Discussion générale

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Discussion générale

Rappels des principaux résultats :

L’objectif principal de cette thèse a été de rechercher des structures cérébrales susceptibles d’être impliquées dans les réseaux neuronaux contrôlant les comportements de peur chez les oiseaux.

Pour cela, nous avons évalué dans une première étape le rôle spécifique de différentes sous-régions de l’arcopallium / amygdale palliale postérieure (PoA), région déjà connue pour être impliquée dans l’expression des comportements de peur. Dans cette étude lésionnelle, nous avons observé une implication différentielle entre la partie antérieure (AA) et la partie postérieure (AP) de l’arcopallium / PoA dans le contrôle des comportements de peur chez les oiseaux. En effet, alors que l’AA semble être impliqué dans l’activation de nombreux comportements de peur, l’AP semble jouer un rôle dans l’inhibition de comportements de peur spécifiques. Ces résultats suggèrent donc que ces deux sous-régions de l’arcopallium / PoA ont des fonctions différentes et qu’elles contrôlent différents aspects de la peur, probablement par l’intermédiaire de différents circuits neuronaux.

Dans un deuxième temps, nous avons cherché à identifier d’autres structures cérébrales pouvant participer au contrôle des comportements de peur, par mesure de l’activation neuronale en réponse à une situation effrayante. Cette étude a été réalisée sur deux lignées de cailles (LTI et STI) présentant des comportements de peur extrêmes et opposés dans de nombreuses situations, de façon à faciliter la mise en évidence de structures jouant un rôle dans l’expression des comportements de peur. Cette étude a montré l’existence d’une augmentation de l’activation neuronale dans le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus (PVN) en réponse à la présentation d’un objet nouveau dans la cage d’élevage, chez les cailles LTI (présentant généralement des réponses de peur exacerbées). De plus, nous avons observé une différence d’activation neuronale, indépendante de la situation effrayante, entre les deux lignées de cailles dans la partie latérale du noyau du lit de la strie terminale (BSTL), dans l’arcopallium antérieur (AA) et dans la partie caudale du noyau taeniae (TnA). L’ensemble des résultats de cette étude suggère donc l’importance du PVN dans l’expression des réactions de peur en réponse à la nouveauté, ainsi que l’implication potentielle du BSTL, de l’AA et du TnA dans l’expression de certaines réponses de peur.

Discussion

108 Par ailleurs, bien que les deux lignées de cailles montrent une différence d’activation neuronale en réponse à l’introduction soudaine d’un objet nouveau dans leur cage d’élevage (au moins dans le PVN), leurs comportements ne diffèrent pas dans ce test. Ces deux lignées étant connues pour se différencier dans la majorité des tests de peur, nous avons cherché à savoir, dans une troisième étude, si certaines caractéristiques du test étaient à l’origine de l’absence de différence entre les lignées. Les résultats montrent que les lignées manifestent toujours des comportements de peur similaires après modification du test. Ces résultats suggèrent que la réactivité à la nouveauté est un aspect de la peur qui n’a pas été déterminant dans la sélection sur la durée d’immobilité tonique des cailles STI et LTI. Cette observation implique de prendre davantage en compte le caractère multidimensionnel de la notion de peur dans les études menées sur les émotions chez les oiseaux.

Au cours de cette discussion, nous nous proposons de confronter ces nouveaux résultats aux connaissances neuroanatomiques disponibles chez les oiseaux ainsi qu’aux études menées sur la neurobiologie des comportements de peur chez les mammifères, afin de placer les structures discutées dans un réseau susceptible de contrôler les comportements de peur chez l’oiseau. De plus, nous aborderons une réflexion sur le caractère multidimensionnel de la notion de peur et nous ferons le lien avec l’existence potentielle de différents réseaux neuronaux impliqués dans la peur. Enfin, nous discuterons de l’adaptation des modèles choisis (modèle animal et test de l’objet nouveau) à l’étude des mécanismes neurobiologiques des comportements de peur chez l’oiseau.

Discussion

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A / L’arcopallium / PoA, une région au rôle majeur dans le contrôle des comportements de peur chez l’oiseau.

