P h w i o h ~ g y a n d Behavior . Vo|. I, pp. 229-232. Pergamon Prt.'~ Ltd., 1906 Printed in Great Iq.itain

Application de la D pression Envahissante d

l'Etude de la Localisation des Traces de M6moire

M I L O S L A V K U K L E T A

lnsti tut de Physioiogie, Facuit~ de M~decine de l' Universit~ J. E. Purk ynb, Brno, Tch~;co.¥1ovaquie (Professeur V. Kruta)

(Rece ived 3 M a r c h 1966)

KUKLE'rA, M. Application de la ddpression envahissante d r~tude de la Iocalisation des traces de m~moire. PtlYSlOL. BEHAV. ! (3) 229-232, 1966.~Nous avons ~tudi~ r©ffet de la d~pression ¢nvahissante, declanch~ dans I¢ n~ocortex du rat, sur les reflexes conditionn~ de defense pr~alablen~nt ~tablis. A peu pr~ 40 p.c. animaux fonctionnellement db:ortiqu~ ont retenu une pattie de la r~pons¢, li s'agissait d'un r*flexe de fuite compliqu~ assez ¢xigcant quant/t la facult* de s'orienter dans IMspace. Darts la plupart des cas, la rb~ction r~flexe n'est appaPue qu'apr~s rapplication du stimulus inconditionn~. Or it ¢st clair qu'une partie des traces de rot, moire du r~flexe de fuit¢, c -~s par I© cerveau normal, est Iocalis~ hors du n~ocortex.

Trace de m~moire La d*pre~ion envahissante R*flcxe de fuitc

KUKLETA, M. The use of LF.~o's spreading cortical depression in the stud), o] the Iocali~ati, m o f men~ory traces. PHYSIOL. BEHAV. 1 (3) 229-232, 19~ .~Th¢ effect of cortical spreading depression on two previously established avoidance Ractions in rats was studied. Parts of the reaction remained prc~rved in 40 per cent of functionally d¢¢orticated animals, although one of the tasks required their complex ~ orientation. However, the reaction appeared in most cases only after application of the unconditioned st|inulin. It is concluded that a pan of the memory traces of the avoidance reaction formed by the normal brain is localized outside the neocortex.

Cortical spreading depression Avoidance conditioning Memory trace

MALGrf~ des annie's d'effort la question de la local|sat|on des traces de rn~moire n'a pas *t6 compiktement r~solue. II semble que les exlc~riences d'extirpation classiques qui servaient le plus souvent/t I'~tude de ce probl~me ne peuvent plus nous aider it trouver des faits d'une importance fonda- mentale. On des moyens nouveaux qui pout servir :~ cette tfiche c'est la d~,pression envahissante (DE). La DE corticale s'offrc comme un moyen prop|co surtout clans les cas o(~ il s'agit de praiser le r61e des parties souscorticales dans le processus de la n~moire. Dans nos travaux pr~klents, nous avons ~,tudi~ l'effet de la DE bilat6'Tale sur les r~flexes con- ditionn~s de d~fense. Nous avons observ~ que pour un m~me proc~l~ exiSt|mental, la l~ponse peut ~tre Iocalis~c sur des niveaux diff~rents ce qui d~pend de I'~tat du syst~me nerveux central. Les animaux, dont un l'~misph~re a ~t* ~limin~ pendant l'entrainement, ont reproduit la r~action apprise (ie composant conditionn(~ du r~exe y compris) m~me apr~s I'~limination de l'h~misph~re intact [4]. Dans le prt~sent travail nous ~tudions les traces de memo|re form~es par un cerveau normal, auquel on n¢ pout pas appliquer les r6'suitats des observations cit~ plus haut.

EXPI~RIENCIE 1 '

Bureg et col. [I] apr~s avoir 6voqu~ la D E dans les deux h~misph~res du ceweau du rat ont constat~, que l 'animal perd la facult* de r ~ g i r au stimulus conditionn~ par la

229

r~action apprise. Cette r~action peut ~tre obtenue par une stimulation ~lectrique. L'~limination du n&cortex n¢ supprim~ done qu'une partie de la ~ponse de r~flexe. Un ph~norn~ne analogue a ~t6 constat~ par Tapp [6]. On trouve une chose semblable dam le travail de Thompson [7] qui a prouv~ la transmission des effets de l'entralnement ~. la fuite (avoidance learning) de I'~tat normal ~ I'~tat fonctionnelement d&:ortiqu~. Dans tous ces cas il s'agissait des rt~tctions de d~fense tr~s simples exigeant peu de la facult~ de l'animal de s'orienter dans respac¢. Notre intention ~tait de trouver si les r6'sultats de ces exl~riences sont valables m~me dam les tiches plus coml~liqutk's.

