La consommation chronique et excessive d’éthanol provoque des modifications neurobiologiques adaptatives. Les mécanismes qui les contrôlent sont multiples et certains ont été reliés à des régulations épigénétiques conduisant à des modifications structurelles et fonctionnelles. L’éthanol induit également une neurodégénérescence de l’hippocampe responsable de déficits cognitifs. Parmi l’ensemble des modèles animaux qui sont utilisés pour étudier les effets d’une consommation chronique d’alcool, figurent les souris de la lignée C57BL/6J. Ces souris possèdent une appétence naturelle pour l’éthanol faisant d’elles un modèle de choix pour étudier les conséquences de la consommation chronique d’éthanol. Le but de ce travail de thèse a été d’étudier les relations entre les mécanismes épigénétiques et la modulation de la neuroplasticité de l’hippocampe à la suite d’une consommation chronique d’éthanol chez les souris C57BL/6J, et d’en évaluer les conséquences comportementales. Nous avons montré que la consommation chronique d’éthanol induit, au niveau de l’hippocampe, des modulations épigénétiques globales corrélées à un remodelage chromatinien au sein du gène du BDNF, impliquant à la fois les modifications post-traductionnelles des histones et la méthylation de l’ADN. Ces modifications épigénétiques sont certainement responsables de l’augmentation d’expression protéique du BDNF observée dans l’hippocampe, et plus particulièrement dans le gyrus denté, après 3 semaines de consommation chronique d’éthanol en libre choix. L’accroissement de l’expression du BDNF induit une stimulation des voies de la signalisation intracellulaire dépendantes de l’activation du récepteur TrkB du BDNF, et une augmentation de la neurogenèse du gyrus denté. Les effets de l’antagoniste spécifique du récepteur TrkB, ANA 12, démontrent que l’augmentation de la neurogenèse observée chez les souris C57BL/6J après la prise chronique d’éthanol, est sous le contrôle unique du complexe BDNF/TrkB. L’analyse comportementale des souris C57BL/6J ayant consommé de l’éthanol, montre une détérioration des capacités d’apprentissage et de mémoire sans modification de la plasticité synaptique dans l’hippocampe, suggérant ainsi que d’autres mécanismes sont impliqués dans ces déficits cognitifs. L’ensemble de ces données apporte de nouveaux éléments de compréhension concernant la stimulation de la neurogenèse hippocampique chez les souris C57BL/6J lors d’une consommation chronique en libre choix d’éthanol. Il est probable que cette apparente augmentation de plasticité soit un mécanisme adaptatif et compensatoire à la détérioration des fonctions cognitives induite par une consommation chronique d’alcool. / Chronic and excessive ethanol consumption triggers neurobiological adaptations within the central nervous system, which are responsible for the development of an addiction. Ethanol induces adaptive mechanisms linked to epigenetic regulations leading to functional and structural changes, and also provokes a neurodegeneration responsible for the cognitive deficits observed in alcohol abusers. Among the different animal models available for studying the effects of chronic ethanol consumption, C57BL/6J mice are among the most relevant. These mice display high ethanol preference, making them a good model for studying the consequences of chronic and free-choice ethanol consumption. The purpose of this work was to study the links between epigenetic mechanisms and hippocampal neuroplasticity and to evaluate the behavioural consequences induced by chronic ethanol consumption in C57BL/6J mice. We showed that, in the hippocampus, chronic ethanol consumption induced global epigenetic modulations that were correlated with chromatin remodelling at the BDNF gene level. These effects involved post-translational histone modifications and DNA methylation. Epigenetic changes at the BDNF gene level probably allowed the increase in BDNF protein expression observed within the hippocampal dentate gyrus in mice having consumed ethanol for 3 weeks. Upregulation of BDNF expression was linked to both the stimulation of intracellular cascades downstream BDNF/TrkB receptor activation, and the increase in neurogenesis within the dentate gyrus. Using a specific TrkB receptor antagonist, ANA-12, we demonstrated that the hippocampal neurogenesis induced by chronic ethanol intake was under the control of BDNF. Behavioural analysis evidenced learning and memory impairments after ethanol consumption without synaptic plasticity alteration within the hippocampus, suggesting the involvement of other mechanisms in the cognitive deficits. Altogether, these data bring new elements for understanding the hippocampal neurogenesis stimulation observed under chronic and voluntary ethanol consumption in C57BL/6J mice. Moreover, this apparent increase in plasticity might probably be considered as an adaptive and compensatory mechanism in response to the cognitive deficits induced by ethanol consumption.

