CE37 - Neurosciences intégratives et cognitives

Decoder la complexité des oscillations hippocampiques (et corticales) pour prédire le comportement et ses alterations – HippoComp

Résumé de soumission

Les oscillations cérébrales, en permettant un transfert dynamique des informations au sein des réseaux neuronaux, jouent un rôle clé dans les processus cognitifs. A l’échelle du cortex entier, de multiples flux d'informations parallèles sont multiplexés et intégrés de manière non linéaire à travers des oscillations de fréquences plus ou moins rapides. Une riche dynamique oscillatoire est également présente à l’échelle des systèmes. Ainsi, dans la formation hippocampique, les oscillations thêta (?), présentes durant le comportement exploratoire, serviraient de référence globale (entre autres pour le codage en phase des cellules de lieux) alors que les oscillations gamma (?) permettraient une ségrégation temporelle des informations en provenance de sources différentes. De manière intéressante, lorsqu’un animal arrive au point de choix d’un labyrinthe, il est observé une augmentation du couplage cross-fréquentiel entre les oscillations ? et ? dans l’hippocampe mais également une augmentation transitoire (i.e. dynamique) de la cohérence ? et ? entre l’hippocampe et certaines régions corticales. Ainsi, la dynamique oscillatoire ?-? dans l'hippocampe (mais également à une échelle plus large) représenterait une signature des computations neuronales sous-tendant la navigation spatiale et, plus généralement, la mémoire épisodique.
Ces fonctions cognitives clés sont particulièrement perturbées dans de nombreuses pathologies dont la maladie d’Alzheimer (MA). Ainsi, chez des modèles murins de MA, les altérations cognitives et comportementales se produisent avant les altération histopathologique classique de la MA (plaques amyloïdes…) mais sont corrélées avec les perturbations de la dynamique oscillatoire hippocampique. Chez l'Homme, la connectivité fonctionnelle hippocampique (déterminée par imagerie fonctionnelle ou électroencéphalographie) est perturbée dès les stades précliniques et corrèle avec les premiers signes de déclin cognitif. Cependant, nous ne savons toujours pas si ces changements de dynamique oscillatoire et de synchronisation à large échelle sont une conséquence de la dégénérescence neuronale ou l'une de ses causes. En effet, l’amplitude des déficits cognitifs n'est que partiellement expliquée par l'avancement des pertes neuronales et fluctue sur des échelles de temps rapides, incompatibles avec une perte ou une régénération soudaine des circuits. Il est donc probable que l’altération de la dynamique oscillatoire ait un impact mécanistique direct sur l'émergence des troubles cognitifs. Cette hypothèse a plusieurs implications majeures. Premièrement, la conception de « neuromarqueurs » qui suivraient fidèlement les divergences entre les dynamiques neuronales «saine» et « pathologiques » pourraient conduire à des détection précoces de la MA, mais également à une meilleure prédiction de l'évolution des déficits. Deuxièmement, être capable d'intervenir sur la dynamique oscillatoire pourrait éventuellement ralentir voire inverser l'évolution des déficits cognitifs en agissant sur le « software» - les codes neuronaux locaux et les processus globaux de routage / interfaçage - plutôt que sur le «hardware», c'est-à-dire l'intégrité structurelle des circuits. En effet, la connectivité fonctionnelle peut être préservée malgré des changements de connectivité structurelle sous-jacente pour peu que le système soit maintenu dans un même régime de dynamique collective adéquat.
HIPPOCOMP a donc pour objectifs: i) d’approfondir la compréhension des relations entre la dynamique oscillatoire complexe (à l’échelle des systèmes et à une échelle plus large, pan-corticale) et les fonctions mnésiques; ii) d’identifier les altérations précoces de cette dynamique oscillatoire complexe dans un nouveau modèle murin de MA et proposer ainsi de nouveaux neuromarqueurs non invasifs; iii) de montrer que les manipulations qui préservent/restaurent les fonctions cognitives dans la MA restaurent en fait une dynamique oscillatoire «saine».

Coordination du projet

Romain GOUTAGNY (Laboratoire de Neurosciences Cognitives et Adaptatives (UMR 7364))

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.

Partenaire

LNCA Laboratoire de Neurosciences Cognitives et Adaptatives (UMR 7364)
INS Institut de Neurosciences des Systèmes

Aide de l'ANR 296 607 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2022 - 36 Mois

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