L'étude des mécanismes comportementaux et cérébraux sous-tendant la modulation hédonique de la prise alimentaire chez le porc juvénile présente d'importants enjeux en termes d'applications en production porcine et en recherche biomédicale. L'objectif de cette thèse était de décrire ces déterminants par le biais du développement d'un modèle porcin des préférences et aversions alimentaires conditionnées, en utilisant des méthodes comportementales et des techniques d'imagerie cérébrale fonctionnelle. Sur le plan comportemental, nous avons validé un modèle porcin de l'aversion alimentaire conditionnée, obtenue via des injections duodénales de chlorure de lithium et caractérisée par une modification drastique des choix alimentaires. Nos résultats suggèrent également que les préférences alimentaires sont plus difficiles à induire que les aversions, et qu'un renforcement calorique et sucré, comme le saccharose, représente un stimulus efficace pour l'induction d'une préférence chez le porc. Sur le plan neurobiologique, l'exposition à des flaveurs alimentaires aux valeurs hédoniques contrastées et la perception combinée de saccharose aux niveaux oral et viscéral ont engendré des différences d'activation dans les circuits neuronaux impliqués chez l'Homme et les rongeurs, dans l'évaluation hédonique des stimuli sensoriels, la motivation, le traitement de la récompense (amygdale, cortex préfrontal, noyaux de la base) et la mémoire (hippocampe, cortex parahippocampique). Des études complémentaires sont nécessaires pour déterminer dans quelle mesure des facteurs de variation liés à l'animal ou aux paradigmes expérimentaux ont pu influencer l'expression des conditionnements.

Le conditionnement Pavlovien, l'acquisition de réponses vers des stimuli neutres associés à des récompenses, et le conditionnement instrumental, l'expression de comportements pour atteindre des buts, sont au cœur de nos capacités d'apprentissage. Ils sont souvent étudiés séparément malgré les preuves de leur enchevêtrement. Les modèles de conditionnement instrumental reposent sur le formalisme de l'apprentissage par renforcement (RL), alors que les modèles du conditionnement Pavlovien reposent surtout sur des architectures dédiées souvent incompatibles avec ce formalisme, compliquant l'étude de leurs interactions.Notre objectif est de trouver des concepts, qui combinés à des modèles RL puissent offrir une architecture unifiée permettant une telle étude. Nous développons un modèle qui combine un système RL classique, qui apprend une valeur par état, avec un système RL révisé, évaluant les stimuli séparément et biaisant le comportement vers ceux associés aux récompenses. Le modèle explique certaines réponses inadaptées par l'interaction néfaste des systèmes, ainsi que certaines différences inter-individuelles par une simple variation au niveau de la population de la contribution de chaque système dans le comportement global.Il explique une activité inattendue de la dopamine, vis-à-vis de l'hypothèse qu'elle encode un signal d'erreur, par son calcul sur les stimuli et non les états. Il est aussi compatible avec une hypothèse alternative que la dopamine contribue aussi à rendre certains stimuli recherchés pour eux-mêmes. Le modèle présente des propriétés prometteuses pour l'étude du conditionnement Pavlovien,du conditionnement instrumental et de leurs interactions. / Pavlovian conditioning, the acquisition of responses to neutral stimuli previously paired with rewards, and instrumental conditioning, the acquisition of goal-oriented responses, are central to our learning capacities. However, despite some evidences of entanglement, they are mainly studied separately. Reinforcement learning (RL), learning by trials and errors to reach goals, is central to models of instrumental conditioning, while models of Pavlovian conditioning rely on more dedicated and often incompatible architectures. This complicates the study of their interactions. We aim at finding concepts which combined with RL models may provide a unifying architecture to allow such a study. We develop a model that combines a classical RL system, learning values over states, with a revised RL system, learning values over individual stimuli and biasing the behaviour towards reward-related ones. It explains maladaptive behaviours in pigeons by the detrimental interaction of systems, and inter-individual differences in rats by a simple variation at the population level in the contribution of each system to the overall behaviour. It explains unexpected dopaminergic patterns with regard to the dominant hypothesis that dopamine parallels a reward prediction error signal by computing such signal over features rather than states, and makes it compatible with an alternative hypothesis that dopamine also contributes to the acquisition of incentive salience, making reward-related stimuli wanted for themselves. The present model shows promising properties for the investigation of Pavlovian conditioning, instrumental conditioning and their interactions.

