Bases neuronales de l'intégration multisensorielle

Neuronal basis of multisensory integration

• Auteur / Autrice : Hippolyte Moulle
• Direction : Volker Bormuth
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/04/2023
• 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 : Germán Sumbre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elim Hong
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ruben Portugues, Yves Boubenec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflexe vestibulo-oculaire

Modification du comportement

Danio rerio

Microscopie de fluorescence

Système nerveux central

Mots clés libres

Intégration multisensorielle

Cerveau

Neurone

Comportement

Poisson zèbre

Microscopie à feuille de lumière

Multisensory integration

Brain

Neuron

Behaviour

Zebrafish

Light-Sheet microscopy

Résumé

Dans un environnement multisensoriel, notre système nerveux traite un nombre élevé d'informations en continu. Dans cette thèse, nous posons la question de savoir où et comment des stimuli extérieurs sont intégrés dans le cerveau, et de l'influence de l'intégration multisensorielle sur le comportement. A l'aide d'une installation rotative associée à un écran et projecteur, nous avons pu explorer les effets que les stimuli vestibulaire et visuel ont sur la larve de poisson zèbre. Durant des stimulations uni- et multisensorielles, nous avons enregistré le comportement des animaux en suivant la rotation de leurs yeux, et analysé leur réponse neuronale, en utilisant un microscope à feuille de lumière. D'un point de vue comportemental, nous avons trouvé que la cohérence entre les deux stimuli avait un impact fort sur la réponse, et que l'association cohérente entre les stimuli vestibulaire et visuel déclenchait un comportement super-additif. Certains neurones du cerveau répondaient aux deux modalités, et étaient localisés de manière stéréotypée. Ces neurones pouvaient être modélisés linéairement, et certains d'entre eux étaient super-additifs. Ce travail aide à comprendre comment une stimulation vestibulaire, difficile à évoquer, est traitée quand elle est combinée avec une stimulation visuelle, à l'échelle du cerveau dans son intégralité. La région multisensorielle découverte pourrait servir de base à de futurs travaux sur l'intégration multisensorielle.

In a multisensory environment, our central nervous system is constantly dealing with a substantial amount of information. In this thesis, we wonder where and how stimuli are integrated in the brain, and the influence of multisensory integration on behaviour. Using a rotating setup associated with a screen and projector, we were able to investigate the effect of vestibular and visual cues on larval zebrafish. During unisensory and multisensory stimulations, we recorded the behaviour of the animals by tracking their eyes, and analyzed their neuronal response using light-sheet imaging. From a behavioural perspective, we found that the coherence of the stimuli had a strong impact on response, and that coherent vestibular and visual stimuli elicited a super-additive behaviour. Some neurons in the brain responded to both cues, and were stereotypically located. These neurons could be modeled linearly, and some of them were super-additive. This work helps understand how vestibular stimulation, a complex to evoke stimulus, is processed with visual input, at the whole-brain level. The multisensory area uncovered could define a basis for future studies on multisensory integration.