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Nov 06, 2023

Contributions cérébelleuses à un réseau cérébral pour un comportement flexible chez la souris

Communications Biology volume 6, Numéro d'article : 605 (2023) Citer cet article 1280 Accès 5 Détails Altmetric Metrics Le cervelet régule le comportement non moteur, mais les voies d'influence ne sont pas

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 605 (2023) Citer cet article

1280 accès

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Le cervelet régule le comportement non moteur, mais les voies d'influence ne sont pas bien caractérisées. Nous rapportons ici le rôle nécessaire du cervelet postérieur dans le guidage d'une tâche d'apprentissage par inversion à travers un réseau de structures diencéphaliques et néocorticales, et dans la flexibilité du comportement libre. Après l'inhibition chimiogénétique des cellules du lobule VI vermis ou du crus hémisphérique I Purkinje, les souris pouvaient apprendre un labyrinthe en Y aquatique, mais étaient incapables d'inverser leur choix initial. Pour cartographier les cibles de perturbation, nous avons imagé l'activation de c-Fos dans des cerveaux entiers nettoyés à l'aide de la microscopie à feuille lumineuse. L’apprentissage inversé a activé les régions diencéphaliques et néocorticales associatives. Des sous-ensembles distinctifs de structures ont été modifiés par la perturbation du lobule VI (y compris le thalamus et l'habenula) et du crus I (y compris l'hypothalamus et le cortex prélimbique/orbital), et les deux perturbations ont influencé le cortex cingulaire antérieur et infralimbique. Pour identifier les réseaux fonctionnels, nous avons utilisé une variation corrélée de l'activation de c-Fos au sein de chaque groupe. L'inactivation du lobule VI a affaibli les corrélations au sein du thalamus, tandis que l'inactivation du crus I a divisé l'activité néocorticale en sous-réseaux sensorimoteurs et associatifs. Dans les deux groupes, une analyse automatisée à haut débit des mouvements du corps entier a révélé des déficiences dans l’habituation comportementale au cours de la journée à un environnement en champ ouvert. Prises ensemble, ces expériences révèlent des systèmes d’influence cérébelleuse à l’échelle du cerveau qui affectent de multiples réponses flexibles.

Le cervelet est de plus en plus apprécié pour ses contributions à un comportement flexible. Des voies anatomiques importantes entre le cervelet et le néocortex suggèrent un rôle dans le traitement d'ordre supérieur1,2,3,4,5. Chez l'homme, une atteinte au cervelet postérieur entraîne un syndrome cognitif-affectif clinique qui comprend des déficiences de la fonction exécutive, de la mémoire de travail, du raisonnement abstrait et du traitement émotionnel6,7. Des conséquences plus graves résultent d'une atteinte cérébelleuse pédiatrique, y compris un diagnostic d'autisme, un trouble caractérisé par une rigidité allant jusqu'à la détresse émotionnelle lorsque les routines sont violées8,9,10,11,12,13. Prises ensemble, ces études suggèrent que, comme le néocortex, le cervelet joue un rôle nécessaire dans le comportement flexible et le traitement cognitif.

Les expériences sur les animaux ont identifié des régions spécifiques du cortex cérébelleux qui soutiennent un comportement flexible. Dans le vermis lobule VI, une structure postérieure médiane perturbée dans les troubles du spectre autistique14,15, l'inhibition des interneurones de la couche moléculaire modifie l'apprentissage par inversion, le comportement persévérant ou répétitif, la recherche de nouveauté et la préférence sociale16. La perturbation du crus I du rongeur, dont l'homologue humain 17 est structurellement altéré dans les TSA, entraîne des déficits de comportements sociaux, répétitifs et flexibles 16,18, et aucune des deux perturbations n'affecte la démarche. De plus, l'inactivation des cellules de Purkinje chez les rongeurs crus I réduit la capacité à accumuler des preuves sensorielles, une tâche dans laquelle les cellules de Purkinje codent des choix et accumulent des preuves .

Lobule VI et crus I s'engagent avec le cerveau antérieur par des voies polysynaptiques bidirectionnelles21. Les cellules de Purkinje dans le cortex cérébelleux reçoivent des informations provenant des structures distales du cerveau antérieur, et le traçage transsynaptique chez la souris a retracé la production inhibitrice des cellules de Purkinje jusqu'aux noyaux cérébelleux, vestibulaires et parabrachiaux, qui à leur tour fournissent une sortie excitatrice au reste du cerveau pour former un circuit cérébral-thalamo-cérébelleux1,2,3,4,22,23,24. Le long de ces voies, le cortex cérébelleux est organisé en microzones parasagittales qui se projettent selon des motifs distinctifs, de sorte que le lobule VI et le crus I créent différents modèles de connectivité disynaptique avec les structures thalamiques et les voies trisynaptiques vers le cingulaire antérieur, l'infralimbique et le prémoteur. , et cortex somatosensoriel1,2,3,4,5,28,29. Chacune de ces régions cérébelleuses reçoit également un apport descendant du néocortex via le pont30,31,32 et l'olive inférieure33. Ces régions cérébelleuses ont donc des voies distinctes par lesquelles elles peuvent influencer le traitement du cerveau antérieur sur de nombreuses cibles distribuées.