Embodied timing and the contribution of the dorsal striatum

par Mostafa Safaie

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de David Robbe.

Le président du jury était Philippe Faure.

Le jury était composé de Joseph J. Paton, Jennifer Theresa Coull.

Les rapporteurs étaient Nicolas Rougier.

  • Titre traduit

    Temps incarné et contribution du striatum dorsal


  • Résumé

    Comment les animaux adaptent leur comportement pour tirer profit des régularités temporelles de leur environnement est une question difficile. De nombreuses régions du cerveau sont impliquées dans l'estimation du temps, dont l'une, le striatum dorsal (DS), présente un intérêt particulier. Ici, nous avons utilisé une tâche dans laquelle des rats se déplaçant librement sur un tapis roulant motorisé pouvaient obtenir une récompense après un intervalle de temps fixe. La plupart des animaux profitait du tapis roulant et développait une routine. Nous avons ensuite abordé deux questions : Les animaux sont-ils capables de de s'adapter à la règle sans avoir recours à cette routine motrice ? Comment la DS contribue-t-il à la performance de cette routine motrice. Pour la première question, nous avons entraîné des animaux dans des versions modifiées du test original, spécialement conçues pour empêcher le développement de leur routine motrice. Ces animaux n'ont jamais atteint un niveau comparable de précision temporelle. Nous en concluons que l'adaptation précise à une contrainte temporelle est facilité par la capacité des animaux à développer des routines motrices. Pour la deuxième question, nous avons réalisé des lésions du DS. De manière inattendue, l'exécution de la routine motrice a été épargnée, mais modifiée de manière particulière : les animaux ont réduit leur vitesse et la période d'attente de leur routine. Nous concluons que les lésions du DS augmentent la sensibilité des animaux à la dépense énergétique. Ainsi, nous proposons que le DS calcule un signal d'effort qui module la cinématique des actions intentionnelles.

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  • Résumé

    How animals adapt their behavior to take advantage of temporal regularities in their environment is a puzzling question. Many brain regions are implicated, one of which, the dorsal striatum (DS), is of special interest. Here, we used a task in which rats freely moving on a powered treadmill could obtain a reward after a fixed interval. Most animals took advantage of the treadmill and developed a motor routine. We then addressed two questions: whether animals are able to time their behavior without resorting to this motor routine, and how the DS contributes to the performance of this motor routine.To address the first question, we trained naïve animals in modified versions of the task, specifically designed to hamper the development of this motor strategy. These animals never reached a comparable level of timing accuracy. We conclude that motor timing critically depends on the ability of animals to develop motor routines.To elucidate the contribution of the DS, we performed DS lesions. Unexpectedly, following DS lesions, the performance of the motor routine was spared, but altered in peculiar ways: animals reduced their running speed and waiting period of their routine. Complementary experiments demonstrated that DS lesions did not affect animals' motivation, their ability to perform motor routines and to control their running speed. We conclude that lesions of the DS increased the sensitivity to energy expenditure. Thus, we propose that the DS computes an effort signal that modulates the kinematics of purposive actions.

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