Les parutions

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Maryline Blin, Julien Fumey, Camille Lejeune, Maxime Policarpo, Julien Leclercq, Stéphane Père, Jorge Torres-Paz, Constance Pierre, Boudjema Imarazene, Sylvie Rétaux

Diversity of olfactory responses and skills in Astyanax mexicanus cavefish populations inhabiting different caves

Diversity 2020, 12(10), 395. doi: 10.3390/d12100395

Understanding the mechanisms of behavioral and sensory adaptation to a novel environement is at stakes both for evolutionary biology and for conservation biology. In an article published in Diversity, researchers of the NeuroPSI Institute have evaluated the olfactory skills of different populations of blind cavefish. Indeed, animals in many phyla are adapted to and thrive in the constant darkness of subterranean environments. To do so, cave animals have presumably evolved mechano- and chemosensory compensations to the loss of vision, as is the case for the blind characiform cavefish, Astyanax mexicanus. Here, we systematically assessed the olfactory capacities of cavefish and surface fish of this species in the lab as well as in the wild, in five different caves in northeastern Mexico. We have used an olfactory setup specially developed to test and record olfactory responses, during fieldwork. Overall cavefish showed lower (i.e., better) olfactory detection thresholds than surface fish. However, wild adult cavefish from the Pachón, Sabinos, Tinaja, Chica and Subterráneo caves showed highly variable responses to the three different odorant molecules they were exposed to. Pachón and Subterráneo cavefish showed the highest olfactory capacities, and Chica cavefish showed no response to the odors presented. We discuss these data, gathered during a special effort in field work in the past five years, with regard to the environmental conditions in which these different cavefish populations live. Our experiments in natural settings document the diversity of cave environments inhabited by a single species of cavefish, A. mexicanus, and highlight the complexity of the plastic and genetic mechanisms that underlie cave adaptation.

PubMed or Website : Diversity, 13 octobre 2020
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Bartosz Telenczuk, Maria Telenczuk, Alain Destexhe

Une nouvelle méthode de calcul des signaux électriques cérébraux

Journal of Neuroscience Methods, October 01, 2020. 344:108871. doi: 10.1016/j.jneumeth.2020.108871. A kernel-based method to calculate local field potentials from networks of spiking neurons.

Les chercheurs de l'EITN de NeuroPSI ont publié récemment un article dans le Journal of Neuroscience Methods qui propose une nouvelle méthode de calcul des signaux électriques cérébraux. Cette méthode, appelée "Kernel method", permet de calculer les potentiels électriques profonds (Local Field Potential ou LFP) et en surface (Electrocorticogramme ou EcoG) à partir de l’activité des neurones excitateurs et inhibiteurs. Cette méthode se base sur une étude précédente (Telenczuk et al. Scientific Reports 2017), ou les auteurs ont déterminé la relation statistique entre les signaux cérébraux et l’activité des neurones excitateurs et inhibiteurs chez des sujets humains. En reprenant le noyau ("kernel") de cette relation, il est donc possible de calculer ces signaux à partir de la connaissance de l’activité des neurones. Cette méthode sera intégrée dans l'infrastructure EBRAINS du Human Brain Project, pour permettre le calcul de signaux tels que l'EcoG à partir de simulations de parties du cerveau humain. A terme, elle devrait aussi permettre d'envisager le "problème inverse" d'estimer l’activité neuronale à partir de signaux tels que l'EcoG, ce qui représente une perspective intéressante pour l'imagerie de l’activité neuronale chez l'homme.

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Giovanni Usseglio, Edwin Gatier, Aurélie Heuzé, Coralie Hérent, Julien Bouvier

Control of Orienting Movements and Locomotion by Projection-Defined Subsets of Brainstem V2a Neurons

Current Biology, October 01, 2020 DOI 10.1016/j.cub.2020.09.014

Spatial orientation requires the execution of lateralized movements and a change in the animal’s heading in response to multiple sensory modalities. While much research has focused on the circuits for sensory integration, chiefly to the midbrain superior colliculus (SC), the downstream cells and circuits that engage adequate motor actions have remained elusive. Furthermore, the mechanisms supporting trajectory changes are still speculative. Here, using transneuronal viral tracings in mice, we show that brainstem V2a neurons, a genetically defined subtype of glutamatergic neurons of the reticular formation, receive putative synaptic inputs from the contralateral SC. This makes them a candidate relay of lateralized orienting commands. We next show that unilateral optogenetic activations of brainstem V2a neurons in vivo evoked ipsilateral orienting-like responses of the head and the nose tip on stationary mice. When animals are walking, similar stimulations impose a transient locomotor arrest followed by a change of trajectory. Third, we reveal that these distinct motor actions are controlled by dedicated V2a subsets each projecting to a specific spinal cord segment, with at least (1) a lumbar-projecting subset whose unilateral activation specifically controls locomotor speed but neither impacts trajectory nor evokes orienting movements, and (2) a cervical-projecting subset dedicated to head orientation, but not to locomotor speed. Activating the latter subset suffices to steer the animals’ directional heading, placing the head orientation as the prime driver of locomotor trajectory. V2a neurons and their modular organization may therefore underlie the orchestration of multiple motor actions during multi-faceted orienting behaviors.

