Cette publication est une collaboration ?
Cyril Herry / Julien Courtin
Cette publication est le fruit d'un travail collaboratif entre l'équipe du Professeur Andreas Lüthi à Bâle et notre groupe à Bordeaux sur l'identification et la manipulation, grâce à des approches très innovantes, des circuits neuronaux inhibiteurs du cortex auditif. L'intérêt de cette collaboration réside dans l'utilisation d'approches complémentaires d'imagerie calcique, d'enregistrements unitaires et de manipulations pharmacologiques et optogénétiques qui nous ont permis de disséquer très finement, et de façon non ambigüe, le rôle joué par certaines populations d'interneurones inhibiteurs du cortex auditif au cours de l'apprentissage du conditionnement de peur.

Comment avez vous procédé pour obtenir ces résultats ?
Cyril Herry / Julien Courtin
Dans une première étape, nous avons démontré, grâce à l'utilisation d'inactivations temporaires ciblées du cortex auditif, que cette structure est nécessaire à l'acquisition du conditionnement auditif de peur. Nous avons ensuite observé, grâce à l'utilisation de l'imagerie calcique chez l'animal anesthésié, que la majorité des interneurones inhibiteurs GABAergiques de la couche 1 (L1) du cortex auditif étaient fortement activés lors de la présentation du choc électrique à la suite du son. Ces interneurones L1 reçoivent des afférences glutamatergiques d'autres aires corticales mais également des afférences cholinergiques du cerveau antérieur, la principale source d'acétylcholine au niveau du cortex de rongeur.
Par l'utilisation d'antagonistes cholinergiques chez l'animal anesthésié, nous avons observé une réduction massive de l'activation des interneurones L1 lors de la présentation du choc électrique. De plus, l'application de puffs de nicotine chez l'animal anesthésié, ou bien la stimulation des afférences cholinergiques du cerveau antérieur, induisent une augmentation de la fréquence de décharge des interneurones L1. Ces données indiquent que l'activité des neurones cholinergiques du cerveau antérieur est nécessaire et suffisante pour activer les interneurones de type L1 pendant le choc électrique au cours du conditionnement de peur.

Dans une deuxième étape nous avons étudié comment la réponse excitatrice des interneurones L1 lors de la présentation des chocs électriques modifiait les microcircuits locaux. Nous avons notamment mis en évidence, grâce à l'utilisation d'approches pharmacologiques, que l'activation des interneurones L1 lors de la présentation du choc électrique induit une inhibition de la majorité des interneurones exprimant la parvalbumine (PV) situés au niveau de la couche 2/3 du cortex auditif (L2/3). Ces données obtenues chez l'animal anesthésié ont été également confirmées chez l'animal vigile par la mise en jeu d' enregistrements unitaires au cours du conditionnement de peur. De plus, nous avons observé une augmentation concomitante de l'activité des cellules de projections excitatrices de la couche L2/3 lors de la présentation du choc électrique. Nos résultats indiquent que cette activation neuronale résulte d'une désinhibition des cellules de projections du cortex auditif par l'inhibition directe des interneurones parvalbuminergiques L2/3.

Finalement, nous avons pu démontrer grâce à des approches optogénétiques chez l'animal au cours du conditionnement de peur, que la stimulation optique des interneurones parvalbuminergiques L2/3 au moment ou il sont inhibés par le choc électrique bloque l'apprentissage du conditionnement. En d'autre termes, le blocage du mécanisme permettant la désinhibition des cellules de projection excitatrices du cortex auditif ne permet plus à l'animal d'apprendre l'association entre le son et le choc électrique.

Des application pratiques contre les peurs pathologiques ?
Cyril Herry / Julien Courtin
Par l'utilisation d'enregistrements ciblés de populations neuronales identifiées du cortex auditif en conjonction avec des enregistrements unitaires ainsi que des approches pharmacologiques et optogénétiques, nous avons identifié un microcircuit désinhibiteur nécessaire aux apprentissages associatifs. Ces données démontrent pour la première fois de façon non ambigüe que le cortex auditif joue un rôle clef au cours du conditionnement de peur. La découverte de ce microcircuit désinhibiteur cortical ouvre des perspectives cliniques intéressantes notamment afin de prévenir la formation de mémoires de peur pathologiques chez des sujets sensibles.

