Timothe Jost-Mousseau

Timothe Jost-Mousseau

NeuroPSI – Université Paris-Saclay

Visualisation de l’activité du cortex somatosensoriel primaire des souris dans le cadre de l’étude du traitement prédictif de l’information sensorielle tactile

Résumé
Le néocortex des mammifères joue un rôle clé dans l’analyse sensorielle et la genèse de commandes motrices. De nombreuses observations nous invitent à penser que le néocortex serait capable, à partir de l’expérience vécue, de construire un modèle interne de l’interaction avec l’environnement, de manière à générer des attentes sensorielles en fonction du contexte et des actions motrices en cours. Un tel calcul impliquerait la production de signaux d’erreur en cas de divergence entre les entrées sensorielles réelles et celles prédites, ce qui permettrait d’ajuster le modèle interne ainsi que les commandes motrices, optimisant ainsi le comportement. Mon projet doctoral est centré sur l’étude des mécanismes neuronaux mis en jeu dans de telles prédictions sensorielles en utilisant pour modèle le système tactile vibrissal de la souris.

Tout d’abord, j’ai mis au point une tâche de locomotion guidée par les vibrisses où les souris étaient confrontées à un obstacle alors qu’elles effectuaient un parcours hémicirculaire dans l’obscurité. Mon objectif était d’analyser les dynamiques spatio-temporelles de l’activité corticale évoquée par le contact des vibrisses avec cet obstacle dans deux conditions : soit lorsque la localisation de l’objet était familière, et donc prédictible ; soit lorsque celle-ci était modifiée par surprise. En introduisant ainsi des déviances entre les entrées sensorielles attendues et celles effectivement reçues par l’animal, nous visions à mettre en évidence des signaux neuronaux liés à la prédiction et aux erreurs de prédiction sensorielle tactile au niveau du cortex somato-sensoriel primaire.

Pour ce faire, j’ai adopté une approche fibroscopique permettant l’observation, à une résolution de 25 µm, de la totalité de la zone de représentation des vibrisses au sein du cortex somatosensoriel primaire (vS1). Pour empêcher les torsions du fibroscope susceptibles de restreindre les mouvements des animaux au cours de la tâche de locomotion, j’ai développé une interface rotative motorisée permettant de coupler la rotation du fibroscope à celle de l’animal. Grâce à ce dispositif original, il est possible d’enregistrer, à l’échelle mésoscopique, les changements de fluorescence induits par les variations de potentiel de membrane des neurones pendant que les animaux naviguent librement, et recueillent des informations tactiles d’une manière éthologiquement pertinente. La vidéographie simultanée du comportement des animaux nous a permis de lier les dynamiques de l’activité corticale, les entrées sensorielles et les ajustements moteurs, à l’échelle de la milliseconde.

Nos résultats préliminaires font état de variations d’activité à l’échelle de la population neuronale dans vS1 alors que les animaux sondent l’obstacle avec leurs vibrisses. Nous montrons également qu’une large part de la variation d’activité enregistrée dans le cortex sensoriel primaire est liée à des ajustements moteurs. Selon l’hypothèse d’un traitement prédictif de l’information sensorielle, ces informations motrices présentes dans les aires sensorielles pourraient permettre d’anticiper les conséquences des mouvements réalisés dans un contexte spécifique sur les entrées sensorielles. Cependant, dans un nombre encore réduit d’animaux testés, nous n’avons pas observé de variations de l’activité neuronale à l’échelle de la population dans vS1 pouvant être apparentée à une erreur de prédiction, alors que les animaux approchaient la localisation (fortement prédictible) de cet obstacle retiré par surprise.

Ces observations restent cependant préliminaires. L’ensemble des moyens techniques et analytiques mis en place au cours de ma thèse permettront dans un futur proche de compléter et le cas échéant corroborer ces premiers résultats.

Composition du Jury

    • Dr Ingrid BUREAU, rapportrice
    • Dr Jérôme EPSZTEIN, rapporteur
    • Dr Cathie VENTALON, examinatrice
    • Dr Frédéric CHAVANE, examinateur
    • Dr Michaël ZUGARO, examinateur

et

  • Dr Isabelle FEREZOU, Dr Daniel SHULZ (Institut NeuroPSI, Saclay)
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Date

Oct 04 2022

Heure

14h00 - 18h30

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