Soutenance de Thèse Julien POITREAU - Vendredi 17 Novembre 14h Salle des Voûtes - Bâtiment 9 - Campus St Charles Aix-Marseille Université , 3 Place Vitor Hugo.
Titre : Spatial interference in rats and dorsal striatum involvement in the response conflict management.
Résumé de la thèse :
Agir de manière adaptée nécessite la prise en compte des informations pertinentes de l’environnement vis-à-vis du but à atteindre. A l’inverse, la prise en compte d’informations non-pertinentes peut nuire à l’accomplissement du but. Le travail d’ergonomistes utilisant des tâches comportementales appelées tâches de conflit a montré qu’il existe, chez l’humain, un traitement automatique (c.-à-d. indépendant du contrôle volontaire) des informations spatiales des stimuli environnementaux utiles à l’accomplissement d’un but, et cela même si ces informations sont non-pertinentes. Ce traitement entraîne l’activation d’une action stéréotypée, ipsilatérale au stimulus, qui interfère avec l’émission de la réponse volontaire dans le cas où les deux réponses sont différentes, ce qu’on appelle effet Simon. La gestion de ce type de conflit de réponse nécessite la mise en place de mécanismes de contrôle de l’action, pour inhiber l’action impulsive et favoriser le comportement volontaire.
La littérature actuelle sur l’implémentation neurale de l’interférence spatiale se concentre majoritairement sur l’implication du cortex. Toutefois, un certain nombre d’études plaident en faveur d’un rôle important des ganglions de la base comme site potentiel de la sélection entre les deux réponses. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse a été de caractériser le conflit de réponse résultant de l’interférence spatiale chez le rat, et d’évaluer l’implication du striatum dorsal, l’une des principales structures d’entrée des ganglions de la base, dans la gestion de ce conflit. Pour cela, nous avons élaboré une version rongeur de la tâche de Simon visuelle, une tâche de conflit très utilisée chez l’humain pour l’étude des processus de contrôle de l’action. Après confirmation de la production d’un effet Simon visuel chez le rat avec notre paradigme comportemental, la première expérience de ce travail a été consacrée à la description de la dynamique de l'effet en fonction de la latence des réponses, dans un but de comparaison avec les performances humaines. En effet, il a été montré que cette dynamique, chez l’humain, reflète l'engagement compétitif des processus d’élaboration des actions impulsive et volontaire, ainsi que des mécanismes visant à résoudre le conflit qui en résulte. Les deux expériences rapportées ensuite présentent notre travail sur fonctionnement dorsostriatal, nous nous sommes intéressés à la possible dissociation fonctionnelle entre les régions médiane (SDM) et latérale (SDL) de la structure, et avons étudié leur engagement respectif en utilisant deux approches, lésionnelle et électrophysiologique, ainsi que deux paradigmes comportementaux différents (cages opérantes et labyrinthe en T).
Globalement, nos résultats soutiennent l'idée de processus similaires à l'origine de l'effet Simon chez le rat et l’humain, avec chez les deux espèces, d’importantes caractéristiques communes, comme la généralisation de l’effet à plusieurs domaines sensoriels et effecteurs, ainsi qu’une évolution du conflit en fonction de la durée de la réponse qui favorise la sélection de l’action volontaire. Cependant, nos résultats montrent également des différences, qui pourraient suggérer que le rat met en place des mécanismes de contrôle de l'interférence spatiale moins efficaces que l’humain. Cela reste toutefois à confirmer. Enfin, notre travail supporte l'implication du striatum dorsal dans la performance à la tâche de Simon visuelle, et en particulier dans l'amélioration de l'efficacité de la sélection des réponses correctes avec l’entrainement. Nos données suggèrent également un engagement différentiel du SDM et du SDL en fonction du niveau de conflit de réponse. Finalement ces résultats sont discutés dans le contexte de plusieurs modèles de contrôle de l'action chez l'humain et le rat, dans le but de les intégrer aux les connaissances actuelle.
Abstract :
To act appropriately, one has to take into account information from the environment that are relevant to the goal at hand. Conversely, considering irrelevant information can be detrimental in achieving it. Ergonomists’ work, using behavioral tasks called conflict tasks, has shown that humans automatically (i.e. independently of voluntary control) process spatial information of environmental stimuli useful to achieve a goal, and that, even if this information is irrelevant. This processing leads to the activation of a stereotyped action, ipsilateral to the stimulus, which interferes with the emission of the voluntary response if the two responses are different, a process known as the Simon effect. The management of such response conflict requires action control mechanisms to be put in place, in order to inhibit the impulsive action plan and favor the voluntary behavior.
Current knowledge about the neural implementation of the cognitive processes involved in spatial interference is mainly cortical. Nonetheless, a number of studies argue in favor of an important role for the basal ganglia as a potential site of selection between the two responses. In this context, the aim of this thesis was to characterise the response conflict resulting from the spatial interference in rats, and to assess the involvement of the dorsal striatum, one of the main input structures of the basal ganglia, in this conflict
management. To this end, we developed a rodent version of the visual Simon task, a conflict task widely used in humans to study action control. Having confirmed the induction of a visual Simon effect in rats with our behavioral paradigm, the first experiment in this work was then devoted to describe the dynamic of the effect as a function of response latencies, with an aim of comparison with human performance. Indeed, it has been shown that this dynamic, in humans, reflects the competitive engagement of the processes elaborating the impulsive and voluntary action plans, as well as the mechanisms aimed at resolving their conflict. The two experiments reported next present our work on the involvement of the dorsal striatum. Based on the rodent literature describing the dorsostriatal functioning, we investigated the possible functional dissociation between the medial (DMS) and lateral (DLS) regions of the structure, and studied their respective engagement using two approaches, lesional and electrophysiological, as well as two different behavioral paradigms (operant boxes and T-maze).
Overall, our results support the existence of similar processes underlying the Simon effect in rats and humans. We evidenced important features in common in both species, such as the effect generalisation to several sensory domains and effector used, and an evolution of the conflict as a function of response duration that favors the selection of the voluntary action plan. Our results also show differences between species, which could suggest that rats set up less effective mechanisms than humans for controlling the spatial interference. However, this remains to be confirmed. Finally, our work supports the involvement of the dorsal striatum to the visual Simon task performance, and in particular in improving the efficiency of the correct response selection with training. Our data also suggest differential engagement of the DMS and DLS, as a function of the level of response conflict. Finally, these results are discussed in the context of several models of action control in humans and rats, with the aim of integrating them into the current knowledge about the basal ganglia functioning and the control of spatial interference.
Composition du jury :
Christelle BAUNEZ, Directrice de recherche, CNRS, Aix-Marseille Université, Présidente du jury
Shauna PARKES, Chargée de recherche, CNRS, Université de Bordeaux, Rapporteuse
Emmanuel PROCYK, Directeur de recherche, CNRS, Université de Lyon, Rapporteur
Richard RIDDERINKHOF, Professeur, University of Amsterdam, Examinateur
Franck VIDAL, Professeur, CNRS, Aix-Marseille Université, Invité
Francesca SARGOLINI, Professeure, CNRS, Aix- Marseille université, Directrice de thèse
Boris BURLE, Directeur de recherche, CNRS, Aix- Marseille Université, Co-directeur de thèse
