Projet ANR-14-CE13-0014 – Goal : Bases neuronales du comportement dirigé vers un but chez le Rat
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Etienne COUTUREAU (Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d'Aquitaine)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 335566.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Les bases neurocognitives de la décisionLe monde d’une complexité croissante exige de nous des décisions immédiates compatibles avec nos buts. Dans le projet « GOAL », nous explorons chez le Rat la dynamique spatiale et temporelle des échanges d’information permettant des décisions adaptées.
Comprendre le dialogue entre structures cérébralesLes objectifs de ce projet sont (1) de préciser l’architecture des connections temporo-frontales afin d’identifier les patrons de convergence et divergence neuronales par une stratégie de double marquage par des traceurs antérogrades et rétrogrades (2) de décrire la dynamique d’activation spatio-temporelle des voies temporo-frontales au cours d’une tâche de prise de décision en mettant en évidence des gènes précoces activés dans des neurones identifiés par leurs projections; et (3) de moduler cette dynamique par la manipulation spécifique et réversible de certaines de ces voies à des moments clés du processus de mise à jour des informations et de la prise de décision
Bases neuroanatomiques de la réprésentation du butCe projet de recherche fondamentale en neurosciences cognitives fait appel :1/ à des approches comportementales élaborées dans des cages de conditionnement: Après entraînement des animaux à effectuer des actions pour obtenir des récompenses spécifiques, nous modifions la valeur de l’une de ces récompenses afin d’évaluer la capacité de ces animaux à sélectionner leurs actions selon une représentation de la valeur actualisée de leurs conséquences. Une première série d’expériences a visé à caractériser les frontières comportementales de ces comportements.2/ à des approches poussées de neuroanatomie fonctionnelle qui impliquent de décrire avec des outils de pointe les principes d’organisation de l’architecture des connexions entre régions cérébrales. Dans ces expériences, nous combinons plusieurs marqueurs neuronaux fluorescents migrant le long des connexions nerveuses dans le but de les cartographier.3) à la manipulation sélective de voies nerveuses. Grâce à une technique de double injection de vecteurs viraux permettant l’expression d’un récepteur DREADD, nous pouvons réduire de manière spécifique l’activité de populations neuronales particulières, identifiées par leurs projections, et ainsi identifier le sens des transferts d’information entre ces régions cérébrales
Résumé de la soumission : Le monde d’une complexité croissante exige de nous des décisions immédiates compatibles avec nos buts. Cependant, la manière dont nous intégrons de nombreux éléments de décision comme les conséquences de nos actions et nos motivations pour arriver à des choix concrets reste mal comprise. Pourtant, nous pourrions en tirer des solutions efficaces aux problèmes rencontrés lors de la conception d’artefacts autonomes (robots) capables de faire face à des environnements changeants. Cela nous apporterait également des outils analytiques pour mieux caractériser des pathologies mentales affectant les processus de décision (p. ex. schizophrénie ou addictions). Récemment, la recherche sur les processus de décision s’est étendue dans de nombreux domaines (neurosciences cognitives, ingénierie, neuroéconomie…). Ces approches convergentes ont permis d’identifier des processus homologues de représentation du but chez l’animal et l’humain, ouvrant ainsi la possibilité d’études approfondies des mécanismes de l’action dirigée. Un Rongeur, par exemple, après une procédure de dévaluation spécifique, sélectionnera ses actions selon une représentation de la valeur actualisée de leurs conséquences. Ce type d’action dirigée est sensible aux manipulations d’un circuit nerveux comprenant des aires temporales et préfrontales, avec pour conséquence que l’animal continuera à effectuer une action donnant accès à une nourriture dévaluée. Il est probable que pour convertir la valeur d’une