L'organisation spécifique du traitement de l'information sous-tend le traitement du temps dans les microcircuits cérébelleux – NetOnTime

Le cervelet joue un rôle majeur dans le contrôle, la synchronisation et l'apprentissage des mouvements fins. Le cortex cérébelleux combine l'information sensorimotrice multimodale transmise par les fibres moussues (MF) et les modèles internes de l'appareil moteur pour réguler la sortie du cervelet. Notre objectif est de comprendre comment ces calculs temporels sont effectués. Le cortex cérébelleux est organisé en une série de modules répétés fonctionnant en parallèle Cependant, plusieurs études révèlent des différences anatomiques et fonctionnelles entre modules cérébelleux qui conduisent à une grande diversité de traitement de l'information. Une description fonctionnelle exhaustive des modules est donc nécessaire pour comprendre comment ils communiquent. De plus, la capacité du cervelet à apprendre différents contextes multisensoriels repose sur l'intégration de flux d'information entre modules. Ainsi, comment le cervelet combine-t-il les informations contextuelles et l'organisation modulaire pour contrôler les mouvements ? Nous postulons que le faible cloisonnement des information issus des fibres moussues (FM) évite le problème que poserait un câblage précis et exclusif entre FM et cellules granulaires (CG) et assure généralisation et robustesse pour des tâches spécifiques. Nos principales questions sont :
- Comment la connectivité cérébelleuse détermine-t-elle le couplage fonctionnel entre modules cérébelleux ? En particulier, les CGs situées à un endroit donné étant clonalement liées, le lignage cellulaire détermine-t-il des modules fonctionnels cérébelleux ?
- Comment les modules cérébelleux traitent-ils et coordonnent-ils l'information temporelle pour piloter les mouvements en conditions normales et altérées?
Nous proposons donc (1) de cartographier in vitro l'organisation spatiale des entrées excitatrices et inhibitrices sur les interneurones et les cellules de Purkinje (CP) par décageage automatique de glutamate (Tâche 1). Ces cartes spatiales seront comparées à l'organisation clonale des GCs (Tâche 2), obtenue par une nouvelle méthodologie d’analyse clonale utilisant des marqueurs fluorescents de couleurs distinctes et un nouveau type de microscopie tridimensionnelle multiphotonique multicolore. Les propriétés fonctionnelles des clones de GC seront ainsi évaluées. Nous examinerons ensuite in vitro et in vivo comment les propriétés temporelles du circuit FM-CG-CP , sont déterminées par l'organisation modulaire par microscopie à deux photons et imagerie iGluSnFR (Tâches 3 et 4). Nous regarderons si la dynamique synaptique des FM est corrélée celle des synapses CG-CP et vérifierons si les modules présentent des propriétés spécifiques liées à la dynamique temporelle du comportement qu’ils contrôlent. Nous regarderons ensuite si les clones de CG présentent une dynamique synaptique similaire. Nous activerons des groupes de FM et étudierons à la fois l'équilibre E/I dans la couche moléculaire et les stratégies de codage temporel au niveau des clones de CG, interneurones et CP. Si des cartes spatiales sont conservées entre modules, sous-tendant leur communication, nous évaluerons dans quelle mesure elles codent également des informations temporelles régionales provenant de groupes ou clones de CG spécifiques. Par une approche de modélisation (Tâche 4), nous testerons les effets fonctionnels de la distribution spatio-temporelle de synapses dynamiques le long du circuit FM-CP. Enfin, nous observerons comment les modules s'adaptent aux perturbations comportementales et étudierons les règles de la communication intermodulaire (Tâche 5). Tous ces résultats seront inclus dans une plateforme internet de diffusion et de partage (Tâche 6). Ce projet est original, car il va contribuer à établir les mécanismes synaptiques de la fonction cérébelleuse. Nous allons identifier les règles de codage temporel des contextes sensorimoteurs dans les modules et comment elles génèrent pourtant une sortie module-spécifique dans les CP.