MI~THODE Sujas

l.,es sujets ont ~t~ des rats Wistar, de poid moyen 165g. On les gardait dans des cages en groupes ~ 6-7. IIs avaient un libre a c c ~ ~ l 'eau et tt la nourriture.

Appareil L'appareil se composait de trois bores communicantes

(plan sur ia Fig. I). L'ouverture unissant ies boites A et B a (~t~ ferm(~¢ par une petite porte que ran|mini pouvait ouvrir au moyen d'une p~dale. La I~dale se trouvait tout pr~ de I'ouverture. L'ouverture entre la bolte Be t C ~tait tot0ours librc. L¢ plancher de la bo|te A e t B formait une grille

230 KUKLETA

conductrice. Le plancher de ia boite C ~3tait isolE. La boite B prEsente un simple labyrinthe. Le stimulus conditionnd etait la raise de l 'animal clans la bore. Le stimulus incondi- tionn6 dtait le courant transform6 du secteur (60 V) branch6 dans le plancher. Sa valeur moyenne 6tait 0,5mA.

l h

7~z×

FIG. I. Plan de I'appareil employe/~ l'expErienc¢ i. La pattie du planchcr isolE est hachurEe. La flEche indique le point de start.

Procddd Nous avons appris h u n groupe de 10 rats de parcourir un

trajet assez compliquEe. Le point de depart 6tait darts la boite A. L'animal ouvrait la porte en appuyant sur la p~dale et passait par la bore B dans la bore C tie but). La rE, action conditionnEe 6tait de parcourir spontanEment ie trajet b, partir du start jusqu'au but en 10 sec ap r~ la mise dans la boite. Si l 'animal a rEalis6 ce parcours dans 9 fois sur i0 nous avons considErE le rEflexe comme 6tabli. Quand le rEflexe 6tait suffisamment fix6 (le critEre de l'Etablissement a Et6 atteint 6 fois en 3 jours) nous avons fair intervenu la DE bilatErale et dans les conditions standardisEes nous avons fait rEaliser 15 parcours ~t chaque animal. L'animal a 6t6 mis dans l'appareil et 10 sec aprEs il a EtE stimui6 automatiquement par des courts chocs du courant 61ectrique (200 msec) b. une frEquence de 15 chocs par rain. AprEs une minute de stimulation, il a 6t6 sorti de la partie de l'appareil ofJ s'Etait trouvE. Puis aprEs une minute de repos un autre start a eu lieu. On a rEalis6 seulement 15 starts pareils pour le groupe de contrEle (10 rats) aprEs avoir fait intervenir la DE bila- tErale. Le start a 6t6 consider6 comme 1 ° rEussi - I'animal a atteint la bore C ou au moins la partie voisine de la bolte B; 2 ° comme non rEussi - l 'animal est rest6 pendant toute la durde de la stimulation dans la boite A; 3 ° comme faux - si, aprEs une minute de stimulation, l 'animal se trouvait dans la boite B, mais dans sa partie opposEe ~ la bore C.

OpOration l,es trepanations ont 6td r6alis6es la veille de l'expErience

m6me, sous anesthEsie b, 1'Ether. L'ouverture de tr6panation de 5 mm de diam/~tre, situ6e au-dessus des parties fronto- pariEtales des deux hdmisph6res dtait couvene entre-temps par la peau et le tulle gras. La DE 6tait dEclanch6e par I'application du papier filtre imbib6 d'une solution de 25% KCI sur la dure-m6re intacte. On a 61imin6 les animaux/l la dure-m6re endommag6e et/ l l'oed6me c6r6bral. L'Exl~rience m6me a commenc6 10 rain apr+s l'application du KCI. Pendant l'exl~rience on a controls ia DE par le test de Buregov~ [2] qui prouve une alteration des r6flexes posturales typique.

TABLEAU 1

R[PONSF_.$ R[~USSIES, NON R/~USSIES ET FAUSSES DES ANIMAUX FONCTIONNELLEMENT DI~CORTIQUI~S

Nombre des rEpon~s en p. 100 Group¢ N r~ussies fausses non rEussics

A 10 35,3 7,3 57,3 B 10 6 2 92

A--group¢ prEalablcment entraine B---groupe contr61e

RI~SULTATS L'ensemble des rfisultats de I'exp~,rience est prdsentd dans

le Tableau Ie t dans la Fig. 2. Parmi les reactions rEussies il y en a plus que 50 p.c. de compl6tes c.-fi-d, que l 'animal a atteint la boRe-but C. Presque darts tousles cas les reactions rEussies sont apparues aprEs une seule stimulation Electrique. Dans trois cas sculement la fuite a 6td spontannde. La comparaison des rEsultats du groupe entrain6 (A) avec ceux du groupe contr61e (B) indique que les starts rdussis du groupe A ne sont pas dus au hasard.