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Evan R. Harrell, Matías A. Goldin, Brice Bathellier, Daniel E. Shulz

An elaborate sweep-stick code in rat barrel cortex

Sci Adv. 2020 Sep 16;6(38):eabb7189. doi: 10.1126/sciadv.abb7189

In rat barrel cortex, feature encoding schemes uncovered during broadband whisker stimulation are hard to reconcile with the simple stick-slip code observed during natural tactile behaviors, and this has hindered the development of a generalized computational framework. By designing broadband artificial stimuli to sample the inputs encoded under natural conditions, we resolve this disparity while markedly increasing the percentage of deep layer neurons found to encode whisker movements, as well as the diversity of these encoded features. Deep layer neurons encode two main types of events, sticks and sweeps, corresponding to high angular velocity bumps and large angular displacements with high velocity, respectively. Neurons can exclusively encode sticks or sweeps, or they can encode both, with or without direction selectivity. Beyond unifying coding theories from naturalistic and artificial stimulation studies, these findings delineate a simple and generalizable set of whisker movement features that can support a range of perceptual processes.

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Solal Bloch, Hanako Hagio, Manon Thomas, Aurélie Heuzé, Jean-Michel Hermel, Elodie Lasserre, Ingrid Colin, Kimiko Saka, Pierre Affaticati, Arnim Jenett, Koichi Kawakami, Naoyuki Yamamoto, Kei Yamamoto

Une origine développementale différente du noyau visuel principal des mammifères et des poissons téléostéens suggère une apparition indépendante au cours de l'évolution

Elife. 2020 Sep 8;9:e54945. doi: 10.7554/eLife.54945. Non-thalamic origin of zebrafish sensory nuclei implies convergent evolution of visual pathways in amniotes and teleosts

Le cerveau des vertébrés se divise en trois régions: antérieure (prosencéphale), médiane (mésencéphale), et postérieure (rhombencéphale). Ces divisions s’observent de l’embryon à adulte. Ces trois régions sont également présentes chez tous les vertébrés et permettent de retracer l’histoire évolutive des structures cérébrales à travers leur développement. Dans une récente étude parue dans eLife, des chercheurs de Neuro-PSI en collaboration avec la plateforme TEFOR Paris-Saclay et une équipe japonaise, se sont intéressés à la voie visuelle principale des poissons téléostéens, chez le poisson zèbre. Chez les mammifères, la voie visuelle thalamocorticale contient les projections du thalamus vers le cortex cérébral, deux structures appartenant au prosencéphale. La présence d’une voie similaire d’une structure appelée « noyau préglomérulaire » (PG) unique aux téléostéens et projetant à une région du pallium (équivalent du cortex cérébral) a été montrée chez certaines espèces de téléostéens, mais son histoire évolutive et développementale est peu connue. Après avoir confirmé la présence de cette voie chez le poisson zèbre, les chercheurs ont suivi le devenir de cette structure à différents stades du développement. Ils ont démontré que la majorité des cellules du PG proviennent du mésencéphale, contrairement au thalamus, et que la projection visuelle se développe progressivement jusqu’à un stade tardif. Le PG a ainsi une origine développementale inattendue et différente de celle du thalamus des mammifères. Ceci suggère fortement que le thalamus et le PG sont apparus indépendamment au cours de l’évolution. Cela souligne que la diversité de l’organisation cérébrale chez les vertébrés résulte de convergences évolutives, c’est-à-dire de l’apparition indépendante de structures aux fonctions similaires.

PubMed or Website : Elife. 8 septembre 2020
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Chrystel Masson, Diana García-García, Juliette Bitard, Élodie Grellier, Jérôme Roger, Muriel Perron

YAP, un acteur indispensable pour la fonction visuelle au cours du vieillissement

Cell Death Dis. 2020 Aug 14;11(8):631. doi: 10.1038/s41419-020-02860-9. Yap haploinsufficiency leads to Müller cell dysfunction and late-onset cone dystrophy.

La signalisation Hippo régule la croissance des yeux pendant l'embryogenèse grâce à ses effecteurs YAP et TAZ. Cependant, leur rôle dans la rétine adulte et au cours du vieillissement reste inconnu. Dans un article publié dans le journal Cell Death & Disease, une équipe de NeuroPSI a tiré parti d'une lignée de souris hétérozygotes Yap (lignée Yap+/-) pour examiner sa fonction dans la rétine neurale adulte, où l'expression de YAP est limitée à la glie de Müller.

