DS0407 -

Circuits et fonctions du cervelet dans l'apprentissage vocal – VocaLearn

Résumé de soumission

Les facultés motrices complexes, comme apprendre à faire du vélo ou à mouvoir notre langue et nos cordes vocales pendant une conversation, émergent naturellement de notre expérience et sont exécutées automatiquement. L'acquisition de ces tâches motrices implique à la fois les ganglions de la base (GB) et le cervelet. Les contributions respectives des GB et du cervelet à l'apprentissage et le rôle de leurs interactions dans l’apprentissage restent mal connus, car ces structures sont généralement étudiées séparément.
Notre projet propose de s’attaquer à ces questions d'une manière originale en étudiant l'apprentissage vocal chez l’oiseau. Les oiseaux chanteurs fournissent en effet un modèle animal exceptionnel pour étudier les mécanismes neuronaux de l'apprentissage sensorimoteur parce qu'une partie spécialisée de leurs circuits cérébraux est dédiée uniquement à l'apprentissage du chant. Alors que plusieurs laboratoires, y compris ma propre équipe, étudient les mécanismes d'apprentissage vocal chez l’oiseau chanteur, et en particulier la fonction de la boucle GB-thalamo-corticale aviaire, la contribution du cervelet reste étonnamment négligée.
Nos résultats préliminaires montrent cependant que le noyau des GB relatif au chant et les circuits cérébelleux interagissent via une voie médiée par les noyaux cérébelleux profonds et le thalamus, et que la coopération entre ces deux structures est essentielle pour l’apprentissage du chant. Le rôle attribué jusqu'à présent au seul circuit GB-cortical repose donc probablement, au moins en partie, sur des signaux cérébelleux. Cela remet en question la vision classique (chez l’oiseau chanteur et au-delà) de la dopamine comme seul signal d’apprentissage dans les GB. Nous proposons d’utiliser le modèle de l’oiseau chanteur pour déterminer les rôles spécifiques des GB, du cervelet, et de leurs interactions dans l'apprentissage.
Nous proposons que le cervelet fournit aux GB un signal d’apprentissage supervisé fondé sur la comparaison entre les feedbacks auditifs réel et prédit pendant le chant. Une règle d'apprentissage tripartite au niveau de la synapse cortico-striatale, impliquant les entrées cérébelleuses, pourrait servir d'algorithme de base pour mettre en œuvre ce cadre conceptuel.
Nous allons combiner des outils expérimentaux à jour (traçage anatomique, enregistrements neuronaux chroniques et aiguës, optogénétique, comportement) pour identifier les circuits cérébelleux impliqués dans l'apprentissage du chant chez le diamant mandarin et pour étudier les fonctions des interactions GB-cérébelleuses dans l'apprentissage et la plasticité du chant. Les réseaux sous-corticaux présentant souvent une structure en boucle fermée, il est extrêmement difficile de comprendre la dynamique de l'activité neuronale au sein de ces circuits avec des modèles classiques de type "boîte et flèche". Pour cette raison, nous développerons un cadre théorique pour étudier la coopération du cervelet et des GB dans l'apprentissage du chant, en se fondant sur des concepts et des méthodes théoriques qui font appel à la théorie des systèmes dynamiques pour interpréter les résultats expérimentaux électrophysiologiques et comportementaux. Notre projet est interdisciplinaire dans sa nature et se situe à l'interface entre la neurophysiologie, les mathématiques appliquées, et la physique théorique.
Au-delà de l'apprentissage vocal, notre étude contribuera à une théorie générale de la coopération entre GB et réseaux cérébelleux dans l'apprentissage sensorimoteur. Des interactions anormales entre GB et cervelet étant associées à des troubles du mouvement comme les dystonies, une meilleure compréhension de leur rôle dans l’apprentissage est une étape essentielle pour mieux comprendre la pathophysiologie et vers le développement de nouveaux traitements. En outre, la recherche d'un circuit cérébelleux lié à l’apprentissage du chant chez l’oiseau pourra ouvrir une nouvelle voie pour traiter les fonctions du cervelet.

Coordination du projet

Arthur Leblois (Centre de Neurophysique, Physiologie et Pathologies)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IMN-CNRS AQUITAINE IMN-CNRS AQUITAINE
CNRS - CNPP Centre de Neurophysique, Physiologie et Pathologies

Aide de l'ANR 217 740 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2017 - 48 Mois

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