Soutenance de thèse de Romain BOURBOULOU

Pour naviguer de manière flexible et efficace dans leur habitat naturel, les mammifères peuvent s'appuyer sur une représentation interne du monde qui les entoure. L'hippocampe est considéré comme l’un des acteurs prenant part à l'élaboration de cette représentation notamment parce qu'il contient un type particulier de cellules: les cellules de lieu. Lorsque l’animal se déplace, chacune de ces cellules s’active dans une partie spécifique de l'environnement qui lui est propre, son champs de lieu, et reste silencieuse ailleurs. Par conséquent, ces cellules sont supposées coder pour un endroit spécifique d'un environnement. Néanmoins, la précision de leur patron de décharge peut être plus ou moins importante en fonction de la taille de l'environnement, de la disponibilité d’indices sensoriels ou de leur localisation le long de l'axe septo-temporal de l'hippocampe. Une question importante est de savoir si et comment la résolution spatiale de l'hippocampe dorsal peut s'adapter aux caractéristiques locales d'un même environnement. Dans ce travail de thèse, nous avons exploré cette question en enregistrant l’activité de neurones de la région CA1 de l’hippocampe chez des souris effectuant des allers-retours dans un couloir virtuel. L’utilisation de la réalité virtuelle nous a permis de finement manipuler les indices visuels disponibles pour l’animal. Plusieurs configurations d’indices visuels ont été utilisées pour étudier la contribution relative des objets visuels 3D, de motifs sur les murs ou une combinaison des deux. Nous avons observé que les objets virtuels améliorent la résolution du codage spatial dans leur voisinage. Les champs de lieu étaient plus nombreux, plus petits, avec une meilleure information spatiale et une meilleure stabilité. Ces effets étaient également observables instantanément suite à une manipulation des indices visuels. D'autre part, les motifs sur les parois ont également permis d'améliorer la résolution du codage spatial, mais dans une moindre mesure. Ces résultats ont été confirmés au niveau de la population à l'aide d'un décodeur bayésien. Les objets ont également renforcé la résolution du codage temporel en améliorant la précession de phase. Nous proposons que la carte cognitive portée par les cellules de lieu de l'hippocampe pourrait avoir une résolution hétérogène pouvant être utilisée pour améliorer le codage et les inférences, notamment pour les grands environments.

To flexibly and efficiently navigate in their natural habitat, mammals can rely on an internal representation of space, also called a cognitive map. The hippocampus is thought to be important for the elaboration of this map. It contains a peculiar type of cells: the place cells, which are active in specific parts of the environment (called their place fields) and virtually silent elsewhere. Place cell spatial coding can be more or less precise depending on the scale of the environment, the availability of sensory cues or their location along the septo-temporal axis of the hippocampus. However, whether and how place cells’ spatial coding resolution can adapt to local features of the same environment remains unclear. In this thesis work, we explored this possibility by recording the activity of hippocampal neurons in the dorsal hippocampal area CA1 of mice navigating a virtual linear track. We used several configurations of visual information to investigate the relative contribution of 3D visual objects, patterns on the walls or a combination of both. We observed that virtual objects improved spatial coding resolution in their vicinity. Place fields were more numerous, smaller, with better spatial information and stability. This effect was highly dynamic upon objects manipulations. On the other hand, patterns on the wall led to an enhancement of spatial coding resolution, but in a lesser extent. These results were confirmed at the population level using a Bayesian decoder. Objects also strengthened temporal coding resolution through improved theta phase precession. We propose that the hippocampal place cells representation can have a heterogenous resolution, which could be used to improve coding or inference notably in large-scale environments.