par Krieger, Lars 
Président du jury Langer, Ingrid
Promoteur de Kerchove d'Exaerde, Alban
Publication Non publié, 2021-09-10
Président du jury Langer, Ingrid
Promoteur de Kerchove d'Exaerde, Alban
Publication Non publié, 2021-09-10
Thèse de doctorat
| Résumé : | Our everyday lives are full of motor action sequences that we employ to reach our goals. We have learned and acquired the skills to execute these actions to a degree where they have become very precise and no active thinking is necessary to engage in them. But the environment around us is constantly changing and any learned pattern is eventually subjected to a change in contingencies. Therefore, we must maintain the flexibility to adapt well learned movement sequences. The striatum is the main input nucleus of the basal ganglia and integrates afferent information from cortex and thalamus, amongst others. One prominent aspect of the dorsal striatum is its role in motor coordination and motor skill learning processes. Here, the two efferent subpopulations of principal medium spiny neurons are hypothesized to have a facilitating and inhibitory role on motor execution, respectively. Furthermore, the lateral and medial portion of the dorsal striatum were shown to have different roles throughout motor skill learning and habit formation. Lately, these views have been challenged, showing a more complex and coordinated role of the two subpopulations and of subregions. Especially the integration of sensorimotor information with the template representation of a learned motor task must be computed by striatal neurons in a more sophisticated way to allow flexible adaptation of learned patterns to novel contingencies.In this work presented here, a new Rotarod motor skill task was developed to test flexible adaptation to changes of a well-learned sequential motor pattern (motor flexibility). The advantage of the high spatial and temporal resolution capabilities of in vivo electrophysiological recordings were employed to probe the dorsal striatum for a neuronal activity signature of motor flexibility. Furthermore, using optogenetic control over neuronal activity, this work deciphers how thalamic and cortical modulation of the dorsal striatum influences the execution of motor flexibility. It could be shown that both, medial and lateral regions of the dorsal striatum indeed represent flexibility at a neuronal activity level and that putative principal medium spiny neurons and interneurons play different roles. Inhibition of thalamic, but not cortical afferences to the dorsal striatum was shown to influence the successful execution of flexible behavior.Taken together, the work presented here introduces a new task, confirms known aspects of striatal functions, adds new insights on flexibility-related activity and tests two important afferent pathways that have not been tested in this combination and in this context, before. Importantly, the results presented here uncover new aspects of thalamostriatal activity, which could help the scientific community to further understand the complex basal ganglia network in a context important in normal and pathological behavior. |
| Notre vie quotidienne utilise un grand nombre de séquences d'actions motrices pour atteindre nos objectifs. Nous avons appris et acquis les compétences pour exécuter ces actions à un degré tel qu'elles sont devenues très précises et qu'aucune pensée conciente n'est encore nécessaire pour les réaliser. Mais l'environnement qui nous entoure est en constante évolution et tout modèle appris est éventuellement soumis à un changement de contingence. Par conséquent, nous devons conserver la flexibilité nécessaire pour adapter nos séquences de mouvements apprises. Le striatum est le principal noyau d'entrée des ganglions de la base et intègre les informations afférentes provenant principalement du cortex et du thalamus. Un aspect important du striatum dorsal est son rôle dans la coordination motrice et les processus d'apprentissage des habiletés motrices. Les deux populations efférentes du striatum, composes de neurones épineux moyens, ont un rôle soit facilitateur , soit inhibiteur sur l'exécution motrice. En outre, il a été démontré que les parties latérale et médiane du striatum dorsal jouent des rôles différents dans l'apprentissage des habiletés motrices et la formation des habitudes. Récemment, ces points de vue ont été remis en question, montrant un rôle plus complexe et coordonné des deux populations et des sous-régions du striatum. En particulier, l'intégration des informations sensorimotrices avec la représentation du modèle d'une tâche motrice apprise par les neurones striataux doit être comprise d’une manière plus sophistiquée pour intégréer la flexibilité nécessaires de nouvelles contingences à un apprentissage acquis.Dans le travail présenté ici, une nouvelle tâche d'habileté motrice via un Rotarod a été développée pour tester l'adaptation flexible aux changements d'un schéma moteur séquentiel bien appris (flexibilité motrice). L'avantage des capacités de haute résolution spatiale et temporelle des enregistrements électrophysiologiques in vivo a été utilisé pour identifier dans le le striatum dorsal les signatures de la flexibilité mortice par l’activité neuronale de celui-ci. De plus, en utilisant le contrôle optogénétique de l'activité neuronale, ce travail décrypte comment les modulations thalamiques et corticales dans le striatum dorsal influence l'exécution de la flexibilité motrice. Nous avons montré que les régions médiane et latérale du striatum dorsal représentent effectivement la flexibilité au niveau de l'activité neuronale et que les neurones épineux moyens et les interneurones jouent des rôles différents. Nous avons aussi montré que l'inhibition des afférences thalamiques, mais pas corticales, du striatum dorsal influençait jouaient un role dans flexibilité.Dans l'ensemble, le travail présenté ici iprésente une nouvelle tâche comportemental pour évaluer la flexibilité motrice, confirme des aspects connus des fonctions du striatum, et ajoute de nouvelles perspectives sur l'activité liée à la flexibilité et teste deux voies afférentes qui n'ont pas été testées dans cette combinaison et dans cle context de la flexibilité motrcie. Plus important encore, les résultats présentés ici révèlent de nouveaux aspects de l'activité thalamostriatale, ce qui pourrait aider la communauté scientifique à mieux comprendre le réseau complexe des ganglions de la base dans un contexte important pour le comportement normal et pathologique. |
