Marqueurs comportementaux et neurochimiques individuels de la prise de décision chez la souris et effets d'une dette de sommeil

Affective abilities that rely on the integrity of several neural circuits. In healthy subjects, inter-individual variability during decision-making exists due to genetic, epigenetic and environmental factors. Moreover, many psychiatric and neurobiological disorders are characterized by poor decision-making processes. Therefore, determining behavioral traits and neurobiological substrates involved in these processes is of major interest to unravel markers that could predict the emergence of neuropathologies.Based on the Iowa Gambling Task in humans, we developed a decision-making task in mice that assesses their ability to choose between several conflicting options under uncertainty. Thanks to a differential approach of mice’s behavior, we show that decision-making skills differed between mice: some mice exhibit a rigid behavior and avoid penalty (safe mice); others maintained exploratory behavior even if they took risks (risky mice); a majority of mice exhibit an intermediate behavior (average mice). We found that a combination of behavioral characteristics related to different psychopathologies in humans were specifically associated with extreme behavior in mice: safe mice exhibited a more anxious behavior, a lower prefrontal activation after the MGT than others subgroups of performance together with a lower basal rate of serotonin in the prefrontal cortex. Risky mice displayed a riskier behavior in various behavioral tasks, were less sensitive to reward, and had a lower basal rate of serotonin in the orbitofrontal cortex as well as a higher basal rate of serotonin, dopamine and noradrenaline in the hippocampus.To investigate the consequences of environmental changes on decision-making individual profiles, we performed the MGT on groups of mice either under Acute Sleep Dept (ASD) or under chronic sleep debt (CSD). We show that CSD didn't play any apparent effect but that ASD emphasized decision-making profiles: safe mice became drastically more rigid and avoided penalty; and risky mice chose systematically riskier options and developed rigid and unefficient decisions. These behavioral data could be explained by a decreased serotonin metabolism in the orbitofrontal cortex, an increase in the hippocampus and a high level of dopamine in the caudate putamen, the key brain area of habits.Therefore, in healthy inbred mice the MGT reveals individual inadapted decision-making strategies which are characterized by behavioral and neurobiological substrates exacerbated by an environmental stress. This paradigm also allows the determination of mice vulnerability to develop psychopathologies (e.g. depression, addiction) for which sleep debt could a trigger or a magnifier.La prise de décision est un processus adaptatif essentiel dont l’efficacité dépend de processus exécutifs, motivationnels, émotionnels et donc de l’intégrité de différents circuits cérébraux. Au sein d’une population saine, il existe des variabilités individuelles décisionnelles influencées par des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. De plus, de nombreuses pathologies mentales, neurobiologiques et neurodégénératives provoquent des altérations des processus décisionnels. Ainsi, déterminer des traits comportementaux et des substrats neurobiochimiques impliqués dans ce dysfonctionnement représente un intérêt majeur.Nous avons développé, chez la souris, un test de prise de décision, basé sur le test classiquement utilisé chez l’homme (l’Iowa Gambling Task), qui reproduit une situation incertaine, complexe et conflictuelle de choix : le Mouse Gambling Task (MGT). Grâce à une approche différentielle du comportement, nous avons observé des différences spontanées de capacités décisionnelles : certaines souris ont un comportement rigide et évitent toute pénalité (souris safe), d’autres ont un comportement exploratoire quitte à prendre des risques (souris risky), et une majorité des souris a un comportement intermédiaire (souris average). Nous avons ensuite révélé que les souris safe ont un comportement plus anxieux, une activation préfrontale plus faible que les autres groupes à l’issu du MGT, et un taux de sérotonine à l’état basal plus faible au niveau du cortex préfrontal. Les souris risky ont un comportement plus risqué dans plusieurs tests comportementaux et sont moins sensibles à la récompense. De plus, elles présentent un faible taux de sérotonine au niveau du cortex orbitofrontal ainsi qu’un taux de dopamine, noradrénaline et sérotonine plus important au niveau hippocampique.Afin de tester l’effet d’une modification de l’environnement sur les profils décisionnels caractérisés précédemment, nous avons réalisé le MGT sur un groupe de souris soumises soit à une dette aiguë de sommeil (DAS) soit à une dette chronique de sommeil (DCS). Nous avons alors montré qu’une DCS n’a pas d’effet sur les profils décisionnels mais qu’une DAS accentue ces profils décisionnels: les animaux safe deviennent d’autant plus rigides et évitent encore d’avantage les pénalités alors que les animaux risky choisissent systématiquement les options plus risquées, en adoptant un comportement rigide. Ces observations comportementales peuvent s’expliquer par un métabolisme sérotoninergique diminué au niveau du cortex orbitofrontal et augmenté au niveau hippocampique, ainsi que par un taux élevé de dopamine au niveau du striatum dorsal, structure cérébrale clé des processus d’automatisation.Par conséquent, le MGT permet de révéler, chez des souris consanguines saines, les caractéristiques comportementales et neurobiologiques individuelles de stratégies décisionnelles inadaptées pouvant être amplifiées par un stress environnemental. Ce modèle permettra, notamment, de déterminer les facteurs de vulnérabilité au développement de certaines psychopathologies (l’addiction et la dépression, par exemple) dont le manque de sommeil pourrait être un déclencheur ou un amplificateur

