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Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Edition 2012


SMIC


Integration sensori-motrice dans la boucle cerebello-corticale

Integration sensori-motrice dans la boucle cérébello-corticale
Les programmes moteurs dans le cerveau sont continuellement mis à jour par des informations sensorielles entrantes. Ce processus d'intégration sensori-motrice est encore mal compris. Notre projet vise à élucider comment l'information sensorielle entrante est filtrée et envoyée dans le cortex moteur. A cet effet, nous étudions deux grandes structures
afférentes du cortex moteur qui forment des boucles fonctionnelles: le cortex sensoriel primaire et le cervelet.

Intégration sensori-motrice dans la boucle cerebello-corticale
Le principal objectif de notre projet est de comprendre comment l'information sensorielle est mise en forme avant d'être propagée au cortex moteur. Pour étudier cela, nous allons nous concentrer sur le système des vibrisses de rat et de la souris. Dans ce système, nous allons analyser comment le cervelet contribue à façonner l'activité neuronale, quelles sont les caractéristiques des entrées sensorielles extraites par les neurones projetant vers le cortex moteur et la façon dont les circuits sensoriels sont recrutés au cours de l'adaptation du moteur à l'environnement. Nous émettons l'hypothèse que le pilotage sensoriel du système moteur nécessite l'extraction de singularités sensorielles: extraction soit des stimulis saillants ou inattendus. Nous chercherons des traces de tels calculs au cours de la palpation actif / fouettant.
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Approches in vivo
Notre projet combine des enregistrements électrophysiologiques, de l’imagerie à deux photons, des approches optogénétiques et de l’analyse sophistiquée pour identifier les traitements sensoriels qui ont lieu dans ces deux structures (et dans le relais thalamique entre le cervelet vers le cortex), et d'examiner le recrutement de ce réseau lorsque des ajustements moteurs ont lieu consécutivement à des stimulations sensorielles inattendues.

Résultats

L’organisation du circuit cérébello-thalamo-cortical a été décrite par de nombreuses expériences de traçage, mais la physiologie de ce circuit reste singulièrement peu étudiée. Nous avons commencé l'étude du rôle du cervelet dans l'intégration sensori-motrice du système des vibrisses chez le rongeur. À cet effet, nous avons effectué des expériences sur une lignée de souris exprimant la channel-rhodopsine dans les cellules de Purkinje que nous avons déjà décrit et validé (Chaumont et al 2013, PNAS). Nous avons étudié l’influence effective et instantanée du cervelet sur l’activité thalamique et corticale et nous avons montré que l’inhibition des noyaux profonds est suivie d’un rebond d’excitation qui se propage rapidement dans la voie cérébello-corticale et induit une excitation localisée dans le cortex. En déplaçant l’illumination optogénétique sur la surface du cortex cérébelleux pendant l'enregistrement dans le cortex moteur, nous avons alors pu former la première carte fonctionnelle des projections ascendantes depuis le cortex cérébelleux jusqu’au cortex moteur. Ces résultats, combinés à des expériences d’imagerie intrinsèque et d’électrophysiologie de la voie descendante cortico-cérébelleuse qui montre une convergence sensori-motrice dans le cortex cérébelleux, et a des experiences d’analyse de mouvements de vibrisses modulés par des stimulations optogenetiques des cellules de Purkinje dans le cervelet latéral Crus I constitue la première démonstration fonctionnelles de boucles fermées entre cortex moteur et cortex cérébelleux. Ces résultats font l’objet d’un article publié a Nature Neuroscience (Proville et al, 2014, Sep;17(9):1233-9)
Les données des autres taches du projet sont en cours d’acquisition.

Perspectives

Ce projet devrait apporter un nouvel éclairage sur l’intégration sensori-motrice et guider les efforts pour générer des rétroactions sensorielles artificielles dans des prothèses contrôlées par le cortex
moteur.

Productions scientifiques et brevets

1 communication orale à la Gordon Research Conference on Cerebellum
Un article publié : Proville et al, 2014, Nature Neuroscience, Sep;17(9):1233-9
Un article soumis.

Partenaires

IBENS Institut de Biologie de l'ENS

IBENS Institut de Biologie de l'ENS

Aide de l'ANR 450 000 euros
Début et durée du projet scientifique mars 2013 - 36 mois

Résumé de soumission

Les programmes moteurs dans le cerveau sont continuellement mis à jour par des informations sensorielles entrantes. Ce processus d'intégration sensori-motrice est encore mal compris. Notre projet vise à élucider comment l'information sensorielle entrante est filtrée et envoyée dans le cortex moteur. A cet effet, nous étudierons deux grandes structures afférentes du cortex moteur: le cortex sensoriel primaire et le cervelet. Nous proposons d'étudier le rôle de ces structures dans le contrôle des mouvements des vibrisses, un système utilisé pour l'exploration tactile active chez la souris et le rat. Nous émettons l'hypothèse que ces structures exercent des rôles distincts, mais complémentaires en matière de filtrage de l’information. Ainsi, le cortex sensoriel et le cervelet ont la capacité de distinguer respectivement les bords des objets (contrastes locaux) et les entrées sensorielles inattendues. Notre projet combine des enregistrements électrophysiologiques, de l’imagerie à deux photons, des approches optogénétiques et de l’analyse sophistiquée pour identifier les traitements sensoriels qui ont lieu dans ces deux structures (et dans le relais thalamique entre le cervelet vers le cortex), et d'examiner le recrutement de ce réseau lorsque des ajustements moteurs ont lieu consécutivement à des stimulations sensorielles inattendues. Ce projet devrait apporter un nouvel éclairage sur l’intégration sensori-motrice et guider les efforts pour générer des rétroactions sensorielles artificielles dans des prothèses contrôlées par le cortex moteur.

 

Programme ANR : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4) 2012

Référence projet : ANR-12-BSV4-0027

Coordinateur du projet :
Monsieur Clément Léna (Institut de Biologie de l'ENS)
lena@nullbiologie.ens.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.