Plasticité de la dynamique spatiale et temporelle de la représentation d’une odeur dans le bulbe olfactif de souris

Plasticity of Spatiotemporal Dynamic of Odor Representation in the Mouse Olfactory Bulb

• Auteur / Autrice : Romain Chery
• Direction : Hirac Gurden, Claire Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/10/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie (Orsay, Essonne ; 2006-2019)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Granon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hirac Gurden, Claire Martin, Sylvie Granon, Franck Debarbieux, Martin Giurfa, Rémi Gervais
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Franck Debarbieux, Martin Giurfa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris

Bulbe olfactif

Stimulation sensorielle

Plasticité neuronale

Mots clés libres

Plasticité

Représentation sensorielle

Bulbe olfactif

Souris

Plasticity

Sensory representation

Olfactory bulb

Mice

Résumé

La représentation corticale des informations sensorielles est fondamentale dans la perception, la reconnaissance et la mémorisation des différents objets de l’environnement. Les mécanismes de codage d’un stimulus sensoriel au niveau d’une population neuronale prennent place dans le temps et l’espace, deux composantes que nous avons étudiées successivement dans ce travail de thèse. Dans le bulbe olfactif, la dynamique des activités neuronales se traduit par de larges oscillations du potentiel de champ local. Plusieurs études indiquent que ces activités oscillatoires varient en fonction de l’environnement olfactif ou de l’expérience de l’animal. Toutefois peu d’études ont comparé les réponses oscillatoires aux odeurs entre les états d’éveil et d’anesthésie. La composante spatiale du traitement olfactif dans le bulbe se manifeste par l’activation d’unités fonctionnelles, les glomérules. Visualisées par des techniques d’imagerie fonctionnelle, ces activités distribuées à la surface du bulbe olfactif forment une topographie lâche des molécules olfactive reconnues en périphérie par les neurorécepteurs olfactifs. L’existence d’une plasticité de ces cartes spatiales, un aspect crucial du codage de la représentation de l’information dans d’autres modalités sensorielles, est débattue dans le bulbe olfactif. Dans ce cadre, les travaux présentés dans cette thèse s’articulent autour de deux questions : quel est l’impact de l’état d’éveil de l’animal sur les oscillations du potentiel de champ local enregistré dans le bulbe olfactif ? Existe-t-il une plasticité des cartes glomérulaires suite à un apprentissage associatif ? Par l’enregistrement, chez les mêmes souris, des régimes oscillatoires en condition éveillée et anesthésiée (par un mélange de kétamine-xylazine ou kétamine-médétomidine), nous montrons que les profils de réponses oscillatoires évoquées par l’odeur sont similaires dans les deux conditions, et que l’activité spontanée est modulée différemment selon le régime anesthésique. Pour étudier le codage spatial nous avons en premier lieu visualisé et décrit les variations des cartes glomérulaires évoquées par les odeurs en enregistrant par imagerie optique deux types de signaux basés sur l’activité métabolique, le signal intrinsèque et l’autofluorescence des flavoprotéines. Suite au développement d’une fenêtre optique dans le bulbe olfactif en chronique, nous avons pu comparer les cartes spatiales obtenues avant et après un apprentissage olfactif. Nous avons mis en évidence un impact différentiel de deux types de conditionnement sur la représentation spatiale de l’odeur.

The cortical representation of sensory information is fundamental for perception, recognition and storage of different objects in the environment. Sensory coding by neuronal population has two components, time and space, that we studied successively in this thesis. In the olfactory bulb, the rhythmic and transient’s dynamic of the extracellular activities are represented as large oscillations of the local field potential. Several studies indicate that these oscillatory activities vary with the olfactory environment or the experience of the animal. However, very few studies have compared oscillatory profiles evoked by odors between awake and anesthetized animals. The spatial component of sensory processing in the olfactory bulb is characterized by the activation of functional units, the glomeruli, which can be visualized by functional imaging techniques. These distributed activities at the surface of the olfactory bulb form a coarse topography of the olfactory molecules that bind on peripheral olfactory neuroreceptors. However, the fact that these spatial maps are plastic, a crucial aspect of encoding the representation of information in other sensory modalities, is still debated in the olfactory bulb. In this context, the work presented in this thesis is driven by two questions: what is the impact of the level of arousal on the oscillations of local field potential recorded in the olfactory bulb? Are glomerular maps plastic after associative learning? In the same mice, we recorded oscillatory activities in awake and anesthetized conditions (using ketamine-xylazine or ketamine-medetomidine mixtures). We show that the profiles of oscillatory responses evoked by odor stimulations are similar in the two conditions, and that spontaneous activity is differentially modulated according to the anesthetic regime. To study odor spatial coding, we used optical imaging to record odor-evoked glomerular maps using two types of metabolic signals, the intrinsic signal and flavoproteins autofluorescence. We developed chronic optical window on the olfactory bulb that allowed us to compare the spatial maps obtained before and after olfactory learning. We have shown that two types of conditioning exerted a differential impact on the spatial representation of the odor.