Nos travaux visaient à réaliser un « modèle rongeur » (souris C57Bl/6) de l’altération de la mémoire de travail (MDT) lors du vieillissement, et comparer le potentiel promnésiant de divers composés pharmacologiques. Nous montrons que des souris âgées (18-19 mois) présentent une sensibilité accrue aux interférences proactives délai-dépendantes dans une épreuve d’alternance spontanée par rapport à des souris jeunes (4-5 mois). Une étude immunohistochimique centrée sur l’activité CREB révèle que les souris âgées présentent une suractivation du cortex préfrontal (CPF) inversement corrélée aux performances. La relation entre le déficit cognitif et la suractivation du CPF est confortée par la restauration des performances suite à l’injection dans le CPF d’un inhibiteur de la kinase activatrice de CREB.L’administration de composés cholinergiques permet de restaurer les capacités mnésiques des souris âgées par des mécanismes bien dissociés. Le donepezil, inhibiteur de l’acétylcholinestérase, augmente l’activation de l’hippocampe, alors que le S 38232, un agoniste des récepteurs nicotiniques α4β2, agit en supprimant la suractivation préfrontale. Finalement, l’utilisation de souris invalidées génétiquement pour la sous-unité β2 révèle des mécanismes de régulation complexes au sein du système cholinergique.Nos travaux démontrent la validité de notre modèle pour l’étude des troubles de la MDT induits par le vieillissement. De plus, ils confortent des études récentes chez l’Homme indiquant un lien important entre la suractivation du CPF et le déclin cognitif lié à l’âge. Au regard de l’effet du S 38232 qui, en diminuant la suractivation préfrontale, permet de restaurer les performances de MDT, le récepteur nicotinique α4β2 apparaît comme une cible potentielle pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. / The aim of this study was to realise a “rodent model” (C57Bl/6 mice) of age-related working memory (WM) impairments, and to evaluate the procognitive impact of several pharmacological compounds. We show that compared to young adult mice (4-5 months), aged mice (18-19 months) exhibit an exaggerated vulnerability to delay-dependant interference in a sequential spontaneous alternation task. CREB activity assessed by immunohistochemistry demonstrates that aged mice show an over-activation of the prefrontal cortex (PFC) negatively correlated with behavioural performance. Infusion of an inhibitor of CREB activation into the PFC restores WM performance in aged mice. Both results highlight the link between the PFC over-activation and the age-related cognitive deficit.Pharmacological study reveals that cholinergic compounds restore cognitive performance of aged mice and act differently on brain structures sustaining WM. On one hand, donepezil – an inhibitor of acetylcholinesterase – increases CREB activation of the hippocampus. On the other hand, S 38232 – an agonist of α4β2 nicotinic receptors – decreases the CREB age-induced over-activation of the PFC. Finally, using β2 knock-out mice, we show that the regulation of the cholinergic system is submitted to complex mechanisms.Overall, our experimental set up demonstrates that spontaneous alternation is a valuable model for studying age-related WM impairments. In accordance with human’s findings, our results highlight the link between prefrontal over-activation and the cognitive decline occurring during ageing. Considering that S 38232, by decreasing the CPF over-activation, alleviates the WM deficit observed in aged mice, the α4β2 nicotinic receptor appears to be an efficient target for new therapeutic strategies.

Il existe différents types de mémoire chez l’homme et l’animal. Chez les mammifères, on distingue principalement une mémoire relationnelle/spatiale reposant sur l’hippocampe et le cortex préfrontal, et une mémoire procédurale/indicée dépendante du striatum. Lors de nouveaux apprentissages, ces systèmes interagissent de manière coopérative et/ou compétitive en fonction de la nature de la tâche. S’il est connu que les émotions négatives et le niveau d’entraînement modulent ces interactions, peu de travaux ont étudié le rôle des récompenses dans la sélection et l’utilisation de ces deux formes principales de mémoire. Nous avons utilisé deux versions du test de discrimination spatiale dans un labyrinthe en Y afin de d’évaluer la mémoire spatiale d’une part, et la mémoire procédurale d’autre part. Nos résultats montrent que la stimulation pharmacologique du système de récompense par auto-injection de morphine au niveau de l’aire tegmentale ventrale (ATV), perturbe de manière spécifique l’apprentissage spatial reposant sur le fonctionnement hippocampo-préfrontal Ce déficit spatial s’accompagne d’une forte réduction de l’activité du facteur de transcription CREB (cAMP Response Element Binding) au sein de ce réseau. Au contraire, l’apprentissage indicé est préservé et l’activation de CREB est potentialisée par l’utilisation d’une récompense pharmacologique (injections de morphine). Nous mettons en évidence que la suractivation de la voie PKA/CREB, dans le striatum dorsal, est la cause de l’interférence observée lors de la formation de la mémoire spatiale. De plus, la stimulation répétée du système de récompense par la drogue lors de l’acquisition d’une stratégie indicée entraîne une persistance de l’activité