A B

I i 1

! , : 5

L II _x_ R A t NO I 2 3 . . . . . 9 10 1 2 ,3 . . . . . 9 tO

FIG. 2. Nombr¢ de starts reussis par I'animal fonctionnellement d&:oniqu& (Les parties noires des colonnes reprEsentent les starts rEussis. A group¢ prEalablement entralnE, B group¢ contrEle).

EXPI~RIENCE il

Si l 'on prend la DE corticale pour une Elimination fonction- neile du nEocortex on peut interpreter les rEsultats de i'exl~rience prEcddente comme une manifestation des traces de mEmoire Iocaliskes en dehors du nEocortex. Quant au caractEre de ces traces, il semble qu'il ne s'agit pas !/~ d'une simple composante emotionnelle de la rEpons¢, comme l'a suppose Tapp [6]. Nous pensons qu'il s'agit d'une information spEcifique qui permet b. l 'animal de rd, aliser la reaction de fuite complEtement ou au moins sa partie.

MI~THODE Appareil

I..¢ plan de l'apparcil se trouve sur la Fig. 3. Une boite carrE¢ (40 ~. 40 cm) Etait divisE¢ en trois parties inEgales. Le compartiment Bl et I¢ compartiment A communiquaient par une petite fenEtre (4 × 6 cm). Un¢ grand¢ ouverture entre le compartiment A et le compartiment B2 pouvait Etre fermEe par une barri~re. La plancher de la boite, /t l'exception de c¢lui du compartiment B2 ¢t d 'une petite partie dans le

TRACES DE MEMOIRE SOUS-CORTICALES 231

compartiment BI (3×4 cm) ~tait form6 par une grille con- dt,ctrice. Le stimulus conditionn6 6tait la mis¢ de I'animal dans la boite, le stimulus inconditionn6 6tait le courant transform6 du secteur (60 V).

A

FIG. 3. Plan de I'appareil employ6 ~t I'exp6rience 2. La pattie du plancher isol6 est hachur6e. La fl6che indiquc le point de start.

Proc~d# Nous avons appris ~ un group¢ de 13 rats/l r6aliser ia tfiche

suivante. Apr6s la rnise darts la boite i 'animai ¢st entr6 dans le compartiment B1 et s'est install6 sur un petit plateau sur61ev~ (celui-.ci s¢ trouvait/i 2 cm au dessus du plancher). Si I'animal a r~ussi d'accomplir cctte re~action moins de 10 sec apr~s la raise dans la boite il a 6vit6 la stimulation 61ec- trique. On atteint le crit/:re de 1'6tablissement du r6flexe 6 fois en 3 jours. Pendant toutes ces cssais I'entr6e dans le compartiment B2 6tait ferm~e. Le proc6d6 employ6 ensuite 6tait identique/~ celui de l'exp6rience I. Apr~s avoir provoqu6 la DE bilat6rale nous avons r6alis6 avec chaque animal 15 starts. L'entr6e dans le compartiment B2 qui b. l 'entrainement pr~alable 6tait ferm6e, ~tait maintenant ouverte. On n'a

r6alis6 que 15 starts identiques avcc ie groupe de contr61e (13 rats) apr~s avoir 6tabli la DE bilat6rale dans les mEmes conditions qu'avec le groupe entrain6 pr6alablencnt, l..c r6sultat de chaque start a ~t6 soit le but Bi atteint, soit le but B2 atteint, ou bien le start n 'a pas r6ussi--l 'animal s¢ trouvait ap r~ une minute de stimulation dans le compartiment A.

RI~ULTATS L'ensemble des r6sultats se trouve sur le Tableau 2 e tsur

les Figs. 4 et 5. Le groupe pr6alablement entrain6 (A) pr6f~re le but 1 quoiqu'il ait eu la possibilit6 d'une fuite plus facile dans lc but 2. La difl'6rence que pr6sente cet indice entre le

£,

II,,,,

g

-:iilTii- ~

R~i r NO ! 2 3 . . . . . . . . f273 ~ 2 3 . . . . . . . . I~ I0

FIG. 4. R6ponscs d'animaux fonctionnellement d6cortiqu6s. (Los parties noires des colonr~ repr6sentent les cas o0 le but ! est atteint, ies parties hachur~ les cas oh le but 2 est atteint, les

parties blanches marquent les starts non rgussis).

