Dynamiques thalamo-corticales à travers les états d'éveil et de sommeil et leur impact comportemental – AUDIODREAM

Comprendre le basculement du mode de fonctionnement du cerveau entre veille et sommeil reste un enjeu majeur des neurosciences. Le sommeil conduit en effet à une absence de perception consciente mais pas à une absence de traitement sensoriel même dans les centres d'ordre supérieur tels que le cortex sensoriel ou associatif. Cela a été démontré d'abord par la présence de réponses sensorielles dans le cortex pendant le sommeil et ensuite par le filtrage élaboré des informations sensorielles qui peuvent réveiller les sujets humains. Par exemple, entendre son prénom déclenche plus d'interruptions de sommeil qu'un son sans signification avec un contenu acoustique similaire. Ces observations sont en contradiction avec l'idée répandue selon laquelle le thalamus bloque simplement l'accès cortical aux informations sensorielles pendant le sommeil. Par conséquent, de nouveaux mécanismes expliquant le déclenchement de la perception sensorielle pendant le sommeil doivent être élucidés. L'objectif de ce projet est de tester une nouvelle hypothèse qui peut expliquer le manque de perception sans s'appuyer sur un barrage thalamique. Soutenue par une série de résultats préliminaires, notre nouvelle hypothèse propose que, pendant le sommeil, les sons activent les mêmes combinaisons de neurones qui sont recrutés par l'activité spontanée. Contrairement à la théorie du barrage thalamique, cette hypothèse peut rendre compte à la fois de l'absence de perception puisque les réponses sonores seraient indiscernables de l'activité corticale en cours et du traitement continu du son puisque des sons spécifiques peuvent encore évoquer différents modèles. Conformément à cette nouvelle hypothèse, nous avons récemment découvert que l'activité spontanée et les réponses évoquées par le son recrutent des combinaisons de neurones clairement distinctes à l'état de veille, mais que dans au moins deux anesthésies différentes, les réponses sonores et l'activité spontanée recrutent les mêmes combinaisons de neurones. Nous cherchons donc à montrer que le sommeil produit un phénomène similaire bien que les états de sommeil et d'anesthésie soient largement distincts. Nous visons également à démontrer que le chevauchement de l'activité spontanée et évoquée est important pour la perception, en montrant que si dans le sommeil un son donné recrute des combinaisons de neurones qui ne sont pas vues dans l'activité spontanée, alors il y a de fortes chances que l'animal se réveille avec ce son. Les principales innovations du projet sont (i) l'utilisation de l'imagerie calcique à deux photons et des Neuropixels pour évaluer de manière approfondie la diversité des combinaisons neuronales recrutées par les sons ou l'activité spontanée (ii) l'utilisation de méthodes d'analyse de population pour les modèles d'activité, une approche clé pour évaluer si les schémas d'activité spontanée et évoquée diffèrent ou non en présence de variabilité neuronale, (iii) l'utilisation de méthodes de point pour l’annotation automatique des période sommeil pour tester l'effet des sons nouveaux ou déjà connus sur le sommeil, (iv) le développement de modèles computationnels de la dynamique des population corticale basés sur les données pour reproduire la dynamique de réseau observée, proposer des mécanismes de réseau précis et prédire les réponses à de nouveaux sons. Les modèles rendront compte à la fois du basculement dynamique du réseau thalamo-cortical entre le sommeil et l'éveil, et des réponses spécifiques au son dans les deux états. Ensemble, ce projet vise à établir de nouveaux principes de traitement de l'information auditive à travers les états de veille/sommeil et leur relation avec le comportement. Cette question n'a jamais été abordée au niveau neurophysiologique et permettra de découvrir certains des principes par lesquels les informations sur les stimuli accèdent à la perception.