Bien que la neurotransmission glutamatergique joue un rôle pivot dans le développement et l’expression de la sensibilisation comportementale aux amphétamines, le rôle spécifique de certaines structures glutamatergiques qui projettent sur l’aire tegmentale ventrale et/ou le noyau accumbens n’est pas encore bien caractérisé. Nous montrons que l’hippocampe dorsal, la partie prélimbique du cortex préfrontal et l’amygdale basolatérale joue un rôle prépondérant dans les réponses locomotrices induites par l’administration aiguë (développement de la sensibilisation) et chronique (expression de la sensibilisation) d’amphétamines, suggérant les réponses locomotrices aux amphétamines impliquent un ensemble de structures glutamatergiques corticolimbiques. Par la suite, nous nous sommes intéressés au rôle de la neurotransmission glutamatergique associée aux récepteurs NMDA dans le noyau accumbens, qui est considéré comme le noyau clé de l’expression de la sensibilisation, sur le développement à court terme de la sensibilisation aux amphétamines. De plus, nous montrons le développement de la sensibilisation à court terme aux amphétamines requiert l’activation concomitante de certains récepteurs NMDA au glutamate et nicotiniques à l’acétylcholine dans le noyau accumbens. De plus, l’activation concomitante de ces récepteurs sous tend également la libération de dopamine induite par les amphétamines dans le noyau accumbens. L’ensemble de ces données montre que la neurotransmission glutamatergique, et les structures glutamatergiques qui projettent sur l’aire tegmentale ventrale et/ou le noyau accumbens, joue un rôle majeur dans la sensibilisation comportementale à court terme aux amphétamines. / Although it is well admitted that the glutamatergic neurotransmission plays a pivotal role in the development and expression of behavioral sensitization to amphetamine, the specific role of glutamatergic structures that project to the ventral tegmental and/or the nucleus accumbens is less well studied. We showed that the dorsal hippocampus, the prelimbic part of the prefrontal cortex and the basolateral amygdala play a critical role in both acute (development of sensitization) and chronic (expression of sensitization) locomotor responses induced by amphetamine, suggesting that behavioral responses to amphetamine are mediated by circuitry of corticolimbic glutamatergic structures. Next, we investigated the role of glutamatergic NMDA receptors contained in the nucleus accumbens, which is seen as the key structure for the expression of sensitization, in the development of short term sensitization to amphetamine. Interestingly, we showed that, contrasting with the current dichotomous thinking that has attributed specialized functions to the ventral tegmental area and the nucleus accumbens, respectively in the development and the expression of behavioral sensitization, concomitant activation of certain types of NMDA and nicotinic receptors in the nucleus accumbens is also required for the development of short term sensitization. Furthermore, we showed that concomitant activation of these receptors sustained the amphetamine-induced dopamine release in the nucleus accumbens. All these data show that glutamatergic neurotransmission, and glutamatergic structures which project onto mésoaccumbens system, plays a major role in short-term behavioral sensitization to amphetamine.

