Réponses comportementales

de peur

Discussion

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D / Peut-on établir un réseau de régions cérébrales contrôlant les réponses de peur chez les oiseaux ? (Figure discussion 2)

Nos résultats nous ont permis d’émettre des hypothèses sur l’implication potentielle de quatre différentes régions (AA, AP, BSTL, PVN) du cerveau de caille dans le contrôle des réponses de peur. Comment pourraient-elles s’intégrer dans un réseau de contrôle des réponses de peur ?

Les régions cérébrales dont nous avons discuté jusqu’à présent se situent à différents niveaux d’intégration du système nerveux central. Dans le modèle proposé par Joseph LeDoux pour expliquer le rôle de l’amygdale dans le contrôle des réponses de peur conditionnée chez les mammifères (LeDoux, 2000), les premières structures d’intégration sont des structures somatosensorielles corticales chargées de transmettre l’information provenant des stimuli environnementaux à différentes régions plus spécifiquement impliquées dans le contrôle des comportements de peur. Ces dernières structures cérébrales, telles que l’amygdale ou l’hippocampe par exemple, se situent à des niveaux d’intégration assez élevés du système nerveux central, de telle sorte que leur relation au contrôle moteur des comportements n’est pas directe. Chez l’oiseau, on peut supposer que des aires télencéphaliques telles que l’hyperpallium, le mésopallium ou le nidopallium pourraient jouer le rôle d’intégration somatosensorielle (Veenman, et al., 1995 ; Csillag, 1999 ; Deng et Rogers, 2000 ; Atoji et al., 2006). Nous savons de plus qu’il existe des projections de ces structures palliales vers l’arcopallium / PoA et le BSTL (Veenman et al., 1995 ; Csillag, 1999 ; Kröner et Güntürkün, 1999 ; Deng et Rogers, 2000 ; Atoji et al., 2006). Notons que le nidopallium caudolatéral (NCL), qui projette sur l’AP (Kröner et Güntürkün, 1999 ; Atoji et al., 2006), pourrait faire partie des aires télencéphaliques particulièrement importantes pour le contrôle des réponses de peur (comme discuté dans le paragraphe concernant l’AP). Par ailleurs, l’AA projette vers l’AP (alors que l’inverse n’est pas vrai) (Davies et al., 1997a), ce qui rend possible une participation de ces deux régions à un même réseau de contrôle des réponses de peur, à un niveau d’intégration assez élevé du système nerveux central. L’existence de projections de ces deux sous régions vers l’hypothalamus a aussi été démontrée (Zeier et Karten, 1971 ; Davies et al., 1997a ; Atoji

et al., 2006) et il est probable que ce lien soit impliqué dans la régulation des réponses neuroendocriniennes de peur. En effet, des stimulations de l’arcopallium / PoA induisent une augmentation de la concentration de corticostérone plasmatique chez le pigeon (Bouillé et Baylé, 1974). Au niveau hypothalamique, le PVN reçoit des projections de l’AP

Discussion

120 et semble constituer, au même titre que chez les mammifères (Herman et al., 2005), un des derniers relais du système nerveux central dans l’établissement d’une réponse endocrinienne lors d’une stimulation effrayante. Chez le mammifère, le contrôle de l’amygdale sur le PVN s’établit notamment via le BNST (Walker et al., 2003 ; Herman et al., 2005 ; Schulkin et al., 2005). Chez les oiseaux, il est envisageable que le trajet arcopallium / PoA – BSTL - PVN soit aussi impliqué dans les réponses de peur. En effet, la projection de l’arcopallium / PoA vers le BSTL a été décrite chez le pigeon et le poussin (Zeier et Karten, 1971 ; Davies et al., 1997a) et une autre étude a montré l’existence de connexions réciproques entre le BSTL et le PVN, à l’aide de traçage antérograde et rétrograde chez le pigeon (Atoji et al., 2006). Ainsi, il est possible de concevoir un réseau contrôlant les réponses de peur chez les oiseaux à partir des régions étudiées au sein de ce mémoire (voir figure discussion 2). Mais d’autres structures sont certainement aussi impliquées dans un tel réseau, notamment des structures au rôle moteur contrôlant les mouvements impliqués dans l’expression des comportements. Des structures bulbaires telles que la formation réticulée latérale ou le noyau du pont latéral qui reçoivent des projections de l’AA (Zeier et Karten, 1971 ; Davies et al., 1997a), pourraient participer à la voie effectrice des circuits de contrôle des comportements de peur. La substance grise périaqueducale (GCt) pourrait aussi être suggérée dans la mesure où cette structure reçoit des projections du PoA (Davies et al., 1997a) et où la GCt des mammifères est connue pour être impliquée dans le contrôle des réactions de fuite et de freezing (Morgan et al.,

1998).

