Chez plusieurs espèces, les neurones auditifs sensibles à la durée de la stimulation sont présents au niveau des collicules inférieurs. Toutefois, le décours temporel de leur développement fonctionnel est inconnu. Étant donné que le collicule supérieur est l’un des principaux relais sous-cortical impliqué dans l’intégration des stimuli audio-visuels, nous voulons déterminer si le collicule supérieur du rat contient de tels neurones et s’ils sont sensibles et sélectifs à différentes durées de stimulation auditive. De plus, l'originalité de cette étude est de déterminer les étapes de leur maturation fonctionnelle. Des enregistrements neuronaux unitaires et extra-cellulaires sont effectués dans le collicule supérieur de rats juvéniles (P15-P18, P21-P24, P27-P30) et adultes anesthésiés. La sensibilité à la durée est déterminée lors de la présentation de bruits gaussiens (2-10 dB SPL au-dessus du seuil) de durées variables (3-100 ms). Seulement un faible pourcentage des neurones du collicule supérieur est de type passe-bande (3-9% des neurones parmi les ratons et 20% chez les rats adultes). Une différence significative de la distribution entre les différents types de neurones auditifs sensibles à la durée est présente au cours du développement: les neurones de type passe-haut (63-75%) sont présents en majorité chez les groupes juvéniles alors que 43% des neurones sont de type insensible à la durée de la stimulation auditive chez les rats adultes. Ces résultats montrent qu’une population importante de neurones auditifs du collicule supérieur du rat est sensible à la durée des signaux sonores et qu’un développement fonctionnel important survient au cours du premier mois postnatal. / In many species, duration-sensitive neurons which could possibly analyse species-specific vocalizations are encountered in the inferior colliculus. However, their postnatal development is unknown. Since the superior colliculus is one of the most important subcortical relay implicated in the audiovisual integration, we sought to gain insight on whether the SC of the rat contains such neurons and, if so, whether they are sensitive and selective to duration. Furthermore, the originality of this study is to determine their fonctional maturation. Extracellular single-unit recordings were assessed in the deep layers of the superior colliculus of anesthetized rats throughout postnatal days (P15 – P18, P21 – P24, P27 – P30) and at adulthood. Gaussian noises of different durations (3-100 ms) were presented in free-field in pseudo-random order (2 – 10 dB SPL above threshold). Only few neurons are band-pass: about 3 – 9% across the different age groups (P15 – P30) and 20 % in adults. Thus, in terms of categories of duration-sensitive neurons profiles, a significant difference was evident across postnatal development: long-pass (63-75%) neurons were mostly encountered in the different groups of pups relative to all-pass (43%) in adult rats. These results demonstrate that a large population of neurons in the superior colliculus of the rat is sensitive to noise durations and that important development changes occur during postnatal maturation.

A substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI) são duas estruturas do teto mesencefálico que, juntamente com a amígdala, o hipotálamo dorsomedial e o colículo superior, estão envolvidas na modulação da expressão comportamental dos estados de medo. A estimulação química ou elétrica destas estruturas produz uma série de respostas comportamentais defensivas. Além disso, dados comportamentais com modelos animais de ansiedade têm fornecido evidências da existência de uma regulação inibitória tônica GABAérgica na SCPd e CI. Neste estudo investigamos o envolvimento da neurotransmissão GABAérgica na expressão do medo condicionado e do medo incondicionado. Para isso, os efeitos da administração de muscimol (agonista GABA-A) e semicarbazida (inibidor da descarboxilase do ácido glutâmico) na SCPd e CI foram analisados no teste do sobressalto potencializado pelo medo, na resposta de congelamento condicionada, nos limiares de congelamento e fuga determinados por estimulação elétrica dessas estruturas e no congelamento pós-estimulação. No modelo de medo incondicionado, microinjeções de muscimol intra-SCPd reduziram a aversividade da estimulação elétrica, mas não o congelamento pós-estimulação, ao passo que a semicarbazida produziu efeitos pró-aversivos em ambas as condições. O muscimol também causou redução significativa no sobressalto potencializado pelo medo e congelamento condicionado, enquanto que a semicarbazida não alterou essas respostas. Já a microinjeção de ambas as drogas no CI não produziu efeitos no modelo condicionado, mas no teste incondicionado, o muscimol reduziu a aversividade da estimulação elétrica. Esses dados mostram uma participação diferencial de mecanismos GABAérgicos no medo condicionado e incondicionado. Estes mecanismos na SCPd parecem estar envolvidos tanto no medo condicionado quanto no incondicionado, enquanto que no CI eles parecem participar somente do medo incondicionado. / The dorsal periqueductal gray (dPAG) and inferior colliculus (IC) are two structures of the midbrain tectum that, together with amygdala, dorsomedial hypothalamus and superior colliculus, are involved in the modulation of the expression of fear-related behaviors. The