Résolution spatiale de la carte cognitive : étude de l'influence des repères visuels proximaux sur la résolution du codage spatial dans la région CA1 de l'hippocampe dorsale en réalité virtuelle

Spatial resolution of the cognitive map : investigation on the influence of proximal visual cues on spatial coding resolution in area CA1 of the dorsal hippocampus using virtual reality

• Auteur / Autrice : Romain Bourboulou
• Direction : Alfonso Represa, Jérôme Epsztein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 15/10/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Neurobiologie de la Méditerranée (INMED) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Rémi Monasson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kathryn J. Jeffery, Vincent Hok, Julie Koenig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michaël Zugaro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Région CA1 de l'hippocampe

Réalité virtuelle en médecine

Hippocampe (anatomie)

Mots clés libres

Hippocampe

Cognition spatiale

Cellules de lieu

Réalité virtuelle

Objet

Résolution

Ca1

Hippocampus

Spatial cognition

Place cells

Virtual reality

Object

Resolution

Ca1

Résumé

Pour naviguer de manière flexible et efficace dans leur habitat naturel, les mammifères peuvent s’appuyer sur une représentation interne du monde qui les entoure. L’hippocampe (HPC) est considéré comme l’un des acteurs de cette représentation car il contient des cellules de lieu. Lorsque l’animal se déplace, chacune de ces cellules s’active dans son champs de lieu et reste silencieuse ailleurs. Une question importante est de savoir si et comment la résolution spatiale de l’HPC dorsal peut s’adapter aux caractéristiques locales d’un même environnement. Nous avons exploré cette question en enregistrant l’activité de neurones de la région CA1 de l’HPC chez des souris effectuant des allers-retours dans un couloir virtuel. Des objets visuels 3D, des motifs sur les murs ou leur combinaison, ont été utilisés pour étudier leur impact sur la résolution du codage d’information spatiale. Nous avons observé que les objets améliorent la résolution du codage spatial dans leur voisinage. Les champs de lieu étaient plus nombreux, plus petits, avec une meilleure information spatiale et une meilleure stabilité. Ces effets étaient également observables instantanément suite à une manipulation des indices visuels. Ces résultats ont été confirmés au niveau de la population à l’aide d’un décodeur bayésien. Les objets ont également renforcé la résolution du codage temporel en améliorant la précession de phase. Nous proposons que la carte cognitive portée par les cellules de lieu de l’HPC pourrait avoir une résolution hétérogène pouvant être utilisée pour améliorer le codage et les inférences, notamment pour naviguer dans de grands environnements.

To flexibly and efficiently navigate in their natural habitat, mammals can rely on an internal representation of space, a cognitive map. The hippocampus is thought to be important for the elaboration of this map. It contains a peculiar type of cells: the place cells, which are active in specific parts of the environment (place fields) and virtually silent elsewhere. Place cell spatial coding can be more or less precise depending on the scale of the environment, the availability of sensory cues or their location along the septo-temporal axis of the hippocampus. However, whether and how place cells’ spatial coding resolution can adapt to local features of the same environment remains unclear. We explored this possibility by recording neurons in the dorsal CA1 area of mice navigating a virtual linear track. We used several types of visual information, such as 3D visual objects and 2D patterns on the walls or their combination to investigate their impact on spatial coding resolution. We observed that virtual objects improved spatial coding resolution in their vicinity. Place fields were more numerous, smaller, with better spatial information and stability. This effect was highly dynamic upon objects manipulations. Also, patterns on the wall led to an enhancement of spatial coding resolution, but to a lesser extent. These results were confirmed at the population level using a Bayesian decoder. Objects also strengthened temporal coding resolution through improved theta phase precession. We propose that the hippocampal place cells representation can have a heterogenous resolution, which could be used to improve coding or inference notably in large-scale environments.