Activity of dopaminergic neurons during skilled reaching in head-fixed rats - Université de Bordeaux
Thèse Année : 2023

Activity of dopaminergic neurons during skilled reaching in head-fixed rats

Activité des neurones dopaminergiques pendant l’exécution d’une tâche com- portementale de préhension chez des rats tête-restreinte

Résumé

Midbrain dopaminergic neurons (DANs) are essential for associative learning and goal-directed movements. Several studies have recorded their activity during motor tasks andmost have observed an increase of dopaminergic activity during movement or aroundits initiation. However, the functional role played by DANs during instrumental tasksis still unclear. It has been hypothesized that dopamine could modulate movementvigor in an online manner instead of only encoding reward prediction error, but causal experiments have yielded conflicting results. Other theories argue for a role of movement-related dopamine in habit formation or retrospective causal learning, but the extent of dopaminergic contribution to sensory-motor behaviors in physiological conditions isunknown. In this study, we sought to investigate the functional heterogeneity of DANsin the SNc and characterize their activity during a reach-and-grab motor task in TH-Crerats. We recorded DANs electrical activity and GCamP calcium signal in head-fixedrats performing the operant task using high-density silicon probes and fiber photometry,respectively. We observed that DANs increased their activity, as measured through globalcalcium signal, both after the auditory cue and during movement execution. Interestingly,the movement-evoked responses were highly lateralized depending on the limb used. We further dissected the neuronal mechanism causing these increases in calcium transientsusing in vivo electrophysiological recordings. We found that the activity of DANs neuronsrecorded in the SNc was functionally heterogeneous during the task with individual neurons responding to task events in the specialized-manner. Finally, we observed a correlation between dopaminergic activity and movement vigor, as well as an inhibitionof dopaminergic activity during movement repression. Our results reveal the functional diversity present in DANs during a fine operant motor task, and highlight the close relationship between dopamine and motor execution.
Les neurones dopaminergiques sont essentiels à l’apprentissage associatif et aux mouvements volontaires. De multiple études ont étudié leur activité lors de tache motrices et la plupart ont observé une augmentation de l’activité dopaminergique pendant le mouvement ou à son initiation. Cependant, le rôle fonctionnel joué par les neurones dopaminergiques pendant les taches instrumentales est toujours inconnu. Si on leur attribue classiquement un rôle dans l’apprentissage ainsi que l’encodage de la valeur des récompenses attendues, une hypothèse dominante de cette dernière décennie suggère que les neurones dopaminergiques pourraient également moduler la vigueur des mouvements à venir, mais les preuves causales sont encore limitées. La contribution de la dopamine aux comportements instrumentaux complexes reste à élucider. Dans cette étude, nous avons enregistré des neurones dopaminégiques de la substance noire compacte afin de caractériser leur hétérogénéité fonctionnelle et leur activité lors d’une tache motrice à choix. Pour cela nous avons mis en place une méthode de tête restreinte chez le rat qui nous permet d’effectuer des enregistrements électrophysiologiques aigus simultanément à des enregistrement de l’activité calcique des terminaisons dopaminergiques dans le striatum via fiber photometry. A l’échelle de la population, nous avons observé une activité dopaminergique en réponse au signal sonore ainsi que durant le mouvement et à la consommation de la récompense. A l’échelle des neurones individuels, nous avons observé une grande spécialisation de leur activité. Nous avons montré que l’activité dopaminergique était latéralisée spécifiquement pendant le mouvement, et que cette activité ainsi que celle qui précède le mouvement était corrélée à sa vigueur. Nos résultats révèlent la diversité fonctionnelle des neurones dopaminergiques pendant une tache comportementale complexe, et mettent en valeur les liens entre la dopamine et l’exécution motrice.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-04699847 , version 1

Citer

Clara Besserer. Activity of dopaminergic neurons during skilled reaching in head-fixed rats. Neuroscience. Université de Bordeaux, 2023. English. ⟨NNT : 2023BORD0210⟩. ⟨tel-04699847⟩
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