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

Chez l’espèce humaine comme pour de nombreuses autres espèces animales, lorsque des stimuli environnementaux précèdent de façon régulière la présentation d’événements importants pour un individu, ces stimuli vont acquérir sous certaines conditions la capacité à évoquer des comportements dits d’anticipation. Cette capacité est considérée par de nombreux auteurs comme ayant une haute valeur adaptative, favorisant le contact avec des événements appétitifs et permettant l’évitement d’événements aversifs. Ces dernières décennies, deschercheurs ont initié un rapprochement entre le phénomène d’anticipation et le conditionnement Pavlovien. Ce rapprochement repose à la fois sur une similarité dans les caractéristiques des événements mis en jeux mais surtout sur de nombreux effets et phénomènes semblables, amenant ces auteurs à considérer que les comportements ditsd’anticipation, d’une façon générale, reposeraient sur le processus Pavlovien. Leconditionnement Pavlovien offre une littérature extrêmement riche dont l’une des principalesquestions de recherche concerne le problème des conditions à l’apparition du processus.Parmi les hypothèses existantes, l’Hypothèse de l’Information est sans aucun doute l’une desplus importantes par son influence. Selon cette hypothèse, un apprentissage associatifPavlovien n’aura lieu que lorsqu’un événement important sera présenté de façon inattendu à un sujet, et l’apprentissage, ou les associations apprises, ne porteront que sur des stimuli prédictifs de l’événement important (i.e. permettant son anticipation). A travers deux expériences appliquant une procédure de conditionnement rétrograde à une procédure de renforcement conditionné, nous avons cherché à tester les propositions faites par cette hypothèse. Nos résultats vont directement à l’encontre de ces propositions et vont au contraire dans le sens de deux autres propositions théoriques faites sur le conditionnement Pavlovien,illustrées par le modèle SOP et l’Hypothèse du Codage Temporel. Ces deux propositions sont testées au sein d’une troisième et dernière expérience, dont les implications pour ces modèles comme pour la conceptualisation du conditionnement Pavlovien et de l’anticipation de façon générale sont discutées. / In human and non-human animals, environmental stimuli that reliably accompany the presentation of significant events are able after repeated exposures of eliciting anticipatory behaviors. Many authors underlined the adaptive value of anticipatory responses, and suggested a connection with Pavlovian conditioning. Linking anticipatory behaviors to Pavlovian conditioning is supported by the similarity in procedure (i.e. a pairing between a neutral stimulus with a significant event), but also on the common effects and phenomena, and the authors assume that Pavlovian conditioning is the process underlying the anticipation of events. This assumption is at the heart of the Information Hypothesis, and more generally of a functional and predictive perspective of Pavlovian conditioning. According to the Information Hypothesis, Pavlovian conditioning only occurs when an unexpected significant event is presented, and learning (i.e. the formation of association) would be about stimuli that allow the anticipation of the significant event. Using a backward conditioning procedure in a conditioned reinforcement preparation, we tested the assumptions made by the Information Hypothesis. The results found argue against the Information Hypothesis and, in contrast, support the assumption made by two others types of leaning models, illustrated by the Temporal Coding Hypothesis and the SOP model. The Temporal Coding Hypothesis and SOP are tested in a third experiment. Implications for Pavlovian conditioning models and anticipatory behaviors in general are discussed.

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

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques. / Synaptic plasticity is necessary for the acquisition of memory in all studied species, from invertebrates to primates. Memory formation starts with a phase of plasticity that entails synaptic remodeling ; then follows the consolidation of these modifications, which contributes to long-term memory. Some memories return to a malleable state upon retrieval. Consequently, the memory trace enters a new phase of plasticity, during which some memory components are eventually updated, then reconsolidated. The aim of the present thesis was to study the cellular and molecular mechanisms that are engaged during memory retrieval. We used a model of Pavlovian conditioning in Sprague Dawley rats, combined to pharmacological manipulations and quantitative analysis of synaptic plasticity markers, in order to study the dynamics of auditory fear memory. The neuronal circuitry and the associative mechanisms involved in the neurobiology of this memory are well characterized, in particular the role of NMDA and AMPA glutamatergic receptors in synaptic plasticity and consolidation. Our results show that the return of the memory trace to lability requires activation of NMDA receptors in the basolateral amygdala during retrieval, whereas AMPA receptors are necessary for the behavioral expression of the conditioned fear response. Furthermore, the data identify retrieval as being much more dynamic than recognized, and suggest that conditioned fear expression involves NMDA receptor-dependent regulation of AMPA receptors’ trafficking. The present work attempts to advance our understanding of the fundamental neurobiology of memory. In addition, it offers an integrative view of the data with regards to animal modeling of human clinical issues related to traumatic memories, like phobias and post-traumatic stress disorders.

