Soutenance de thèse de Jean-Yves MONTENAY

Le sens de l'orientation est essentiel à la survie des animaux. Pour naviguer efficacement et de manière flexible, les mammifères peuvent s'appuyer sur une représentation interne de l'espace, également appelée carte cognitive. Cette carte cognitive élaborée à partir d'un large éventail d'informations sensorielles permet à l'animal de se situer dans son environment et maintenir une capacité d’orientation en dépit des changements environnementaux. L'hippocampe, une structure cérébrale du lobe temporal, est considéré comme un élément central de cette carte car il contient des neurones (cellules de lieu) qui s'activent lorsque l’animal se trouve dans des zones précises de son environnement. Ce codage positionnel est contrôlé par les informations sensorielles et contextuelles via des projections de régions impliquées dans le codage relatif à la distance et la direction. Dans l'ensemble, cela a conduit à proposer que les cellules de lieu hippocampiques jouent un rôle central dans l’élaboration de cette représentation interne de l’espace. Des travaux récents ont montré que des neurones du cortex visuel primaire présentaient une activité spatiale similaire à celle de cellules de lieu, suggèrant que le système visuel est également impliqué dans l’implémentation de la carte cognitive. Poursuivant cette idée, mon travail de thèse montre qu’un codage similaire à celui des cellules de lieu est présent dans le noyau géniculé dorso-latéral du thalamus (dLGN), une région classiquement considérée comme étant un « simple » relais des informations visuelles entre la rétine et le cortex visuel primaire. De façon surprenante, ce codage spatial est suffisamment robuste pour persister dans l'obscurité. Afin de déterminer l’origine de ce codage, j’ai essayé de déterminer l'influence du cortex visuel primaire sur l’activité spatiale des neurones du dLGN. J’ai également voulu vérifier si une expérience visuelle préalable des environnements était nécessaire à l’émergence d’un tel codage, en enregistrant les neurones du dLGN chez des rats explorant différents environnements complexes, dans l'obscurité ou non. J’ai également étudié les effets de lésions du thalamus visuel sur l’activité des cellules de lieu afin d'évaluer son influence sur le codage spatial hippocampique. Les données préliminaires montrent que le codage spatial des cellules de lieu est dégradé suite à la lésion. Le dLGN est classiquement considéré comme un relais de l'information visuelle entre la rétine et le cortex visuel primaire. Cependant, il est de plus en plus établi que le thalamus pourrait être impliqué dans divers processus tels que la flexibilité comportementale, la formation de la mémoire et la cognition en général. Par conséquent, mes travaux montrent que le dLGN joue un rôle plus large dans le codage spatial que via le simple transfert d'informations visuelles.

A sense of direction is essential for the survival of animals. To navigate efficiently and flexibly, mammals can rely on an internal representation of space, also known as a cognitive map. This cognitive map allows the animal to orient itself in the world based on a wide range of sensory information. The hippocampus is considered as a central element of this map because it contains neurons, called place cells, that are activated while the animal is in specific areas of its environment . This positional coding is controlled by sensory and contextual information that are conveyed to the hippocampus from regions involved in distance and direction coding. Overall, this led to the assumption that hippocampal place cells play a central role in the building of this internal representation of space. More recently, studies have shown spatial coding similar to that of place cells is observed at an early level of visual information processing, the primary visual cortex. Following this idea, my thesis work shows that neurons in the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) of the thalamus, exhibit spatial-selective activity similar to that of place cells. This was unexpected as this area is classically considered to be a “mere” relay of visual information between the retina and the primary visual cortex. Surprisingly, spatial coding in dLGN remains stable in total darkness. In order to determine the origin of this coding, I examined the influence of the primary visual cortex on this activity. I also tested whether previous visual experience is necessary to such activity by recording dLGN neurons as rats explore environment with different shapes in dark or light. I also investigated the effect of dLGN lesions on place cell activity the determine whether spatial coding in dLGN would be transmitted to the hippocampus. Preliminary data show that place cells show degraded spatial-selective activity. Overall, there is growing evidence that the thalamus may be involved in various processes such as behavioral flexibility, memory formation and cognition in general. Thus, my work shows that the dLGN plays a broader role in spatial coding than a mere transfer of visual information.