L’arcopallium / PoA est une vaste région hétérogène qui a fait preuve, dans sa globalité, de son implication dans l’expression des comportements de peur (Phillips, 1964 ; Phillips et Youngren, 1971 ; Andrew et Oades, 1973 ; Lowndes et Davies, 1995). Au cours de cette thèse, nous avons cherché à préciser cette implication en tentant d’identifier des sous-régions de l’arcopallium / PoA plus spécifiquement impliquées dans le contrôle des comportements de peur. Alors que des études neuroanatomiques antérieures prévoyaient un rôle prédominant de l’AP au sein de l’arcopallium / PoA (Zeier et Karten, 1971 ; Davies

et al., 1997a), nos études ont montré que l’AA était aussi impliqué dans l’expression des comportements de peur. De plus, nous avons obtenu des éléments permettant de préciser l’implication relative de différentes sous-régions de l’AP.

1) L’arcopallium antérieur :

Dans le chapitre 2 de la thèse, nous avons observé une différence d’activation neuronale dans l’AA entre les cailles STI et LTI, indépendamment de la situation effrayante. Le fait que les deux lignées possèdent un fonctionnement différent au sein d’une structure cérébrale suggère que cette région pourrait être spécifiquement impliquée dans l’expression des comportements de peur sur lesquels les lignées diffèrent (voir chapitre 2). Cette implication spécifique de l’AA a été testée lors de l’étude lésionnelle présentée au chapitre 1. En effet, nous avons observé que des lésions électrolytiques de l’AA induisent une diminution des comportements de peur chez les cailles LTI, suggérant un rôle activateur de l’AA dans le contrôle des comportements de peur. Cette implication peut cependant paraître surprenante compte tenu des connaissances disponibles sur cette sous-région de l’arcopallium / PoA. En effet, l’AA est essentiellement connu pour ses projections vers des structures sensorimotrices telles que le lobe optique, la formation réticulée latérale, le noyau du pont latéral ou encore différents noyaux sensoriels du télencéphale (Zeier et Karten, 1971 ; Davies et al., 1997a). Cependant, Davies et al. (1997a) avaient observé l’existence de projections de la partie ventrale de l’AA vers des structures susceptibles d’être impliquées dans le contrôle des réactions émotionnelles (par comparaison avec les mammifères), telles que la formation hippocampale, le noyau accumbens et le BSTL. Or, dans nos conditions expérimentales, c’est la partie ventrale de

Discussion

110 l’AA qui a été majoritairement touchée (voir figure 2 de l’article du chapitre 1). Par ailleurs, lors de l’étude d’activation neuronale, nous avons observé une hétérogénéité d’expression de la protéine Fos au sein de l’AA, le marquage immunohistochimique étant plus dense dans la partie ventrale de l’AA, ce qui suggère que cette structure pourrait contenir des subdivisions fonctionnelles. Une délimitation plus précise de différentes sous-régions au sein de l’AA pour le comptage des neurones exprimant Fos, pourrait permettre dans un premier temps de conforter l’implication potentielle de la partie ventrale de l’AA dans le contrôle des comportements de peur. Par la suite, une vérification de cette implication pourrait être réalisée à l’aide d’une étude ayant pour but d’inactiver de façon réversible la partie ventrale de l’AA, par exemple, par diffusion d’un anesthésique dans la région d’intérêt. De plus, une fois l’effet de l’anesthésique terminé, il est possible de vérifier si l’animal retrouve des comportements de peur similaires à ceux qu’il exprimait avant la diffusion de l’anesthésique.

2) La partie postérieure de l’arcopallium / PoA :

L’étude lésionnelle (chapitre 1) suggère l’implication de l’AP dans l’expression des comportements de peur chez la caille. En effet, des lésions électrolytiques de cette région entraînent des modifications des comportements de peur en open field. Cette suggestion d’implication de l’AP est soutenue par l’existence de connexions de cette sous-région avec des structures qui sont susceptibles d’être impliquées dans les réseaux neuronaux contrôlant les réponses de peur chez les oiseaux (par homologies avec des structures jouant ce rôle chez les mammifères). Par exemple, l’AP établit des connexions réciproques avec le BSTL (Zeier et Karten, 1971 ; Atoji et al., 2006). Or le BSTL des oiseaux semble homologue du noyau de la strie terminale des mammifères (BNST) (Atoji et al., 2006), structure connue pour être impliquée dans l’expression des comportements de peur chez les rongeurs (Walker et al. 2003). De plus, l’AP projette entre autres vers l’hypothalamus, le thalamus dorsomédian et la formation hippocampale, et il reçoit des projections de l’hippocampe et du noyau parabrachial, structures considérées comme « limbiques » (Zeier et Karten ,1971 ; Veenman et al., 1995 ; Davies et al., 1997a ; Atoji et al., 2006). Ces connexions ont conduit certains auteurs à suggérer que ce serait l’AP plutôt que l’AA qui serait préférentiellement impliqué dans le contrôle des comportements de peur, par homologie avec l’amygdale des mammifères (Zeier et Karten, 1971 ; Veenman et al.,

Discussion réponses de peur en open field après lésion de l’AP est en adéquation avec la littérature disponible chez l’oiseau suggérant, sur la base de données neuroanatomiques, une implication potentielle de l’AP dans les réponses de peur.

