Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Cortex rétrosplénial,Cellules de direction de la tête,Cellules multidirectionnelles,Cellules de lieu,Cellules de grille,
Keywords
Retrosplenial cortex,Head direction cells,Multidirectional cells,Place cells,Grid cells,
Titre de thèse
Bases neurales des représentations spatiales d'environnements complexes
Neural bases of spatial representations of complex environments
Date
Vendredi 22 Novembre 2024 à 14:00
Adresse
3 place Victor Hugo, Bât. 9, 13331, Marseille Amphiteatre Charve
Jury
Directeur de these |
Mme Francesca SARGOLINI |
Centre de Recherche en Psychologie et Neurosciences UMR 7077, AMU, CNRS |
Rapporteur |
Mme Desdemona FRICKER |
Integrative Neuroscience and Cognition Center - CNRS UMR 8002 |
Rapporteur |
M. Michaël ZUGARO |
Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB) - Collège de France - UMR 7241 |
Président |
M. Mathieu BERANECK |
Integrative Neuroscience and Cognition Center - CNRS UMR 8002 |
Examinateur |
Mme Julie KOENIG |
Inmed UMR1249 |
Co-encadrant de these |
M. Pierre-Yves JACOB |
Centre de Recherche en Psychologie et Neurosciences UMR 7077, AMU, CNRS |
Résumé de la thèse
Dans son environnement naturel, un rongeur explore des lieux variés, riches en informations et sy déplace. Ces environnements peuvent être complexes du fait de leur structure, comme des terriers composés de multiples galeries, de formes, de topologie et de reliefs divers. Mais la complexité dun environnement peut également être liée aux comportements que lanimal peut adopter ou, des différents buts quil veut atteindre, en utilisant différentes trajectoires et stratégies. Nos travaux révèlent que lactivité électrophysiologique des cellules spatiales, telles que les cellules de direction, de grille et de lieu, représentent dans leur activité le type denvironnement dans lequel lanimal évolue et le comportement quil y adopte.
Nos résultats montrent que la complexité dun environnement composé de pièces connectées peut ainsi se refléter dans lactivité de certaines cellules du cortex rétrosplénial, qui développent une activité propre à chaque pièce : nous proposons quelles fournissent un cadre de référence local. En parallèle, des cellules maintiennent une activité stable entre toutes les pièces : nous proposons que ces dernières fournissent un cadre de référence global. En outre, les cellules de lieu hippocampiques, présentent une activité ancrée sur un cadre de référence local. De telles activités, ancrées sur différents cadres de référence, permettraient de former des représentations des pièces parallèlement à une représentation de lenvironnement entier, ce qui rend possible un déplacement efficace dans des environnements connectés. Le cortex rétrosplénial, qui contient ces deux types dactivités, constituerait une structure clé de la navigation dans de tels environnements.
Dans une étude comportementale de navigation vers un but, nous observons que les cellules de grille présentent une expansion des champs dactivités à proximité dun but. Dans cette même tâche, les cellules de lieu présentent une hausse de lactivité au but. Mais lorsque la tâche comportementale se trouve légèrement modifiée, ces modulations de lactivité des cellules de grille et de lieu ne sont plus présentes (ou dans une moindre mesure), suggérant que les activités au but seraient dépendantes de la tâche comportementale et des stratégies de navigation quelle implique plutôt que de la présence même du but.
Thesis resume
In its natural environment, a rodent explores and navigates diverse areas rich in cues. These environments can be complex due to their inherent structure, such as burrows, composed of multiple tunnels, with varying shapes, topologies, and terrains. However, the complexity of an environment can also be linked to the behaviors that animals may adopt, or to the different goals it aims to reach by using various trajectories and strategies. Our work reveals that the electrophysiological activity of spatial cells such as head direction, grid, and place cells reflect the type of environment in which the animal moves and the behavior it adopts.
Our results show that the complexity of an environment composed of connected rooms can be reflected in the activity of certain cells of the retrosplenial cortex, which develop activity specific to each room: we propose that these cells provide a local reference frame. In parallel, some cells maintain stable activity across all rooms: we propose that these provide a global reference frame. In the hippocampus, place cells show activity anchored to a local reference frame. Such activities, anchored to different reference frames, would allow for the formation of room-specific representations alongside a global representation of the entire environment, enabling efficient navigation through connected spaces. The retrosplenial cortex, which contains both types of activities, may be a key structure for navigating such environments.
In a behavioral study on goal-directed navigation, we observed that grid cells can expand their activity fields near a goal. In the same task, place cells show increased activity at the goal. However, these modulations of grid and place cell activity diminish or disappear when the behavioral task is slightly altered, suggesting that activity at the goal depends on the behavioral task and the navigation strategies it requires rather than on the mere presence of the goal itself.