chemical or electrical stimulation of these structures produces a series of behavioral defensive responses. Moreover, behavioral data from animal models of anxiety have provided evidences of tonic inhibitory GABAergic regulation in dPAG and IC. This study investigated the involvement of GABAergic neurotransmission in the expression of unconditioned and conditioned fear. To this aim, the effects of intra-dPAG and IC administration of muscimol (GABA-A agonist) and semicarbazide (glutamic acid decarboxylase inhibitor) were examined in the fear potentiated startle test, in conditioned freezing, in the thresholds for freezing and escape determined by electrical stimulation of these structures, and in the post-stimulation freezing. In the unconditioned model, intra-dPAG injections of muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation but had no effects on the post-stimulation freezing, while semicarbazide produced aversive-like effects in both conditions. Muscimol also caused significant reduction in fear potentiated startle and conditioned freezing, while semicarbazide had no effect in these responses. In contrast, intra-IC injections of both drugs were ineffective in the conditioned model. In the unconditioned model, however, muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation. These data show a differential participation of GABAergic mechanisms on conditioned and unconditioned fear. These mechanisms in the dPAG seem to be involved in both conditioned and unconditioned fear, while in IC they seem to participate in unconditioned fear only.

O colículo inferior (CI) é uma estrutura envolvida primariamente com o processamento da informação acústica, porém participa também na integração dos aspectos sensoriais, autonômicos e comportamentais da reação de defesa frente a situações de ameaça. Além disso, essa estrutura apresenta alta concentração de receptores dopaminérgicos, sendo a dopamina um dos neuromoduladores mais ativos em mecanismos subjacentes a estados de medo e ansiedade. Desta forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar o papel dos receptores dopaminérgicos (D1 e D2) do CI na expressão de respostas defensivas incondicionadas ou condicionadas. Para tanto, ratos Wistar machos (±270g, n=186) passaram por cirurgia estereotáxica para implante bilateral de cânulas-guia direcionadas ao CI. Esses animais receberam administração intra-CI de quimpirole (agonista D2), sulpirida (antagonista D2), SKF 38393 (agonista D1) ou SCH 23390 (antagonista D1), em diferentes doses, e foram submetidos aos testes do labirinto em cruz elevado (LCE) e ao campo aberto. Uma dose de sulpirida foi avaliada também no teste do sobressalto potencializado pelo medo (SPM). Quanto à avaliação das respostas defensivas no teste do LCE, foi observado que apenas a sulpirida diminuiu as entradas e o tempo despendido nos braços abertos, ou seja, causou um efeito pró-aversivo. As outras drogas não influenciaram essas respostas defensivas. Um comprometimento no desempenho motor foi observado pela administração intra-CI de quimpirole (diminuição nas entradas nos braços fechados) e de SCH 23390 (diminuição da locomoção no campo aberto). Quanto aos efeitos de sulpirida sobre as respostas defensivas no teste do SPM, nenhuma influência sobre a resposta de amplitude do sobressalto e sobre o congelamento foi constatada. Os dados obtidos apontam para o envolvimento da modulação dopaminérgica por meio de receptores da família D2 no CI na expressão de respostas incondicionadas de medo. Dopamina no CI parece, portanto, ser importante para regular a expressão dessas respostas. Por outro lado, não obtivemos evidências de que tal modulação no CI esteja envolvida na expressão de respostas condicionadas de medo. Portanto, a neurotransmissão dopaminérgica no CI sobre a expressão de respostas defensivas parece ocorrer por meio de receptores da família D2, com ação seletiva na modulação de respostas incondicionadas de medo. / The inferior colliculus (IC) is a structure primarily involved in acoustic information processing, but it also participates in the integration of the sensory, autonomic and behavioral aspects of the defensive reaction to threatening situations. Furthermore, this structure has a high concentration of dopamine receptors, and dopamine is one of the most active neuromodulators in the mechanisms underlying states of fear and anxiety. Thus, the aim of this study was to evaluate the role of IC dopamine receptors (D1 and D2) in the expression of unconditioned and conditioned defensive responses. For this purpose, male Wistar rats (±270 g, n=186) were implanted with bilateral guide cannuli directed to the IC. These animals received intraIC quinpirole (D2 agonist), sulpiride (D2 antagonist), SKF 38393 (D1 agonist) or SCH 23390 (D1 antagonist) at different doses, and were tested in the elevated plus maze (EPM) and the open field tests. A single dose of sulpiride was also evaluated in the fear potentiated startle test (FPS). In the EPM test, it was observed that only sulpiride decreased the numbers of entries and time spent in the open arms of the maze, suggesting an ansiogenic-like effect. The other drugs did not influence these defensive responses. Impairment in motor performance was observed with intraIC quimpirole (decrease in closed arm entries) and SCH 23390 (decrease in locomotion in the open field test). In the FPS test, no significant effects in the amplitude of the startle response and freezing behavior were observed. The data point to an involvement of IC dopaminergic D2-like receptors in the expression of unconditioned fear responses. Dopamine in the IC, therefore, seems to be important for regulating the expression of these responses. On the other hand, there was no evidence that this modulation in the IC is involved in the expression of conditioned fear responses. Therefore, the influence of the dopaminergic neurotransmission in the IC on the expression of defensive responses appears to occur via D2-like receptors, which selectively modulate unconditional fear responses.