La symphonie thalamocorticale : comment le thalamus et le cortex s’accordent ensemble dans la schizophrénie et la plasticité

The thalamocortcal symphony : how thalamus and cortex play together in schizophrenia and plastcity

• Auteur / Autrice : Yi Qin
• Direction : Didier Pinault, Pieter Roelfsema, Christiaan Levelt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Universiteit van Amsterdam
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuropsychologie cognitive et physiopathologie de la schizophrénie (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Cyriel Pennartz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Veinante, Umberto Olcese
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Uhlhaas, Corette Wieringa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité neuronale

Schizophrénie

Modèles animaux

Cortex cérébral

Mots clés libres

Thalamus

Ketamine

Schizophrenia

Ocular dominance

CB1

Cortex visuel

Thalamus

Ketamine

Schizophrenia

Ocular dominance

CB1

Visiual cortex

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire consistait à étudier avec des modèles murins les propriétés fonctionnelles et dysfonctionnelles du circuit cortico-thalamo-cortical (CTC) afin de comprendre certains aspects des mécanismes qui sous-tendent la schizophrénie (Strasbourg) ainsi que la plasticité neuronale dépendante de l'expérience visuelle (Amsterdam). Leurs possible liens sont discutés. Dans les troubles psychotiques, comme la schizophrénie, sont fréquents des troubles du sommeil, des comportements anormaux, des déficits cognitifs, des anomalies moléculaires et génétiques et des oscillations neurales aberrantes (ou oscillopathies). Par exemple, les oscillations électro-encéphalographiques ou EEG du sommeil (fuseaux et ondes delta) sont diminuées. Les oscillations neurales sont des électro-biomarqueurs de l'état de connectivité au sein de systèmes hautement distribués, qui incluent les voies corticothalamiques (CT) et thalamocorticales (TC). Les oscillopathies peuvent être enregistrées dès la phase prodromique. Grâce à ses propriétés bioélectriques de type oscillatoire, le thalamus joue un rôle central dans le processus et le transfert d'informations spécifiques (sensorielles et motrices) et contextuelles lors des traitements sensori-moteurs, cognitifs et émotionnels ascendants et descendants (connexions fonctionnelles mutuelles entre les structures corticales et sous-corticales). Le traitement et le transfert des informations sont affectés dans la maladie. La plasticité corticale visuelle est, elle-aussi, altérée. De nombreuses évidences cliniques et expérimentales s'accumulent au fil des ans soutenant à la fois l'implication du thalamus et des transmissions glutamatergiques (récepteurs au glutamate de type NMDA) et GABAergiques dans les troubles psychiatriques et la plasticité neuronale. Les modèles pharmacologiques et génétiques de l'antagonisme des récepteurs NMDA reproduisent les symptômes et les oscillopathies enregistrés chez les patients psychiatriques. Une administration systémique unique à une dose subanesthésique de kétamine, un antagoniste non compétitif des récepteurs NMDA du glutamate, reproduit transitoirement, chez l’homme et le rongeur, les oscillopathies avec un tableau clinique rappelant la transition psychotique. Un tel modèle pharmacologique aigu pourrait aider la recherche et le développement de traitements innovants chez des patients avec un état mental à haut risque vers une conversion psychotique...

The work presented in this report consisted in studying using rodent models the functional and dysfunctional properties of the cortico-thalamo-cortical (CTC) circuit in order to understand certain aspects of the mechanisms underlying schizophrenia (Strasbourg) as well as the neuronal plasticity that depends on the visual experience (Amsterdam). Their possible links are discussed. In psychotic disorders, such as schizophrenia, sleep disturbances, abnormal behaviors, cognitive deficits, molecular and genetic abnormalities, and aberrant neural oscillations (or oscillopathies) are common. For example, electroencephalographic (EEG) oscillations (spindles and delta waves) during sleep are reduced. Neural oscillations are electro-biomarkers of connectivity state within highly distributed systems, which include corticothalamic (CT) and thalamocortical (TC) pathways. Oscillopathies can be recorded from the prodromal phase. Thanks to its oscillatory-type bioelectric properties, the thalamus plays a central role in the process and transfer of specific (sensory and motor) and contextual information during ascending and descending sensorimotor, cognitive and emotional processing (mutual functional connections between cortical and subcortical structures). Information processing and transfer are affected in the illness. Visual cortical plasticity is also impaired in schizophrenia. Much clinical and experimental evidence has accumulated over the years supporting both the involvement of the thalamus and glutamatergic (NMDA-type glutamate receptors) and GABAergic transmissions in psychiatric disorders and neuronal plasticity. Pharmacological and genetic models of NMDA receptor antagonism reproduce symptoms and oscillopathies recorded in psychiatric patients. A single systemic administration at a subanesthetic dose of ketamine, a noncompetitive NMDA glutamate receptor antagonist, transiently reproduces, in humans and rodents, oscillopathies with a clinical picture reminiscent of psychotic transition. Such an acute pharmacological model could aid the research and development of innovative treatments in patients with a high-risk mental state toward psychotic conversion.