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Constance Pierre , Naomie Pradère , Cynthia Froc, Patricia Ornelas-García, Jacques Callebert , Sylvie Rétaux

Une mutation de la monoamine oxydase (MAO) affecte l'évolution du comportement de stress chez le poisson troglodyte aveugle Astyanax mexicanus

Journal of Experimental Biology. 2020 Jul 31; jeb.226092. doi: 10.1242/jeb.226092. A mutation in monoamine oxidase (MAO) affects the evolution of stress behavior in the blind cavefish Astyanax mexicanus.

Le neurotransmetteur sérotonine contrôle une variété de processus physiologiques et comportementaux. Chez l'homme, les mutations affectant la monoamine oxydase ou MAO, l'enzyme dégradant la sérotonine, sont très délétères. Pourtant, les poissons cavernicoles aveugles de l'espèce A. mexicanus portent une mutation de perte de fonction partielle dans la MAO (P106L) et se développent dans leur environnement souterrain. Dans un article paru dans le Journal of Experimental Biology, Sylvie Rétaux et ses collaborateurs de l’équipe de NeuroPSI, ont établi 4 lignées de poissons, correspondant aux types aveugles cavernicoles et voyants de surface, avec ou sans la mutation P106L, afin d’identifier la contribution exacte de la mao mutée dans l'évolution neurocomportementale du poisson des cavernes. De manière inattendue, bien que la maoP106L semblait être un excellent candidat pour le déterminisme génétique de la perte des comportements agressifs et d’apprentissage chez les poissons des cavernes, les chercheurs ont montré que ce n'était pas le cas. De même, les variations anatomiques des systèmes monoaminergiques observées entre les cerveaux des poissons des cavernes et des poissons de surface étaient indépendantes de la mao P106L, et plutôt dues à d'autres processus de développement dépendant de la morphologie. D'autre part, ils ont constaté que la mao P106L affectait fortement les comportements de type anxieux. Les mesures de cortisol ont montré des niveaux basaux plus faibles et une amplitude accrue de la réponse au stress après un changement d'environnement chez les poissons porteurs de la mutation. Enfin, les chercheurs ont étudié la distribution de l'allèle mao P106L dans les populations sauvages de caverne et de rivière A. mexicanus, et découvert que l'allèle mutant était présent dans toutes les populations habitant les grottes de la Sierra de El Abra. Il est possible que cet allèle mao à perte partielle de fonction évolue sous un régime sélectif ou neutre dans l'environnement particulier de la grotte.

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Diana García-García, Morgane Locker, Muriel Perron

La régénération de la rétine : une stratégie thérapeutique pour demain ?

Current Opinion in Genetics & Development 2020 Jun 30; 64:52-59. doi: 10.1016/j.gde.2020.05.025. Update on Müller Glia Regenerative Potential for Retinal Repair.

La glie de Müller permet la régénération de la rétine mais l’efficacité de ce processus varie énormément d’une espèce de vertébré à l’autre. Il est notamment extrêmement limité chez les mammifères. Identifier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le potentiel régénératif des cellules de Müller devrait permettre à terme de développer des stratégies de médecine régénérative à destination des patients atteints de dystrophies rétiniennes.

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Maria Teleńczuk, Bartosz Teleńczuk, Alain Destexhe

Les potentiels de champ locaux : une histoire d'inhibition ?

J Physiol. 2020 Jun 29. doi: 10.1113/JP279452. Online ahead of print. Modeling unitary fields and the single-neuron contribution to local field potentials in the hippocampus.

Dans un article sous presse dans BioRxiv et à paraître dans le Journal of Physiology, Maria Teleńczuk et ses collaborateurs de l'institut NeuroPSI, démontrent que l’origine la plus probable du potentiel électrique extracellulaire dans le tissu neuronal, aussi appelé potentiel de champ local (local field potential ou LFP), est issue essentiellement des neurones inhibiteurs. Les auteurs utilisent une combinaison de modélisation et d'enregistrements par micro-électrodes chez l’homme et le singe.

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Quentin Gaucher, Pierre Yger, Jean-Marc Edeline

La stratégie utilisée pour augmenter l’excitabilité corticale a des conséquences spécifiques sur la structure temporelle des réponses neuronales à des vocalisations

Journal of Physiology. 2020 Jun 15. doi: 10.1113/JP279902. Increasing Excitation vs. Decreasing Inhibition in Auditory Cortex: Consequences on the Discrimination Performance Between Communication Sounds.

Chez de nombreuses espèces animales, la communication repose sur la perception de vocalisations spécifiques. Un des supports possibles de l’encodage des vocalisations au niveau cortical repose sur la reproductibilité temporelle des trains de potentiels d’actions émis en réponse à ces signaux. Le niveau d’excitabilité des neurones corticaux affecte la reproductibilité de leurs réponses, et est souvent vu comme un facteur critique des performances perceptives d’un sujet. En théorie, une augmentation de l’excitabilité corticale peut résulter soit d’une augmentation des excitations, soit d’une réduction des inhibitions présentes dans les circuits corticaux ; ces deux situations pouvant être déclenchées par l’action des systèmes neuromodulateurs.

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