De nombreuses autres investigations à la fois fonctionnelles et neuroanatomiques seront donc nécessaires pour établir un réseau potentiel de structures contrôlant la peur chez les oiseaux comparable à celui décrit autour de l’amygdale de mammifère.

Discussion

121

E / Peut-on considérer la peur comme une émotion unique ou possède-t-elle un caractère multidimensionnel ?

1) La peur, une émotion unique ?

La peur est souvent considérée comme une émotion unique, cette même émotion étant susceptible d’être générée dans des situations variées. En effet, de bonnes corrélations ont été observées entre les réactions exprimées par un individu dans diverses situations effrayantes. Par exemple, un rat montrant davantage de comportements de peur que les autres dans un test d’open field sera également le plus effrayé en réponse à un test d’immobilisation (Parker, 1939 cité par Gray, 1987). Chez la caille, Mills et Faure (1986) ont aussi montré l’existence de corrélations entre les réponses de peur exprimées dans les tests d’immobilité tonique, d’open field et d’émergence. L’observation de ces corrélations a été à l’origine de sélections génétiques d’animaux de différentes espèces sur un test de peur, dans le but d’entraîner une sélection sur la propension à exprimer des comportements de peur de façon globale. Sur ce principe, Mills et Faure (1991) ont sélectionné génétiquement les lignées de cailles STI et LTI sur leurs réponses extrêmes dans le test d’immobilité tonique. Ces cailles montrent bien des différences comportementales dans différents tests de peur tels que les tests d’open field, d’émergence, de contention et de capture par un homme (Jones et al., 1991 ; 1994), ce qui renforce l’hypothèse selon laquelle ces tests induisent une même émotion : la peur (sur laquelle les cailles STI et LTI se différencient). Ainsi, on pourrait supposer que les mécanismes neurobiologiques sous-jacents à une telle émotion unique, la peur, reposent sur un seul circuit neuronal, impliquant un certain nombre de structures, toutes mises en œuvre au cours de l’expression de comportements de peur, quels qu’ils soient. Cependant, une partie des données neurobiologiques et comportementales obtenues au cours des travaux de thèse ne vont pas dans ce sens.

2) Des données en faveur de la reconnaissance du caractère multidimensionnel de la peur.

Au cours de ce mémoire, l’étude des mécanismes neurobiologiques nous a semblé apporter de nouvelles connaissances sur les différents aspects de la peur chez les oiseaux. Ainsi, la lésion de l’AP n’a modifié les comportements des cailles que dans le test d’open field (chapitre 1) et lors de l’étude d’activation neuronale, nous n’avons pas mis en

Discussion

122 évidence de modification d’activation en réponse à l’objet nouveau dans cette structure (chapitre 2). Ces résultats nous amènent à suggérer une implication spécifique de l’AP dans certaines réponses de peur. De même, Lowndes et Davies (1995) avaient observé une implication du complexe arcopallium / PoA dans les réponses de peur en open field, mais pas dans un test d’objet nouveau. Certaines régions cérébrales, comme l’AP, ne seraient donc pas impliquées dans l’ensemble des réponses comportementales de peur, mais spécifiquement dans certains aspects de la peur.