Néanmoins, il nous a paru surprenant que la lésion de l’AP ait induit une augmentation des comportements de peur en open field puisque la plupart des études fonctionnelles ont montré une diminution des comportements de peur après lésion de l’ensemble du complexe arcopallium / PoA (Phillips et Youngren, 1986 ; Lowndes et Davies, 1995). De plus, des lésions de l’AP entraînent une diminution de l’activité cardiaque dans un contexte de peur conditionnée chez le pigeon, indiquant une diminution des réponses physiologiques de peur (Cohen, 1975). Cependant, les lésions de Cohen étaient plus restreintes que celles que nous avons réalisées, puisqu’elles touchaient principalement la partie médiane de l’AP (incluant le noyau taeniae), alors que nos lésions étaient plus largement étendues au sein de l’AP. Par contre, une autre étude avait déjà mis en évidence une augmentation des comportements de peur après des lésions partielles de l’arcopallium / PoA chez le poulet (Maser et al., 1973). Ces lésions partielles semblaient toucher un petit territoire qui était également affecté chez les animaux du groupe « AP » de notre étude. Nous concluons donc que cette sous-région de l’AP (partie centrale et ventrale) pourrait avoir une action inhibitrice sur les comportements de peur. Une hypothèse similaire a déjà été émise à la suite d’une étude morphologique ayant montré que le volume de l’arcopallium / PoA était plus important chez les cailles STI, présentant de faibles réactions de peur, que chez les cailles LTI (Richard, 2000 ; Richard et al., 2005). En effet, la présence d’un volume plus important de l’arcopallium / PoA pourrait être lié au développement préférentiel d’une sous-région au rôle inhibiteur sur les comportements de peur chez les cailles STI et pourrait expliquer en partie l’expression de comportements de peur réduits chez ces cailles (voir commentaires du chapitre 1). Cette hypothèse est de plus confortée par des résultats présentés dans le chapitre 2 (Résultats annexes) : nous avons observé un volume de l’AP plus important chez les cailles STI alors que le volume de l’AA ne diffère pas entre les deux lignées (voir figure chapitre 2). Enfin, la présence de GABA, neurotransmetteur à action inhibitrice, dans l’AP (Sun et al., 2005) rend possible l’hypothèse d’une activité inhibitrice au sein de cette sous-région. Pour vérifier l’existence d’une telle une sous-région au sein de l’AP, un ciblage pharmacologique précis de différentes sous-régions de l’AP pourrait être une méthode adaptée. Pour cela, la diffusion d’un antagoniste des récepteurs GABAergiques est un outil envisageable.

Discussion

112 L’étude d’activation neuronale (chapitre 2) nous a permis de visualiser plus précisément différentes subdivisions fonctionnelles au sein de l’AP. Un noyau spécifique de l’AP, le TnA, a montré une différence d’activation neuronale entre les cailles STI et LTI, indépendamment de la situation effrayante. Ce résultat suggère une possible implication du TnA dans le circuit de contrôle des réactions de peur chez les oiseaux. Le TnA a essentiellement été étudié pour son rôle dans le contrôle des comportements sexuels, toutefois, au cours d’une précédente étude lésionnelle chez la tourterelle, Cheng et al. (1999) ont attribué certains effets des lésions à une diminution possible des réactions de peur. De plus, ce noyau est considéré comme un homologue partiel de certains noyaux de l’amygdale. Une homologie entre le TnA et le noyau médian de l’amygdale (MeA) a en effet été proposé sur la base, entre autres, de ses afférences olfactives, de ses connexions avec l’hippocampe et l’hypothalamus, de la présence de récepteurs aux androgènes et oestrogènes, et de son implication dans les comportements sexuels (pour revue voir Yamamoto et al., 2005). D’autres auteurs considèrent qu’une correspondance avec le noyau central de l’amygdale (CeA) ne peut être exclue, essentiellement en raison de l’implications possible du TnA dans les comportements de peur (Absil et al., 2002). Comme ces deux noyaux de l’amygdale de mammifères (MeA et CeA) ont fait preuve de leur implication dans l’expression des comportements de peur chez le mammifère (MeA : Li et al., 2004; Takahashi et al., 2007 ; CeA : LeDoux, 2000), il est envisageable que le TnA joue un rôle similaire chez les oiseaux. Par ailleurs, nos résultats montrent que seule la partie caudale du TnA montre une activation différentielle entre les deux lignées. Ce résultat est cohérent avec de récents travaux montrant l’hétérogénéité de cette structure, à partir d’études à la fois neuroanatomiques et fonctionnelles (Absil et al., 2002 ; Yamamoto