réverbérante de la voie PKA/CREB dans le striatum dorsal. Cette persistance peut être révélée par l’utilisation préférentielle d’une stratégie indicée dans une nouvelle tâche ambigüe, le test de compétition en piscine de Morris. L’ensemble de ce travail éclaire, grâce aux effets différentiels de récompenses sensorielles et pharmacologiques sur l’apprentissage, la compréhension des interactions dynamiques entre les systèmes de mémoire. De plus, il suggère que l’hyperassociativité persistante consécutive à l’usage de drogue est à l’origine de déficits de type déclaratifs qui pourraient jouer un rôle clé dans l’installation d’un comportement addictif. / There are different forms of memory proceeded in human’s and animal’s brain. At least two major systems can be defined. A spatial/declarative form of memory relies on the hippocampus and prefrontal cortex, and secondly, a more rigid, procedural/cued type of memory supported by striatal circuitry. Learning requires cooperative and/or competitive interactions between memory systems, depending on the nature of the task. It is well established that negative emotions and training modulate these interactions. However, little is known about the role of rewards on the selection and formation of these forms of memory.Using two versions (spatial or cue) of a Y-maze discrimination task, we show that drug reward, but not food reward, disrupts spatial learning while sparing the cued task. The spatial memory deficit relies on an decrease of CREB (cAMP Response Element Binding) activity within the hippocampus and the prefrontal cortex. Inhibition of the PKA/CREB signalling pathway restored spatial learning, suggesting that striatal overactivation of this pathway is responsible for the spatial memory deficit. The cued learning strategy elicits a strong CREB activitiy within the dorsal striatum which is further increased by morphine injections. We propose that drug-induced activation of the DA reward system induces abnormal reverberating activity of the PKA/CREB signalling pathway within the dorsal striatum, eventually leading to a preferential use of a striatum-dependent strategy during a new ambiguous learning task, the water maze competition task.In conclusion, our results points to a key role of rewards in the modulation of learning systems. Furthermore, we provide evidence that drug-induced striatal hyperactivity may underlie the declarative memory deficit reported here. This mechanism could represent an important early step toward the development of addictive behaviors by promoting conditioning to the detriment more flexible forms of memory.

Bien que la maladie d’Alzheimer (MA) soit la cause de démence la plus fréquente, lesmécanismes qui sous-tendent les déficits cognitifs chez les patients restent mal connus.Cependant, les peptides amyloïdes (Aβ) semblent être un acteur majeur impliqué dansl’apparition des troubles mnésiques au cours de l’évolution de la maladie, notamment de parleur capacité à induire un hypofonctionnement du système cholinergique associé au déclinmnésique. Sur la base de ces observations, le rôle joué par les récepteurs cholinergiquesnicotiniques α7 (α7-nAChRs) a été largement étudié, au vue de leur capacité à interagir avecles Aβ, sans toutefois dégager un consensus quant à l’implication de ces récepteurs dans lesdéficits mnésiques induits par les Aβ.Afin d’améliorer notre compréhension quant aux mécanismes sous-tendant les effetsdélétères induits par les Aβ dans les déficits mnésiques, notre travail visait à identifier le rôlejoué par les récepteurs α7-AChRs via une approche comportementale, pharmacologique etmoléculaire. Ainsi, nous avons utilisé un modèle « souris » basé sur des injections de formesoligomériques d’Aβ(1-42) (Aβo(1-42)) dans la région CA1 de l’hippocampe dorsal (dCA1),structure cérébrale impliquée dans les processus mnésiques, atteinte de manière précoce dansla MA et exprimant fortement les récepteurs α7-nAChRs.La première partie de cette étude a consisté à mettre au point et à valider notre modèleanimal d’étude des effets induits par les Aβo(1-42) dans le dCA1 par une approchecomportementale et moléculaire. Nous montrons que les injections répétées d’Aβo(1-42) dans ledCA1 induisent une perturbation spécifique de la mémoire de travail alors que la mémoirespatiale est préservée lorsque les performances mnésiques sont évaluées 7 jours après ladernière injection. Nous avons également montré que cette perturbation de la mémoire detravail est associée à une absence d’activation/phosphorylation de ERK1/2 au sein du réseauhippocampo-frontal et septo-hippocampique. Ces données nous ont permis de valider notremodèle expérimental permettant d’étudier spécifiquement l’impact des Aβo(1-42) dansl’hippocampe dorsal.Dans une seconde partie, nous nous sommes focalisés sur le rôle joué par lesrécepteurs α7-nAChRs dans les perturbations mnésiques induites par les Aβo(1-42). Nosrésultats montrent que (1) les souris KOα7 ne présentent pas de déficits de mémoire de travailconsécutivement aux injections intra-dCA1 d’Aβo(1-42), (2) les déficits mnésiques ainsi que lala perturbation de l’activation de ERK1/2 induits par les Aβo(1-42) sont compensés par destraitements pharmacologiques agoniste partiel et antagoniste des récepteurs α7-nAChRs, (3)le traitement par un agoniste complet des