Intégration multisensorielle olfacto-tactile dans le cortex à tonneaux chez la souris

Olfacto-tactile integration in mouse barrel cortex

• Auteur / Autrice : Anthony Renard
• Direction : Brice Bathellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Institut de l'audition (Paris)
• Jury : Président / Présidente : James Poulet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Férézou, Rémi Gervais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : James Poulet, Ingrid Bureau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cortex cérébral

Neurophysiologie

Souris de laboratoire

Odorat

Vibrisses des mammifères

Mots clés libres

Neurosciences intégratives

Multisensoriel

Cortex à tonneaux

Olfaction

System neuroscience

Multisensory

Barrel cortex

Olfaction

Résumé

L’intégration de l’information provenant de différents sens est traditionnellement considérée comme relevant des étages associatifs du traitement sensoriel. Cette vue est remise en cause par des effets multisensoriels opérants dès les aires corticales primaires. Chez la souris, les études se sont focalisées sur la vision et l’audition, alors que les rongeurs se fient principalement à l’odorat et au touché vibrissal. La pertinence éthologique de ces modalités, fortement couplées au niveau moteur, offre un potentiel d’interactions intéressant. Nous avons étudié la modulation du cortex à tonneaux en réponse à des stimulations olfactives chez la souris naïve en contention. En combinant la présentation de grilles orientées à des odeurs durant l’enregistrement de larges populations, nous avons établi que 20% des cellules actives de la couche 2/3 sont significativement modulées par les stimulations olfactives, avec une part égale d’augmentation et de suppression des réponses. Cette proportion est réduite à 10% après abolition du balayage vibrissal par section du nerf facial. Dans ces deux conditions, la présence ainsi que l’identité des odeurs peuvent être décodées de l’activité du cortex à tonneaux. Le blocage de la transmission cholinergique n’affecte ni l’ampleur de la modulation, ni la quantité d’information olfactive. Les connexions réciproques avec le cortex perirhinal ont été étudiées, mais leur implication n’a pas pu être démontrée. Ces résultats établissent une nouvelle interaction multisensorielle et contribuent à renouveler notre conception des aires primaires. Le substrat anatomique ainsi que le rôle fonctionnel de cette modulation restent toutefois à déterminer.

The integration of information from different senses is traditionally considered as relevant to the associative stages of sensory processing. This view has recently been challenged by multisensory effects occurring at the level of the primary cortical areas. In mice, studies focused on vision and audition, while rodents rely mainly on smell and whisker touch. The ethological relevance of these modalities, strongly coupled at the motor level, offers potential for interesting interactions. We have studied the modulation of the barrel cortex in response to olfactory stimulation in naive head-fixed mice. By combining the presentation of oriented gratings with odors during the recording of large populations, we have established that 20% of layer 2/3 active cells are significantly modulated by olfactory stimuli, with an equal part of enhancement and suppression. This proportion is reduced to 10% after whisking abolition by section of the facial nerve. Under these two conditions, the presence as well as the identity of odors can be decoded from barrel cortex activity. Blockade of the cholinergic transmission does not affect the extent of the modulation or the amount of olfactory information available to the barrel cortex. Reciprocal connections with the perirhinal cortex have been studied, but their involvement could not be demonstrated. These results establish a new multisensory interaction and contribute to renewing how we think about the role of primary areas. The anatomical substrate as well as the functional role of this modulation remain to be determined.