Au niveau comportemental, les résultats présentés dans le chapitre 3 montrent que les cailles STI et LTI, exprimant des comportements extrêmes dans de nombreuses situations de peur, ne se différencient pas dans le test d’objet nouveau. Cette observation suggère que la sélection sur la durée d’immobilité tonique n’a pas entraîné de modification de la réactivité émotionnelle des cailles face à la nouveauté (composante principale du test d’objet nouveau). Le changement d’environnement et/ou la manipulation par l’homme, qui sont des composantes communes aux tests sur lesquels les lignées se différencient (immobilité tonique, open field, émergence …), pourraient à l’inverse être des composantes de la peur qui ont été déterminantes au cours de la sélection. Cette hypothèse a été vérifiée lors d’une récente étude. Nous avons comparé les réponses comportementales des cailles STI et LTI dans le test de l’objet nouveau suite à une manipulation par l’homme avec ou sans changement d’environnement. Les résultats montrent que les cailles LTI présentent davantage de comportements de peur que les cailles STI dans le test de l’objet nouveau dès lors que le test est précédé par une manipulation par l’homme, avec ou sans changement d’environnement (Land, 2007 ; Richard et al., 2007a). Ainsi, les cailles STI et LTI n’auraient pas été sélectionnées sur leur propension à exprimer des comportements de peur quelle que soit la situation, mais sur des composantes spécifiques de la peur.

Plusieurs aspects de la peur seraient donc généralement globalisés sous un même terme, ce qui a d’ailleurs été très clairement énoncé en psychologie humaine par Russell (2003) : « la peur ne serait pas une entité unique correspondant à une seule émotion, mais serait constituée d’émotions discrètes indépendantes et spécifiquement associées à des situations précises ». Ainsi, si la peur possède plusieurs aspects, ne serait-il pas nécessaire de les prendre en compte en expérimentation animale ? Au cours des dix dernières années, de nombreux auteurs ont ainsi souligné la nécessité d’une réévaluation des tests de peur en considérant la peur non plus comme un concept unitaire, mais en lui attribuant un caractère multidimensionnel (Boissy, 1995 ; Paul et al., 2005 ; Forkman et al., 2007). Cette notion a par exemple été récemment illustrée chez la caille par Miller et al. (2006). Ces auteurs ont

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123 montré que la propension d’un individu à être effrayé est peu stable entre différents tests classiques de peur (tels que le test d’émergence, le test d’objet nouveau et la présentation d’un leurre de prédateur) (Miller et al., 2006). La validité de tests de peur couramment utilisés a aussi été récemment réévaluée par Forkman et al. (2007) chez différentes espèces d’animaux domestiques (bovins, porcins, ovins, équins et volailles). Ces auteurs suggèrent que si différents tests de peur mesurent des aspects différents de la peur, ils devraient être considérés indépendamment. Dans un premier temps, l’utilisation de tests comportementaux simples où les conclusions peuvent être attribuées à la spécificité de la situation, serait recommandée. A plus ou moins long terme, la validation de tests de peur devrait idéalement reposer sur différentes méthodes : comportementale, physiologique et pharmacologique (Forkman et al., 2007). Nos résultats concordent avec cette conception multidimensionnelle de la peur et il semble désormais important de prendre en compte les différents aspects de la peur lors de l’étude des mécanismes de cette émotion.

3) Plusieurs circuits neuronaux pour plusieurs réponses de peur ?

Les résultats obtenus au cours des travaux de thèse semblent cohérents avec l’existence de plusieurs circuits de contrôle des comportements de peur chez les oiseaux. Chez les mammifères, il a également été reconnu comme simplificateur de concevoir qu’un seul circuit neuronal puisse contrôler les différents aspects de la peur (LeDoux, 1996; Nader et LeDoux, 1997 ; Panksepp, 2005). Nous avons vu que les différentes régions étudiées au cours de la thèse sont probablement impliquées dans différentes réponses de peur. Ainsi, l’inactivation de l’AA a entraîné une diminution modérée mais générale, des comportements de peur, observée à partir d’un score global regroupant les réponses des cailles dans plusieurs tests : le test d’open field, le test de l’objet nouveau, le test d’immobilité tonique et le test d’émergence. Notons cependant qu’aucune modification d’activation neuronale n’a été observée dans l’AA en réponse à l’objet nouveau (chapitre 2). De plus, bien que la comparaison entre animaux lésés et animaux intacts ne soit significative dans aucun des tests pris isolément, les cailles lésées dans l’AA semblent montrer moins de différences comportementales avec les cailles témoins dans le test d’objet nouveau que dans les autres tests (chapitre 1). Ainsi, il est possible que l’AA soit plus impliqué dans des aspects de la peur qu’induisent les tests d’open field, d’émergence et d’immobilité tonique, c'est-à-dire ceux pour lesquels les lignées se différencient. La