Individual Behavioral and Neurochemical Markers of Decision-Making in Mice and Effects of a Sleep Debt

La prise de décision est un processus adaptatif essentiel dont l’efficacité dépend de processus exécutifs, motivationnels, émotionnels et donc de l’intégrité de différents circuits cérébraux. Au sein d’une population saine, il existe des variabilités individuelles décisionnelles influencées par des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. De plus, de nombreuses pathologies mentales, neurobiologiques et neurodégénératives provoquent des altérations des processus décisionnels. Ainsi, déterminer des traits comportementaux et des substrats neurobiochimiques impliqués dans ce dysfonctionnement représente un intérêt majeur.Nous avons développé, chez la souris, un test de prise de décision, basé sur le test classiquement utilisé chez l’homme (l’Iowa Gambling Task), qui reproduit une situation incertaine, complexe et conflictuelle de choix : le Mouse Gambling Task (MGT). Grâce à une approche différentielle du comportement, nous avons observé des différences spontanées de capacités décisionnelles : certaines souris ont un comportement rigide et évitent toute pénalité (souris safe), d’autres ont un comportement exploratoire quitte à prendre des risques (souris risky), et une majorité des souris a un comportement intermédiaire (souris average). Nous avons ensuite révélé que les souris safe ont un comportement plus anxieux, une activation préfrontale plus faible que les autres groupes à l’issu du MGT, et un taux de sérotonine à l’état basal plus faible au niveau du cortex préfrontal. Les souris risky ont un comportement plus risqué dans plusieurs tests comportementaux et sont moins sensibles à la récompense. De plus, elles présentent un faible taux de sérotonine au niveau du cortex orbitofrontal ainsi qu’un taux de dopamine, noradrénaline et sérotonine plus important au niveau hippocampique.Afin de tester l’effet d’une modification de l’environnement sur les profils décisionnels caractérisés précédemment, nous avons réalisé le MGT sur un groupe de souris soumises soit à une dette aiguë de sommeil (DAS) soit à une dette chronique de sommeil (DCS). Nous avons alors montré qu’une DCS n’a pas d’effet sur les profils décisionnels mais qu’une DAS accentue ces profils décisionnels: les animaux safe deviennent d’autant plus rigides et évitent encore d’avantage les pénalités alors que les animaux risky choisissent systématiquement les options plus risquées, en adoptant un comportement rigide. Ces observations comportementales peuvent s’expliquer par un métabolisme sérotoninergique diminué au niveau du cortex orbitofrontal et augmenté au niveau hippocampique, ainsi que par un taux élevé de dopamine au niveau du striatum dorsal, structure cérébrale clé des processus d’automatisation.Par conséquent, le MGT permet de révéler, chez des souris consanguines saines, les caractéristiques comportementales et neurobiologiques individuelles de stratégies décisionnelles inadaptées pouvant être amplifiées par un stress environnemental. Ce modèle permettra, notamment, de déterminer les facteurs de vulnérabilité au développement de certaines psychopathologies (l’addiction et la dépression, par exemple) dont le manque de sommeil pourrait être un déclencheur ou un amplificateur.Affective abilities that rely on the integrity of several neural circuits. In healthy subjects, inter-individual variability during decision-making exists due to genetic, epigenetic and environmental factors. Moreover, many psychiatric and neurobiological disorders are characterized by poor decision-making processes. Therefore, determining behavioral traits and neurobiological substrates involved in these processes is of major interest to unravel markers that could predict the emergence of neuropathologies.Based on the Iowa Gambling Task in humans, we developed a decision-making task in mice that assesses their ability to choose between several conflicting options under uncertainty. Thanks to a differential approach of mice’s behavior, we show that decision-making skills differed between mice: some mice exhibit a rigid behavior and avoid penalty (safe mice); others maintained exploratory behavior even if they took risks (risky mice); a majority of mice exhibit an intermediate behavior (average mice). We found that a combination of behavioral characteristics related to different psychopathologies in humans were specifically associated with extreme behavior in mice: safe mice exhibited a more anxious behavior, a lower prefrontal activation after the MGT than others subgroups of performance together with a lower basal rate of serotonin in the prefrontal cortex. Risky mice displayed a riskier behavior in various behavioral tasks, were less sensitive to reward, and had a lower basal rate of serotonin in the orbitofrontal cortex as well as a higher basal rate of serotonin, dopamine and noradrenaline in the hippocampus.To investigate the consequences of environmental changes on decision-making individual profiles, we performed the MGT on groups of mice either under Acute Sleep Dept (ASD) or under chronic sleep debt (CSD). We show that CSD didn't play any apparent effect but that ASD emphasized decision-making profiles: safe mice became drastically more rigid and avoided penalty; and risky mice chose systematically riskier options and developed rigid and unefficient decisions. These behavioral data could be explained by a decreased serotonin metabolism in the orbitofrontal cortex, an increase in the hippocampus and a high level of dopamine in the caudate putamen, the key brain area of habits.Therefore, in healthy inbred mice the MGT reveals individual inadapted decision-making strategies which are characterized by behavioral and neurobiological substrates exacerbated by an environmental stress. This paradigm also allows the determination of mice vulnerability to develop psychopathologies (e.g. depression, addiction) for which sleep debt could a trigger or a magnifier

