Integration et filtrage de l'information dans le thalamus sensoriel d'ordre élevé – Pom-Pom

Le thalamus est une structure essentielle au fonctionnement du cortex cérébral, où se déroulent les computations cérébrales les plus élaborées. Au sein du thalamus, les noyaux "de premier ordre" relaient les informations des structures périphériques vers le cortex, tandis que les noyaux "d'ordre élevé" reçoivent généralement des entrées convergentes provenant d'une diversité de sources corticales et sous-corticales et sont donc des centres intégrateurs complexes. Jusqu'à présent, les opérations qui se déroulent dans les noyaux thalamiques d'ordre élevé sont mal comprises. De plus, ces noyaux reçoivent des inhibitions extra-thalamiques, qui n'ont été reconnues que récemment comme des déterminants importants de leur fonction. La distribution des multiples afférences des noyaux d'ordre élevé au niveau de cellules individuelles, les interactions de ces afférences et la coordination de leurs activités dans le temps pendant processus cérébraux, sont des questions clés qui doivent être abordées afin de comprendre leur fonction.
Dans ce projet, nous étudions les mécanismes régulant le flux d'informations et le traitement sensoriel au niveau d'un noyau thalamique sensoriel d’ordre élevé, le thalamus postérieur médian (Pom). L'étude du Pom a bénéficié d’un intérêt accru au cours de la dernière décennie et ce noyau est actuellement l'un des noyaux d'ordre élevé les mieux caractérisés chez le rongeur. Pourtant, l'intégration des entrées dans le Pom n'a été que très peu abordée (à l'exception des entrées corticales et trigéminales). Notre projet étudie notamment la contribution des afférences inhibitrices extra-thalamiques provenant du pretectum antérieur et de la zona incerta, et d'une afférence excitatrice importante, mais non encore caractérisée, le cervelet.
Notre hypothèse, basée sur nos études précédentes et soutenue par nos données préliminaires, est que l'inhibition exercée par le pretectum antérieur et la zona incerta régule dynamiquement le recrutement des neurones de Pom lorsque les animaux ne sont pas engagés dans une tâche sensorielle, tandis que l'engagement actif dans une tâche, comme lors de la discrimination tactile active, augmente l'excitation combinée des entrées périphériques, corticales et cérébelleuses, associées à la saillance de l'information sensorielle afférente. Nous proposons 1) d'étudier les principes d’opération synaptique dans les cellules de Pom (propriétés synaptiques, motifs de connectivité), 2) de déterminer comment le recrutement sensoriel de Pom est activement contrôlé par des entrées extra-thalamiques inhibitrices spécialisées, et 3) les déterminants de l’activité du Pom dans la discrimination de texture. En utilisant l'optogénétique et la chemo-génétique, les outils de transgénèse virale et les lignées de souris transgéniques, et avec une approche multi-échelle (fonction synaptique, intégration synaptique dans les neurones ex vivo, dynamique neuronale intracellulaire et échantillonnage extracellulaire de l’activité neuronale chez les animaux en comportement), notre projet révèlera les principes qui régissent l’intégration synaptique dans le Pom, et ouvrira de nouvelles perspectives pour l'étude des noyaux thalamiques d'ordre élevé dans le cerveau des mammifères.
Enfin, les noyaux thalamiques sensoriels d'ordre élevé étant essentiels à la perception sensorielle et aux processus attentionels, notre projet pourrait également révéler la base neuronale des opérations délétères dans les troubles du spectre autistique et contribuer ainsi indirectement à une meilleure compréhension de cette maladie.