Voie cholinergique septo-hippocampique et fonctions cognitives.

a) Effets généraux des manipulations cholinergiques

L’acétylcholine est connue depuis de nombreuses années pour être un des neurotransmetteurs fortement impliqué dans de multiples fonctions cognitives, incluant en particulier les fonctions attentionnelles et la mémoire à court-terme (Everitt et Robbins, 1997). Il est maintenant bien admis qu’un des facteurs majeurs de l’apparition des démences séniles, qu’elles soient d’ordre pathologique (maladie d’Alzheimer) ou non, reposerait en grande partie sur des troubles de la neurotransmission cholinergique (Bartus et coll., 1982; Robbins et coll., 1997). De plus, un grand nombre de données expérimentales montrent l’effet délétère d’injections systémiques ou intracérébrales de drogues perturbant spécifiquement la neurotransmission cholinergique, telles que la scopolamine, sur les apprentissages et la mémoire, par exemple dans des tâches d’apprentissage associatif (Anagnostaras et coll., 1999) (Calandreau et coll., 2006), de discrimination (Turchi et coll., 2008) ou des tâches à composante spatiale (Bymaster et coll., 1993).

Une des difficultés pour interpréter ces résultats reste que des injections systémiques sont susceptibles d’agir sur la plupart des composantes du système cholinergique, comme les projections cholinergiques sur l’amygdale ou le thalamus, qui peuvent affecter le niveau d’éveil ou de réactivité émotionnelle du sujet (Everitt et Robbins, 1997), ou la voie basalo-

corticale qui prend son origine dans le noyau basal de Meynert et serait largement impliquée dans les aspects attentionnels du fonctionnement cognitif. Ainsi il a par exemple été montré qu’une déafférentation cholinergique du cortex préfrontal augmentait la sensibilité des animaux à des distracteurs durant une tâche d’attention soutenue (Newman et McGaughy, 2008).

Dans des tâches de mémoire de travail telles que des tâches de réponse différée, un critère important est l’obtention d’un déficit dépendant du délai. Ainsi, une injection systémique d’un antagoniste cholinergique muscarinique induit une réduction des performances dans une tâche de reconnaissance après délai de rétention, sans perturber les performances dans cette même tâche avec un délai de rétention de 0 s (Bartus et Johnson, 1976; Penetar et McDonough, 1983). Cette spécificité est importante puisque la présence d’un déficit en l’absence de délai de rétention indiquerait un problème attentionnel, perceptif ou d’exécution de la réponse.

Dans le cadre de la peur conditionnée, il a été montré que des injections systémiques de scopolamine avant l’apprentissage réduisaient l’acquisition de la peur contextuelle à des doses qui n’affectaient pas le conditionnement de Délai à un son, les mêmes injections réalisées après l’acquisition se révélant sans effet (Anagnostaras et coll., 1995; Anagnostaras et coll., 1999). Le rôle de la projection cholinergique septo-hippocampique dans ces effets contextuels semble essentiel, puisqu’il a été montré que des infusions locales de scopolamine dans l’hippocampe dorsal bloquent l’acquisition de la peur contextuelle (Gale et coll., 2001; Wallenstein et Vago, 2001).

Le conditionnement de Trace de la membrane nictitante (Kaneko et Thompson, 1997) ou d’une réponse appétitive (Seager et coll., 1999) est également affecté par des injections systémiques de scopolamine. Chez des rats juvéniles, la scopolamine affecte spécifiquement l’acquisition d’un conditionnement de peur de Trace, tout en étant sans effet sur un conditionnement de Délai « long» respectant le même intervalle entre le début du SC et le SI (Hunt et coll., 2006; Hunt et Richardson, 2007).