Individual Behavioral and Neurochemical Markers of Decision-Making in Mice and Effects of a Sleep Debt

La prise de décision est un processus adaptatif essentiel dont l’efficacité dépend de processus exécutifs, motivationnels, émotionnels et donc de l’intégrité de différents circuits cérébraux. Au sein d’une population saine, il existe des variabilités individuelles décisionnelles influencées par des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. De plus, de nombreuses pathologies mentales, neurobiologiques et neurodégénératives provoquent des altérations des processus décisionnels. Ainsi, déterminer des traits comportementaux et des substrats neurobiochimiques impliqués dans ce dysfonctionnement représente un intérêt majeur.Nous avons développé, chez la souris, un test de prise de décision, basé sur le test classiquement utilisé chez l’homme (l’Iowa Gambling Task), qui reproduit une situation incertaine, complexe et conflictuelle de choix : le Mouse Gambling Task (MGT). Grâce à une approche différentielle du comportement, nous avons observé des différences spontanées de capacités décisionnelles : certaines souris ont un comportement rigide et évitent toute pénalité (souris safe), d’autres ont un comportement exploratoire quitte à prendre des risques (souris risky), et une majorité des souris a un comportement intermédiaire (souris average). Nous avons ensuite révélé que les souris safe ont un comportement plus anxieux, une activation préfrontale plus faible que les autres groupes à l’issu du MGT, et un taux de sérotonine à l’état basal plus faible au niveau du cortex préfrontal. Les souris risky ont un comportement plus risqué dans plusieurs tests comportementaux et sont moins sensibles à la récompense. De plus, elles présentent un faible taux de sérotonine au niveau du cortex orbitofrontal ainsi qu’un taux de dopamine, noradrénaline et sérotonine plus important au niveau hippocampique.Afin de tester l’effet d’une modification de l’environnement sur les profils décisionnels caractérisés précédemment, nous avons réalisé le MGT sur un groupe de souris soumises soit à une dette aiguë de sommeil (DAS) soit à une dette chronique de sommeil (DCS). Nous avons alors montré qu’une DCS n’a pas d’effet sur les profils décisionnels mais qu’une DAS accentue ces profils décisionnels: les animaux safe deviennent d’autant plus rigides et évitent encore d’avantage les pénalités alors que les animaux risky choisissent systématiquement les options plus risquées, en adoptant un comportement rigide. Ces observations comportementales peuvent s’expliquer par un métabolisme sérotoninergique diminué au niveau du cortex orbitofrontal et augmenté au niveau hippocampique, ainsi que par un taux élevé de dopamine au niveau du striatum dorsal, structure cérébrale clé des processus d’automatisation.Par conséquent, le MGT permet de révéler, chez des souris consanguines saines, les caractéristiques comportementales et neurobiologiques individuelles de stratégies décisionnelles inadaptées pouvant être amplifiées par un stress environnemental. Ce modèle permettra, notamment, de déterminer les facteurs de vulnérabilité au développement de certaines psychopathologies (l’addiction et la dépression, par exemple) dont le manque de sommeil pourrait être un déclencheur ou un amplificateur.Affective abilities that rely on the integrity of several neural circuits. In healthy subjects, inter-individual variability during decision-making exists due to genetic, epigenetic and environmental factors. Moreover, many psychiatric and neurobiological disorders are characterized by poor decision-making processes. Therefore, determining behavioral traits and neurobiological substrates involved in these processes is of major interest to unravel markers that could predict the emergence of neuropathologies.Based on the Iowa Gambling Task in humans, we developed a decision-making task in mice that assesses their ability to choose