Thèse Information Véhiculée par les Cascades d'Activité Beta et Gamma dans le Cortex Visuel de la Souris H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : École normale supérieure - PSL (ENS-PSL) École doctorale : Sciences du Vivant Laboratoire de recherche : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure Direction de la thèse : Quentin PERRENOUD ORCID 6216000161602644 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-10-31T23:59:59 Le cortex cérébral est notre principal centre cognitif et se subdivise en aires, sensorielles, associatives ou motrices. Chaque aire est connectée au thalamus, une structure relayant les informations sensorielles ou les informations provenant d'autres régions corticales et motrices. Les entrées thalamiques sont intégrées sur six couches, relayant les informations traitées vers des structures corticales et sous-corticales spécifiques. Cette intégration est régulée par l'acétylcholine et la noradrénaline qui sont impliqués dans la vigilance.
L'activité thalamocorticale varie rapidement en fonction du comportement. Notre équipe a récemment montré chez la souris que l'activité dans les bandes de fréquence beta (15-30 Hz) et gamma (30-80 Hz) du cortex visuel primaire (V1) est liée à de brèves cascades de synchronisation, favorisant l'intégration de l'information visuelle relayée par le thalamus. Ces cascades offrent une nouvelle perspective pour comprendre la dynamique corticale et un moyen de suivre l'intégration visuelle en temps réel. L'incidence des cascades d'activité gamma augmente pendant la locomotion et l'état d'éveil indiquant qu'elles sont modulées par le contexte comportemental. Les cascades beta, sont observées après une exposition répétée à des stimuli visuels et offrent un contexte bien défini pour examiner les mécanismes de la plasticité corticale et de l'apprentissage.
Cette thèse a deux objectifs : (1) déterminer comment les cascades beta et gamma organisent l'encodage de l'information visuelle par les neurones corticaux et (2) comprendre comment cet encodage est modulée par l'acétylcholine et la noradrénaline.
Objectif 1 : Explorer comment les cascades gamma et beta organisent l'intégration visuelle
Les cascades gamma peuvent être évoquées dans V1 par stimulation optogénétique des terminaisons thalamiques issues du noyau genouillé latéral dorsal (dLGN), qui relaie l'information visuelle provenant de la rétine, ou supprimés par modulation du dLGN via l'activation optogénétique des fibres inhibitrices issues du noyau réticulaire thalamique (TRN). La modulation des cascades gamma facilite ou inhibe la détection visuelle indiquant qu'elles soutiennent l'intégration visuelle dans V1. Cependant la façon dont les neurones corticaux représente les informations visuelles pendant ces cascades est mal comprise.
Des approches informationnelles seront utilisées pour examiner comment les cascades gamma et beta modulent les représentations visuelles le long de la hiérarchie corticale dans l'ensemble de données « Visual Coding - Neuropixels » de l'Institut Allen, un ensemble public d'enregistrements simultanés du LFP dans le cortex et le thalamus visuels réalisés grâce à des sondes multicanaux à haute densité chez la souris éveillée.
Objectif 2 : Comprendre la neuromodulation des cascades d'activité béta et gamma
Des neuromodulateurs comme l'acétylcholine et la noradrénaline sont susceptibles de moduler la fréquence des cascades beta et gamma et la façon dont elles organisent le traitement des informations visuelles.
Des stimulations optogénétiques des terminaisons cholinergiques et noradrénergiques seront réalisées au-dessus de V1 et du dLGN. L'activité des aires visuelles du cortex sera enregistrée par des sondes multicanaux à haute densité afin d'examiner comment l'acétylcholine et de la noradrénaline modulent les cascades gamma et beta. Dans un deuxième temps, nous utiliserons des vecteur viraux AAV pour exprimer les senseurs fluorescent génétiquement encodés Ach3 et Ne2m dans le cortex visuel. Ces senseurs permettant la détection de l'acétylcholine et de la noradrénaline par photométrie par fibre optique. Cette approche sera couplée avec des enregistrements à haute densité du LFP pour déterminer comment ces deux neuromodulateur affectent les dynamiques des cascades beta et gamma en temps réel.
Le cortex cérébral est notre principal centre cognitif et est impacté dans des maladies psychiatriques majeures. Il se subdivise en aires hiérarchisées, spécialisées dans des aspects spécifiques du traitement sensoriel, associatif ou moteur. Chaque aire est connectée au thalamus, une structure relayant les informations sensorielles ou les informations traitées provenant d'autres régions corticales et motrices. Les entrées thalamiques sont intégrées sur six couches, qui retournent à leur tour l'information traitée vers des structures corticales et sous-corticales spécifiques. L'intégration thalamocorticale est régulée entre-autre par des projections ascendantes libérant des neuromodulateurs tels que l'acétylcholine et la noradrénaline qui sont impliqués dans la régulation de l'état d'éveil. Le présent projet de thèses présente deux objectifs principaux. Le premier sera de déterminer comment les cascades beta et gamma organisent l'encodage de l'information visuelle par les populations neuronales à l'échelle de la milliseconde. Il s'agira ensuite de comprendre comment cet encodage est modulée de manière dynamique par l'acétylcholine et la noradrénaline. Les études initiales s'appuieront sur des jeux de données accessibles au public. Les études ultérieures se baseront des enregistrements du LFP par des sondes multicanaux à haute densité de type Neuropixels3,4, couplées à des modulation optogénétique des voies cholinergiques et adrénergiques.