et al., 2005 ; Sun et al., 2005). D’autres investigations sont néanmoins nécessaires pour confirmer l’hypothèse d’un implication du TnA dans le contrôle des comportements de peur, ainsi que pour préciser les subdivisions fonctionnelles au sein de ce noyaux.

Alors que ce n’était pas sur le TnA que reposaient les hypothèses les plus fortes, aucun des autres noyaux étudiés au sein de l’AP (arcopallium médian, dorsal et intermédiaire + PoA) n’a montré de modification d’activation neuronale en réponse à la présentation de l’objet nouveau ou de différence d’activation neuronale entre les deux lignées. L’absence de modification d’activation neuronale en réponse à l’objet dans tous les noyaux de l’AP (y compris le TnA) pourrait sembler cohérente avec les résultats obtenus au cours de l’étude lésionnelle (chapitre 1), puisque la lésion de l’AP n’avait pas entraîné de modification des comportements dans le test d’objet nouveau. L’AP ne semble

Discussion

113 donc pas jouer de rôle dans le contrôle des réponses de peur face à la nouveauté. Mais, compte tenu des hypothèses énoncées dans la littérature sur son rôle supposé dans le contrôle des comportements de peur (Zeier et Karten, 1971 ; Veenman et al., 1995 ; Reiner

et al., 2004 ; Atoji et al., 2006), nous aurions pu nous attendre à observer non seulement une augmentation de l’activation neuronale en réponse à la présence de l’objet nouveau, mais aussi des différences d’activation neuronale entre les deux lignées dans l’AP. En effet, la sélection des lignées aurait pu entraîner des différences de fonctionnement d’une des subdivisions de l’AP comme c’est le cas pour l’AA ou le BSTL (résultats qui seront discutés par la suite). Cette absence d’effet pourrait s’expliquer par le fait que les délimitations des différentes sous-régions utilisées pour les comptages au sein de l’AP n’étaient peut-être pas adaptées à l’identification de la (ou des) population (s) neuronale(s) impliquée(s) dans le contrôle des comportements de peur. Si de telles populations neuronales existent, elles pourraient en effet correspondre à une toute petite zone à l’intérieur d’un des noyaux comptés, ou bien même se situer à l’interface des différents noyaux comptés.

Jusqu’ici, cette discussion sur l’AP nous a conduit à suggérer l’existence potentielle d’une sous-région au rôle inhibiteur sur les comportements de peur au sein de l’AP. Une autre hypothèse pourrait toutefois expliquer l’augmentation des comportements de peur, observée après lésions de l’AP. En effet, il est possible qu’une inhibitrice provienne d’une autre structure en lien avec l’AP. La lésion de l’AP aurait alors bloqué cette action inhibitrice sur les comportements de peur. Une telle structure pourrait être le nidopallium caudolatéral (NCL), qui projette sur l’AP (Kröner et Güntürkün, 1999 ; Atoji et al., 2006) et qui semble comparable, anatomiquement et fonctionnellement, au cortex préfrontal des mammifères (Güntürkün, 2005). Chez les mammifères, l’action inhibitrice du cortex préfrontal sur le noyau basolatéral de l’amygdale a été démontrée, notamment dans un paradigme de conditionnement de peur à l’odeur (Grace et Rosenkranz, 2002). L’hypothèse d’une action inhibitrice du NCL sur les comportements de peur pourrait être vérifiée en inactivant le nidopallium caudolatéral. Si ce dernier est responsable de l’inhibition des réponses de peur via l’AP, l’inactivation du NCL devrait entraîner des réponses similaires à celles observées après lésion de l’AP.

