Thèse soutenue

Profils d'activité neurale lors d'événements oscillatoires soutendant la consolidation des souvenirs dépendant de l'hippocampe
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Auteur / Autrice : Ralitsa Todorova
Direction : Michaël Zugaro
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Neurosciences
Date : Soutenance le 21/09/2018
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris) - Centre interdisciplinaire de recherche en biologie / CIRB
établissement opérateur d'inscription : Collège de France (1530-....)
Jury : Président / Présidente : Alain Destexhe
Examinateurs / Examinatrices : Michaël Zugaro, Alain Destexhe, Anton Sirota, Francesco Battaglia, Karim Benchenane, Pascale Quilichini
Rapporteurs / Rapporteuses : Anton Sirota, Francesco Battaglia

Mots clés

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Résumé

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Le stockage à long terme des souvenirs épisodiques requiert la formation de la mémoire pendant l'expérience d'éveil ainsi que la consolidation de la mémoire, un processus de renforcement de la mémoire qui a lieu pendant le sommeil. L'encodage rapide des traces mnésiques a lieu dans l'hippocampe pendant l'éveil. Pendant le sommeil, les traces mnésiques de l'hippocampe sont « rejouées » pendant les ondulations -- de brefs motifs oscillatoires hippocampiques (50-150 ms) à haute fréquence associés à une activité synchrone élevée. Les bouffées d'activité synchrone des neurones de l'hippocampe pendant les ondulations font d'eux des acteurs clés dans la consolidation de la mémoire des systèmes -- le processus de communication des mémoires vers le néocortex pour un stockage à long terme.L'activité corticale dans le sommeil est dominée par l'oscillation lente -- l'alternance synchrone des neurones corticaux entre un état dépolarisé (état HAUT) associé à des niveaux élevés d'activité endogène, et un état bref (~200ms) hyperpolarisé (état BAS) lorsque les neurones restent silencieux. Les états BAS sont accompagnés de grandes déviations du potentiel de champ local -- ondes delta, tandis que les états HAUTS sont associés à une activité élevée et des fuseaux thalamocorticaux, deux processus pouvant entraîner une plasticité synaptique. On pense que la consolidation de la mémoire des systèmes implique une coordination entre les rythmes hippocampiques et corticaux -- notamment, les ondulations hippocampiques précèdent (~130ms) les ondes delta corticales, qui sont ensuite suivies par des fuseaux thalamocorticaux.Pour vérifier si ce couplage temporel entraîne une consolidation de la mémoire, nous avons déclenché des ondes delta corticales suite à des ondulations hippocampiques afin d'améliorer la cooccurrence d'événements ondulation-delta couplés. Cela a augmenté la consolidation de la mémoire et la performance du rat sur une tâche de mémoire spatiale, et a entraîné une réorganisation des réseaux corticaux préfrontaux suite à des ondes delta induites ainsi qu'une réponse accrue du cortex préfrontal à la tâche le lendemain. De manière cruciale, ces améliorations n'ont pas été observées lorsqu'un retard (160-240 ms) a été introduit en plus du couplage endogène, indiquant que la stabilisation des traces mnésiques nécessite une interaction très fine entre les ondulations et les ondes delta.Comment l'interruption de l'activité corticale par des périodes de silence généralisées pendant les ondes delta peut-elle sous-tendre la consolidation de la mémoire lorsqu'elle se produit précisément entre le transfert d'informations (réactivation hippocampique) et la plasticité du réseau (état HAUT) ? Contrairement à un principe généralement accepté, nous avons constaté que les ondes delta ne sont pas des périodes de silence complet, et que l'activité résiduelle n'est pas un simple bruit neuronal. Au lieu de cela, nous avons montré que les cellules corticales émettent des « delta spikes » pendant les ondes delta en réponse à la réactivation transitoire d'ensembles hippocampiques pendant les ondulations, et que cela se produit sélectivement pendant la consolidation endogène ou induite de la mémoire. Ces résultats suggèrent un nouveau rôle pour les ondes delta, à savoir que le silence synchronisé de la grande majorité des cellules isole le réseau des entrées concurrentes, tandis qu'une sous-population sélectionnée de neurones reste active en réponse aux réactivations de l'hippocampe, faisant le pont entre les états HAUTs et coordonnant la consolidation de la mémoire.