Role of thalamic afferences to the nucleus accumbens in motivated behaviors.
Rôle des afférences thalamiques au noyau accumbens dans les comportements motivés chez le rat.
Résumé
Humans and animals are motivated beings. In world where resources are limited, we
constantly perform actions to reach the goals we set to ourselves. In the first place, we need to
maintain homeostasis by searching food, water or shelter. The concept of motivation does not directly
refer to these actions, but to the processes that augment the probability to perform them.
Nonetheless, orienting these actions require to integrate environmental stimuli that inform us on the
possibility to obtain rewards.
The nucleus accumbens (NAc), the ventral part of the striatum, belongs to the basal ganglia system
and is an essential element involved in the processes motivating the actions that allow to reach our
goals, especially when they are guided by predictive stimuli. However, stimuli have two distinct types
of properties. First, they incentivize our actions and second, they give us instructions about the specific
actions to perform to reach the selected goal.
In this PhD work, we first sought to understand the implication of the NAc in incentive and instructive
stimuli processing. We manipulated and recorded NAc neurons in rats performing a GO/NOGO task
involving these two types of stimuli. We observed that pharmacologically inactivating the NAc reduced
the engagement in action in response to incentive stimuli but had no effect in the rats ‘ability to
correctly respond to instructive stimuli. We observed stronger excitations to the incentive than the
instructive stimuli. Moreover, these neurons displayed incentive stimuli-evoked excitations that
depended on the motivational level of the animal. We called these neurons MOTIV+. Conversely, we
observed a second population of neurons specifically activated by the incentive stimuli to which the
animals did not engage in action in response to them. We called these neurons MOTIV-. We then
showed that the population of MOTIV+ neurons was mostly made of medium spiny projection neurons
while MOTIV- neurons were highly enriched in cholinergic interneurons.
In a second study, we sought to determine how satiety information modulated motivation instantiated
by incentive stimuli. The paraventricular nucleus of the thalamus (PVT) strongly projects to the NAc
and receives orexin inputs from the lateral hypothalamus, a central player in the integration of
metabolic information. We observed that in sated rats, PVT stimulation either with optogenetic or with
local orexin injections was sufficient to restore excitations of MOTIV+ neurons and the engagement in
actions in response to the incentive stimulus.
The parafascicular nucleus of the thalamus (Pfn) projects to the NAc and synapses preferentially onto
cholinergic interneurons. In a third study, we sought to determine whether Pf neuronal activity could
explain MOTIV- neuronal activity in the NAc. We recorded Pf neurons in response to incentive stimuli
in a reward-seeking task. We observed a bidirectional encoding of motivation with MOTIV+ and
MOTIV- profiles. The temporal dynamic of Pf responses suggests that Pf MOTIV- neuronal responses
could indeed be responsible for that found NAc MOTIV- neurons. Thus, this structure could play an
important attentional role by inhibiting the stimuli that are not pertinent to the need the animal seeks
to satisfy. Together, this work allowed to bring a new light on how the NAc integrates exteroceptive
but also interoceptive information to modulate the level of motivation.
Humain et animaux sont des êtres motivés. Dans un monde aux ressources limitées, nous réalisons
en permanence des actions permettant d’atteindre les buts que nous nous sommes fixés. En premier lieu,
il est nécessaire de maintenir l’homéostasie en cherchant de la nourriture, de l’eau ou un abri. Le concept
de motivation ne se réfère pas directement à ces actions, mais aux processus qui vont augmenter la
probabilité de les réaliser. Toutefois, pour guider ces actions motivées, nous avons besoin d’intégrer des
stimuli environnementaux qui nous renseignent sur la possibilité d’obtenir des récompenses.
Le noyau accumbens (NAc), partie ventrale du striatum au sein du système des ganglions de la base, est un
maillon important dans les processus qui motivent les actions et qui nous permettent d’atteindre nos
objectifs, en particulier quand ceux-ci sont guidés par des stimuli prédictifs. Cependant, les stimuli ont deux
types de propriétés. D’une part, ils nous incitent à nous engager dans l’action et d’autre part, nous donnent
des instructions sur le type d’action à réaliser afin d’atteindre l’objectif fixé.
Dans ce travail de thèse, nous avons en premier lieu cherché à comprendre l’implication du NAc dans la
prise en compte de stimuli aux propriétés incitatives et instructives. Pour cela, nous avons manipulé et
enregistré les neurones de cette structure, chez des rats effectuant une tâche de GO/NOGO guidée par ces
deux types de stimuli. Nous avons observé que l’inactivation pharmacologique du NAc réduisait
l’engagement dans l’action en réponse au stimulus incitatif, mais n’affectait pas la capacité à répondre
correctement aux stimuli instructifs. Nous avons observé de plus fortes excitations aux stimuli incitatifs
qu’instructifs. De plus, ces neurones présentaient des excitations aux stimuli incitatifs dépendantes de la
motivation de l’animal. Nous avons appelé cette population : MOTIV+. À l’inverse, nous avons observé une
seconde population de neurones s’activant en réponse au stimulus incitatif uniquement lorsque l’animal
ne s’engageait pas dans l’action. Nous avons appelé ces neurones MOTIV-. Nous avons par la suite montré
que la population MOTIV+ est majoritairement constituée par des neurones de projection épineux moyens
tandis que la population MOTIV- était fortement enrichie en interneurones, notamment cholinergiques.
Dans un second travail, nous avons cherché à déterminer comment les informations de satiété pouvaient
moduler la motivation en réponse à des stimuli incitatifs prédisant des récompenses alimentaires. Le noyau
paraventriculaire du thalamus (PVT) projette fortement au NAc et reçoit des afférences orexinergiques de
l’hypothalamus latéral, qui joue un rôle central dans l’intégration des informations métaboliques. Nous
avons observé que, chez des rats à satiété, la stimulation du PVT, par optogénétique et par injection locale
d’orexine, était suffisante pour rétablir les excitations des neurones MOTIV+ ainsi que l’engagement dans
l’action en réponse au stimulus incitatif.
Le noyau parafasciculaire du thalamus (Pfn) projette au NAc et synapse préférentiellement sur les
interneurones cholinergiques. Dans une troisième étude, nous avons cherché à déterminer si l’activité
neuronale du Pfn pouvait expliquer les réponses des neurones MOTIV- du NAc. Nous avons enregistré
l’activité des neurones du Pfn en réponse à des stimuli incitatifs dans une tâche de recherche de
récompense. Nous avons ainsi observé un encodage bidirectionnel de la motivation avec des profils MOTIV+
et MOTIV-. Le décours temporel des réponses du Pfn suggère qu’effectivement l’activité de neurones
MOTIV- dans le Pfn pourraient être responsable de celle des neurones MOTIV- du NAc. Ainsi, cette structure
pourrait jouer un rôle attentionnel important en inhibant les stimuli non reliés aux besoins que l’animal
cherche à satisfaire. L’ensemble de ces travaux a permis d’apporter un éclairage nouveau sur la manière
dont le NAc intègre des informations extéroceptives, mais aussi intéroceptives afin de moduler le niveau
motivationnel.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
---|