Par Cyril Herry

Les réponses adaptatives de peur face à des situations traumatisantes ou menaçantes nous aide à échapper à un danger potentiel. Ces réponses de peur peuvent être apprises par le biais d’une association entre un stimulus neutre au départ et la présence d’un facteur stressant (par exemple un danger physique). Cette association très robuste permet la formation d’une trace de mémoire qui persiste pendant des années et génère des modifications structurelles et fonctionnelles dans le cerveau. Cet apprentissage associatif peut se réaliser en une seule fois et chaque exposition ultérieure au stimulus conditionné induit une récupération de la mémoire associative. La mémoire de peur se manifeste au travers d’une large gamme de réponses physiologiques telles qu’une augmentation de la transpiration, des tremblements, ainsi qu’une augmentation du rythme cardiaque. D’un point de vue neuronal, les corrélats physiologiques de ces réponses de peur sont encore largement inconnus.

Au laboratoire, la mémoire de peur est modélisée par la mise en œuvre d’un conditionnement de type Pavlovien au cours duquel un stimulus tel qu’un son est répétitivement associé à un évènement aversif léger comme un choc électrique délivré aux pattes de l’animal. La peur conditionnée de l’animal se manifeste notamment par une réponse conditionnée d’immobilisation appelée freezing. Des décennies de recherche dans le domaine ont permis d’identifier de multiples régions cérébrales impliquées dans le conditionnement auditif de peur, en particulier, le cortex préfrontal médian dorsal (CPFmd) et l’amygdale basolatérale (BLA) qui sont des structures clefs pour l’acquisition et l’expression des réponses conditionnées de peur. Bien que le freezing soit une mesure classique de la peur largement utilisée, les mécanismes neuronaux permettant l’expression de cette réponse comportementale sont encore largement inconnus.

Afin de répondre à cette question, nous nous sommes focalisés dans cette étude sur les processus neurobiologiques associés à cet état comportemental de peur par la mise en oeuvre d’approches comportementales, électrophysiologiques et optogénétiques. Dans cette étude nous mettons en évidence pour la première fois que le comportement de freezing est associé à un état cérébral généré de façon interne qui se manifeste par la mise en œuvre d’oscillations soutenues autour de 4 Hz au niveau du CPFmd et du BLA. De façon intéressante, nous avons observé que cet état oscillatoire prédit le début et la fin des épisodes de freezing et permettait le couplage d’activité neuronale entre le CPFmd et le BLA. Grâce à des analyses causales, nous avons identifié que l’activation des neurones du CPFmd précédait l’activation des neurones de l’amygdale pour chaque cycle de 4 Hz ce qui suggère un rôle clef de ces oscillations préfrontales dans le contrôle de l’expression des réponses conditionnées de peur. Finalement, grâce à la mise en œuvre de manipulation optogénétiques innovantes, nous avons démontré que l’induction artificielle d’oscillations 4 Hz dans le CPFmd était une condition suffisante pour l’induction du comportement de freezing et la synchronisation d’activité neuronale entre le CPFdm et le BLA.

Dans leur ensemble, ces résultats identifient une signature physiologique de la mémoire de peur au sein des circuits préfrontaux-amygdaliens et suggèrent que l’altération des oscillations 4 Hz dans ce circuit pourrait représenter une stratégie thérapeutique potentielle pour les pathologies anxieuses.

Source: “4-Hz oscillations synchronize prefrontal–amygdala circuits during fear behavior”

Karalis N, Dejean C, Chaudun F, Khoder S, Rozeske R, Wurtz H, Bagur S, Benchenane K, Sirota A, Courtin J, Herry C

Nature Neuroscience,  2016  doi:10.1038/nn.4251

Copyright © 2016, Rights Managed by Nature Publishing Group

Oscillations 4 Hz dans le cortex préfrontal au cours du comportement de freezing.

a, Haut, Exemple représentatif  d’oscillation 4 Hz dans le cortex préfrontal au cours du freezing. Bas, Spectrograms représentatifs des potentiels de champs préfrontaux avant et après conditionnement lors de la présentation du son contrôle (CS-) ou du son conditionné (CS+).

b, Spectrogram représentatif des potentiels de champs préfrontaux à une résolution temporelle plus fine lors de la présentation du son contrôle conditionné (CS+) associé à un comportement de freezing.

c-d, Analyse spectrale moyennée mettant en évidence une augmentation des oscillations préfrontales 4 Hz pendant les périodes de freezing et au cours de la récupération des réponses de peur après conditionnement.