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Dans le contexte de l'énaction et dans une approche globale de la perception, nous nous sommes intéressés à étudier calcul neuronal permettant de comprendre les relations entre les structures dans le cerveau et leurs fonctions. Nous avons d'abord examiné les problèmes calculatoires liés à la discrétisation des équations différentielles qui régissent les systèmes étudiés et aux schémas d'évaluation synchrones et asynchrones. Nous nous sommes, ensuite, intéressés à un niveau fonctionnel élémentaire: la transformation de représentations sensorielles spatiales en actes moteurs temporels dans le cadre du système visuo-moteur. Nous avons proposé un modèle minimaliste d'encodage automatique des cibles visuelles de saccades qui se concentre sur le le flux visuel de la rétine vers le colliculus supérieur. Ce modèle, basé sur sur des règles locales simples au sein d'une population homogène, permet de reproduire et d'expliquer plusieurs résultats d'expériences biologiques ce qui en fait un modèle de base efficace et robuste. Enfin, nous avons abordé un niveau fonctionnel plus global en proposant un modèle de la boucle motrice des ganglions de la base permettant d'intégrer des flux sensoriels, moteurs et motivationnels en vue d'une décision globale reposant sur des évaluations locales. Ce modèle met en exergue un processus adaptatif de sélection de l'action et d'encodage de contexte via des mécanismes originaux lui permettant en particulier de constituer la brique de base pour les autres boucles cortico-basales. Les deux modèles présentent des dynamiques intéressantes à étudier que ce soit d'un point de vue biologique ou d'un point de vue informatique computationnel.

O colículo inferior (CI) é uma estrutura envolvida primariamente com o processamento da informação acústica, porém participa também na integração dos aspectos sensoriais, autonômicos e comportamentais da reação de defesa frente a situações de ameaça. Além disso, essa estrutura apresenta alta concentração de receptores dopaminérgicos, sendo a dopamina um dos neuromoduladores mais ativos em mecanismos subjacentes a estados de medo e ansiedade. Desta forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar o papel dos receptores dopaminérgicos (D1 e D2) do CI na expressão de respostas defensivas incondicionadas ou condicionadas. Para tanto, ratos Wistar machos (±270g, n=186) passaram por cirurgia estereotáxica para implante bilateral de cânulas-guia direcionadas ao CI. Esses animais receberam administração intra-CI de quimpirole (agonista D2), sulpirida (antagonista D2), SKF 38393 (agonista D1) ou SCH 23390 (antagonista D1), em diferentes doses, e foram submetidos aos testes do labirinto em cruz elevado (LCE) e ao campo aberto. Uma dose de sulpirida foi avaliada também no teste do sobressalto potencializado pelo medo (SPM). Quanto à avaliação das respostas defensivas no teste do LCE, foi observado que apenas a sulpirida diminuiu as entradas e o tempo despendido nos braços abertos, ou seja, causou um efeito pró-aversivo. As outras drogas não influenciaram essas respostas defensivas. Um comprometimento no desempenho motor foi observado pela administração intra-CI de quimpirole (diminuição nas entradas nos braços fechados) e de SCH 23390 (diminuição da locomoção no campo aberto). Quanto aos efeitos de sulpirida sobre as respostas defensivas no teste do SPM, nenhuma influência sobre a resposta de amplitude do sobressalto e sobre o congelamento foi constatada. Os dados obtidos apontam para o envolvimento da modulação dopaminérgica por meio de receptores da família D2 no CI na expressão de respostas incondicionadas de medo. Dopamina no CI parece, portanto, ser importante para regular a expressão dessas respostas. Por outro lado, não obtivemos evidências de que tal modulação no CI esteja envolvida na expressão de respostas condicionadas de medo. Portanto, a neurotransmissão dopaminérgica no CI sobre a expressão de respostas defensivas parece ocorrer por meio de receptores da família D2, com ação seletiva na modulação de respostas incondicionadas de medo. / The inferior colliculus (IC) is a structure primarily involved in acoustic information processing, but it also participates in the integration of the sensory, autonomic and behavioral aspects of the defensive reaction to threatening situations. Furthermore, this structure has a high concentration of dopamine receptors, and dopamine is one of the most active neuromodulators in the mechanisms underlying states of fear and anxiety. Thus, the aim of this study was to evaluate the role of IC dopamine receptors (D1 and D2) in the