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124 différence d’activation neuronale observée dans l’AA entre les deux lignées pourrait être mise en relation avec une telle hypothèse, une différence de fonctionnement de l’AA pouvant participer aux différences de réactivité émotionnelle existant entre les deux lignées. Quoiqu’il en soit, l’AA semble être impliqué dans une large gamme de réponses comportementales de peur. De même, la différence d’activation neuronale entre les deux lignées dans le BSTL pourrait aussi suggérer une implication large, c’est à dire dans divers comportements de peur pour lesquelles les lignées se différencient. A l’inverse, nos travaux suggèrent une implication plus spécifique de l’AP dans certains comportements de peur tels que les comportements en open field (chapitre 1). Enfin, le PVN semble avoir un rôle potentiel dans les réponses émises dans le test d’objet nouveau, ce qui le différencie de l’AA et de l’AP, par exemple. Bien que nos résultats ne nous permettent pas de discuter de son implication dans d’autres tests, nous savons que le PVN est vraisemblablement sollicité dans des situations de peur engendrant une réponse de l’axe corticotrope, tels que les tests d’immobilité tonique, de contention et d’objet nouveau (Hazard, 2005 ; Richard et

al., 2007b). Ainsi, les différentes régions cérébrales étudiées au cours de la thèse

s’intégreraient dans différents circuits neuronaux contrôlant les différents aspects de la peur impliqués dans les tests utilisés.

La reconnaissance de la complexité de la notion de peur rend donc simplificatrice la conception d’un unique circuit neuronal sous-jacent, conception qui est parfois associée à la théorie du système limbique. En effet, selon LeDoux (1996), la théorie du système limbique se réfère au fait que l’émotion est une faculté de l’esprit unique et qu’un seul système a évolué dans le cerveau pour en rendre compte. Mais il est peu probable qu’un système cérébral unique intervienne dans l’intégration de la diversité des émotions (LeDoux, 1996 ; Paul et al., 2005 ; Panksepp, 2005). Au même titre que chacune des émotions peut faire intervenir des systèmes cérébraux distincts, il est possible qu’une même émotion, telle que la peur, intégrant différentes dimensions, fasse intervenir à elle seule, différents systèmes cérébraux, selon la dimension évoquée par la situation. Ainsi, compte tenu des différents éléments discutés au cours de ce mémoire, nous envisageons l’existence de différents circuits intégrant d’une part des régions cérébrales impliquées dans des aspects généraux de la peur et qui seraient sollicitées dans de nombreuses situations de peur, et d’autre part des régions cérébrales impliquées plus spécifiquement dans des aspects ciblés de la peur. Les nouvelles approches de neurobiologie des comportements mises en œuvre pour identifier les circuits

Discussion

125 de contrôle des comportements de peur chez les oiseaux devront donc intégrer le caractère multidimensionnel de la peur.

F / Les modèles (animal et expérimental) utilisés au sein de la thèse sont-ils adaptés à l’étude neurobiologique des réponses de peur chez les oiseaux ?

1) L’intérêt des lignées de cailles STI et LTI dans l’étude des mécanismes neurobiologiques des réponses de peur chez les oiseaux

Nous avons vu, au cours de l’introduction, que la comparaison d’animaux aux réponses extrêmes et divergentes dans une situation donnée facilite la compréhension des mécanismes liés à ces réponses (Landgraf et Wigger, 2002). Pour la réalisation des travaux de thèse, nous avons utilisé deux lignées de cailles sélectionnées sur des durées d’immobilité tonique extrêmes (STI et LTI). Ces deux lignées de cailles, différant dans divers tests de peur, tant au niveau comportemental qu’au niveau physiologique, nous ont semblé constituer un modèle intéressant, car leur utilisation était susceptible de faciliter la mise en évidence des mécanismes de contrôle des comportements de peur au niveau central. Lors de l’étude lésionnelle (voir chapitre 1), comme nous avions supposé que l’inactivation des sous-régions de l’arcopallium / PoA entraînerait une diminution des comportements de peur, nous avons fait le choix, pour des raisons pratiques et éthiques, de n’utiliser que la lignée de cailles montrant des comportements de peur exagérés (LTI). Ce choix a en effet permis de montrer une diminution des comportements de peur de façon globale après lésion de l’AA. Cependant, les lésions de l’AP ayant entraîné une augmentation des comportements de peur, l’utilisation des cailles STI aurait aussi pu être intéressante. En effet, l’utilisation des cailles STI dans un tel protocole pourrait faciliter la mise en évidence d’une éventuelle augmentation des comportements de peur. Il serait ainsi possible de tester si l’implication de l’AP est bien spécifique au test d’open field ou si elle se retrouve également dans d’autres tests. De plus, l’observation de différences d’activation neuronale entre les deux lignées nous a permis de repérer des régions cérébrales (AA, partie caudale du TnA et BSTL) potentiellement impliquées dans l’expression des comportements de peur (voir chapitre 2).

