Circuits neuronaux corticaux pour la perception des odeurs – COCODE

La perception et le comportement dépendent essentiellement des circuits neuronaux pour extraire efficacement des informations pertinentes des stimuli sensoriels de l'environnement. Cependant, les mécanismes neuronaux qui génèrent la perception et le comportement restent inconnus. Pour répondre à cette question fondamentale en neurosciences, nous étudions le traitement sensoriel dans le système olfactif de la souris. L’olfaction représente un système sensoriel simple, d'importance éthologique exceptionnelle et un modèle idéal pour relier les fonctions de circuits neuronaux au comportement.
Les odorants sont détectés par des neurones sensoriels dans l'épithélium olfactif. Ces neurones projettent vers le bulbe olfactif (BO), où l'exposition à des odeurs suscite des motifs stéréotypés d'activité glomérulaire. L'information codée par les motifs glomérulaires doit alors être intégrée dans le cortex olfactif (piriforme) pour générer des percepts, définis par l'identité et l'intensité d’une odeur. L’information est également encodée par l’aspect temporel de l’activité neuronale, et l'exposition aux odeurs provoque des oscillations neuronales robustes dans le BO et le piriforme. Cependant, l’encodage de l'information par les motifs spatio-temporels d'activité dans le piriforme ainsi que le contrôle du comportement par ces représentations corticales restent inconnus.
Notre objectif à long terme est de comprendre les mécanismes sous-tendant le traitement sensoriel et le comportement olfactif. Le but de cette recherche étant de comprendre la façon dont l'identité et l'intensité d'une odeur sont codées par l'activité des neurones dans le piriforme. Notre hypothèse est que l'identité de l'odeur est encodée par les motifs spatiaux d'activité du piriforme alors que l'intensité de l'odeur y est encodée par les temps de réponse aux odeurs. Nos résultats préliminaires suggèrent que ces motifs spatiaux sont majoritairement indépendants de la concentration en odorants. Nous proposons que les interneurones à parvalbumine (PV) dans le piriforme jouent un rôle central dans la normalisation de l’activité neuronale. Ces cellules PV sont nécessaires pour la génération d'oscillations gamma et la synchronisation dans le système olfactif, qui détermine, ensuite, le temps de réponse aux odeurs dans le piriforme. Ainsi, la logique derrière ce projet est de combiner imagerie calcique in vivo biphotonique (labo Fleischmann) et enregistrements multi-unitaires des animaux en comportement (labo Benchenane) pour déchiffrer les motifs spatio-temporels du codage des odeurs dans le Cx piriforme.

Tâche 1. Nous utiliserons l’imagerie calcique in vivo biphotonique et les approches computationnelles pour l'analyse quantitative des informations olfactives dans les ensembles de neurones du piriforme chez des souris anesthésiées.
Tâche 2. Nous enregistrerons les oscillations évoquées par des odeurs et l'activité multi-unitaire dans le BO et le piriforme et nous déterminerons comment des informations sur l'intensité de l'odeur sont codées par les temps de réponse aux odeurs dans le piriforme.
Tâche 3. Par le biais d'outils chémogénétiques, nous manipulerons l'activité des neurones PV, afin de déterminer leurs fonctions dans la génération des motifs spatio-temporels d’activité de réponse aux odeurs.
Tâche 4. Nous utiliserons une tâche de conditionnement opérant « go / no go » chez des souris afin de tester la précision de la discrimination des odeurs à travers une gamme d'intensités et nous corrélerons ces représentations neuronales de l'identité et de l'intensité d'odeur avec la discrimination comportementale.

L'expertise hautement complémentaire des deux laboratoires partenaires permettra de déterminer la contribution des motifs spatio-temporels d’activité au codage de l'identité et de l'intensité d’un stimulus sensoriel dans le cortex olfactif. La réalisation des tâches de cette proposition fournira une compréhension mécanistique des corrélats neuraux de comportement.