Cette thèse repose sur l’idée que les individus prennent des décisions en assignant des valeurs aux conséquences appétitives (récompenses) et aversives (punitions) associées aux différentes options proposées, puis comparent ces valeurs pour sélectionner l’une d’elles. Dans la plupart des cas, ces valeurs sont apprises par essais et erreurs. En neuroscience et neuro-économie, il a été proposé que le cerveau représente ces valeurs de manière abstraite dans une échelle de valeur commune indépendante de la nature des conséquences attendues. Cette hypothèse est soutenue par un grand nombre d’études qui se sont intéressées à l’évaluation et à l’apprentissage des récompenses. Ces études mettent en évidence une implication du mésencéphale, du striatum et du cortex préfrontal dans le traitement de récompense primaires, monétaires, morales ou sociales. Beaucoup moins de travaux se sont intéressés au traitement des punitions. L’objectif de cette thèse est donc de comparer les corrélats cérébraux des processus d’évaluation des stimuli appétitifs et aversifs. Dans un premier temps nous avons utilisé un paradigme d’apprentissage par conditionnement pavlovien pour comparer les régions cérébrales impliquées dans la représentation de l’erreur de prédiction au cours de l’apprentissage avec des récompenses et des punitions gustatives, visuelles et monétaires. Ensuite nous nous sommes intéressés aux régions cérébrales impliquées dans traitement de récompenses et punitions plus abstraites tel que l’approbation sociale ou les considérations morales, dans un contexte de prise de décision pro-sociale. Ces études nous ont permis de démontrer que l’erreur de prédiction et l’évaluation liées à des stimuli appétitifs et aversifs étaient, en partie, sous-tendus par des réseaux cérébraux communs. / There is a growing consensus in behavioral neuroscience and neuroeconomic that individuals make decisions by assigning values to different options and comparing them to make a choice. Most often, these values are acquired on the basis of trial and error learning. A long-held view is that the brain assigns values to the different goods using an abstract signal that is encoded in a common currency. Multiple studies have found evidence for such value signals in midbrain, striatum and prefrontal cortex during learning or decision making involving primary or secondary rewards. An important open question is whether aversive outcomes expectation and learning engage the same or different valuation networks. The goal of this thesis is thus to compare the brain network involved in appetitive and aversive stimuli valuation. First we used a pavlovian conditioning paradigm to compare the cerebral correlates of prediction error during learning with gustative, visual and monetary rewards and punishments. Second, we investigated the brain regions involved in moral and social rewards and punishments in prosocial decision making. Overall, we found that prediction error and valuation related to appetitive and aversive stimuli are processed in part by common brain networks.

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques. / Synaptic plasticity is necessary for the acquisition of memory in all studied species, from invertebrates to primates. Memory formation starts with a phase of plasticity that entails synaptic remodeling ; then follows the consolidation of these modifications, which contributes to long-term memory. Some memories return to a malleable state upon retrieval. Consequently, the memory trace enters a new phase of plasticity, during which some memory components are eventually updated, then reconsolidated. The aim of the present thesis was to study the cellular and molecular mechanisms that are engaged during memory retrieval. We used a model of Pavlovian conditioning in Sprague Dawley rats, combined to pharmacological manipulations and quantitative analysis of synaptic plasticity markers, in order to study the dynamics of auditory fear memory. The neuronal circuitry and the associative mechanisms involved in the neurobiology of this memory are well characterized, in particular the role of NMDA and AMPA glutamatergic receptors in synaptic plasticity and consolidation. Our results show that the return of the memory trace to lability requires activation of NMDA receptors in the basolateral amygdala during retrieval, whereas AMPA receptors are necessary for the behavioral expression of the conditioned fear response. Furthermore, the data identify retrieval as being much more dynamic than recognized, and suggest that conditioned fear expression involves NMDA receptor-dependent regulation of AMPA receptors’ trafficking. The present work attempts to advance our understanding of the fundamental neurobiology of memory. In addition, it offers an integrative view of the data with regards to animal modeling of human clinical issues related to traumatic memories, like phobias and post-traumatic stress disorders.

