master 2 - spécialité "biophysique"

Université PARIS 6 et Université PARIS 7
MASTER 2 - SPÉCIALITÉ
"BIOPHYSIQUE"
Proposition de Stage - Année 2011 – 2012
http://www.master.phys.upmc.fr/S_biophysique/
[e-mail]
Sujet du stage (sous forme de titre court) :
Etude en microscopie à deux photons de la représentation de stimuli multi-vibrissaux dans le
cortex somtato-sensoriel du rat
Laboratoire
Nom du Responsable : Antoine Triller
Affiliation administrative (CNRS, INSERM...) et n° l'Unité : ENS CNRS INSERM 8197
Adresse précise du Laboratoire : Ecole Normale Supérieure, 46 rue d’Ulm, 75005 Paris
Équipe d'accueil des Doctorants
Nom de l'équipe: Dynamique corticale
Nom du Responsable : Laurent Bourdieu
École Doctorale de rattachement : ED 3C
Responsable du Stage
Nom : Laurent Bourdieu
Numéro de téléphone : 01 44 32 37 34
Numéro de télécopie : 01 44 32 38 87
Adresse électronique : [email protected]
Profil de l'étudiant(e) souhaité : Physicien ou biologiste ayant un fort intérêt pour l’imagerie optique
et pour les neurosciences
Renseignements complémentaires
Perspectives de poursuite de thèse : X oui Non
Avec une bourse spécifique : oui X Non
si oui précisez :
Laboratoire d'accueil (Unité CNRS, INSERM, etc..) :
Nombre de chercheurs :
58 (dont 2 dans l'équipe d'accueil)
Nombre d'enseignants- chercheurs : 10
(dont 0
dans l'équipe d'accueil)
Nombre de "HDR" :
(dont 1 dans l'équipe d'accueil)
Nombre d'ITA :
73 (dont 1 dans l'équipe d'accueil)
Nombre de "post-docs" :
60 (dont 1 dans l'équipe d'accueil)
Nombre de visiteurs étrangers :
(dont 0 dans l'équipe d'accueil)

Sujet de stage (et principales techniques) :
Le cortex est la structure cérébrale la plus étendue du cerveau et est engagée dans la plupart des
fonctions cognitives évoluées des mammifères. Paradoxalement, son fonctionnement et son organisation
restent encore aujourd’hui largement incompris. Une caractéristique fascinante du cortex est son
organisation en cartes fonctionnelles, c’est-à-dire le fait que des neurones traitant des informations
semblables (la fréquence d’un son, la direction de barre de contraste, etc.) se retrouvent souvent regroupés
spatialement. Au sein d’une même modalité sensorielle, de multiples cartes peuvent se superposer les unes
aux autres (position d’une source visuelle, orientation et direction de barres de contrastes, dominance
oculaire, etc.). A ce jour, l’utilité computationnelle de cette organisation en cartes fonctionnelles reste une
question ouverte.
Les rongeurs possèdent sur chacune de leur face un ensemble d’environ 25 macro-vibrisses qui sont
utilisées dans des tâches comportementales variées telles que la localisation d’objets proches et la
détermination de leur forme et leur texture. Les informations tactiles collectées par les vibrisses lors de
leur déflexion par le contact avec des objets sont représentées dans le cortex somato-sensoriel S1 au sein
de l’aire S1bf. Les neurones de la couche 4 de S1bf sont organisés en une carte fonctionnelle constituée de
domaines appelés tonneaux (barrels) : les champs récepteurs des neurones dans S1bf (définis comme
l’amplitude de leurs réponses à des stimulations non corrélées des différentes vibrisses) sont en première
approximation centrés sur la vibrisse principale associée au tonneau. Notre équipe a récemment montré,
grâce à la microscopie à deux photons (cf. figure ci-dessous), l’existence d’une seconde carte
fonctionnelle : au sein de chaque tonneau, les neurones s’organisent en « pinwheel » en fonction de leur
préférence pour la direction de déflexion de la vibrisse principale. Une particularité de ce système est
l’émergence très tardive de cette carte de sélectivité directionnelle, en comparaison de ce qui est connu
dans le système visuel par exemple (1).
De nombreux travaux ont montré que les champs récepteurs n’étaient pas limités à la seule vibrisse
principale mais pouvaient avoir des structures complexes, s’étendant sur plusieurs vibrisses adjacentes.
Ceci suggère que les neurones corticaux pourraient présenter des réponses modulées par les corrélations
entre les déflexions des différentes vibrisses, telles qu’on peut les observer dans stimulations naturelles.
L’utilisation très récente d’un stimulateur permettant de contrôler précisément les stimuli multi-vibrisses
(2) (collaboration avec l’équipe de Daniel Shulz, UNIC, Gif / Yvette) a permis effectivement de démontrer
que la fréquence de décharge de certains neurones corticaux était fortement modulée en présence de
corrélations fortes entre les angles de déflexions des vibrisses faciales: certains neurones (dits « globaux »)
détectent des mouvements cohérents (c’est à dire fortement corrélés en direction) de l’ensemble des
vibrisses ; d’autres neurones (dits « locaux ») détectent au contraire des contrastes angulaires de déflexion
entre la vibrisse principale et les vibrisses adjacentes (contraste « centre / contour ») (3).
Dans ce projet, nous souhaitons étudier s’il existe une organisation spatiale des neurones en couche
2/3 du cortex à tonneaux en fonction de leur caractère global ou local. Les neurones globaux s’organisent-
ils par exemple eux aussi en un pinwheel à l’échelle d’un tonneau ou de l’ensemble des tonneaux? Les
neurones locaux, sensibles aux contrastes entre vibrisses voisines, se localisent-ils préférentiellement à la
frontière entre tonneaux ? Existe des corrélations entre la localisation des neurones globaux et locaux ? La
réponse à ces questions permettra de mieux comprendre les mécanismes sous-tendant la formation des
champs récepteurs de ces neurones lors de stimulations corrélées. Pour aborder ces questions, nous
utiliserons la microscopie à deux photons. Cette technique qui révolutionne les neurosciences depuis une
vingtaine d’années, nous permet de mesurer les réponses fonctionnelles de toutes les cellules de la couche
2/3 d’un tonneau par imagerie calcique et d’établir une carte fonctionnelle exhaustive à l’échelle
celullaire. Ces expériences seront menées sur des rats anesthésiés dont les vibrisses seront déplacées de
façon contrôlée par le stimulateur multi-vibrisses mis au point dans l’équipe de Daniel Shulz.
(1) Kremer, Y; Leger, JF; Goodman, D; Brette, R; Bourdieu, L; J. Neurosci. 31 (29) 10689-10700

(2) Jacob, V; Estebanez, L; Cam, J; Tiercelin, JY; Parra, P; Paresys, G; Shulz, DE; J. Neurosc. Meth. 189 (1) 65-74
(3) Estebanez, L ; el Boustani, S ; Destexhe, A ; Shulz D ; En révision à Nat. Neurosc.