Mise en place du protocole de microstimulation du Noyau Géniculé Latéral (NGL) pour la restauration de la fonction visuelle

Implementation of the lateral geniculate nucleus (LGN) microstimulation protocol for visual function recovery

• Auteur / Autrice : Samuel Carlier
• Direction : Homaira Nawabi, Clément Hebert
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences - Neurobiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 12/12/2025
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Institut des Neurosciences
• Jury : Président / Présidente : Mireille Albrieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Homaira Nawabi, Julien Falk, Olivier Marre, Lionel Rousseau, Clément Hebert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Marre, Lionel Rousseau

Mots clés

Mots clés libres

Stimulation

Système visuel

Neurotechnologies

Stimulation

Visual system

Neurotechnologies

Résumé

Les atteintes du système nerveux conduisent à des pertes motrices, cognitives et/ou sensorielles. En effet, les maladies neurodégénératives ou bien les lésions traumatiques présentent de grandes similarités, puisque in fine les circuits neuronaux sont lésés. Depuis plusieurs décennies, il a été montré que la stimulation électrique des neurones peut conduire à une amélioration des symptômes. Par exemple, dans le cas de la maladie de Parkinson, la stimulation profonde du cerveau (deep brain stimulation : DBS) est un traitement de routine qui permet d’endiguer les symptômes moteurs, dont les tremblements. Lors de la régénération, notamment dans le système nerveux périphérique, il a été montré que la stimulation électrique du nerf sciatique, qui innerve la jambe, permet d’améliorer la croissance des axones. Bien que ces approches soient extrêmement prometteuses, elles représentent certaines limites : (i) les implants induisent la plupart du temps une réaction inflammatoire importante qui pourrait contrecarrer les bienfaits du traitement, (ii) l’implant se dégrade et sa stabilité n’est pas assurée dans le temps et enfin (iii) l’impact au niveau moléculaire et cellulaire de ces interventions reste peu exploré. Situé dans le thalamus, le noyau géniculé latéral (NGL) est un relais indispensable dans l’intégration et la transmission de l’information visuelle, reçue de la rétine, vers le cortex visuel. Cette thèse vise à mettre en place les protocoles d’enregistrement et de stimulation de ce noyau. Il nous a paru idéal car le système visuel est un modèle très utilisé pour comprendre les mécanismes de dégénération (comme lors du glaucome), de régénération (suite à la lésion du nerf optique), d’intégration et régulation de l’information visuelle. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la réponse du NGL suite à une stimulation électrique. Pour cela, la chirurgie d’implantation et la vérification histologique de l’emplacement de l’implant ont été mis en place, ainsi que le développement des protocoles d’enregistrement de l’activité du NGL. Ces résultats ont permis ensuite d’enregistrer la réponse de ce noyau suite à une stimulation lumineuse et une stimulation électrique. En comparant des conditions vigiles et anesthésiées de la souris, ces expériences ont montré que l’anesthésie modifie la réponse neuronale à une stimulation électrique. Enfin, les expériences ont montré que la stimulation électrique du NGL pouvait induire une activité unitaire (dans le cortex visuel) comparable à celle déclenchée par un flash lumineux. Cette étude a permis le développement des outils et des protocoles qui serviront pour les questions futures. Ils aideront à améliorer l’apport et l’interactions entre la neurobiologie et les neurotechnologies.

Damage to the nervous system leads to some motor, cognitive, and/or sensory loss. Neurodegenerative diseases and traumatic injuries share common traits, since they ultimately disrupt neural circuits. Since several decades now, it has been shown that electrical stimulation of neurons can improve some symptoms. For example, in the case of Parkinson's disease, deep brain stimulation (DBS) is a routine treatment that helps to control motor symptoms, particularly tremors. During regeneration, especially in the peripheral nervous system, it has been shown that electrical stimulation of the sciatic nerve, which innervates the leg, increases axon growth. Although these approaches are extremely promising, they have certain limitations: (i) implants usually induce a significant inflammatory reaction that could counteract the benefits of treatment, (ii) the implant degrades and its stability is not guaranteed over time, and finally (iii) the molecular and cellular impact of these interventions remains poorly explored. In this context, during my thesis I set up a protocol for recording and stimulating the brain. To this end, I focused on a specific nucleus: the lateral geniculate nucleus (LGN), which is part of the thalamus. This nucleus is an essential relay in the integration and transmission of visual information received from the retina to the visual cortex. This nucleus is ideal as the visual system is a widely used model for understanding degeneration (as in glaucoma) and regeneration (following optic nerve injury) mechanisms. First, I characterized the response of the lateral geniculate nucleus following electrical stimulation. To do this, I performed surgery to implant electrodes and histologically verified their location. Then I developed protocols for recording lateral geniculate nucleus activity. These results then enabled me to record the response of this nucleus following visual and electrical stimulation. To do this, I compared conditions where the mouse was awake and where it had been anesthetized. These experiments showed that anesthesia regulates the neuronal response to electrical stimulation. The experiments then showed that electrical stimulation of the LGN could induce unitary activity (in the visual cortex or LGN) comparable to that triggered by a light flash. This study, conducted during my thesis, enabled to establish protocols and tools that will be used for future research and will help to improve the contribution and interaction between biology and neurotechnologies.