Les stimuli conditionnés (CS) guident les animaux vers des récompenses essentielles à leur survie, telle que la quête de nourriture et d'eau. Ils peuvent également promouvoir la poursuite excessive de récompense, comme dans l’addiction. La transmission glutamatergique dans l’amygdale basolatérale (BLA) régule les effets des CS. Cependant, le rôle des récepteurs glutamatergiques métabotropes du groupe II (mGlu2/3) de la BLA est inconnu. Les mGlu2/3 sont principalement localisés au niveau extrasynaptique sur les terminaisons neuronales. L’activation de ces récepteurs diminue la libération synaptique de glutamate. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que l'activation des mGlu2/3 dans la BLA diminue la capacité des CS à potentialiser la recherche de récompense via la réduction de la libération de glutamate. La méthode de transfert Pavlovien-à-instrumental (PIT) a été utilisée pour tester cette hypothèse. Nous avons d'abord confirmé un effet PIT chez des rats mâles. Les rats ont initialement appris à appuyer sur un levier pour obtenir de l’eau comme récompense. Ils ont ensuite appris qu'un stimulus auditif (CS+) prédit la livraison non-contingente d'eau, tandis qu’un stimulus auditif différent (CS-) ne signale aucune récompense. Le jour du test PIT, les rats ont pu appuyer sur le levier sous extinction (eau omise) et nous avons évalué l’influence des CS+ et CS- sur ce comportement. Les rats ont appuyé davantage sur le levier pendant le CS+ comparé au CS-, indiquant que le CS+ incite les rats à rechercher la récompense. Chez un nouveau groupe de rats mâles, les mêmes méthodes ont été appliquées avec un agoniste des mGlu2/3, le LY379268 (0, 3 ou 6 μg/hémisphère) injecté dans la BLA avant le test PIT. Le LY379268 a diminué la capacité du CS+ à inciter l’appui sur le levier. Dans une dernière étude, nous avons examiné l’influence d’une administration systémique de LY379268 (0, 0.3 ou 1 mg/kg, sous-cutanée) sur l’effet PIT chez un groupe de rats mâles et femelles. Les effets motivationnels du CS+ sur la recherche de récompense étaient similaires entre les rats mâles et femelles. De plus, l’injection systémique de LY379268 a diminué ces effets chez les deux sexes. Ces résultats indiquent que les mGlu2/3 régulent les propriétés motivationnelles des CS chez les deux sexes. / Conditioned stimuli (CS) guide animals towards rewards needed for survival, such as food and water. In parallel, they can also promote maladaptive reward seeking, as in addiction. Glutamate signaling within the basolateral amygdala (BLA) modulates the effects of cues. However, the role of metabotropic group II glutamate (mGlu2/3) receptors in the BLA is unknown. mGlu2/3 are localized predominantly extrasynaptically on presynaptic terminals. The activation of these receptors suppresses synaptic glutamate release. Thus, we hypothesized that activating BLA mGlu2/3 receptors would attenuate cue-triggered increases in incentive motivation for reward, via reduced glutamate release. The Pavlovian-to-Instrumental transfer (PIT) method was used to test this hypothesis. We first confirmed a PIT effect in a cohort of male rats. Rats initially learned to press a lever to obtain a water reward. Then, they learned that one auditory cue predicts noncontingent delivery of water (CS+), while a second different auditory cue does not (CS-). On PIT test day, the rats could lever press under extinction (water deliveries omitted), and we assessed changes in lever pressing in response to CS+ and CS-. The rats pressed more on the lever during CS+ versus CS-, indicating cue-triggered potentiation of incentive motivation. In a separate cohort of male rats, the methods were repeated with the mGlu2/3 agonist LY379268 (0, 3 or 6 μg/hemisphere) infused into the BLA prior to PIT testing. LY379268 abolished CS+ potentiated pressing on the water-associated lever. In a last study, we examined the influence of systemic administration of LY379268 (0, 0.3 or 1 mg/kg, subcutaneous) on PIT, in a cohort of female and male rats. We found that cue-triggered increases in incentive motivation was similar across sexes, and that systemic injection of LY379268 decreased this effect in both sexes. These results indicate that mGlu2/3 receptors mediate the motivational effects of cues in both sexes.