Soutenance de thèse de SUIRE Vinca
Titre de thèse
Contribution des informations sensorielles externes et internes à l'activation des cellules de lieu de l'hippocampe au cours du développement
Contribution during development of internal and external sensorial information to hippocampal place cells' activation
Résumé de la thèse
Pouvoir se localiser et naviguer dans des environnements familiers est essentiel dans notre vie quotidienne. Chez les rongeurs, l'activité des cellules principales de l'hippocampe, appelées cellules de lieu (CL), est spatialement sélective. Les CL s'activent séquentiellement lors de l'exploration d'environnements riches en indices. Elles s'activent aussi lorsque les entrées externes sont minimisées sur la base d'indices sensoriels internes. Ces types d'activités sont liées à différents types de navigation: (i) la navigation basée sur une carte en référence à des repères externes et (ii) la navigation auto-référencée basée sur l'intégration de trajet. Il semblerait, qu'au fil de l'évolution, les mécanismes cérébraux impliqués dans la navigation dans l'espace aient été réadaptés pour la navigation dans l'espace mental ou mémoriel. Dans ce cadre, la navigation auto-référencée représenterait la prémisse de la mémoire épisodique.
Le développement de la mémoire auto-référencée est rallongé chez les humains et les rongeurs. Cela pourrait être lié au développement tardif des séquences générées en interne des CL. Chez les rongeurs, l'émergence de la mémoire spatiale est retardée par rapport à celle de l'activité unitaire des CL. L'apport des indices externes et interne est toujours confondu dans les environnements réels. Pour comprendre leur contribution relative à l'activation des CL au cours du développement, nous avons entraîné des souris juvéniles (de P15 à P25) à faire des allers-retours dans une arène linéaire virtuelle ayant des repères visuels locaux distribués de manière hétérogène. Nous avons enregistré l'activité des cellules pyramidales de l'hippocampe de l'aire CA1 avec des sondes multisites en silicium. Nous étudions l'activité des CL selon la disponibilité des indices et des stades développementaux pour déterminer si l'activation des CL en fonction des indices internes et externes se développe parallèlement ou séquentiellement chez la souris.
Les résultats obtenus montrent que les souris sont capables de naviguer dans un environnement virtuel dès P15. De plus, leurs performances s'améliorent avec l'âge. Le codage de CL augmente en précision avec l'âge également. Enfin, nous observons qu'aux âges étudiés le codage est restreint aux zones enrichies en indices externes. Ces indices modulent également le codage au niveau local avec des champs de lieu très précis observés même dans les CL des animaux les plus jeune. Pris ensemble, ces résultats pointent vers un codage premièrement basé sur les repères externes au cours du développement juvénile chez la souris, avec une émergence plus tardive du codage s'appuyant sur les indices internes.
Mots clés : Cellules de Lieu, Hippocampe, Indices, CA1, Développement, Juvénile, Souris, Electrophysiologie
Thesis resume
Being able to locate oneself and navigate familiar environments is essential in our daily lives. In rodents, the activity of the principal cells in the hippocampus, called place cells (PCs), is spatially selective. PCs fire sequentially when exploring environments rich in cues. They also fire when external inputs are minimized based on internal sensory cues. These types of activities are related to different types of navigation: (i) map-based navigation using external landmarks and (ii) self-referenced navigation based on path integration. It would appear that, over the course of evolution, the brain mechanisms involved in spatial navigation have been readapted for navigation in mental or memory space. In this context, self-referential navigation would represent the premise of episodic memory.
The development of self-referential memory is protracted in humans and rodents. This could be related to the late development of internally generated sequences in the PC. In rodents, the emergence of spatial memory is delayed compared to that of PC unit activity. The contribution of external and internal cues is always confounded in real environments. To understand their relative contribution to PC activation during development, we trained juvenile mice (from P15 to P25) to run back and forth in a virtual linear arena with heterogeneously distributed local visual cues. We recorded the activity of hippocampal pyramidal cells in the CA1 area using multisite silicon probes. We studied PC activity according to cue availability and developmental stages to determine whether PC activation based on internal and external cues develops in parallel or sequentially in mice.
The results show that mice are able to navigate in a virtual environment as early as P15. Furthermore, their performance improves with age. PC coding also increases in accuracy with age. Finally, we observe that at the ages studied, coding is restricted to areas enriched with external cues. These cues also modulate coding at the local level, with very precise place fields observed even in the youngest animals. Taken together, these results point to coding based primarily on external cues during juvenile development in mice, with coding based on internal cues emerging later.
Keywords: Place Cells, Hippocampus, Cues, CA1, Development, Juvenile, Mice, Eplectrophysiology