between several conflicting options under uncertainty. Thanks to a differential approach of mice’s behavior, we show that decision-making skills differed between mice: some mice exhibit a rigid behavior and avoid penalty (safe mice); others maintained exploratory behavior even if they took risks (risky mice); a majority of mice exhibit an intermediate behavior (average mice). We found that a combination of behavioral characteristics related to different psychopathologies in humans were specifically associated with extreme behavior in mice: safe mice exhibited a more anxious behavior, a lower prefrontal activation after the MGT than others subgroups of performance together with a lower basal rate of serotonin in the prefrontal cortex. Risky mice displayed a riskier behavior in various behavioral tasks, were less sensitive to reward, and had a lower basal rate of serotonin in the orbitofrontal cortex as well as a higher basal rate of serotonin, dopamine and noradrenaline in the hippocampus.To investigate the consequences of environmental changes on decision-making individual profiles, we performed the MGT on groups of mice either under Acute Sleep Dept (ASD) or under chronic sleep debt (CSD). We show that CSD didn't play any apparent effect but that ASD emphasized decision-making profiles: safe mice became drastically more rigid and avoided penalty; and risky mice chose systematically riskier options and developed rigid and unefficient decisions. These behavioral data could be explained by a decreased serotonin metabolism in the orbitofrontal cortex, an increase in the hippocampus and a high level of dopamine in the caudate putamen, the key brain area of habits.Therefore, in healthy inbred mice the MGT reveals individual inadapted decision-making strategies which are characterized by behavioral and neurobiological substrates exacerbated by an environmental stress. This paradigm also allows the determination of mice vulnerability to develop psychopathologies (e.g. depression, addiction) for which sleep debt could a trigger or a magnifier

Individual behavioral and neurochemical markers of unadapted decision-making processes in healthy inbred mice.

International audienceOne of the hallmarks of decision-making processes is the inter-individual variability between healthy subjects. These behavioral patterns could constitute risk factors for the development of psychiatric disorders. Therefore, finding predictive markers of safe or risky decision-making is an important challenge for psychiatry research. We set up a mouse gambling task (MGT)-adapted from the human Iowa gambling task with uncertain contingencies between response and outcome that furthermore enables the emergence of inter-individual differences. Mice (n = 54) were further individually characterized for locomotive, emotional and cognitive behavior. Individual basal rates of monoamines and brain activation after the MGT were assessed in brain regions related to reward, emotion or cognition. In a large healthy mice population, 44 % showed a balanced strategy with limited risk-taking and flexible choices, 29 % showed a safe but rigid strategy, while 27 % adopted risky behavior. Risky mice took also more risks in other apparatus behavioral devices and were less sensitive to reward. No difference existed between groups regarding anxiety, working memory, locomotion and impulsivity. Safe/rigid mice exhibited a hypoactivation of prefrontal subareas, a high level of serotonin in the orbitofrontal cortex combined with a low level of dopamine in the putamen that predicted the emergence of rigid behavior. By contrast, high levels of dopamine, serotonin and noradrenalin in the hippocampus predicted the emergence of more exploratory and risky behaviors. The coping of C57bl/6J mice in MGT enables the determination of extreme patterns of choices either safe/rigid or risky/flexible, related to specific neurochemical and behavioral markers

