Étude de la maturation comportementale et neuronale au cours du développement chez Danionella cerebrum et étude comparative avec Danio rerio
Auteur / Autrice : | Julie Lafaye |
Direction : | Georges Debrégeas, Filippo Del Bene |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 26/09/2022 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Jean Perrin (Paris ; 2009-....) |
Jury : | Président / Présidente : Régis Lambert |
Examinateurs / Examinatrices : Elim Hong, Owen Randlett | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Neri, Michael Orger |
Mots clés
Résumé
Se déplacer est essentiel pour que les animaux puissent s'adapter à leur environnement. Cette capacité est modulée par les informations sensorielles environnementales intégrées en permanence par les animaux. Chez les poissons, ce programme sensorimoteur est déjà fonctionnel au stade larvaire et évolue avec le développement de l'animal. Dans cette thèse, nous avons exploré comment les stimuli stéréotypés sont intégrés et influencent la locomotion. Nous avons également étudié comment le circuit neuronal sous-jacent de la locomotion évolue au cours du développement animal. Nous avons utilisé des larves de poisson zèbre pour répondre à la première question. Notre implication dans le développement d'un nouveau modèle vertébré, Danionella cerebrum (DC), nous a permis de commencer l’étude de la deuxième question. L’intégration de stimulations multisensorielles est un processus qui nécessite un temps de traitement des informations. Pour l’étudier, nous avons combiné deux réflexes déjà décrits indépendamment chez la larve de poisson zèbre : la réponse optomotrice et la réponse de fuite à une stimulation acoustique. Nous avons confirmé que les larves retardent leur premier mouvement lorsqu'elles sont exposées à un stimulus visuel, et nous avons montré que cette information visuelle n’influence pas la direction de fuite déclenchée par un signal acoustique. Notre laboratoire participe au développement d'un nouveau modèle vertébré, le poisson DC. Par sa petite taille, sa transparence optique de la larve à l’adulte, son large répertoire de comportements et sa relation phylogénétique étroite avec le poisson zèbre, cet organisme est adapté pour l'imagerie fonctionnelle du cerveau en entier avec une résolution cellulaire et à différents stades du développement. Nous avons créé une installation spécifique pour cette espèce et nous avons établi des protocoles d'élevage et d'alimentation basés sur des connaissances déjà existantes. En tant que collaborateurs pour une étude, nous avons profité de la proximité phylogénétique entre le poisson zèbre et le DC pour mener une étude comparative. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la locomotion spontanée et à l'exploration à long terme chez la larve. Nous avons montré que malgré leurs différents modes de nage, les deux espèces ont une exploration à long terme similaire. Pour explorer plus en détail ce phénomène, nous avons décidé de modéliser les trajectoires avec des modèles simples. Nous souhaitons également comprendre comment la lumière affecte le programme locomoteur de DC. En parallèle, l'activité calcique neuronale a été enregistrée avec un microscope à nappe laser afin de déterminer les populations de neurones corrélées à la nage, chez la larve. Il a été publié que les deux espèces ont en commun des régions du cerveau recrutées pendant les phases de mouvements. Grâce à son comportement de nage différent, nous avons mis en évidence des populations neuronales dans le cerveau de DC qui sont activées lorsque le poisson ne nage pas. Nous avons aussi démontré qu'il est possible d'enregistrer l'activité calcique du cerveau entier chez des DC juvéniles avec le même protocole et la même configuration que pour les larves. Cela permettra de suivre la maturation du circuit neuronal locomoteur et d'identifier les mécanismes impliqués dans l'évolution du cerveau au cours du développement. Ce travail de thèse fait partie d'un effort global pour établir DC comme modèle animal en neurosciences. Les futures études dans notre laboratoire viseront à comparer les modèles d'exploration simple définis pour les larves de poisson zèbre et de DC afin d'avoir un aperçu des stratégies d'évolution créant des divergences de comportement. Nous comparerons aussi les modifications du modèle des trajectoires développé pour les larves de DC et celles du circuit neuronal locomoteur, chez les poissons juvéniles, pour révéler certains mécanismes impliqués dans la maturation au cours du développement.