Par ailleurs, l’étude d’activation neuronale a confirmé l’existence d’un fonctionnement neurobiologique différent entre les deux lignées. Outre les différences de densité de neurones exprimant la protéine Fos, nous avons également observé des

Discussion

126 différences morphologiques entre les lignées, l’arcopallium / PoA des cailles STI étant plus volumineux que celui des cailles LTI. Ces résultats confirment des résultats antérieurs (Richard, 2000 ; Richard et al., 2005) et permettent de préciser que la différence de volume observée provient de l’AP et non de l’AA (voir commentaires du chapitre 2). Ces résultats nous ont amenés à supposer l’existence, au sein de l’AP, d’une sous-région au rôle inhibiteur sur le contrôle des comportements de peur. Une telle sous-région inhibitrice, plus volumineuse chez les cailles STI, pourrait expliquer que l’on observe des comportements de peur réduits chez les cailles STI. L’ensemble de ces résultats, et plus précisément l’observation de fonctionnements neurobiologiques différents entre les cailles STI et LTI, encourage donc l’emploi de ce modèle animal pour l’étude du contrôle central des réactions de peur chez l’oiseau.

Cependant, au cours d’une étude comprenant des animaux sélectionnés génétiquement, il est de rigueur de rester prudent quant à l’interprétation des résultats. Il est en effet connu que des phénomènes de co-sélection, non contrôlés et indépendants du caractère d’intérêt, peuvent survenir au cours d’une sélection sur un caractère donné. Il est donc possible qu’un caractère comportemental ou physiologique non lié à la peur ait été sélectionné en même temps que la sélection sur la durée d’immobilité tonique. Ainsi, les cailles des deux lignées montreraient des divergences sur ce paramètre sans que ce dernier n’aide à la compréhension des mécanismes sous-jacents à la peur. Pour donner un exemple de la prudence à acquérir pour interpréter des résultats impliquant des lignées génétiquement sélectionnées, nous proposons de revenir sur des résultats discutés plus haut. Nous avons observé une différence d’activation neuronale entre les deux lignées dans la partie postérieure du TnA. Cette différence peut conduire à suggérer que la partie caudale du TnA est impliquée dans le contrôle des comportements de peur, ce qui serait cohérent avec les hypothèses émises lors d’une précédente étude (Cheng et al., 1999). Cependant, d’autres auteurs ont suggéré l’implication de la partie caudale de TnA dans le contrôle des comportements sexuels (Absil et al., 2002 ; Yamamoto et al., 2005). Or il a été observé que les mâles LTI montrent des comportements sexuels (monte, copulation, …) plus actifs que les mâles STI en présence d’une femelle, sans que cette différence puisse être mise en relation avec la différence de comportement de peur entre les deux lignées (Burns et al., 1998). Ainsi, la différence d’activation neuronale que nous avons observée dans la partie postérieure du TnA (chapitre 2) pourrait aussi être liée à cette différence dans les comportements sexuels observés entre les deux lignées.

Discussion

127 Pour estimer si un phénomène de co-sélection survient, il serait envisageable de comparer les réponses des deux lignées à celles d’une lignée témoin qui a été conservée depuis le début de la sélection (Mills et Faure, 1991). Pour les caractères liés au critère de sélection, la lignée témoin doit théoriquement présenter des valeurs intermédiaires par