récepteurs α7-nAChRs ne permet pas de prévenir lesdéficits mnésiques. Au regard de ces résultats, le récepteur α7-nAChRs semble être essentielau développement des déficits mnésiques induits par les Aβo(1-42), et l’utilisationd’antagonistes de ces récepteurs pourraient être une cible potentielle pour le développementde nouvelles stratégies thérapeutiques. / Although Alzheimer’s disease (AD) has been considered as one of the major causesfor dementia, the mechanisms by which cognitive decline appear still remain unclear.However, amyloid-β peptides (Aβ) seem to play a central role in the appearance of memoryimpairments in the time course of the disease, inducing down-regulation of the cholinergicsystem which is associated with cognitive decline. Based on these observations, the role of α7nicotinic receptors (α7-nAChRs) which can interact with Aβ was widely studied withoutconsensus about the involvement of these receptors in memory deficits induced by Aβ.In order to improve our knowledge about the mechanisms involved in Aβ side effects,our work aims at identify the role of α7-nAChRs via behavioral and molecular approaches.Thus, we used a mice model based on injections of oligomeric assemblies of Aβo(1-42) (Aβo(1-42)) in the CA1 field of the dorsal hippocampus (dCA1) which is a brain structure stronglyinvolved in memory processes, precociously affected in the AD and with a high density of α7-nAChRs.The first part of this study was to develop and validate this animal model to studythe effects induced by Aβo(1-42) in the dCA1 by behavioral and molecular approaches. Weshow that repeated injections of Aβo(1-42) in the dCA1 induce a specific disruption of workingmemory 7 days after the last injection whereas spatial memory is spared. We also showed thatworking memory disturbance is associated with decreased activation / phosphorylation ofERK1 / 2 in the hippocampo-frontal and septo-hippocampal networks. These data allowed usto validate our experimental model to specifically study the impact of Aβo(1-42) into the dorsalhippocampus.In the second part, we focused on the role played by the α7- nAChRs receptors inmemory disturbances induced by Aβo(1-42). Our results show that (1) KOα7 mice do notexhibit working memory deficits consecutively to intra-dCA1 Aβo(1-42) injections, (2) thememory deficits and decreasing activation of ERK1/2 induced by Aβo(1-42) are offset bypharmacological treatments partial agonist and antagonist of α7-nAChRs receptors, (3)treatment with a full agonist of α7-nAChRs receptors does not prevent memory deficits .Given these results, the α7-nAChRs receptor appears to be essential to the development ofmemory deficits induced by Aβo(1-42), and the use of antagonists of these receptors might be apotential target for developing new therapeutic strategies for AD.

Le sommeil a un effet sur la mémoire mais également sur l'oubli. Nous avons soumis des rats à des tâches impliquant différents degrés d'oubli. Ces tâches, impliquant mémoire de référence (MR), ou mémoire de travail (MT) avec différents niveaux d'interférences, ont été réalisées dans un même dispositif comportemental. Alors que nous avons observés une augmentation du sommeil paradoxal (SP) lors de la tâche de MR, les performances en MT nécessitant l'oubli sont dépendantes du sommeil lent (SL). Seuls les rats entrainés en MR montrent une augmentation du thêta phasique durant le SP, ainsi que des fuseaux durant le SL. Ces résultats indiquent donc un rôle du SP dans les apprentissages spatiaux à long terme alors que la flexibilité comportementale requise en MT semble dépendante du SL. Il existe de nombreuses évidences suggérant que l'apprentissage résulte de modifications synaptiques, et différentes théories suggèrent des rôles différents du SL et du SP dans ces changements. Nous avons donc ensuite examiné l'évolution de la transmission synaptique dans l'hippocampe (HPC), mais aussi entre l'HPC et le cortex préfrontal médian (CPFm) ainsi que le noyau accumbens (NAc). Alors que le SL accroit la transmission synaptique dans l'HPC, le SP la diminue. Au niveau des efférences de l'HPC, le SL diminue la transmission vers le CPFm alors que les épisodes de SP favorisent la communication vers le NAc. Plutôt que de favoriser globalement des processus communs à l'ensemble du cerveau, nos résultats suggèrent que le SL et le SP permettent de rediriger les flux d'informations entre différents réseaux, et que cet aiguillage de l'information est modulé par les oscillations du sommeil / Numerous studies have now demonstrated that sleep has a beneficial influence on memory but also impact forgetting. We have submitted rats to behavioral tasks involving different levels of forgetting. These tasks, implying reference memory (RM) or working memory (WM) with different level of interferences, were executed in the same behavioral apparatus. Whereas we observed an increase of paradoxical sleep (PS) during the RM training, the WM tasks requiring forgetting are dependent on slow-wave sleep (SWS). Only the RM trained rats exhibited an increase in theta bursts during PS, as well as spindles during SWS. These results thus indicate the role of PS in long-term spatial learning, whereas behavioral flexibility required by WM tasks is dependent on SWS. Numerous pieces of evidence suggest that learning is caused by modifications