Équipe Claire Eschbach

Circuits récurrents, apprentissage et mémoire

En bref

La formation d’une mémoire flexible est une fonction clé pour tout individu plongé dans un environnement dynamique et nécessitant de faire des choix. Elle permet en effet de suivre et prédire les conséquences, positives ou négatives, résultant de tels choix, ce qui impacte les choix futurs. Chez de nombreuses espèces animales invertébrées et vertébrées, les circuits cérébraux permettant d’évaluer ces conséquences reposent sur des connections récurrentes et une neuromodulation, généralement dopaminergique. Étudier le détail du fonctionnement de ces circuits est essentiel pour comprendre comment leur dysfonctionnement peut mener à des troubles du comportement tels que l’addiction.

Des questions non résolues quant à ces mécanismes computationnels concernent, d’une part, le rôle exact des connexions récurrentes au sein du circuit de l’apprentissage et, d’autre part, les voies de signalisation en aval des signaux dopaminergiques déterminant la plasticité. À une échelle plus intégrative, il reste aussi à comprendre comment une plasticité localisée impacte les choix futurs. Nous étudions ces questions dans le circuit associatif du cerveau de la larve de Drosophila melanogaster via une approche multi-échelle combinant comportement, neurogénétique, modélisation mathématique et imagerie in vivo.

Mes recherches portent sur deux mécanismes principaux :

  • D’une part, le rôle des connexions récurrentes dans l’ajustement de la plasticité dopaminergique. Les hypothèses sur lesquelles je me concentre sont basées sur les théories de l’apprentissage par renforcement ainsi que sur les connaissances du connectome du cerveau larvaire (Winding et al., Science 2023). En utilisant des outils neurogénétiques, nous manipulons transitoirement les neurones renforçant la dopamine ainsi que les neurones feedback présynaptiques, tout en testant l’effet de cette manipulation sur le réglage fin des comportements appris et sur les réponses de la dopamine à des stimuli prédits ou inattendus.
  • D’autre part, le rôle des différents récepteurs de la dopamine et des seconds messagers dans la mise en œuvre de la plasticité synaptique au cours de l’entraînement. Ici, je fonde mes hypothèses sur des découvertes antérieures concernant l’implication de types distincts de récepteurs de la dopamine dans la mise en place de mémoires associatives de différents types. Je prévois d’utiliser des techniques d’interférence ARN pour neutraliser des récepteurs spécifiques dans des neurones spécifiques et de mettre en place une imagerie in vivo des seconds messagers.

La larve de drosophile permet de combiner des approches sophistiquées et multi-échelles. Grâce au suivi en ligne, au ciblage génétique spécifique des neurones (pour activer, inhiber ou imager l’activité neuronale), à la modélisation informatique des réseaux et à l’utilisation d’un connectome détaillé, nous pouvons étudier la manière dont les réseaux récurrents mettent en œuvre l’apprentissage par renforcement à un niveau de précision sans précédent.

Financements
  • 2023-2024 Fondation Fyssen
  • 2024-2027 ATIP-Avenir

Chef d’équipe

Membre

2021

• Claire Eschbach, Akira Fushiki, Michael Winding, Bruno Afonso, Ingrid Andrade, et al. (2021). Circuits for integrating learned and innate valences in the insect brain. eLife, 10, pp.10:e62567. ⟨10.7554/eLife.62567⟩

2020

• Claire Eschbach, Akira Fushiki, Michael Winding, Casey Schneider-Mizell, Mei Shao, et al. (2020). Recurrent architecture for adaptive regulation of learning in the insect brain. Nature Neuroscience, 23 (4), pp.544-555. ⟨10.1038/s41593-020-0607-9⟩
• Claire Eschbach, Marta Zlatic. (2020). Useful road maps: studying Drosophila larva’s central nervous system with the help of connectomics. Current Opinion in Neurobiology, 65, pp.129-137. ⟨10.1016/j.conb.2020.09.008⟩

2018

• Birgit Michels, Hanna Zwaka, Ruth Bartels, Oleh Lushchak, Katrin Franke, Thomas Endres, Markus Fendt, Inseon Song, May Bakr, Tuvshinjargal Budragchaa, Bernhard Westermann, Dushyant Mishra, Claire Eschbach, Stefanie Schreyer, Annika Lingnau, Caroline Vahl, Marike Hilker, Randolf Menzel, Thilo Kähne, Volkmar Leßmann, Alexander Dityatev , Ludger Wessjohann, Bertram Gerber (2018). Memory enhancement by ferulic acid ester across species. Science Advances, 4 (10), pp.eaat6994. ⟨10.1126/sciadv.aat6994⟩
• Timo Saumweber, Astrid Rohwedder, Michael Schleyer, Katharina Eichler, Yi-Chun Chen, Yoshinori Aso, Albert Cardona, Claire Eschbach, Oliver Kobler, Anne Voigt, Archana Durairaja, Nino Mancini, Marta Zlatic, James W Truman, Andreas S Thum, Bertram Gerber (2018). Functional architecture of reward learning in mushroom body extrinsic neurons of larval Drosophila. Nature Communications, 9 (1), pp.1104. ⟨10.1038/s41467-018-03130-1⟩

2017

• Maria J Almeida-Carvalho, Dimitri Berh, Andreas Braun, Yi-Chun Chen, Katharina Eichler, Claire Eschbach, Pauline M J Fritsch, Bertram Gerber, Nina Hoyer, Xiaoyi Jiang, Jörg Kleber, Christian Klämbt, Christian König, Matthieu Louis, Birgit Michels, Anton Miroschnikow, Christen Mirth, Daisuke Miura, Thomas Niewalda, Nils Otto, Emmanouil Paisios, Michael J Pankratz, Meike Petersen, Noel Ramsperger, Nadine Randel, Benjamin Risse, Timo Saumweber, Philipp Schlegel, Michael Schleyer, Peter Soba, Simon G Sprecher, Teiichi Tanimura, Andreas S Thum, Naoko Toshima, Jim W Truman, Ayse Yarali, Marta Zlatic (2017). The Ol1mpiad: concordance of behavioural faculties of stage 1 and stage 3 Drosophila larvae. Journal of Experimental Biology, 220 (13), pp.2452-2475. ⟨10.1242/jeb.156646⟩

• Katharina Eichler, Feng Li, Ashok Litwin-Kumar, Youngser Park, Ingrid Andrade, Casey M Schneider-Mizell, Timo Saumweber, Annina Huser, Claire Eschbach, Bertram Gerber, Richard D Fetter, James W Truman, Carey E Priebe, L F Abbott, Andreas S Thum, Marta Zlatic, Albert Cardona (2017). The complete connectome of a learning and memory centre in an insect brain. Nature, 548 (7666), pp.175-182. ⟨10.1038/nature23455⟩

• Birgit Michels, Timo Saumweber, Roland Biernacki, Jeanette Thum, Rupert D V Glasgow, Michael Schleyer, Yi-Chun Chen, Claire Eschbach, Reinhard F Stocker, Naoko Toshima, Teiichi Tanimura, Matthieu Louis, Gonzalo Arias-Gil, Manuela Marescotti, Fabio Benfenati, Bertram Gerber. (2017). Pavlovian Conditioning of Larval Drosophila: An Illustrated, Multilingual, Hands-On Manual for Odor-Taste Associative Learning in Maggots. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 11, pp.45. ⟨10.3389/fnbeh.2017.00045⟩