Mouse Gambling Task reveals differential effects of acute sleep debt on decision-making and associated neurochemical changes

International audienceSleep loss is associated with sleepiness, sustained attention, and memory deficits. However, vulnerability of higher cognitive processes (i.e. decision making) to sleep debt is less understood. Therefore, a major challenge is to understand why and how higher cognitive processes are affected by sleep debt. We had established in mice correlations between individual decision-making strategies, prefrontal activity, and regional monoaminergic levels. Now, we show that acute sleep debt (ASD) disturbs decision-making processes and provokes brain regional modifications of serotonin and dopamine that could explain why ASD promotes inflexible and more risk-prone behaviors. Finally, we highlight, for the first time, that in a large group of healthy inbred mice some of them are more sensitive to ASD by showing inflexible behavior and decision-making deficits. We were also able to predict mice that would be the most vulnerable to ASD depending of their behavior before ASD exposure

Dissociated features of social cognition altered in mouse models of schizophrenia: Focus on social dominance and acoustic communication

International audienceSocial and communication impairments are common features of psychiatric disorders. Animal models of schizophrenia display various social deficits due to difference in tests, mouse strains and drugs. Moreover, communication deficits have not been studied. Our objectives were to assess and compare three major features of social cognition in different mouse models of schizophrenia: interest for a social stimulus, organization and acceptance of social contact, and acoustic communication to question whether mouse models for schizophrenia with social dysfunction also exhibit vocal communication defects. To achieve these aims we treated acutely C57BL/6J mice either with MK-801 or ketamine and tested WT and microtubule-associated protein 6 -MAP6- KO mice in two complementary social tasks: the 3-chamber test which measures social motivation and the social interaction task -SIT- which relies on prefrontal cortex activity and measures the ability to organize and respond to a real interaction, and which promotes ultrasonic vocalizations. Our results reveal that schizophrenia models have intact interest for a social stimulus in the 3-chamber test. However, thanks to principal component analyses of social interaction data, we demonstrate that social motivation and the ability to act socially rely on distinct mechanisms in revealing a decrease in dominance and communication in pharmacological schizophrenia models along with social withdraw, classically observed in schizophrenia, in MK-801 model. In this latter model, some social parameters can be significantly improved by aripiprazole, an atypical antipsychotic. Our social protocol, combined with fine-tuned analysis, is expected to provide an innovative framework for testing future treatments in preclinical models

Prolonged Consumption of Sweetened Beverages Lastingly Deteriorates Cognitive Functions and Reward Processing in Mice

International audienceAbstract We investigated the detrimental effects of chronic consumption of sweet or sweetened beverages in mice. We report that consumption of beverages containing small amounts of sucrose during several weeks impaired reward systems. This is evidenced by robust changes in the activation pattern of prefrontal brain regions associated with abnormal risk-taking and delayed establishment of decision-making strategy. Supporting these findings, we find that chronic consumption of low doses of artificial sweeteners such as saccharin disrupts brain regions’ activity engaged in decision-making and reward processes. Consequently, this leads to the rapid development of inflexible decisions, particularly in a subset of vulnerable individuals. Our data also reveal that regular consumption, even at low doses, of sweet or sweeteners dramatically alters brain neurochemistry, i.e., dopamine content and turnover, and high cognitive functions, while sparing metabolic regulations. Our findings suggest that it would be relevant to focus on long-term consequences on the brain of sweet or sweetened beverages in humans, especially as they may go metabolically unnoticed