of synaptic connections, and different theories suggest different roles of the SWS and PS to optimize these changes. We sought to understand the evolution of synaptic transmission in the hippocampal network but also between the hippocampus (HPC) and the medial prefrontal cortex (mPFC), as well as between the HPC and the nucleus accumbens (NAc). While SWS increases synaptic transmission in the HPC, PS decreases it rapidly. In contrast and regarding hippocampal efferents, SWS reduces transmission to the mPFC while PS enhances transmission to the NAc. In contrast to the hypotheses posing that sleep promotes a global process common to the entire brain; our results suggest that SWS and PS redirect data flows between different networks, and that this switch between different information pathways could be modulated by the various sleep oscillations

Il est communément admis que les adultes résolvent les problèmes arithmétiques simples (e.g., 3+2, 3X2, 32) en récupérant directement le résultat de ces problèmes en mémoire. Des études récentes suggèrent cependant que certains de ces problèmes (e.g., additions et soustractions) seraient résolus par l'application de procédures de calcul automatisées reposant sur des mécanismes spatio-attentionnels. Cette thèse avait pour objectif de tester cette hypothèse. Une première étude comportementale a montré que résoudre des additions et des soustractions simples s'accompagne de déplacements horizontaux de l'attention (vers la droite pour les additions et vers la gauche pour les soustractions) chez l'adulte. Ceci confirme la présence de procédures automatisées qui seraient de nature spatiale et pourraient prendre la forme de déplacements attentionnels sur une ligne numérique mentale. Deux autres études ont permis d'explorer les bases neurales de ces procédures automatisées et leur développement grâce à l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle. Les résultats indiquent que l'automatisation de ces procédures de calcul au cours de l'éducation dépendrait initialement de mécanismes spatiaux supportés par l'hippocampe chez l'enfant. Chez l'adulte, en revanche, ces procédures automatisées seraient associées aux régions corticales impliquées dans l'orientation de l'attention. Cette thèse confirme l'existence de procédures spatiales automatisées dans l'arithmétique élémentaire et amène à reconsidérer les modèles classiques d'apprentissage de l'arithmétique / It is commonly accepted that educated adults solve simple arithmetic problems (e.g., 3+2, 3X2, 32) by directly retrieving the result from memory. However, recent studies suggest that some of these problems (e.g., addition and subtraction) may instead be solved by means of automated calculation procedures relying on spatial attentional mechanisms. The goal of this thesis was to test that hypothesis. In a first behavioral study, we showed that solving simple addition and subtraction problems is accompanied by horizontal shifts of attention (rightward for addition and leftward for subtraction) in adults. This confirms the existence of automated procedures that may be spatial in nature and take the form of attentional shifts along a mental number line. In two other studies, we explored the neural bases of these automated procedures and their development by using functional magnetic resonance imaging. The results showed that the automatization of calculation procedures over development may initially depend on spatial mechanisms supported by the hippocampus in children. In educated adults, however, automated procedures are associated with cortical regions involved in the orienting of spatial attention. This thesis confirms the existence of automated spatial procedures in simple arithmetic and calls upon a reconsideration of the classical models of arithmetic learning

La mémoire épisodique, notre capacité de se rappeler des épisodes particuliers de notre vie, a été initialement définie chez l'homme en termes de l'information qu'elle contient, quel événement a eu lieu, où et dans quel contexte /quand s'est-il produit? La démonstration de l'existence de cette forme de mémoire chez l'animal a été réalisée chez le geais buissonnier. En effet, cet oiseau cacheur est capable de former une représentation mentale complexe du type de nourriture qu'il a caché, où et quand. Cette forme de mémoire qualifiée d' « episodic-like » a depuis une dizaine d'année été établie chez le rongeur. Au cours de ma thèse, j'ai suivi deux objectifs: valider un nouveau paradigme de mémoire épisodique chez le rat et l'utiliser pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent cette forme particulière de mémoire. La première partie du manuscrit présente le développement et la validation d'un protocole original destiné à l'étude de la mémoire épisodique chez le rat. Lors de la conception de cette tâche, nous avons essayé de réduire au minimum la procédure d'entrainement des animaux afin de préserver l'essence même de la mémoire épisodique qui est la mémoire d'épisodes uniques. Pendant la tâche les rats ont été exposés à deux épisodes différents, au cours desquels des combinaisons uniques odeurs-place (information « quoi et où ») ont été présentées dans des contextes différents enrichis et multi-sensoriels (information « dans quel contexte »). Nous avons démontré que certains rats («ww») étaient