Dynamiques corticales de l`éveil chez la souris

Dynamiques corticales de l'éveil chez la souris - Rôle des afférences
thalamo-corticales
CRNL-WAKING "Physiologie Intégrée du Système d'Eveil"
Soutenance thèse de Laura
M.J. Fernandez
Membres du jury:
Alain Destexhe, Véronique Fabre, Antoine Depaulis, Rémi Gervais,
Sylvain Crochet et Paul Salin (Thèse dirigée par Sylvain Crochet et Paul Salin).
Résumé:
L’activité électrique du cerveau lors de l’éveil est traditionnellement décrite
comme rapide, microvoltée, et globalement « désynchronisée ». De récents travaux
chez les rongeurs ont montré que l’activité de l’éveil est plus complexe et varie
notamment avec les contraintes comportementales. Par exemple, chez la souris, il
est possible d’enregistrer dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) tant au
niveau du potentiel de membrane d’un neurone (enregistrement intracellulaire)
qu’au niveau de la population neuronale (Potentiels de Champs Locaux, PCLs) deux
types d’activités différentes qui sont associées aux comportements d’éveil calme et
d’éveil « actif », lors de l’exploration de l’environnement par les moustaches. Par
quels mécanismes émergent ces différents états d’éveil dans le cerveau ? Les
changements d’états enregistrés sont-ils locaux ou existe-t-il des liens entre
différentes aires corticales sensorielles et associatives ? Le but de ma thèse est de
décrire les signatures électrophysiologiques de ces deux états et de déterminer les
mécanismes qui les sous-tendent.
Dans la première étude de ma thèse, je me suis
intéressée aux mécanismes cellulaires et synaptiques à l’origine du changement
d’état cérébral observé lors de la transition de l’éveil calme à l’éveil actif. Cette
transition se traduit au niveau des neurones corticaux par une suppression des
fluctuations lentes du potentiel de membrane tandis que les fluctuations rapides de
basse amplitude persistent. Cette activation corticale dans S1 est fortement corrélée
à une augmentation de décharge des neurones thalamo-corticaux qui relaient
l’information sensorielle vers le cortex. Par ailleurs, l’inactivation pharmacologique
spécifique du thalamus ralentit l’activité corticale lente observée pendant l’éveil
calme et supprime l’activation observée pendant l’éveil actif. En utilisant
l’optogénétique, il est possible de photoactiver le thalamus et de reproduire
l’activité corticale de l’éveil actif alors que la souris est dans un mode d’éveil calme.
Le thalamus apparait donc indispensable à la genèse du rythme cortical rapide de
l’éveil actif. Mais il ne semble pas être le seul responsable du changement d’activité
corticale entre l’éveil calme et l’éveil actif, puisqu’un changement d’activité corticale
pendant l’éveil actif persiste après l’inactivation du thalamus. Plusieurs
neuromodulateurs contrôlent l’activité corticale au cours de l’éveil. En combinant
l’inactivation du thalamus et le blocage local des récepteurs muscariniques dans S1,
le changement d’activité corticale est aboli. Le système cholinergique participe donc
également au contrôle de l’activité corticale de S1 pendant l’éveil.
Dans un second
temps de ma thèse, je me suis demandé si les changements d’activité de S1
observés pendant les éveils calmes et actifs sont présents dans d’autres aires
sensorielles, ainsi que dans des aires motrices, associatives et limbiques liées au
système sensoriel. Pour répondre à cette question, j’ai enregistré chez la souris les
PCLs lors de l’éveil dans plusieurs structures corticales: en plus de S1, les activités
des cortex somatosensoriel secondaire (S2), moteur primaire (M1), auditif primaire
(Au1) et visuel primaire (V1), ainsi que les cortex pariétal associatif (PtA), préfrontal
médian (mPFC), et enfin la partie dorsale de l’hippocampe (dCA1) ont été
enregistrées. En fonction de l’activité musculaire, il est possible de discerner un
éveil calme et un éveil actif. L’activité des aires sensorimotrices – S1, S2 et M1 – est
dominée par une activité lente (La première étude a permis de montrer que les
activités corticales des éveils calme et actif observées dans S1 sont sous le contrôle
principal du thalamus et, dans une moindre mesure, du système cholinergique.
L’étude d’enregistrements multisites montre ensuite une hétérogénéité des activités
corticales de l’éveil liée d’une part au comportement de l’animal et d’autre part aux
régions corticales considérées.