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本研究以心理興奮性藥物(psychosimulants)引發之行為致敏化作為探討環境與藥物的配對學習如何影響個體長期使用藥物後對藥物的反應。首先於實驗一建立安非他命引發自發活動致敏化基本模式，以及不同的重複注射情境下致敏化的表現，結果顯示經由本實驗操弄注射情境的程序可有效引發在測試箱、飼養籠，和第三處的安非他命致敏化表現，並且致敏化自發活動表現量在測試箱組顯著高於飼養籠組和第三處組。實驗二對致敏化形成歷程中可能與安非他命配對的刺激進行消除，以釐清致敏化形成歷程中連結學習的要素，結果顯示消除程序沒有降低致敏化活動量的效果。實驗三使用中樞注射麩胺酸受體拮抗劑NBQX於依核以影響致敏化的連結學習歷程，結果顯示該操弄可阻斷在飼養籠重複注射安非他命引發的行為致敏化。測試箱組經過該操弄後其致敏化活動量顯著降低但仍有顯著的致敏化活動量表現。實驗四分別破壞前額葉皮質兩處次級區塊以瞭解其在致敏化連結學習歷程中扮演的角色，結果顯示破壞背側前額葉皮質只阻斷在飼養籠注射安非他命所引起的行為致敏化，破壞腹側前額葉皮質只阻斷測試箱組行為致敏化。綜合上述研究結果顯示安非他命引發致敏化的形成深受藥物配對的環境影響而可區分環境相依與環境獨立之行為致敏化，環境相依行為致敏化的行為機制可由場合建立的觀點加以解釋。在依核內之麩胺酸傳導和前額葉皮質次級區塊之功能在兩種行為致敏化上的差異可以反應環境相依和環境獨立行為致敏化的潛在神經機制可能有所不同。 / The present study investigated the neurobehavioral mechanisms of d-amphetamine (AMP) induced behavioral sensitization, with the aim to elucidate the role of associative learning between the context and drug. Experiment 1 compared the sensitization effects of repeated (AMP) conducted in three different contexts by the measurement of locomotion activity. The results showed that behavioral sensitization of locomotion was significantly induced AMP repeatedly injected in each of the contexts. However, the magnitudes of behavioral sensitization were different among those three conditions. The highest degree of sensitized locomotion was observed in the group with repeated AMP conducted in the test box in comparing to the other two groups with drug administration in the home cage and a third place, Experiment 2 was designed to examine the effects of extinction on the injection procedure and the contextual cue on the behavioral sensitization of AMP induced in the test box, the home cage, and a third place. The resu lts clearly indicate all three types of locomotion sensitization were resistant to the manipulation of extinction. Experiment 3 tested the effects of NBQX, a glutamatergic AMPA receptor antagonist, infused into the nucleus accumbens on the establishment of behavioral sensitization of AMP induced in the test box and the home cage. This intra-accumbens NBQX treatment significantly suppressed the formation of behavioral sensitization of AMP induced in the home cage, but not in the test box. Experiment 4 investigated the lesion effects of medial prefrontal cortex (mPFC) on the establishment of behavioral sensitization of AMP induced in the test box and the home cage. Two subareas of the mPFC, dorsal and ventral parts, were lesioned by ibotenic acid. The findings indicated a double dissociation existing in the mPFC subareas for the behavioral sensitization of AMP induced in different contexts. The lesion of ventral mPFC inhibited the formation of behavioral sensitization of AMP induced in the test box, whereas the lesion of dorsal mPFC attenuated the AMP sensitization induced at the home cage. Together, these data suggest that the association of the repeated drug effects pairing to the context is critical for the development of behavioral sensitization. Such sensitization can further be differentiated into the context-depentdent and context-independent forms based on the uniqueness of contextual cue in the environment where drug is administered. Different neural substrates are involved in the establishment of behavioral sensitization of AMP.

Le cervelet permet l’apprentissage moteur et la coordination des mouvements fins. Pour ce faire, il intègre les informations sensorielles provenant de l’ensemble du corps ainsi que les commandes motrices émises par d’autres structures du système nerveux central. Les noyaux cérébelleux profonds (DCN) constituent la sortie du cervelet et intègre les informations provenant des cellules de Purkinje (PC), des fibres moussues et des fibres grimpantes. Nous avons étudié les connexions fonctionnelles entres les PC et les DNC in vivo, grâce à une stimulation optogénétique des lobules IV/V du cortex cérébelleux et à l’enregistrement multi unitaire du noyau médian. Nous avons ainsi identifié deux groupes de cellules au sein des DCN, présentant des caractéristiques propres au niveau de leur fréquence de décharge et de la forme des potentiels d’action, en accord avec la dichotomie établie par une précédente étude in vitro permettant de séparer les neurones GABAergiques des autres neurones. Nos résultats suggèrent que les PC contrôlent la sotie du cervelet d’un point de vue temporel. De plus, la ciruiterie interne des DCN conforte ce résultat de part le fait que les cellules GABAergiques ne produisent pas d’effet temporel au travers de l’inhibition locale. / The cerebellum integrates motor commands with somatosensory, vestibular, visual and auditory information for motor learning and coordination functions. The deep cerebellar nuclei (DCN) generates the final output by processing inputs from Purkinje cells (PC), mossy and climbing fibers. We investigated the properties of PC connections to DCN cells using optogenetic stimulation in L7-ChR2 mice with in vivo multi electrode extracellular recordings in lobule IV/V of the cerebellar cortex and in the medial nuclei. DCN cells discharged phase locked to local field potentials in the beta, gamma and high frequency bands. We identified two groups of DCN cells with significant differences in action potential waveforms and firing rates, matching previously discriminated in vitro properties of GABAergic and non-GABAergic cells. PCs inhibited the two group of cells gradually (rate coding), however spike times were controlled for only non-GABAergic cells. Our results suggest that PC inputs temporally control the output of cerebellum and the internal DCN circuitry supports this phenomenon since GABAergic cells do not induce a temporal effect through local inhibition.

