Modulation des rythmes de l'hippocampe par les neurones sérotoninergiques du raphé

Abstract

L‘hippocampe (HP) peut être divisé en sous-régions distinctes. L’hippocampe dorsal (HPd) est important pour la mémoire spatiale et la navigation, alors que l’hippocampe ventral (HPv) est surtout impliqué dans l’anxiété. Le rythme thêta (5-12Hz) est un des rythmes de l’HP, présent durant l’exploration et le sommeil paradoxal. Il est impliqué dans l’apprentissage, la mémoire et l’anxiété. Le rythme thêta de l'HP est modulé par de nombreuses structures, dont les neurones sérotoninergiques (5-HT) du raphé, un noyau contenant plusieurs populations neuronales et avec de vastes projections. Plusieurs études pharmacologiques et de lésions démontrent un effet désynchronisateur du RM sur le rythme thêta. Les études pharmacologiques et de lésions ont le désavantage d’être peu précises temporellement, et peuvent permettre des mécanismes de compensation ou l’altération des circuits. Le rôle précis des neurones 5-HT dans la modulation du rythme thêta reste donc à établir. L’hypothèse de mon travail de maîtrise est que les neurones 5-HT du RM affectent les propriétés des rythmes de l’HP. Nous avons combiné des enregistrements de potentiel de champ local dans l’HPv et l’HPd, avec l’activation des neurones 5-HT du RM par optogénétique. Cette activation a été faite lors du sommeil lent, du sommeil paradoxal, ainsi que lors de l’exposition à un environnement nouveau. Dans un second temps, pour tenter d’établir le rôle spécifique des neurones 5-HT envoyant des projections directes à l’HP dans la modulation de l’activité hippocampique, nous avons isolé la voie 5-HT raphé-HP et l’avons activé par optogénétique pendant le sommeil lent et paradoxal. Nous démontrons que l’activation des neurones 5-HT du RM diminue la fréquence des rythmes de l’HP pendant le sommeil lent, paradoxal, et pendant l’immobilité dans un environnement nouveau. Nous observons lors de l’activation pendant le sommeil lent une augmentation dans l’HPd de la puissance, une mesure reflétant l’amplitude des oscillations, et une diminution dans l’HPv. L’activation des neurones 5-HT projetant à l’HP donne des résultats préliminaires similaires. Nos données démontrent une modulation des rythmes de l’HP par les neurones 5-HT du raphé.

The hippocampus can be divided into two distinct subregions. The dorsal hippocampus is important for spatial memory and navigation, where the ventral hippocampus is implicated in anxiety. Theta rhythms (6-12Hz) are one of many hippocampal rhythms and are present during exploration and rapid eye movement (REM) sleep. They have been implicated in learning, memory and anxiety. Hippocampal theta rhythms are modulated by many structures, including the serotonergic (5-HT) neurons of the raphe, a nuclei with multiple neuronal population and vast projections. Many lesions or pharmacological studies have shown the median raphe to have a desynchronizing effect on theta rhythms. However, lesion and pharmacological studies have poor temporal precision, and the sustained activation can create compensatory mechanisms or circuits alterations. The precise role of 5-HT neurons in theta rhythm modulation remains to be established. My master’s hypothesis was that serotonergic median raphe neurons alter hippocampal rhythms properties. We combined electrophysiological recordings of the dorsal and ventral hippocampus local field potential with optogenetic stimulation of serotonergic median raphe neurons. This activation was done during slow wave sleep, REM sleep and during the exploration of a novel environment. In a second phase, to establish the role of 5-HT neurons directly projecting to the HP in hippocampal rhythm modulation, we isolated the 5-HT raphe-HP pathway and used optogenetic activations during REM and slow wave sleep. We demonstrated that 5-HT median raphe neurons activation decreases hippocampal rhythm frequency during slow wave sleep, REM sleep, and during immobility in a novel arena. We also observed that 5-HT median raphe neurons activation caused an increase in power, a mesure of rhythm amplitude, in the dorsal hippocampus, and a decrease in power in the ventral hippocampus. The activation of 5-HT neurons projecting to the hippocampus had similar preliminary results. We therefore demonstrated the modulation of hippocampal rhythms by the serotonergic neurons of the median raphe.