Propriétés fonctionnelles du cortex frontal

Functional Properties Of The Frontal Cortex

• Auteur / Autrice : Jeffrey Boucher
• Direction : Shihab Shamma
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences et troubles neuronaux
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Systèmes Perceptifs
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Pouget
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shihab Shamma, Jennifer Bizley, Isabelle Ferezou, Yves Boubenec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Ferezou

Mots clés

Mots clés libres

Cortex frontal

Catégorisation perceptuelle

Prise de décision

Réutilisation neuronale

Taux de déchéance

Imagerie échographique fonctionnelle

Frontal Cortex

Perceptual Categorization

Decision Making

Neural Reuse

Lapse Rate

Functional Ultrasound Imaging

Résumé

Le cortex frontal est connu pour être impliqué dans le traitement des stimuli et des actions liés à un objectif, mais il est également connu en neurosciences pour montrer des propriétés de réponse similaires dans de nombreuses régions spécifiques, ce qui entraîne des difficultés à localiser des fonctions particulières. De plus, bien que le cortex préfrontal des primates soit développé de manière unique par rapport à d'autres espèces, les symptômes de lésions du cortex préfrontal chez l'homme ou d'autres animaux impliquent principalement des fonctions cognitives de niveau intermédiaire dont la plupart des mammifères sont capables, y compris les furets ou les souris. En raison de ces facteurs, il peut être difficile de prédire si les propriétés de réponse d'une région frontale trouvées chez une espèce sont reproductibles chez une autre espèce. Dans cette thèse, je décris une série d'expériences étudiant les propriétés du cortex frontal ou de ses régions connectées, chez le furet et chez la souris. Nous montrons que le cortex prémoteur du furet reflète les choix des furets lorsqu’ils commettent des erreurs perceptuelles, mais pas des erreurs non perceptuelles. Nous montrons qu'il est possible de mesurer les apports fonctionnels dans cette région d'une manière dépendante du contexte chez des furets éveillés en utilisant la chimiogénétique. Enfin, nous montrons que le mPFC de souris réutilise les modèles d’activité neuronale pertinents pour le recyclage, mais pas nécessairement dans le rôle initialement joué par les neurones. Chacun de ces projets, avec le contexte supplémentaire d'un vaste corpus de littérature antérieure, contribue à une perspective intégrative sur le cortex frontal : les différents cortex frontaux de différentes espèces et individus sont simplement configurés par leur connectivité et leurs propriétés physiologiques pour reconnaître et coder des modèles liés à des stimuli d'intérêt, et que, à travers les régions et les espèces, les régions seront recrutées pour des tâches dans la mesure où elles sont utiles. De ce point de vue, les similitudes et les différences interindividuelles dans les lésions et les mesures physiologiques peuvent être expliquées, ainsi que la récupération fonctionnelle après une lésion. Cette perspective devrait être utile dans la conception d’autres expériences impliquant le cortex frontal.

The frontal cortex is known to be involved in the processing of goal-related stimuli and actions, but is also notorious in neuroscience for showing similar response properties across many specific regions. This leads to difficulties in localizing particular functions. Additionally, although the primate prefrontal cortex is uniquely developed compared with other species, the symptoms of lesions in the prefrontal cortex in humans or other animals primarily involve mid-level cognitive functions of which most mammals are capable, including ferrets or mice. Due to these factors, it can be difficult to predict if the response properties of a frontal region found in one species are replicable in another species. In this thesis, I describe a series of experiments investigating the properties of the frontal cortex or its connected regions, in ferrets and in mice. We show that ferret Premotor Cortex reflects the ferrets’ choices when they make perceptual errors, but not nonperceptual errors. We show that it is feasible to measure the functional inputs to this region in a context dependent manner in awake ferrets using chemogenetics. Finally, we show that mouse mPFC reuses goal-relevant neural activity patterns on retraining, but not necessarily in the role the neurons initially served. Each of these projects, with the additional context of a large body of prior literature, contribute to an integrative perspective on the frontal cortex: that the various frontal cortices of different species and individuals are merely set-up by their connectivity and physiological properties to recognize and encode patterns related to stimuli of interest, and that, across regions and species, regions will be recruited for tasks to the extent that they are useful. From this perspective, the inter-individual similarities and differences in lesion and physiological measurements can be explained, as well as recovery of function following lesion. This perspective should be useful in the design of further experiments involving frontal cortex.