expression of unconditioned and conditioned defensive responses. For this purpose, male Wistar rats (±270 g, n=186) were implanted with bilateral guide cannuli directed to the IC. These animals received intraIC quinpirole (D2 agonist), sulpiride (D2 antagonist), SKF 38393 (D1 agonist) or SCH 23390 (D1 antagonist) at different doses, and were tested in the elevated plus maze (EPM) and the open field tests. A single dose of sulpiride was also evaluated in the fear potentiated startle test (FPS). In the EPM test, it was observed that only sulpiride decreased the numbers of entries and time spent in the open arms of the maze, suggesting an ansiogenic-like effect. The other drugs did not influence these defensive responses. Impairment in motor performance was observed with intraIC quimpirole (decrease in closed arm entries) and SCH 23390 (decrease in locomotion in the open field test). In the FPS test, no significant effects in the amplitude of the startle response and freezing behavior were observed. The data point to an involvement of IC dopaminergic D2-like receptors in the expression of unconditioned fear responses. Dopamine in the IC, therefore, seems to be important for regulating the expression of these responses. On the other hand, there was no evidence that this modulation in the IC is involved in the expression of conditioned fear responses. Therefore, the influence of the dopaminergic neurotransmission in the IC on the expression of defensive responses appears to occur via D2-like receptors, which selectively modulate unconditional fear responses.

A substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI) são duas estruturas do teto mesencefálico que, juntamente com a amígdala, o hipotálamo dorsomedial e o colículo superior, estão envolvidas na modulação da expressão comportamental dos estados de medo. A estimulação química ou elétrica destas estruturas produz uma série de respostas comportamentais defensivas. Além disso, dados comportamentais com modelos animais de ansiedade têm fornecido evidências da existência de uma regulação inibitória tônica GABAérgica na SCPd e CI. Neste estudo investigamos o envolvimento da neurotransmissão GABAérgica na expressão do medo condicionado e do medo incondicionado. Para isso, os efeitos da administração de muscimol (agonista GABA-A) e semicarbazida (inibidor da descarboxilase do ácido glutâmico) na SCPd e CI foram analisados no teste do sobressalto potencializado pelo medo, na resposta de congelamento condicionada, nos limiares de congelamento e fuga determinados por estimulação elétrica dessas estruturas e no congelamento pós-estimulação. No modelo de medo incondicionado, microinjeções de muscimol intra-SCPd reduziram a aversividade da estimulação elétrica, mas não o congelamento pós-estimulação, ao passo que a semicarbazida produziu efeitos pró-aversivos em ambas as condições. O muscimol também causou redução significativa no sobressalto potencializado pelo medo e congelamento condicionado, enquanto que a semicarbazida não alterou essas respostas. Já a microinjeção de ambas as drogas no CI não produziu efeitos no modelo condicionado, mas no teste incondicionado, o muscimol reduziu a aversividade da estimulação elétrica. Esses dados mostram uma participação diferencial de mecanismos GABAérgicos no medo condicionado e incondicionado. Estes mecanismos na SCPd parecem estar envolvidos tanto no medo condicionado quanto no incondicionado, enquanto que no CI eles parecem participar somente do medo incondicionado. / The dorsal periqueductal gray (dPAG) and inferior colliculus (IC) are two structures of the midbrain tectum that, together with amygdala, dorsomedial hypothalamus and superior colliculus, are involved in the modulation of the expression of fear-related behaviors. The chemical or electrical stimulation of these structures produces a series of behavioral defensive responses. Moreover, behavioral data from animal models of anxiety have provided evidences of tonic inhibitory GABAergic regulation in dPAG and IC. This study investigated the involvement of GABAergic neurotransmission in the expression of unconditioned and conditioned fear. To this aim, the effects of intra-dPAG and IC administration of muscimol (GABA-A agonist) and semicarbazide (glutamic acid decarboxylase inhibitor) were examined in the fear potentiated startle test, in conditioned freezing, in the thresholds for freezing and escape determined by electrical stimulation of these structures, and in the post-stimulation freezing. In the unconditioned model, intra-dPAG injections of muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation but had no effects on the post-stimulation freezing, while semicarbazide produced aversive-like effects in both conditions. Muscimol also caused significant reduction in fear potentiated startle and conditioned freezing, while semicarbazide had no effect in these responses. In contrast, intra-IC injections of both drugs were ineffective in the conditioned model. In the unconditioned model, however, muscimol reduced the aversiveness of the electrical stimulation. These data show a differential participation of GABAergic mechanisms on conditioned and unconditioned fear. These mechanisms in the dPAG seem to be involved in both conditioned and unconditioned fear, while in IC they seem to participate in unconditioned fear only.