conséquence en un choix d’action, des échanges d’information soient nécessaires à des moments précis entre l’aire prélimbique (PL) du cortex préfrontal, l’amygdale basolatérale (BLA) et le cortex insulaire (IC). Toutefois, on ignore largement comment et quand ces régions doivent interagir. Le but du projet « GOAL » est d’explorer précisément la dynamique spatiale et temporelle de ces échanges. Le projet repose sur des expertises complémentaires issues de deux disciplines. Deux équipes de Bordeaux jouent un rôle de premier plan dans l’analyse des fonctions du cortex préfrontal et insulaire chez le Rongeur, en combinant théories de l’apprentissage et neurobiologie. L’équipe de Montpellier est la référence mondiale sur les vecteurs adénoviraux canins (CAV-2) permettant de transférer des gènes aux neurones. Elle apportera des outils novateurs pour l’étude des relations cerveau-comportement. Les objectifs de ce projet sont (1) de préciser l’architecture des connections temporo-frontales par une stratégie de double marquage antérograde et rétrograde. Il s ‘agira en particulier d’identifier des sous-régions du PL et de la BLA qui convergent vers des zones particulières de l’IC ; (2) de décrire le patron d’activation spatio-temporel des voies temporo-frontales par une combinaison d’imagerie ex vivo du gène précoce Arc et de traceurs neuroanatomiques ; et (3) de moduler la dynamique des interactions temporo-frontales par la manipulation spécifique et réversible de certaines de ces voies. Grâce à un DREADD (designer receptors exclusively activated by designer drugs) transporté de manière retrograde vers la BLA ou le PL par un vecteur CAV-2, nous pourrons réduire de manière spécifique l’activité de populations neuronales particulières de l’IC, identifiées par leurs projections, et ainsi identifier le sens des transferts d’information entre ces régions à chaque phase de la tâche. Ainsi le projet GOAL, axé sur la connectivité et les caractéristiques spatiales et temporelles des échanges d’information au niveau du système, apportera un nouveau regard sur la dynamique des processus de décision.
Résultats : 1/ En mettant en œuvre les concepts et méthodes des apprentissages associatifs, nous avons mis en évidence que l’expression d’une réponse dirigée vers un but nécessitait les informations contextuelles 
2/ Nous avons montré que l’acquisition d’une réponse dirigée vers un but nécessitait l’intégrité fonctionnelle des zones temporales (amygdale basolatérale) mais pas des zones frontales (cortex insulaire)
3/ Nous avons élaboré une nouvelle théorie du contrôle des réponses dirigées vers un but (Marchand, soumis)
4/ Nous avons établi la preuve de concept de l’inactivation par pharmacogénétique d’un groupe de neurones identifiés sur la base de leur projection anatomique
Perspectives : Les premiers résultats de ce projet, qui ont d’ores et déjà donné lieu à plusieurs publications sont extrêmement prometteurs. Dans les phases actuelles, nous mettons en œuvre l’approche d’étude des circuits par pharmacogénétique. Au vue des premiers résultats, nous devrions être en mesure de valoriser sous peu ce travail, dans les meilleurs supports du domaine.
Publications et brevets : Articles dans des revues internationales à comité de lecture
Parkes S., Ferreira G., Coutureau E. (2016) Acquisition of specific response-outcome associations requires NMDA receptor activation in the basolateral amygdala but not in the insular cortex, Neurobiology of Learning and Memory, 128: 40-45
Parkes S.L., Marchand A.R., Ferreira G., Coutureau E. Time dependant control of goal- directed behavior. Learning and Behavior, sous presse
Communications dans des conférences internationales
Parkes S., Ferreira, G., Coutureau E. Double dissociation in the role of the basolateral amygdala and the insular cortex in the acquisition and performance of goal-directed actions. Society for Neuroscience, Chicago, 17-20 October 2015, 
Alcaraz F., Marchand A.R., Kremer E.J., Coutureau E., Wolff M. Thalamo-cortical control of goal-directed behavior in Rats. Society for Neuroscience, Chicago, 17-20 October 2015
Organisation de symposium: “Neurocognitive bases of decision making”, Bordeaux, le 09/04/2015