Soutenance mémoire
INTERACTION ZINC-GLUTAMATE DANS L’HIPPOCAMPE DORSAL DE LA SOURIS
L’hippocampe au sein du Système nerveux central
Les afférences hippocampiques
Les principales afférences de l’hippocampe proviennent du cortex entorhinal, qui est en relation directe avec les cortex préfrontal, cingulaire, temporal, piriforme et visuel(O’Keefe et Nadel, 1978), régions de forte intégration de modalités sensorielles de tout ordre. Ces afférences vont innerver, par l’intermédiaire de la voie perforante, les cellules granulaires du gyrus denté et les cellules pyramidales de la région CA3. Une autre partie innerve la région CA1 et le subiculum.
La région CA3 est donc intéressante car elle occupe une position stratégique dans l’hippocampe. Elle reçoit en effet des informations sensorielles multimodales depuis l’environnement interne et externe via deux voies principales provenant du cortex entorhinal (voir Figure 1.5) : la voie perforante et la voie trisynaptique. Les premiers contacts synaptiques de ce réseau se font au niveau des cellules pyramidales du Gyrus Denté (DG).Leurs axones, les fibres moussues, se projettent sur la partie proximale des dendrites des cellules pyramidales de la région CA3. Enfin, ces cellules pyramidales vont émettre de nombreuses collatérales se terminant sur d’autres cellules pyramidales de CA3, ce sont les collatérales récurrentes ou fibres associatives. Dans un troisième temps, les cellules pyramidales donnent lieu à des collatérales dites de Schäffer. En raison de cette boucle récurrente, la région CA3 est considérée comme un réseau auto-associatif pour le stockage et le rappel de l’information, en particulier dans les processus de mémoire de travail.L’information multimodale pourrait y être stockée et unifiée en une information unique, suggérant ainsi un rôle prépondérant de cette région pour l’acquisition d’une mémoire de type contextuel.Le réseau CA3 reçoit diverses afférences provenant du cortex entorhinal : une directe (2) ou voie perforante qui va directement faire synapse avec les terminaisons dendritiques des cellules pyramidales de CA3 et une indirecte ou trisynaptique. Le premier relais de cette voie se fait au niveau du gyrus denté (1) où les cellules granulaires envoient leurs axones, les fibres moussues (4), faire synapse avec les cellules pyramidales de la région CA3. Au niveau de ces mêmes neurones, on peut noter la présence de collatérales récurrentes (5). Les axones des cellules pyramidales de la région CA3, ou collatérales de Schäffer, vont aller faire synapse avec les neurones pyramidaux de l’aire CA1. L’ensemble des synapses 2, 4 et 5 forme le réseau auto-associatif de la région CA3.
Les efférences hippocampiques
La voie de sortie principale de l’hippocampe est le subiculum, par lequel l’hippocampe envoie les informations vers les structures extra-hippocampiques (Amaral et al., 1991). Les neurones pyramidaux projettent leurs axones vers le noyau accumbens, la formation réticulée, l’aire préoptique et le tronc cérébral, constituant le circuit de Papez. Le cortex entorhinal reçoit des projections provenant du subiculum d’une façon strictement
organisée. (Swanson et Cowan, 1977). Par le fornix, le subiculum innerve également le thalamus, via les corps mamillaires et le complexe de l’amygdale. (Zimond et al., 1999).
Hippocampe et apprentissage
Le rôle prépondérant de la formation hippocampique dans certaines formes d’apprentissage et de mémoire n’est plus à démontrer. En effet, une ablation bilatérale partielle ou totale de l’hippocampe entraîne une perte de la mémorisation chez l’homme mais également chez l’animal. Alors que les souvenirs anciens restent conservés, les événements nouveaux ne peuvent être retenus que pour quelques secondes. L’hippocampe est reconnu comme étant le support de différents types d’apprentissage.Selon O’Keefe et ses collègues (1970), l’hippocampe a entre autre pour fonction de recréer une représentation spatiale de l’environnement. Cela serait permis par des neurones spécialisés, les cellules de lieu. En effet, ces neurones hippocampiques entrent en activité lorsque l’individu se trouve dans une région précise de son environnement. Ainsi si chaque cellule se voit assignée une certaine portion de l’espace, leur ensemble permet donc
l’élaboration d’une cartographie mnésique très précise de l’environnement. L’individu est donc capable de se repérer et de se déplacer à tout moment dans l’espace à partir de cette représentation mentale. Ce type d’apprentissage peut être mis en évidence chez le rat et la souris grâce au labyrinthe aquatique de Morris, car une bonne performance dans ce test nécessite un hippocampe intègre. A un endroit précis de la piscine se trouve une plate-forme submergée d’eau rendue opaque. Une souris ou un rat normal apprend rapidement la localisation de la plate-forme et cherche à cet endroit lors des tests suivants. (Le protocole sera détaillé dans la partie 2).
