Connectivité intracérébrale : organisation en situation de tâche cognitive et réorganisation après lésion

Abstract

La majeure partie des études menées pour comprendre les aspects fonctionnels du cerveau se concentre sur la notion de spécialisation fonctionnelle c’est-à-dire qu’elles visent à identifier les « rôles » des différentes structures cérébrales et les ensembles de structures qui s’activent lors d’une tâche donnée. Partant de l’hypothèse que pour comprendre comment le cerveau génère les fonctions, l’architecture du réseau de structures est tout aussi important que l’identification des structures activées, nous avons choisi d’utiliser une approche basée sur l’étude de la connectivité intracérébrale afin d’appréhender la complexité des processus cognitifs en général et des systèmes de mémoire en particulier. Pour ce faire, nous avons caractérisé la connectivité intracérébrale induite lors de tâches de mémoire spatiale (« emplacement » et « indice ») et décrit son évolution au cours de l’apprentissage et à la suite d’une lésion de l’hippocampe. La comparaison de la connectivité fonctionnelle induite par chacune des deux stratégies a permis de mettre en évidence qu’alors que la stratégie « emplacement » induit la convergence de la connectivité vers l’hippocampe, l’utilisation de la stratégie « indice » coïncide avec la convergence de la connectivité des mêmes structures vers l’amygdale. Ces résultats nous mènent à penser qu’il serait possible d’établir des dissociations entre les systèmes de mémoire en se basant sur l’étude de leurs connectivités. Dans une deuxième partie, nous avons montré que la maîtrise de la tâche « emplacement » s’accompagnait d’une modification de la connectivité fonctionnelle. En effet, au cours de l’acquisition, l’hippocampe semble se désengager du réseau sous-tendant la procédure au profit du striatum. Enfin, la dernière partie de notre travail visait à caractériser la réorganisation du réseau neuronal associée aux phénomènes compensatoires post-lésionnels. Cette étude s’est appuyée sur des techniques d’analyses statistiques multivariées. Nous avons montré que la récupération comportementale observée suite à la lésion de l’hippocampe était couplée à l’établissement d’un nouveau réseau composé des cortex entorhinal, périrhinal, rétrosplénial, prélimbique, cingulaire, piriforme, visuel et somatosensoriel ainsi que du subiculum. L’ensemble de ces résultats suggère que les processus cognitifs reposent sur la formation de clusters fonctionnels dynamiques, décrits par des schémas de connectivité entre des structures cérébrales spécialisées.

In order to understand the processes underlying memory systems, the first part of my PhD has concerned the way common cerebral structures differentially interact to sustain two different strategies tested in a spatial memory task, the water cross maze. The functional connectivity among these structures has been evaluated by using the matrices of correlation among the structure activities (revealed by counting the number of Zif 268 immunoreactive cells). We have observed a rearrangement of the functional connectivity according to the learning condition, what suggests that the activation of a memory system should be described as the focusing of functional connectivity toward the central structure of the system. My second aim has been to study the effect of brain injuries on the network supporting memory retrieval test inducing bilateral dorso-hippocampal lesions to mice. Though impaired during the first three days, lesioned-mice had the same level of performance than the sham-mice on the last day of behavioural training. Our recent studies have shown that structural equation modeling can accurately be used on low sample sizes. Therefore, we applied this method on imaging data to describe how the pattern of effective connectivity induced by learning is changed face to the lesion of the hippocampus. In other words we have shown that behavioural recuperation is coupled with a change in the pattern of connectivity. Although, this change in connectivity may be due to the use of a different strategy, this study gives an insight into understanding how decreasing cognitive resources due to age (or pathology) may be compensated.