A l’inverse, l’injection de drogues pro-cholinergiques comme les inhibiteurs de l’acétylcholinestérase (métrifonate, physostigmine) peuvent atténuer des déficits mnésiques en augmentant la durée d’action et la quantité d’acétylcholine présente au niveau synaptique (Fibiger, 1991; Mohammed, 1993). Chez les lapins âgés, le métrifonate facilite l’acquisition du conditionnement de Trace de la membrane nictitante (Disterhoft et coll., 1999), un effet qui semble médié par des récepteurs muscariniques car bloqué par l’atropine. De manière analogue, chez des rats trop jeunes (25 jours) pour présenter un conditionnement de Trace en peur conditionnée, la physostigmine facilite l’acquisition de ce conditionnement (Hunt et Richardson, 2007).

b) Effets spécifiques au système septo-hippocampique

Des injections pharmacologiques peuvent être également effectuées de façon locale. On dispose toutefois de peu d’information sur le rôle de la modulation cholinergique dans le cortex entorhinal dans des tâches nécessitant le maintien à court-terme d’informations, telles que par exemple les tâches reconnaissance différée chez le singe. Il a néanmoins été montré qu’une injection de scopolamine dans le cortex périrhinal avec une large diffusion dans le cortex entorhinal induit un déficit de réponse dans la tâche de reconnaissance similaire à celui observé après les injections systémiques, alors que des injections comparables dans des structures adjacentes n’induisent pas de déficit (Tang et coll., 1997).

L’étude du système cholinergique a été grandement facilitée par des techniques de déafférentation sélectives qui consistent à léser les corps cellulaires des structures d’origine de projections cholinergiques, soit par l’AMPA qui induit des lésions excitotoxiques, soit par l’immunotoxine 192-IgG-saporine. Ces lésions peuvent être relativement sélectives, puisque par exemple les lésions du septum médian et de la BDB peuvent produire des effets comportementaux dissociables dans une tâche de mémoire de travail spatiale (McAlonan et coll., 1995a). Les mêmes auteurs ont montré que ces lésions des projections septo- hippocampiques avaient des effets opposés sur la peur conditionnée au contexte et en conditionnement de Trace, facilitant la première et atténuant fortement la seconde pour des intervalles de Trace longs (30 s) (McAlonan et coll., 1995b). Les auteurs spéculaient que, dans l’hippocampe, l’acétylcholine pourrait comme dans le néocortex prolonger les réponses

à des stimuli sensoriels variés, mais cette idée n’a pas reçu à l’heure actuelle de confirmation expérimentale.

Enfin, une technique spécifique de déafférentation cholinergique du cortex entorhinal a été proposée, par injection locale de 192-IgG-saporine directement au niveau de cette structure cible (de Lacalle et coll., 1998; McGaughy et coll., 2005). Chez les rats lors d’une tâche de reconnaissance différée, cette déafférentation induit un déficit de réponse mais uniquement dans le cas où le stimulus à reconnaître est nouveau pour l’animal, alors qu’aucun déficit n’est observé avec un stimulus familier (McGaughy et coll., 2005). Il est important de remarquer que les auteurs de cette étude mettent en relation le déficit induit par la déafférentation et une implication probable des activités persistantes dans le maintien de la représentation du stimulus, nécessaire pour résoudre la tâche.

III- Approche expérimentale.

Les expériences effectuées au cours de ce chapitre visent, en évaluant le rôle des activités cholinergiques au sein du CE lors de l’acquisition du conditionnement de Trace, à établir un lien entre les neurones à activités persistantes du CE et ce conditionnement. Pour cela, nous avons tenté de répliquer in vivo des manipulations de l’activité cholinergique qui bloquent in vitro les activités persistantes. Ainsi, si le conditionnement de Trace repose sur la présence de ces activités persistantes, alors perturber ces activités devrait rendre les animaux incapables de se conditionner en Trace.

Nous avons ainsi dans un premier temps réalisé une déafférentation cholinergique du CE par injection de 192 IgG-Saporine directement au niveau de cette structure. Dans un second temps nous avons tenté d’intervenir plus précisément sur les récepteurs à l’acétylcholine de type M1 qui semblent être essentiels aux activités persistantes. Pour cela, nous avons effectué des injections d’un antagoniste sélectif de ce sous-type de récepteur, la pirenzépine, préalablement à la phase de conditionnement, et recherché si le conditionnement de Trace présentait un déficit sélectif qui n’affecterait pas le conditionnement de Délai. Enfin, une de nos hypothèses étant que la présence des activités persistantes permet de restaurer la contiguïté durant la phase de conditionnement, nous avons voulu confirmer que les activités

des injections de pirenzépine dans le cortex entorhinal immédiatement après le conditionnement de Trace.

Expérience 1 :