Discussion

114 3) L’arcopallium / PoA, un homologue partiel de l’amygdale des mammifères ?

De nombreuses études permettaient de prévoir un rôle préférentiel de l’AP, plutôt que de l’AA, dans l’expression des comportements de peur car l’AP présente davantage d’homologies avec l’amygdale des mammifères (Zeier et Karten, 1971 ; Veenman et al.,

1995 ; Atoji et al., 2006). Cependant, la correspondance exacte entre l’AP et l’amygdale n’est pas encore clairement établie (Reiner et al., 2004 ; Atoji et al., 2006). Par exemple, certaines caractéristiques neuroanatomiques suggèrent que l’AP serait partiellement homologue du noyau central de l’amygdale (CeA) : notamment afférences et projections similaires, connexions réciproques avec le BSTL, présence, bien qu’en plus faible quantité dans l’AP, de neurones GABAergiques (pour revue voir Atoji et al., 2006). Mais d’autres caractéristiques suggèrent que l’AP pourrait également correspondre au noyau basolatéral de l’amygdale (BLA) : afférences en provenance du nidopallium caudolatéral, équivalent présumé du cortex préfrontal ; forte présence de neurotransmetteurs catécholaminergiques (pour revue voir Atoji et al., 2006). L’absence de connaissances fonctionnelles concernant l’AP explique en partie qu’une correspondance plus précise avec les différents noyaux de l’amygdale n’ait pu être établie. Nous pouvons cependant tenter d’apporter des éléments de réponses à partir de nos travaux. Comme nous l’avons vu dans le paragraphe précédent, l’existence d’une potentielle action inhibitrice du NCL, équivalent du cortex préfrontal, sur l’AP serait compatible avec l’hypothèse d’une éventuelle correspondance entre l’AP et le BLA (puisque le cortex préfrontal projette sur le BLA). De plus, les résultats obtenus sur le volume de l’AP, désignant un volume de l’AP plus important chez les cailles STI (présentant des comportements de peur réduits) que chez les cailles LTI, pourrait aussi être en faveur d’une correspondance entre l’AP et le BLA. En effet, une très récente étude montre que des souris présentant un gros volume du BLA expriment de faibles réponses de peur dans des tests de peur conditionnée au son ou au contexte, comparativement à des souris présentant un faible volume du BLA (Yang et al., 2008). Il est cependant délicat de tirer des conclusions sur la correspondance fonctionnelle entre l’AP et l’amygdale puisque l’essentiel des résultats concernant l’amygdale a été obtenu dans des paradigmes de peur conditionnée, alors que nos résultats portent sur des réponses de peur spontanée. De plus, le manque de clarté quant à la délimitation des subdivisions de l’AP empêche aussi la comparaison avec l’amygdale, dont les nombreux noyaux sont bien délimités (Swanson et Petrovich, 1998), ce qui facilite l’étude de leurs rôles spécifiques.

Figure Discussion 1:Position supposée de la partie « limbique » (en rouge) et « non limbique » (en jaune) de l’arcopallium / PoA. Au cours de la thèse, l’arcopallium / PoA a été séparé en deux sous-régions (AA et AP) au niveau de

la commissure antérieure (limite représentée en pointillé).

AP

AA

Discussion

115 Concernant l’AA, cette sous-région a quelquefois été comparée à l’équivalent d’une région corticale des mammifères, de par ses connexions avec des structures sensorimotrices (Zeier et Karten, 1971 ; Davies et al., 1997a). Mais il a également été montré que l’AA exprime les mêmes gènes de développement que certains noyaux de l’amygdale (amygdale centromédiane), suggérant une possible correspondance avec l’amygdale des mammifères (Puelles et al., 2000).

En conclusion, bien qu’il ne semble pas encore possible de considérer une sous-région précise de l’arcopallium / PoA comme proche d’un des noyaux de l’amygdale, les résultats que nous avons obtenus apportent de nouveaux éléments pour la comparaison entre ces deux structures. Notamment, les travaux de cette thèse confirment l’homologie partielle entre l’AP et l’amygdale et soulignent l’intérêt de ne pas négliger l’AA dans cette comparaison. Ces résultats se rapprochent des propositions de Veenman et al. (1995) et de Davies et al. (1997a) sur les subdivisions fonctionnelles de l’arcopallium / PoA à partir d’études neuroanatomiques. Ces auteurs avaient en effet suggéré que la partie