Soutenance de thèse de Anne-Caroline MARTEL

Pour apprendre et guider des comportements adaptés au contexte, il est nécessaire de se représenter les actions et leurs conséquences, ainsi que le moment où elles se produisent. Comprendre comment le temps est représenté dans le cerveau est un enjeu majeur des recherches en neurosciences. Parmi les régions cérébrales impliquées, le striatum, principal composant des ganglions de la base, intervient dans le traitement des informations temporelles dans la gamme de la seconde à la minute. Cette structure reçoit une innervation dopaminergique qui joue un rôle important dans le traitement temporel, comme en témoigne l'altération de la sensibilité au temps observée lors d’un déficit pathologique en dopamine, comme dans la maladie de Parkinson. Les objectifs de cette thèse ont consisté à mieux comprendre les mécanismes striataux qui sous-tendent la perception du temps chez le primate, en s’intéressant à (1) la distinction entre différentes modalités de traitement de l’information temporelle, selon que le comportement repose sur un traitement contrôlé ou automatique du temps, (2) la contribution respective des interneurones et des neurones efférents du striatum, (3) l’influence de régions distinctes du striatum pouvant traiter différemment l’information temporelle. Chez deux macaques rhésus entraînés à estimer la durée d’intervalles de 1 à 2,3 s, ou prédire un événement au terme de ces mêmes intervalles, nous avons analysé les changements d’activité neuronale en fonction de la durée des intervalles et du contexte temporel (estimation ou prédiction) dans lequel ils sont présentés. Cette analyse avait pour but d’identifier des corrélats du codage de l’information temporelle par deux populations de neurones identifiables au plan électrophysiologique, à savoir les neurones efférents et les interneurones cholinergiques, appelés respectivement "PANs" et "TANs". Nous avons constaté que les changements d'activité des TANs semblent refléter des processus liés, mais non spécifiques, au codage temporel, sans effet de la durée de l'intervalle et avec une relative dépendance vis-à-vis du contexte temporel. Les différents patterns d'activation des PANs pourraient, quant à eux, transmettre des informations sur la durée des intervalles dans un contexte déterminé qui nécessite une estimation du temps écoulé ou la prédiction temporelle d'événements externes. L'ensemble de ces résultats fournit un éclairage nouveau sur les substrats neuronaux du traitement temporel au niveau de différents éléments de la circuiterie striatale.

To learn and guide behaviors in a contextually appropriate manner, it is necessary to represent not only the actions and their consequences, but also the time when they occur. A full understanding of how the brain creates a representation of time is a major challenge in neuroscience. Among the brain regions concerned, the striatum, the main component of the basal ganglia, is involved in the processing of temporal information for durations in the second-to-minute range. This region receives a dopaminergic innervation which plays an important role in time processing, as evidenced by alterations in the sense of time seen in pathological conditions involving dopamine deficiency, such as Parkinson's disease. The general objectives of this thesis were to improve our understanding of striatal mechanisms underlying time perception in primates, with an emphasis on (1) the distinction between differing modes of timing control, based on whether behavioral performance relies on controlled or automatic temporal processing, (2) the respective contribution of local circuit neurons and output neurons in the striatum, and (3) the influence of distinct striatal regions that may be differentially involved in timing processes. In two rhesus macaques trained to estimate the duration of intervals ranging from 1 to 2.3 s or to predict an event at the end of these same intervals, we have analyzed changes in striatal neuronal activity according to the interval duration and the timing context (estimation or prediction) within which these intervals are presented. This analysis aimed at identifying correlates of time encoding by two electrophysiologically identifiable neuron types, namely output neurons and cholinergic interneurons, called "PANs" and "TANs", respectively. We found that changes in the activity of TANs may reflect processes related to but not specific to encoding of time, with no effect of interval duration and some dependency with the timing context. On the other hand, different activation patterns over PANs may convey information about interval duration within a specific context that requires monkeys’ internal timing estimates or temporal prediction of external events. Overall, these findings provide new insights into the neural substrates of timing behavior at the level of discrete components of striatal circuitry.