Intégration multisensorielle : implications du thalamus et du cortex

Multisensory integration : implications of the thalamus and cortex

• Auteur / Autrice : Anne-Laure Vittek
• Direction : Céline Cappe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences, comportement et cognition
• Date : Soutenance le 20/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Comportement, Langage, Éducation, Socialisation, Cognition (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Cerveau et Cognition (Toulouse ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Pier-Giorgio Zanone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlie Wilson, Patrizia Fattori
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-René Duhamel, Boris Gourévitch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cortex cérébral

Thalamus

Sens et sensations

Mots clés libres

Multisensoriel

Pulvinar médian

Gyrus cingulaire postérieur

Single-units

Local field potentials

Multisensory

Medial pulvinar

Posterior cingulate gyrus

Single-units

Local field potentials

Résumé

Notre perception de l'environnement est multisensorielle. Le réseau anatomique impliqué dans l'intégration multisensorielle est multiple. L'objectif de cette thèse était d'étudier le rôle potentiel du gyrus cingulaire postérieur, une région corticale, et du pulvinar médian, une structure sous-corticale, dans l'intégration multisensorielle. Pour cela, des enregistrements électrophysiologiques (single-units et local field potentials, LFP) ont été réalisés dans ces deux zones, chez deux macaques, pendant une tâche de fixation avec présentation de stimuli auditifs, visuels et audiovisuels de différentes natures (serpent, macaque, bruit). Concernant le gyrus cingulaire postérieur, l'analyse des single-units précédemment réalisée avait révélé la présence de neurones auditifs, visuels et audiovisuels. Plusieurs types de neurones audiovisuels ont été identifiés : neurones classiques (neurones bimodaux et modulateurs) et complexes, ces derniers n'ayant pas été décrits dans la littérature jusque-là. Les neurones audiovisuels complexes sont des neurones dont la réponse sensorielle dépend du stimulus présenté. Ils peuvent, par exemple, se comporter comme un neurone auditif pour un stimulus (serpent) et comme un neurone visuel pour un autre stimulus (macaque). Nous avons montré que les neurones audiovisuels dans le gyrus cingulaire postérieur sont principalement sub-additifs. L'analyse des LFP révèle que cette région reçoit des informations auditives, visuelles et audiovisuelles. L'analyse dans le domaine fréquentiel indique que ces informations sont partiellement séparées selon les bandes de fréquences. Notamment, l'information multisensorielle est largement majoritaire dans les basses fréquences, tandis qu'on retrouve plus d'informations unisensorielles à hautes fréquences. Concernant le pulvinar médian, l'analyse des single-units révèle la présence de neurones unisensoriels et multisensoriels (classiques et complexes), réalisant de l'intégration multisensorielle. L'analyse des LFP indique que cette structure reçoit les trois informations sensorielles considérées (auditive, visuelle, audiovisuelle), l'information multisensorielle étant majoritaire dans les basses fréquences. De plus, les différences de proportion de signaux multisensoriels en entrée (LFP) et en sortie (single-units) du pulvinar médian confirment que ce noyau thalamique traite l'information avant de la renvoyer, et que son rôle ne se résume pas à un simple rôle de relai mais qu'il joue un rôle intégratif. La présence de neurones multisensoriels qualifiés de complexes, tout comme la séparation des informations sensorielles entre les bandes de fréquences sont à mettre en relation avec de possibles améliorations de l'information disponible et de sa transmission entre les différentes régions du cerveau. En effet, répartir différentes informations sur divers canaux (les fréquences) d'un seul signal (les LFP) permet de transmettre simultanément davantage d'information, voire de cibler les régions auxquelles chaque information est transmise si ces dernières n'utilisent que certains canaux.

Our perception of the environment is multisensory. The anatomical network involved in multisensory integration is multiple. The objective of this thesis was to study the potential role of the posterior cingulate gyrus, a cortical region, and the medial pulvinar, a subcortical structure, in multisensory integration. For this purpose, electrophysiological recordings (single-units and local field potentials, LFP) were made in these two areas, in two macaques, during a fixation task with presentation of auditory, visual and audiovisual stimuli of different natures (snake, macaque, noise). Regarding the posterior cingulate gyrus, the previously performed single-unit analysis revealed the presence of auditory, visual and audiovisual neurons. Two types of audiovisual neurons have been identified: classical neurons (bimodal and subthreshold neurons) and complex ones, the latter not having been described in the literature so far. Complex audiovisual neurons are neurons whose sensory response depends on the presented stimulus. For example, they can behave like an auditory neuron for one stimulus (snake) and like a visual one for another stimulus (macaque). The audiovisual neurons in the PCG are predominantly sub-additive. LFP analysis reveals that this region receives auditory, visual and audiovisual information. The analysis in the frequency domain indicates that this information is partially separated according to the frequency bands. In particular, multisensory information is largely predominant at low frequencies, while more unisensory information is found in high frequencies. Concerning the medial pulvinar, the analysis of the single-units reveals the presence of unisensory and multisensory neurons (classic and complex), performing multisensory integration. The analysis of the LFP indicates that this structure receives the three sensory information considered (auditory, visual, audiovisual), the multisensory information being predominant in the low frequencies. In addition, the differences in the proportion of multisensory signals entering (LFP) and exiting (single-units) from the medial pulvinar confirm that this thalamic nucleus processes information before sending it back, and plays not only a relay role, but also an integrative one. The presence of multisensory neurons qualified as complex, as well as the separation of sensory information between frequency bands, are related to possible improvements in the information available and its transmission between the different regions of the brain. Indeed, distributing different information on various channels (the frequencies) of a single signal (the LFP) makes it possible to transmit more information simultaneously, or even to target the regions to which each information is transmitted if each region only uses certain channels.