capables de former des associations de mémoire (« episodic-like ») qui leur permettent de se souvenir de l'intégralité de l'épisode présenté après des délais courts (24h) et longs (24 jours) et dans différentes situations de rappel, tandis que d'autres («rest») ne se souvenaient que partiellement des informations présentes lors de l'épisode. Une approche pharmacologique réalisée lors de la validation de la tâche nous a permis de confirmer que l'hippocampe dorsal était nécessaire au rappel épisodique complet. Dans une version étendue du protocole dans laquelle des rats ont été exposés à deux épisodes supplémentaires, nous avons trouvé que l'expérience des épisodes préalablement acquis par les rats facilite l'encodage de nouveaux épisodes et que la mémoire de ces épisodes est plus stable. La deuxième partie de la thèse présente une première approche de l'étude des circuits neuronaux sous tendant la formation et la récupération de la mémoire épisodique. L'approche méthodologique utilisée est l'enregistrement multi-site de potentiels de champs locaux chez l'animal vigile. Le réseau de structures enregistrées inclut les aires sensorielles olfactives, des régions du cortex préfrontal médian et latéral ainsi que les régions dorsales et ventrales de l'hippocampe. Après avoir extrait des signaux le contenu fréquentiel dans deux bandes de fréquences (béta et théta), nous avons analysé les variations de puissance de l'activité oscillatoire dans ces bandes en utilisant des analyses en transformées de Hilbert et ondelette de Morlet. La période d'analyse est centrée sur l'échantillonnage de l'odeur, dernière information traitée avant que l'animal produise sa réponse comportementale. Les changements de puissance dans les deux bandes en réponse à l'odeur ont été comparés dans les différentes situations expérimentales pour les rats «ww» et les rats «rest». Les résultats obtenus montrent que le réseau de structures activées dans la bande béta en réponse à l'odeur est différent en fonction du profil de rappel des animaux (les rats du profil «ww» versus les rats «rest») à la fois en encodage et en situation de rappel. L'activité dans le réseau est également différente en fonction du type de réponse (hit versus rejet correct) / Episodic memory, our capacity to recollect particular life episodes, has been initially defined in terms of the information it contains, what kind of event, where and in which context/when did it take place. Pioneering studies on food-caching birds have demonstrated that animals are also able to form such complex memories, referred to as episodic-like memories in animals, however its modelling in rodents has proved challenging. The aim of this thesis was twofold: further development and validation in rats of a new episodic-like memory paradigm and study of neural circuits involved in formation and retrieval of this particular memory. The first part of the thesis presents the original behavioral paradigm developed in our group. In our task we tried to minimize training procedure in order to preserve the nature of episodic memory which is the memory for unique life episodes. Hereby rats were exposed to two different episodes, during which unique odor-place combinations (“what and where” information) were presented in different enriched multisensory contexts (“in which context” information). We found that some rats (“ww” group) were indeed able to form episodic-like memory associations which can be recalled after short (24 h) and long delays (24 days) in different experimental situations, while other animals (“rest” group) remembered only parts of the information contained in the initial episodes. Using pharmacological inactivation of dorsal hippocampus we have demonstrated that hippocampus is required specifically for retrieval of associated episodic-like memory information, but not for retrieval of single elements of the presented episodes in our task. In an extended version of the protocol in which rats were exposed to two additional episodes we found that previously acquired experience of the rats facilitates the encoding of new episodes and that the memory of these new episodes is more stable. The second part of the manuscript presents the first approach to study neural circuits involved in episodic-like memory encoding and retrieval in our task. Electrophysiological methodology was based on local field potential recordings obtained in parallel in several brain regions in behaving animals. The network of structures investigated included olfactory neocortical brain areas, brain regions in lateral and medial prefrontal cortex and the dorsal and ventral part of the hippocampus. The analysis was based on the estimation of magnitude of the oscillatory activity (described as power changes) in theta and beta frequency bands using Hilbert and Morlet wavelet transform for the analyses. The power analysis evolved around odor sampling event which constituted the last piece of information required for recollection of the whole episodic-like memory association. The odor-induced changes in power were compared between “ww” and “rest” animals in different experimental situations. We found that the network of activated brain regions in beta frequency band differed as a function of the memory profile of the rats (complete episodic-like memory recollection versus remembering partial information of the episodes) during both memory encoding as well as retrieval. We have also demonstrated that this active network changes when memory becomes consolidated (recent versus remote memory). Additionally we have shown that the activity in the network depends on the type of the response (hit versus correct rejection) given by the rat during memory encoding and retrieval. The network of brain regions that showed changes in theta power during memory formation and retrieval differed strongly from beta band network. In contrast to beta, the memory profile effect was much less prominent for theta band. However similarly to beta, there were also significant changes in network depending on the encoding session and the age of memory at test

