Relationship between serotonin transporter levels and brain activities of networks involved in social rank learning, emotions and executive control : a combined MRI-PET study
Relation entre le taux de transporteur de la sérotonine et les activités cérébrales des réseaux impliqués dans la dominance sociale, les émotions et le contrôle exécutif : une étude IRM-TEP combinée
Résumé
Serotonin, a neuromodulator present in almost the entire central nervous system, is involved in a large number of cognitive (e.g. learning), emotional and motivational processes. Its transporter, a presynaptic membrane protein, allows its recapture and thus modulates the action of serotonin within different cerebral networks. However, the relationship between serotonin transporter levels and brain networks involved in different aspects of behavior remains poorly understood. In this thesis, we used multimodal imaging, combining PET and fMRI to understand the links between serotonin transporter levels and the networks involved in processes of executive control, emotion processing and social rank learning. Free serotonin transporter levels were labeled using [11C]-DASB. In a first experiment, we studied the brain network involved in learning social rank during competition. A neuro-computational approach allowed us to highlight a modulation of social rank learning by the level of serotonin transporter present in the dorsal raphe nucleus. In addition, the level of the serotonin transporter in the dorsal raphe nucleus modulates the activity of a cerebral network involved in the learning by modulating the encoding of the chosen value. In a second step, we were interested in the network supporting the emotional perception from faces. The increase of the level of free serotonin transporter in the nucleus of raphe is associated with a hyper-reactivity of the amygdala during the perception of facial emotions. In addition, a study of the functional connectivity of the amygdala as a function of the level of transporter in the nucleus of raphe revealed an increase in connectivity between the amygdala and areas of the dorsolateral prefrontal cortex when viewing emotions depicting fear and anger. Finally, we also studied the modulation of the functional connectivity of the executive, the salience and the default mode networks by the level of serotonin transporter present in the dorsal raphe nucleus. Only the executive control network, involved in attentional and mnemonic processes, shows an increase in its global connectivity with the decrease in serotonin transporter availability level of dorsal raphe nucleus.Overall, these results show that the availability of serotonin transporter in the dorsal raphe nucleus modulates, learning of social hierarchy rank, sensitivity to external stimuli such as emotions, as well as executive control and their respective brain networks. The study of these relationships is therefore of societal and clinical importance because of the strong link between the serotonergic system and anxiety disorders
La sérotonine, un neuromodulateur présent dans la quasi-totalité du système nerveux central, est impliquée dans un grand nombre de processus cognitifs (eg. apprentissage), émotionnels et motivationnels. Son transporteur, une protéine membranaire présynaptique, permet sa recapture et module ainsi l’action de la sérotonine au sein de différents réseaux cérébraux. Cependant, la relation entre le taux de transporteur de la sérotonine et réseaux cérébraux impliqués dans différents aspects du comportement reste mal comprise. Dans cette thèse, nous avons utilisé l’imagerie multimodale, combinant PET et IRMf pour comprendre les liens existants entre le taux de transporteur de la sérotonine et des réseaux impliqués dans les processus de contrôle exécutif de traitement des émotions et d’apprentissage du rang social. Le taux de transporteur libre de la sérotonine a été marqué à l’aide du [11C]-DASB. Dans une première expérience, nous avons étudié le réseau cérébral engagé dans l’apprentissage du rang social lors d’une compétition. Une approche neuro-computationnelle nous a permis de mettre en évidence une modulation de l’apprentissage du rang social par le taux de transporteur de la sérotonine présent dans le noyau dorsal du raphé. De plus, ce taux de transporteur de la sérotonine du raphé module l’activité d’un réseau cérébral impliqué dans cet apprentissage en modulant l'encodage de la valeur choisie.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au réseau soutenant la perception émotionnelle à partir de visages. L’augmentation du taux de transporteur libre de la sérotonine dans le noyau du raphé est associée à une hyperréactivité de l’amygdale lors de la perception d’émotions faciales. De plus, une étude de la connectivité fonctionnelle de l’amygdale en fonction du taux de transporteur dans le noyau du raphé a révélé une augmentation de la connectivité entre l’amygdale et les aires du cortex préfrontal dorsolatéral lors de la visualisation d’émotions au caractère négatif (peur et colère). Finalement, nous avons aussi étudié la modulation de la connectivité fonctionnelle des réseaux exécutifs, de la saillance et du mode par défaut par le taux de transporteur de la sérotonine présent dans le raphé. Seul le réseau du contrôle exécutif, impliqué dans les processus attentionnels et mnésiques révèle une augmentation de sa connectivité globale avec la diminution de la disponibilité en transporteur au niveau du raphé. Dans leur ensemble, ces résultats montrent que la disponibilité en transporteur sérotoninergique dans le raphé module, l’apprentissage de la hiérarchie de rang, la sensibilité aux stimuli extérieurs tels que les émotions, ainsi que le contrôle exécutif et leurs réseaux cérébraux respectifs. L’étude de ces relations revêt donc une importance sociétale et clinique du fait du lien fort entre le système sérotoninergique et les troubles anxieux
Origine : Version validée par le jury (STAR)