Overview of neuronal circuits involved in auditory fear conditioning

Cyril Herry and Julien Courtin
Over the past decades, studies using lesions or reversible inactivations have unambiguously demonstrated that the amygdala is a key structure in mediating auditory fear conditioning. From a cellular standpoint, auditory fear conditioning relies on changes in the activity of specific neuronal populations that correlate with behavioral learning. However such correlations have also been observed in the auditory cortex during learning, raising the possibility that this structure may also play an important role in auditory fear conditioning. In particular, recent data indicate that (i) plasticity in the auditory cortex during auditory fear conditioning strongly depends on basal forebrain cholinergic inputs and (ii) this plasticity relies on disinhibitory mechanisms at the level of cortical pyramidal projection neurons. In this context, the main aim of our study was to precisely identify the cortical neuronal circuits and mechanisms involved in the acquisition of auditory fear conditioning.

General context of the publication

This publication results from a collaboration between the laboratory of Pr. Andreas Lüthi in Basel, Switzerland and our laboratory in Bordeaux on the precise identification and manipulation of auditory cortex inhibitory neuronal circuits using innovative approaches. One of the main interest of this collaborative work relies on the complementary use of calcium imaging, single unit recordings, pharmacological and optogenetic manipulations that allowed us to precisely and unambiguously dissect the role of cortical inhibitory interneurons subpopulations during auditory fear conditioning.

Main findings

In a first step, we demonstrated using reversible and targeted inactivations, that the auditory cortex is necessary for auditory fear conditioning. We next observed using calcium imaging in anesthetized animals that the vast majority of auditory cortex layer 1 inhibitory interneurons (L1) were strongly activated during footshock following tone presentations. These L1 interneurons receive glutamatergic inputs from other cortical areas as well as cholinergic inputs from the basal forebrain, the main source of acetylcholine in the brain. Using cholinergic antagonists in anesthetized animals we were able to block the footshock-induced increase in neuronal activity of cortical L1 interneurons. Moreover nicotinic puff applications or cholinergic inputs stimulations strongly increase L1 interneurons activity. These data strongly suggest that neuronal activity in cholinergic inputs is necessary and sufficient to drive L1 cortical interneurons during auditory fear conditioning.

In a second step, we evaluated how the excitatory neuronal responses in L1 interneurons during footshock presentations modify local microcircuits. Notably, using pharmacological approaches, we demonstrated that L1 interneurons activation during footshock presentations induces a strong inhibition of the vast majority of paravalbumin-expressing interneurons in cortical layers 2/3 (L2/3). These data collected in anesthetized animals were also confirmed in behaving animals using single unit recordings during auditory fear conditioning. Moreover, inhibition of L2/3 paravalbumin-expressing interneurons was concomitant of a strong activation of L2/3 pyramidal projections neurons during footshock. All together these results reveal that inhibition of parvalbumin-expressing interneurons during footshock presentations disinhibit L2/3 excitatory projection neurons.

Finally, using optogenetic approaches in behaving animals during auditory fear conditioning we were able to show that optical stimulation of L2/3 parvalbumin-expressing interneurons during footshock presentations blocks the acquisition of auditory fear conditioning.

Main outcome

Using targeted recordings of identified cortical neuronal populations combined with single unit recordings, pharmacological and optogenetic approaches in behaving animals, we identified a disinhibitory cortical microcircuit necessary for aversive associative learning. These data demonstrate for the first time that auditory cortex plays a critical role during auditory fear conditioning and open new clinical perspectives to prevent the formation of pathological fear memories.






Cyril Herry reçoit une subvention de l' Europeen Research Council le 28 Sept 2011...


Cyril Herry dans "Nature" en Novembre 2010 : des approches optogénétiques, pharmacologiques et électrophysiologiques très novatrices sur l'amygdale...


Cyril Herry dans "Science" du 4 septembre 2009 pas d'effacement de la trace mnésique chez le rongeur adulte...