Nous possédons la faculté de reconnaître individuellement des centaines d’individus. Ceci nous permet d’évoluer dans une société complexe dont l’organisation est en partie forgée par les relations interindividuelles. La reconnaissance individuelle peut être réalisée par l'identification de divers éléments distincts, comme le visage ou la voix, qui forment chez l’Homme une seule représentation conceptuelle de l'identité de la personne. Nous avons démontré que les singes rhésus, comme les humains, reconnaissent individuellement leurs congénères familiers, mais également les individus humains connus. Ceci montre que la reconnaissance fine est une compétence partagée par un éventail d'espèces de primates pouvant servir de fondement à la vie en réseaux sociaux sophistiqués, et également que le cerveau s’adapte de façon flexible pour reconnaître les individus d'autres espèces lorsque ceux-ci ont une importance socioécologique. Par la suite, au niveau neuronal, ce projet a mis en lumière que les connaissances sociales concernant autrui sont représentées par les neurones hippocampiques ainsi que par les neurones inférotemporaux. Ainsi nous avons observé l’existence de neurones sélectifs aux visages non seulement dans le cortex inferotemporal, comme ceci a été décrit précédemment, mais également dans l’hippocampe. La comparaison des propriétés de ces neurones au sein de ces deux structures, suggère que les deux régions joueraient des rôles complémentaires au cours de la reconnaissance individuelle. Enfin, parce que l'hippocampe est une structure qui a évolué à des degrés divers chez différents mammifères pour soutenir la mémoire autobiographique et les représentations spatiales, la caractérisation des différents types de neurones et de leur connectivité a fourni un cadre commun pour comparer les fonctions de l’hippocampe à travers les espèces / Humans can individually recognize some hundreds of persons and therefore operate within a rich and complex society. Individual recognition can be achieved by identifying distinct elements such as the face or voice as belonging to one individual. In humans, those different cues are linked into one conceptual representation of individual identity. I demonstrated that rhesus monkeys, like humans, recognize familiarpeers but also familiar humans individually and that they match their voice to their corresponding memorized face. Thus it shows that fine individual recognition is a skill shared across a range of primate species, which may serve as the basis of a sophisticated social network. It also suggests that animals’ brains flexibly adapt to recognize individuals of other species when socio-ecologically relevant. Following at the neuronal level, this project put in light that social knowledge about other individuals is represented by hippocampal neurons as well as by inferotemporal neurons. For instance I observed the existence of face preferring neurons not only in the inferotemporal cortex as previously described but also in the hippocampus. Comparison of their properties across both structures, suggests that they could play complementary roles in recognition of individuals. Finally, because the hippocampus is a structure that evolved in various degrees to support autobiographical memory and spatial information in different mammals, I characterized the different subtypes of neurons and their network connectivity in the monkey hippocampus to provide a common anatomical framework to discuss hippocampal functions across species

Depuis de nombreuses années, les scientifiques ont étudié les bases neurales de la mémoire. Cependant, une question clé demeure: comment le cerveau distingue t'il les informations suffisamment importantes pour être consolidées en mémoire à long terme des informations stockées de manière temporaire en mémoire à court-terme/mémoire de travail, et qui doivent être effacées afin de ne pas saturer nos ressources cognitives. Contrairement à l'opinion populaire qui considère l'oubli comme nuisible à notre mémoire, de nombreux travaux suggèrent que l'oubli est un processus adaptatif essentiel permettant le filtrage des informations non-essentielles qu'on peut stocker de manière temporaire. Étonnamment, on connaît peu de choses des bases cellulaires et moléculaires de cet oubli adaptatif. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer les bases de cette forme d'oubli adaptatif, en particulier de celui nécessaire au traitement des informations en mémoire de travail. Avec cette thèse, nous avons ainsi montré que le gyrus denté est une structure clé responsable du traitement des informations non pertinentes en mémoire, un processus essentiel qui permet une utilisation optimale de nos ressources cognitives. Nous pensons que ces travaux nous aident à mieux comprendre comment le cerveau gère les interférences, mais également à identifier les mécanismes responsables de l'oubli « utile » d'informations / For many years, scientists have been investigating the neural bases of memory. However, a key question remains unanswered: how does the brain distinguish information important enough to be consolidated into long-term memory from information required only temporarily, and that needs to be cleared away for not saturating our cognitive resources. In contrast to the popular view considering forgetting as deleterious to our ability to remember, forgetting might be an essential adaptive process allowing the filtering of non-essential information. Surprisingly, very little is known on the cellular and molecular bases of adaptive forgetting. The work presented in this thesis aims to find a way to determine such bases of adaptive forgetting, in particular in the context of Working Memory processing. With this thesis, we thus showed that the dentate gyrus is a critical node in processing the forgetting of irrelevant information, an essential process allowing optimal use of cognitive resources. Our work sheds light not only on the question of how the brain responds to interferences, but also on the mechanisms of "forgetting" what should be forgotten

Afin d'avancer sur la fonction du sommeil paradoxal, il est nécessaire d'étudier son impact sur le fonctionnement cortical. Nous avons ainsi comparé l'expression génique corticale à l'aide de puces à ADN chez trois groupes de rats présentant différentes quantités de sommeil paradoxal (SP) : témoins, privé de SP ou en hypersomnie de SP. 71 et 83 transcrits montrent un niveau d'expression modifié par notre protocole dans le néocortex et l'hippocampe, respectivement. Ces résultats moléculaires ont été confirmés par PCR quantitative. Dans l'hippocampe l'expression des gènes de plasticité (Fos, Arc, Cox2, Homer1...) augmente en hypersomnie de SP. Au contraire, dans le néocortex le niveau d'expression de ces gènes augmente après privation de SP. Au niveau systémique, les aires limbiques (le gyrus dentelé, le cortex cingulé antérieur et rétrosplénial et le claustrum) contiennent un nombre de neurones immunoréactifs au FOS, un marqueur d'activation indirect, élevé après hypersomnie de sommeil paradoxal. En revanche, le nombre de neurones immunoréactifs au FOS dans les cortex sensoriels est diminué après hypersomnie par rapport à la privation de sommeil paradoxal L'éjection de traceurs rétrogrades dans le gyrus dentelé, le cortex rétrosplénial et le cortex cingulaire antérieur des rats en hypersomnie de SP a permis d'observer des neurones afférents et actifs dans les noyaux supramamillaires et le claustrum. Nous avons ensuite observé que le nombre de neurones immunoréactifs pour FOS, ARC dans le gyrus dentelé, le claustrum et certaines structures limbiques est fortement diminué pendant l'hypersomnie de SP chez des rats porteurs d'une lésion des noyaux supramamillaires. De plus, la lésion du Sum est accompagnée d'une diminution de la puissance du thêta enregistrée par l'électroencéphalogramme pendant le sommeil paradoxal en hypersomnie. Il semble donc que les projections des noyaux supramamillaires soient responsables de l'activation des régions limbiques corticales pendant le SP / To move forward on the PS function, it is necessary to study its impact on the cortical functioning. We so compared the cortical genic expression by using DNA microarrays in three groups of rats with different PS amounts: control, deprived of PS and in PS hypersomnia. 71 and 83 transcripts have an expression level modified by our protocol in the neocortex and the hippocampal formation, respectively. These molecular results were confirmed by quantitative PCR. In the hippocampal formation the genes involved in synaptic plasticity (Fos, Arc, Cox2, Homer1) have an expression level increased after PS hypersomnia. In the contrary, in the neocortex the expression level of these genes increases after PS deprivation. At the systemic level, limbic areas (the dentate gyrus, anterior cingulate and retrosplenial cortex and claustrum) contain a number of FOS immunoreactive neurons, an indirect marker of neuronal activation, increased after PS hypersomnia. On the other hand, the number of FOS immunoreactive neurons in the sensory-motor cortices is decreased after PS hypersomnia compare to PS deprivation. The ejection of retrograde tracers in the dentate gyrus, retrosplenial and anterior cingulate cortex in PS hypersomniac rats showed that active neurons project to the supramammillary nucleus and claustrum. We then observed that the number of FOS and ARC immunoreactive neurons in the dentate gyrus, claustrum and limbic structures is strongly decreased during PS hypersomnia in rats bearing a supramammillary nucleus lesion. Furthermore, the supramammillary nucleus lesion leads to a decrease of the theta power recorded by electroencephalogram during PS in hypersomnia. It thus seems that the supramammillary nucleus projections are responsible for the limbic cortical regions activation during PS