Dans le cerveau, les astrocytes sont les cellules gliales les plus abondantes et elles jouent divers rôles, y compris le maintien des synapses tripartites et la régulation du débit sanguin cérébral (DSC). Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule de signal endogène qui a un impact sur la régulation de l'activité synaptique et du DSC. Des études antérieures ont démontré que le NO est produit dans les cellules endothéliales et les neurones par la synthase du monoxyde d’azote endothéliale (eNOS) et neuronale (nNOS), respectivement. Cependant, la source de production de NO dans les astrocytes reste incertaine. Par conséquent, nous proposons que la voie de signalisation NOS constitutive puisse coexister dans les astrocytes et puisse être activée par différents neurotransmetteurs. L'objectif de cette thèse est d'identifier les sources et les activateurs de la production de NO dans les astrocytes corticaux de la souris. L'identification des isoformes constitutives de NOS effectuée au moyen de la microscopie électronique et d'immunohistochimie a révélé l’expression des eNOS et nNOS dans les astrocytes. Des préparations de culture d'astrocytes et de tranches de cerveau marquées avec du diacétate de 4-amino-5-méthylamino-2',7'-difluorescéine (DAF-FM), un indicateur de NO perméable aux cellules qui devient imperméable une fois à l’intérieur ont été réalisées. Cette fonctionnalité a été mise à profit pour évaluer la production de NO exclusivement dans les astrocytes en utilisant la microscopie confocale à uni- et multi-photons. De plus, des agonistes cholinergiques ou glutamatergiques qui ont la capacité d’augmenter la concentration de Ca2+ intracellulaire peuvent induire une production du NO in vitro et ex vivo dans les astrocytes, qui est supprimée en présence de l'inhibiteur de NOS non sélectif, L-NG -Nitro-arginine. Fait intéressant, la réponse NO à l’acétylcholine était absente chez les souris eNOS-/-, tandis que l'acide trans-1-aminocyclopentane-1,3-dicarboxylique (t-ACPD) a peu affecté la production de NO chez les souris nNOS-/-. Ces résultats impliquent que les eNOS et nNOS astrocytaires peuvent être déclenchés par des cascades d'activation distinctes (cholinergique et glutamatergique métabotrope). En outre, les études sur la mobilisation cytosolique du Ca2+ indiquent l'importance du réticulum endoplasmique comme réservoir de Ca2+ pour la production de NO, et suggèrent aussi une voie de signalisation astrocytaire qui, une fois activée par le t- ACPD, provoque l'efflux de Ca2+ médié par le récepteur à la ryanodine, qui à son tour active les nNOS adjacents et conduit à la production de NO. Par ailleurs, la superfusion de préparations in vitro et ex vivo avec du N-Méthyl-D-aspartate (NMDA) a provoqué une augmentation du NO tant dans les souris eNOS-/- que nNOS-/-, ce qui indique l'implication des eNOS et nNOS astrocytaires. La production de NO a été atténuée par l'inhibition du complexe PSD-95 / nNOS ce qui suggère que le récepteur NMDA astrocytaire rend fonctionnelle la cassette de signalisation NR2B/PSD-95/nNOS. En conclusion, nos résultats démontrent que : i) les astrocytes corticaux expriment à la fois eNOS et nNOS; ii) la nNOS cytosolique colocalise avec les récepteurs 2 et 3 de la ryanodine, alors que les nNOS membranaires colocalisent avec le récepteur NMDA contenant le NR2B; iii) la stimulation neuronale a la capacité d'induire la production de NO par les eNOS et nNOS astrocytaires par des voies de signalisation différentes; iv) l'activation des nNOS cytosoliques nécessite une activation des récepteurs à la ryanodine. Collectivement, ces données suggèrent une production de NO compartimentée et spécifique après une stimulation neuronale probablement dans le but de réguler finement et de façon polarisée les fonctions