L'hypothalamus latéral (LHA) est impliqué dans un grand nombre de fonctions dont les principales sont la régulation du métabolisme énergétique et des états de vigilance. L'objectif de ce travail est de caractériser les grandes divisions du LHA et d'analyser leur implication dans le cycle veille / sommeil et la prise alimentaire. Une comparaison de la distribution de différents marqueurs hypothalamiques révélés par immunohistochimie ou hybridation in situ a permis de mettre en évidence cinq domaines dans le LHA. L'implication de chacun des domaines dans des conditions expérimentales liées aux états d'éveil ou à la prise alimentaire a été définie à partir de l'expression d'un marqueur d'activation neuronale, la protéine c-Fos. LeLHA antérieur et le LHA tubéral, chacun divisé en deux domaines rostral et caudal, sont composés de neurones localisés de manière diffuse et sont impliqués dans les phénomènes d'activation générale du système nerveux central. Le LHA mamillaire est renommé LHA prémamillaire à partir de l'étude de la distribution des ARNm GAD et préprotachykinine, et est composé de différents noyaux caractérisés par l'expression de marqueurs spécifiques.Parmi eux, les noyaux parasousthalamique (PSTN) et calbindine (CbN) sont activés lors d'exposition à des goûts de valeur hédonique positive. Les analyses hodologiques ont montré que ce complexe nucléaire reçoit des projections CGRP du noyau parabrachial et projette dansle noyau central de l'amygdale. Il est également connecté avec le cortex insulaire. Ces différentes structures sont impliquées dans les circuits de la gustation et de la récompense. Le PSTN et le CbN sont donc intégrés dans différentes voies de régulation du comportement de prise alimentaire. Enfin, les données morpho fonctionnelles obtenues pour le LHA sont mises en relation avec des réseaux impliquant diverses structures cérébrales telles que le télencéphale basal, le thalamus ou le mésencéphale. / The lateral hypothalamic area (LHA) is involved in many functions, but mainly in food intakeor sleep / wake cycle regulation. The aim of this study is to characterize the main regions inthe LHA and to analyze their involvement in the sleep / wake cycle and food intake. Acomparison of the distribution of different hypothalamic markers labeled byimmunohistochemistry or in situ hybridization highlights five domains in the LHA. Theimplication of each domain in different experimental conditions linked to arousal or foodintake is analyzed by studying the expression of the c-Fos protein as a neuronal activationmarker. Neurons in the anterior and tuberal LHA, both divided into rostral and caudaldomains, are distributed in a diffuse way and are activated under arousal conditions. Themammillary LHA, renamed the premammillary LHA on the basis of GAD andpreprotachykinin mRNA expression, is composed of several nuclei characterized by specificmarker expression. Among them, the parasubthalamic nucleus (PSTN) and the calbindinnucleus (CbN) are activated by ingestion of compounds with a positive taste. Theconnectional analysis showed that these two structures receive CGRP projections from theparabrachial nucleus and projects into the central nucleus of the amygdala. The PSTN / CbNcomplex is also connected with the insular cortex. These different structures are known to beinvolved in gustatory and reward circuitries; the PSTN and the CbN are thus integrated innetworks controlling the food intake behavior. Finally, the morphofunctional data obtainedfor the LHA demonstrate that this region is connected to other networks involving variouscerebral structures such as the basal telencephalon, the thalamus or the mesencephalon.

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