Dans un apprentissage de type configural, l’individu doit élaborer une représentation unifiée du contexte à partir des différents éléments qu’il a à sa disposition, en se remémorant les relations qui existent entre les indices environnementaux. Ce type d’apprentissage peut être mis en évidence par le paradigme* de peur au contexte (Phillips et Le Doux, 1992), dans lequel l’individu associe le contexte (une cage) à un ou plusieurs chocs électriques (le
protocole sera détaillé dans la partie 2). On sait que ce paradigme est en partie amygdalo dépendant, car la composante émotionnelle de l’expérience y est formée et stockée.
Cependant l’hippocampe dorsal est également nécessaire à la formation de la représentation unifiée du contexte (Anagnostaras et al., 2001).
*paradigme expérimental= protocole expérimental standardisé et reconnu, servant de référence pour tester un type d’apprentissage. En Neurosciences comportementales, le test de référence pour étudier un apprentissage de navigation spatiale est le labyrinthe aquatique de Morris, et pour étudier un apprentissage contextuel (ou configural) on utilise le test de peur conditionnée au contexte.
De nombreuses études lésionnelles ont permis de confirmer l’implication de l’hippocampe dans des apprentissages de type spatial ou contextuel. Cependant ces lésions irréversibles ne permettent pas d’établir clairement l’implication respective des régions CA3 et CA1 dans les différents processus mnésiques, c’est-à-dire l’acquisition, la consolidation et le rappel. Ainsi plus récemment des lésions de type pharmacologique et par conséquent réversibles ont utilisé une des particularités des FM, leur forte concentration en zinc, pour
réaliser un blocage réversible de l’aire CA3, afin de spécifier son implication dans les processus mnésiques. En effet, la forte concentration de cet élément dans l’hippocampe, et plus spécifiquement dans chaque élément du circuit trisynaptique de CA3, suggère qu’il pourrait avoir une implication particulière dans les processus de mémorisation et d’apprentissage.
Les résultats de travaux antérieurs (Bataille et al., 2000 ; Daumas et al., 2004 ; Florian et al., 2004 ) ont mis en évidence une implication différentielle du zinc selon le type d’apprentissage (spatial v ersus contextuel). La chélation du zinc libre perturbe en effet fortement un apprentissage de type contextuel, alors qu’elle ne génère aucun changement dans un apprentissage spatial. Ces résultats suggèrent que ces deux apprentissages pourtant
hippocampo-dépendants pourraient éventuellement solliciter de manière différente le réseau CA3-fibres moussues, et que le zinc pourrait avoir des effets différents en fonction du type d’apprentissage. Il semble en effet indispensable pour un apprentissage de type contextuel,alors que cela ne semble pas le cas pour un apprentissage spatial.
Le zinc pourrait ainsi être considéré comme un neuromodulateur. Il occupe par ailleurs un rôle important dans le système nerveux central.
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Table des matières
LISTE DES ABREVIATIONS
TABLE DES ILLUSTRATIONS
INTRODUCTION
1.SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1. Organisation hippocampique
1.2. L’hippocampe au sein du Système Nerveux Central
1.2.1. Les afférences hippocampiques
1.2.2. Les efférences hippocampiques
1.3..Hippocampe et apprentissage
1.4. Le Zinc : un oligo-élément essentiel du Système Nerveux Central
1.4.1. Développement et transport
1.4.2. Hippocampe et Fibres Moussues
1.5. Le Zinc : un neurotransmetteur atypique ?
1.5.1. Interaction zinc vésiculaire / récepteurs glutamatergiques
1.5.2. Zinc et potentialisation à long terme
1.6. Perturbation de l’homéostasie du zinc: rôle dans les processus cognitifs et pathologiques
1.6.1. Etudes comportementales
1.6.2. Zinc et pathologie
1.7. But de l’étude
2. MATERIEL ET METHODE
2.1. Sujets et opérations
2.1.1. Les animaux
2.1.2. Chirurgie
2.2. Produits et injections
2.2.1.Molécules utilisées
2.2.2 Injections
2.3. Appareils et tests comportementaux
2.3.1. Epreuve de navigation spatiale en piscine de Morris
2.3.2. Test de peur conditionnée au contexte
2.4. Analyse des données
2.4.1. Résultats obtenus en piscine de Morris
2.4.2. Résultats obtenus lors du test de peur conditionnée au contexte
3. RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION
3.1. Résultats expérimentau
3.1.1.Résultats obtenus en piscine de Morris
3.1.2. Résultats obtenus dans le test de peur conditionnée au contexte
3.2. Discussion
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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