans le cortex préfrontal.


  • Résumé

    The ability of an organism to predict forthcoming events is crucial for survival, and depends on the repeated contingency and contiguity between sensory cues and the events (i.e. danger) they must predict. The resulting learned association provides an accurate representation of the environment by increasing discriminative skills between threat and safety signals, most likely as a result of the interaction between the prefrontal cortex (PFC) and the basolateral amygdala (BLA). Although it suggests that local neuronal networks in the PFC might encode opposing memories that are preferentially selected during recall by recruiting specific cortical or subcortical structures, whether such a discriminative representation is wired within discrete prefrontal circuits during learning and by which synaptic mechanisms remain unclear. Here, the work at issue demonstrates that discrimination learning of both safe and fear-conditioned stimuli depends on full activity of the frontal association cortex, and is associated with the formation of cue-specific neuronal assemblies therein. During learning, prefrontal pyramidal neurons were potentiated through sensory-driven dendritic non-linearities supported by the activation of long-range inputs from the basolateral amygdala (BLA). Taken together, these data provide evidence for a new synaptic level mechanism that coincidently link (or meta-associate) during learning features of perceived experience with BLA mediated emotional state into prefrontal memory assemblies.


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