Connectivité directionnelle dynamique dans les réseaux cortico-corticaux

Dynamic directional connectivity in cortico-cortical networks

• Auteur / Autrice : Georgios Bardanikas
• Direction : Thomas Brochier, Andrea Brovelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 23/06/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INT - Institut des Neurosciences de la Timone
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : INT - CoMCo - Contrôle Moteur Cognitif

Mots clés

Mots clés libres

Connectivité Fonctionelle

Théorie de l'information

Réseaux corticaux

-

Functional Connectivity

Information Theory

Cortical networks

Résumé

On a émis l'hypothèse que les connexions anatomiques provenant des aires motrices exercent des influences descendantes sur le cortex pariétal postérieur pendant le comportement visuomoteur. Cependant, il manque encore une compréhension globale du flux dynamique réciproque d'informations au sein du réseau fronto-pariétal. Cette étude applique de nouvelles mesures de la théorie de l'information pour déterminer si l'activité du cortex pariétal postérieur peut être influencée par l'activité motrice au cours de la préparation et de l'exécution de mouvements séquentiels de la main. À cette fin, deux macaques rhésus ont été entraînés à une tâche d'atteinte séquentielle visuomotrice. Les séquences d'atteinte ont été conçues de manière à ce que la prévisibilité de l'emplacement de la cible augmente au cours de la séquence. Les temps de réaction ont révélé que les animaux commençaient à planifier le mouvement à venir plus tôt au fur et à mesure que la prévisibilité de l'emplacement de la cible suivante augmentait. Des enregistrements neuronaux simultanés ont été réalisés par des réseaux multi-électrodes Utah implantés dans le cortex prémoteur dorsal et le cortex moteur primaire (PMd/M1), ainsi que dans l'aire pariétale 7A. L'analyse de l'information mutuelle a révélé que l'activité multi-unités (MUA) codait la direction du mouvement même dans l'aire pariétale 7A. Les mesures de la théorie de l'information basées sur l'entropie de transfert ont mis en évidence une influence descendante significative de PMd/M1 vers 7A, suivie peu après d'un rebond ascendant dans la direction opposée. Les pics du flux d'informations sont apparus plus tôt par rapport à l'apparition de la cible pour les essais où les singes anticipaient l'emplacement de la cible. Enfin, le flux d'informations lié à la direction du mouvement présentait des amplitudes plus élevées dans la direction descendante, tandis que les informations liées à la position initiale de la main étaient plus fortes dans la direction ascendante. Dans l'ensemble, cette étude met en évidence l'interaction dynamique entre les flux d'informations en amont et en aval dans le réseau fronto-pariétal, apportant des preuves supplémentaires de leur communication interaréale efficace au cours du comportement visuomoteur. De futures études pourraient explorer davantage son rôle dans le soutien du contrôle moteur et l'ajustement des mouvements en cours pendant l'adaptation sensorimotrice.

It has been hypothesized that anatomical connections originating from motor areas exert top-down influences on the posterior parietal cortex during visuomotor behavior. However, a comprehensive understanding of the dynamic reciprocal flow of information within the fronto-parietal network is still lacking. This study applies novel information theoretic measures to investigate whether activity in the posterior parietal cortex can be influenced by motor activity during the preparation and execution of sequential hand reaches. To this end, two rhesus macaques were trained in a visuomotor sequential reaching task. The reach sequences were designed so that the predictability of the target's location increased within the sequence. The reaction times revealed that the animals started planning the upcoming movement earlier as the predictability of the next target location increased. Simultaneous neural recordings were acquired by multi-electrode Utah arrays implanted in the dorsal premotor cortex and primary motor cortex (PMd/M1) and the parietal area 7A. Mutual Information analysis revealed that the Multi-Unit Activity (MUA) encoded the movement direction even in the parietal area 7A. Information Theory measures based on Transfer Entropy captured a significant top-down influence from PMd/M1 towards 7A, followed shortly after by a bottom-up rebound in the opposite direction. The information flow peaks occurred earlier with respect to the target onset for trials where monkeys anticipated the target location. Finally, the information flow related to the movement direction exhibited higher amplitudes in the top-down direction, while the information related to the initial hand position was stronger in the bottom-up. Overall, this study highlights the dynamic interplay between feedforward and feedback information flow in the fronto-parietal network, providing more evidence for their effective interareal communication during visuomotor behavior. Future studies could further explore its role in the support of motor control and adjustment of ongoing movements during sensorimotor adaptation.