astrocytaires. Ce travail fournit un nouvel aperçu des conséquences physiologiques pour les fonctions neuronales et vasculaires et améliore notre compréhension de la fonction NO astrocytaire dans le cerveau. / In the brain, astrocytes are the most abundant glial cells and play various roles including maintenance of tripartite synapses and regulation of CBF. An endogenous signal molecule that has a potential to have an effect on regulation of both synaptic activity and CBF is nitric oxide (NO). Previous studies have demonstrated that NO is produced in endothelial cells and neurons by endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and neuronal nitric oxide synthase (nNOS), respectively. However, the source of NO production in astrocyte remains uncertain. Therefore, we propose that constitutive NOS signalling pathways may exist in astrocyte and can be activated by different neurotransmitters. The aim of this thesis is to identify the sources and activators of NO production in mouse cortical astrocytes. Identification of constitutive NOS isoforms done by means of electron microscopy and immunohistochemistry revealed the expression of both eNOS and nNOS in astrocytes. All preparations were performed in astrocyte cultures and brain slice preparations labeled with 4- amino-5-methylamino-2',7'-difluorescein (DAF-FM) diacetate, a cell-permeant NO indicator that becomes cell-impermeable once inside cells. Therefore, I took advantage of this feature to evaluate NO production exclusively in astrocytes using single and multi-photon confocal microscopy. We then tested whether cholinergic and glutamatergic agonists that have the capacity to increase intracellular Ca2+ concentration can induce an increase in astrocytic NO. Both in vitro and ex vivo, NO production levels indicate that cholinergic and glutamatergic stimulations can induce astrocytic NO increases, which was abolished by the non-selective NOS inhibitor L- NG -Nitro-arginine. Moreover, the NO response to ACh was absent in eNOS-/- mice, while trans-1-aminocyclopentane-1,3-dicarboxylic acid (t-ACPD) barely affected NO production in nNOS-/- mice. These results imply that astrocytic eNOS and nNOS can be triggered discretely by distinct activation cascades (cholinergic and metabotropic glutamatergic). Furthermore, studies on cytosolic Ca2+ mobilization point out the importance of the endoplasmic reticulum (ER) Ca2+ as key in the mechanism of NO production, and suggests a signalling pathway that t-ACPD causes IP3Rs to elicit RyRs-mediated Ca2+ efflux, which in turn, activates adjacent nNOS and leads to NO production. Furthermore, superfusion of in vitro and ex vivo preparations with N-Methyl-D-aspartate (NMDA) evoked an increase in NO in eNOS-/- and nNOS-/- mice. The NO production was attenuated through removal of PSD-95/nNOS complex. This result posits that astrocytic NMDA receptor may comprise the functional NR2B/PSD- 95/nNOS signalling cassette. In conclusion, our findings demonstrate that: i) cortical astrocytes express both eNOS and nNOS; ii) nNOS colocalizes with ryanodine receptor 2 and 3, whereas membrane nNOS colocalizes with NR2B-containing NMDA receptor; iii) neuronal stimulation has the capacity of inducing eNOS- and nNOS-produced NO in astrocytes via different activation signalling; iv) activation of cytosolic nNOS requires the activation of ryanodine receptors. Collectively, these data suggest a compartmentalized and specific NO production following neuronal stimulation probably for a fine and polarized regulation of astrocytic functions. This work provides new insight into physiological consequences for neuronal and vascular functions and ameliorates our understanding of astrocytic NO function in the brain.

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