Rôle fonctionnel des connexions en feedback dans le cortex visuel: une étude combinant approches théorique et expérimentale. – LARSEN

RESUME PROJET – Contexte scientifique et objectifs
Notre capacité à percevoir notre environnement, c'est à dire à détecter, localiser, et identifier les objets qui nous entourent, est largement déterminée par le cortex visuel. Le cortex visuel est composé d'une multitude d'aires, réciproquement connectées entre elles par les connexions en «feedforward» et en «feedback». Les connexions en feedforward lient les aires situées aux niveaux les plus bas du système visuel à celles situées aux niveaux les plus élevés. Ces connexions sont essentielles dans le transfert des signaux dans les différentes étapes de la hiérarchie corticale. Les connexions en feedback se font dans la direction opposée. Malgré leur importance numérique, la fonction de ces connexions reste mal comprise. Le but du projet présenté ici est de progresser dans notre compréhension de la fonction et du fonctionnement des connexions en feedback en combinant études théoriques et études expérimentales à trois niveaux de complexité, différents mais interdépendants. RESUME PROJET – Description
Nous étudierons chez le primate le rôle des connexions en feedback de l'aire MT (V5) sur les aires V1 et V2, et chez le chat, les connections entres aires homologues, autrement dit les connexions en feedback de l'aire PMLS sur les aires 17 et 18. L'étude théorique se déroulera en parallèle sur un système d'aires analogue.
La première étape sera de déterminer par quels mécanismes synaptiques les connexions en feedback exercent leur influence. Dans ce but, on proposera, grâce à l'étude théorique, des mécanismes plausibles. Ceux-ci seront testés expérimentalement par enregistrement intracellulaire dans les aires 17 et 18 chez le chat. Nous enregistrerons et caractériserons les potentiels synaptiques produits par les connexions en feedback provenant de l'aire PMLS. Les neurones de l'aire PMLS seront activés par application de glutamate.
La deuxième étape sera de déterminer de quelle manière les connexions en feedback contrôlent la circulation des signaux visuels au niveau d'une colonne corticale, en analysant leurs influences sur la relation entre contraste du stimulus et amplitude de la réponse évoquée. La partie expérimentale consistera à réaliser des enregistrements extracellulaires de neurones isolés dans les aires V1 et V2 chez le singe marmouset, avant, pendant et après inactivation de l'aire MT (V5) par refroidissement. L'interprétation des résultats obtenus au niveau des cellules isolées sera contrainte par une étude de modélisation qui examinera les interactions entre neurones d'une colonne corticale et leur modulation par les connexions en feedback.
La troisième étape consistera à déterminer, théoriquement et expérimentalement, l'influence des connexions en feedback sur les interactions qui se font entre différentes colonnes corticales, exprimées au niveau physiologique sous la forme d'interactions centre-pourtour. La dynamique de ces influences sera également étudiée. RESUME PROJET – Resultats attendus
Les résultats suivants sont attendus: 1) la non-linéarité de l'influence des connexions en feedback sera liée au fait qu'elles agissent par l'intermédiaire de récepteurs NMDA. 2) Etant donné que l'aire MT (V5) présente une grande sensibilité au contraste, son inactivation devrait conduire à une diminution de la sensibilité au contraste dans les aires V1 et V2. 3) L'examen des interactions centre-pourtour permettra de déterminer à quelles échelles spatiale et temporelle les connexions en feedback exercent leurs effets. Un modèle général du fonctionnement et de la fonction des connexions en feedback sera proposé, qui pourra être généralisé à d'autres systèmes: on peut en effet supposer que les fonctions cognitives des aires de haut niveau, comme la mémoire à court terme et l'attention sélective, influent sur le traitement des signaux visuels dans les aires de plus bas niveau via les connexions en feedback.