TABLEAU 2

R/:PONSES R/~ALtS/~ES PAR LES ANIMAUX FONCTIONNELLEMENT

DI~CORT1QU~

Nombre de r6ponses en p. 100 Groupe N but ! but 2 non r6ussies

A 13 33,3 8,2 58,5 B 13 4,6 14,4 81

A--groupe prealablement entrain6 B--group¢ contr~le

A B

15

tO

/ %

O / "~ J %0 j O~O~o .... • - - 0

,START NO 1.3 4.~ 79 10 12 13.15 1'3 ~;'6 7"9 70.12 13"15

FIG. 5. Distribution des reponses r6ussies dans les starts singuliers. (Le trait continu rcpre- sente le but atteint 1, le trait interrompu le but 2. les ccrcles marquent des valeurs du groupe entier, les triangles des valeurs d'animaux num6ro I jusqu'~ 5, les carr~s des valeurs d'animaux

6 jusqu'~ 13. A--groupe pr~alablement entrainc, B--grOUl~ contr61e).

232 KUKLETA

groupe A et le groupe B e s t statistiquement importante (p<0,01---~tabli d'apr6s Wilcoxon). La ft~ite dans le but I a eu lieu dans 60 cas p.c. apr6s la stimulation 61ectrique, dans 40 p.c. elle a 6t6 spontan6e. La r6ponse presque pour [00 p.c. dtait incompl6te--l 'animal n'a pas 6t6 capable de s'installer sur le plateau isol~. N ~ n m o i n s il n'a pas quitt~ le compartiment BI pendant toute la duroc de la stimulation.

DISCUSSION Le travail montre plusieurs faits. I. Une partie de la r~ponse du r6flexe de fuite compliqufi,

~tabli sur un animal intact, est local is~ hors du n6ocortex.

2. C'est une information sp~cifique qui rend possible /t I'animal de r~aliscr la r~c t ion de fuite assez compl iqu~ quant ~t | 'orientation dans Fespace.

3. L'endommagement des fonctions mortices caus6 r~guli~rement par la DE corticale [2] limite la possibilit6 de l'animal de profiter des informations fixe~e~. (L'animal est entM dans le compartiment--but mais il ~tait incapable de s'installer sur le petit platcau--voir exl~rience II).

4. Daas la plupart des cas la r~action r ~ e x e n 'apparalt qu ' ap r~ la stimulation 61ectrique,

5. En somme, on peut dire que dans les deux exp6riences pour les deux groupes d'animaux fonctionnellement d6corti- q u ~ il y avait ~t peu pr/~s la m~me proportion d'animaux qui ne r~agissaient pas par la r~action apprise. II est possible clue clans ces cas la DE a d~pass~ le mk3cortex et qu'elle a atteint les formations plus profondes. F i fkovi [3] a constat~ ce ph~non~ne dans circ~ 50 p,c. des cas 6tudi~. On n 'a pas trouv¢~ de corr61ation entre l 'entralnement prc~alable (la vitesse d'c~tablir le r~flexe) et les r~ul tats obtenus ~t l'~tat d4~'ortiqu~.

Dans le travail pr~:ixlent [5] nous avons essay¢~ de dc~mon- trer d'une mani~re analogue la localisation souscorticale de "operant behaviour" (l 'animal instalh~ pendant route l 'exl~ri- ence darts une petite bolte a r ~ g i au son en appuyant stir unc pc~lale), Cette expc~rience*l~t a fini par un ~chec. II est possible, que ~ e clans ce cas rendommagement des fonctions motrices ~tait la cause de ce que l 'information fix6e ne s'est pas manifest~, Mais il est 6galement possible que les traces de mg~oire de cette r~action d'une qualit~ difft~rente et beaucoup Dlus compliqu6e sont Iocalisdes seulement dam le n6ocortex, Nos r6sultats pour ie moment ne nous permettent pas encore de donner/ t cette question une r6ponse d~isive.

LITRRATURE

I. Buret, J., O. Bure~ovd. and A. ZAhorov~i. Conditioned reflexes and Leao's spreading conical depre~ion. J. Comp. Physiol. Psychol. $I: 350-358, 1958.

2. Burelov~, O. Die Beeinflussung unbedingter und nattlrlicher bedinster Nahrungsreflexe im Verlauf der EEG-Depressionsaus- breitunlL Physiolotia Bohemoslov. ~I: 350-358, 1956.

3. Fifkovti, E. and J. Syka. Relationship betweencorticalandstriatal spreading depression in rat. Expl Neurol. 9: 355-366, 1964.

4. Kukleta, M. Les Liaisons temporaires Iocalirak, s sous le cortex du cerveau. Arc~ Int. PhysioL BiocMm. 73: 696-703, 1965.

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