Afférences corticales vers les nouveaux neurones du bulbe olfactif : plasticité et rôle dans la perception dépendant de l'expérience

Cortical inputs onto adult-born neurons in the Olfactory Bulb : plasticity and role in experience-dependent perception

• Auteur / Autrice : Enzo Peroni
• Direction : Mariana Alonso, Antoine Nissant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 27/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Gènes, synapses et cognition
• Jury : Président / Présidente : Claire Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lisa Roux, Pierre-Marie Lledo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Djoher Nora Abrous, Didier Desaintjan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage perceptif

Inhibition

Développement neurologique

Plasticité neuronale

Bulbe olfactif

Mots clés libres

Olfaction

Neurogénèse

Inhibition

Apprentissage

Olfaction

Neurogenesis

Inhibition

Learning

Résumé

L’olfaction permet à la plupart des animaux de percevoir les molécules volatiles de leur environnement. Un réseau neuronal complexe – le système olfactif – est nécessaire pour détecter, identifier et discriminer les odeurs, mais aussi pour les associer à des situations particulières et déclencher une réponse comportementale adaptée. Le bulbe olfactif est le premier relai de l’information provenant de l’organe de détection, mais intègre également de nombreuses afférences, les fibres centrifuges, provenant d’autres régions cérébrales comme le cortex olfactif. Parmi ces connections, nous avons récemment découvert des connections inhibitrices à longue distance entre le cortex et le bulbe olfactifs. De plus, au cours des dernières décennies, un mécanisme auparavant réfuté a été démontré : la neurogenèse adulte. Ce processus, présent dans l’hippocampe, l’hypothalamus et le bulbe olfactif des rongeurs, permet l’intégration de nouveaux neurones dans les réseaux cérébraux tout au long de la vie d’un individu. Il a également été montré que ces neurones sont particulièrement impliqués dans les phénomènes d’apprentissage et de mémoire. Nous avons donc cherché à déterminer si les connections entre les projections corticales inhibitrices et les nouveaux neurones dans le bulbe olfactif sont modifiées par l’apprentissage olfactif, suggérant une modulation du signal entrant par les expériences passées. En combinant un apprentissage olfactif à de l’électrophysiologie ex vivo, nous avons montré que les neurones générés à l’âge adulte sont spécifiquement plus inhibés par les fibres du cortex après l’apprentissage, mais aussi que l’inhibition accrue est due en partie à une augmentation du nombre de synapses entre ces cellules. De plus, des manipulations optogénétiques de l’inhibition corticale entrainent une altération de la détection d’odeurs proches et l’association de celles-ci à des valeurs, mais n’ont pas d’effet sur la mémoire de ces associations. Nous avons donc démontré un mécanisme où les neurones inhibiteurs à longue-portée, ici ceux du cortex, jouent un rôle majeur dans l’apprentissage sensoriel grâce à une inhibition accrue, spécifiquement sur les neurones générés à l’âge adulte.

Olfaction allows most animals to perceive volatile molecules filling the environment they roam. A complex neuronal network – the olfactory system – is required for an animal to detect, identify, and discriminate odors, as well as associate them with contextual cues, leading to adapted behavioral responses. The olfactory bulb is the first relay for information coming from the odor detection organ, but also integrates considerable inputs from various brain regions such as the olfactory cortex. Among them, we have recently uncovered a direct long-range inhibitory connection between the olfactory cortex and the olfactory bulb. In addition, the past decades shed light on a previously refuted mechanism, adult neurogenesis. This process has been demonstrated in the hippocampus, hypothalamus, and olfactory bulb of rodents, and allows the integration of new functional neurons in the brain networks throughout the whole life of an individual. Moreover, it was shown that neurons born in the adult brain are uniquely involved in learning and memory processes. We thus sought to determine whether the inhibitory projections from the cortex to the adult-born neurons in the olfactory bulb were modified after olfactory learning, underlying entering signal modulation by previous experiences. Combining an olfactory learning task with ex vivo electrophysiology, we showed that adult-born granule cells in the olfactory bulb exclusively received more inhibition from the olfactory cortex after learning. Furthermore, we demonstrated that this increase in inhibition was partly due to a greater number of synapses between cortical fibers and adult-born granule cells. Furthermore, optogenetic manipulation of GABAergic top-down activity bidirectionally modulates fine odor detection and impairs olfactory learning, but not memory, revealing their significant impact on behavior. Thus, we unraveled a mechanism where top-down projections might play a major role in sensory learning through increased inhibition, specific to adult-born neurons, and highlighted the relevance of this inhibitory feedback for olfactory processing.