La capacité à prendre une décision adaptée dans un environnement changeant fait intervenir de multiples régions cérébrales interconnectées. Le cortex préfrontal est l’un des sites primordiaux mais ces dernières années ont vu apparaître le rôle important des régions thalamiques. Actuellement, l’implication de ces circuits thalamocorticaux dans les fonctions cognitives est reconnue comme déterminante, particulièrement en ce qui concerne les liens entre le cortex préfrontal (PFC) et le thalamus médiodorsal (MD).  Le cortex préfrontal se caractérise néanmoins par une importante hétérogénéité anatomique, à laquelle fait écho la diversité des projections thalamocorticales issues du MD : différentes populations neuronales thalamiques innervent les différentes régions préfrontales.

Récemment, l’équipe Décision et Adaptation de l’INCIA (Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine, UMR 5287, Bordeaux) a pu établir que les connexions entre le mPFC et le MD sont essentielles pour la capacité à prendre une décision adaptée en usant d’approches pharmacogénétiques avancées chez le rat. Ces résultats lèvent un voile partiel sur la contribution fonctionnelle des connections entre cortex préfrontal et thalamus en se focalisant spécifiquement sur le mur médian du cortex préfrontal. Néanmoins, le cortex orbitofrontal (OFC) fait également l’objet d’une innervation importante du MD et d’une autre région thalamique largement méconnue, le thalamus submédian.

Pour donner un éclairage plus complet sur le rôle fonctionnel de ces circuits, l’équipe a donc déconnecté l’OFC de l’une et l’autre de ses afférences thalamiques et évalué l’impact de ces manipulations sur la capacité à prendre une décision fondée sur la valeur courante du but chez le rat. Ceci est classiquement effectué en utilisant une procédure de dévaluation spécifique du but, après un apprentissage instrumental initial dans lequel les animaux apprennent que l’appui sur deux leviers différents permet d’obtenir une récompense alimentaire spécifique. Après cette phase, la procédure de dévaluation consiste à fournir à l’animal l’une de ces deux récompenses à volonté, et à procéder à un test de choix entre les deux leviers immédiatement après. Lors de ce test, les leviers sont inactifs et les choix des animaux sont donc fondés uniquement sur leur représentation de la valeur courante de la récompense : des animaux « normaux » répondent majoritairement sur le levier correspondant à la récompense non dévaluée. De façon intéressante, les déconnections entre cortex orbitofrontal et thalamus médiodorsal ou submédian n’ont pas produit d’effet, suggérant un rôle spécifique du circuit mPFC-MD (Alcaraz et al., 2018). Néanmoins, après une phase d’apprentissage instrumental supplémentaire dans lequel la flexibilité cognitive des animaux est sollicitée, en inversant les contingences entre levier et nourriture qui lui est associée, un résultat bien différent apparaît. Alors que la déconnection de l’OFC et du MD est toujours sans effet, déconnecter l’OFC de son autre afférence thalamique, le thalamus submédian, produit un déficit spécifique lors du choix, suggérant que ces animaux ne sont pas capables de s’adapter au changement de contingences.

Ce résultat fait écho à une démonstration similaire de l’équipe ayant préalablement établi un rôle du thalamus submédian dans la capacité à mettre à jour les contingences Pavloviennes (Alcaraz et al., 2015). De façon plus générale, pris dans leur ensemble, ces études soulignent que différents circuits thalamocorticaux semblent coopérer pour assurer le caractère flexible de l’action dirigée vers un but. Un enjeu important pour les années à venir sera de déterminer les mécanismes par lesquels les échanges fonctionnels entre ces circuits peuvent opérer.

Référence

A thalamocortical circuit for updating action-outcome associations (2019) Fresno V, Parkes SL, Faugère A, Coutureau E*, Wolff M*. *Contributed equally.

Elife. 2019 Apr 23;8. pii: e46187. doi: 10.7554/eLife.46187.

Pour aller plus loin

Thalamocortical and corticothalamic pathways differentially contribute to goal-directed behaviors in the rat (2018) Alcaraz F, Fresno V, Marchand AR, Kremer EJ, Coutureau E, Wolff M.

Elife. 2018 Feb 6;7. pii: e32517. doi: 10.7554/eLife.32517.

https://insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/boucles-thalamocorticales-des-informations-bien-dirigees-pour-une-decision-adaptee

https://lejournal.cnrs.fr/nos-blogs/aux-frontieres-du-cerveau/comment-le-cerveau-decide

http://archives.cnrs.fr/presse/article/4227

Contact chercheurs

Mathieu Wolff

Etienne Coutureau

Equipe Décision et Adaptation, Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (INCIA), UMR5287, Bordeaux