Soutenance de thèse de Maëva FERRARIS

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Réuniens,Electrophysiologie in vivo,Consolidation mnésique,Hippocampe,cortex,Réseau
Keywords
Reuniens,In vivo electrophysiology,memory consolidation,Hippocampus,cortex,Network
Titre de thèse
Rôle du noyau réuniens dans l'interaction cortico-hippocampique et la consolidation mnésique
Role of the thalamic nucleus reunieus in cortico-hippocampal coupling and memory consolidation
Date
Wednesday 8 April 2020 à 14:00
Adresse
Faculté des Sciences Médicales et Paramédicales, 27 bd Jean Moulin, 13385 Marseille cedex 5
salle de thèse 1
Jury
Directeur de these M. Christophe BERNARD Institut de neurosciences des systemes
Rapporteur M. FRANCESCO BATTAGLIA Donders institute for brain, cognition and behaviour
Examinateur Mme Francesca SARGOLINI Laboratoire de neurosciences cognitives UMR 7291
Examinateur M. JEAN-CHRISTOPHE CASSEL Laboratoire de neurosciences cognitives et adaptatives UMR 7364
Rapporteur M. DIRK ISBRANDT Institute for molecular and behavioral neurophysiology
CoDirecteur de these Mme PASCALE QUILICHINI Institut de neurosciences des systemes

Résumé de la thèse

La consolidation de la mémoire déclarative à long terme repose sur un dialogue entre l’hippocampe et le cortex préfrontal médian durant le sommeil. L'information, acquise et encodée par des assemblées neuronales au cours de la journée, est rejouée pendant le sommeil conduisant au renforcement graduel de la trace mnésique et à son intégration dans les réseaux corticaux. En effet, bien que l’hippocampe permette initialement de stocker les informations, celles-ci sont par la suite progressivement transférées vers le cortex préfrontal médian durant le sommeil profond pour être stockées à plus long terme. Ce dialogue hippocampo-cortical reposerait sur la synchronisation entre ces deux structures d’activités oscillatoires dans différentes bandes de fréquences, telles que les ripples, spindles et oscillations lentes, qui joueraient un rôle clé dans la consolidation mnésique. De récentes études suggèrent l'implication d'un troisième partenaire dans ce processus, le noyau réuniens du thalamus. Il occupe une position unique dans ce réseau puisqu'il connecte de façon réciproque l’hippocampe et le cortex préfrontal médian. Il se trouve donc à même de moduler le dialogue hippocampo-cortical. Toutefois, son rôle de relais fonctionnel rester encore à établir. Afin de mieux comprendre le rôle du noyau réuniens dans la consolidation mnésique, j'ai étudié l'activité de ce réseau hippocampo-thalamo-cortical chez des rats anesthésiés ou durant le sommeil. J’ai utilisé des électrodes multisites à haute densité pour enregistrer simultanément dans les trois structures à la fois les oscillations et un grand nombre de neurones individuels et ainsi déterminer les mécanismes par lesquels le réuniens influence la communication entre l’hippocampe et le cortex préfrontal médian. Nos résultats révèlent que durant les oscillations lentes (1) le noyau réuniens est capable de synchroniser à distance l'hippocampe et le cortex préfrontal médian par l’intermédiaire des oscillations gamma et que (2) l’activité de ses neurones est organisée en séquences temporelles et permettrait le recrutement des assemblées neuronales dans ses deux structures. Pour explorer la dynamique du réseau hippocampo-thalamo-cortical dans la consolidation à long terme, nous avons également commencé développer une approche comportementale compatible avec nos enregistrements électrophysiologiques. Ainsi, ce travail de thèse établit le noyau réuniens comme relais fonctionnel entre l’hippocampe et le cortex préfrontal médian capable d'organiser finement l'interaction entre ces deux structures, processus au cœur de l’échange d’information et de la consolidation. Ces mécanismes pourraient constituer un nouveau mode de communication utilisé par ce réseau et ouvriraient de nouvelles perspectives dans l’étude la mémoire à long-terme.

Thesis resume

The consolidation of declarative memories is believed to occur during sleep and involves a dialogue between two brain regions, the hippocampus and the prefrontal cortex. The information, acquired and encoded during the day by neuronal assemblies, is replayed during sleep leading to the progressive strengthening and integration of the memory trace in the prefrontal cortex. There would thus be a gradual transfer of information from the hippocampus to the medial prefrontal cortex for long-term storage via the synchronization of hippocampo-cortical networks by different oscillations such as ripples, spindles and slow oscillations. Recent studies suggest the involvement of a third partner, the thalamic nucleus reuniens, in memory consolidation. Because of its bidirectional connections to the hippocampus and medial prefrontal cortex, the nucleus reuniens holds a key position to relay information between the two structures. To better understand its involvement in memory consolidation, I investigated the activity of this hippocampo-thalamo-cortical network in both anesthetized and sleeping rats, using high-density multisite electrodes. Our results revealed that during slow oscillation (1) the nucleus reuniens is able to synchronize the hippocampus and medial prefrontal cortex through gamma oscillations and that (2) its activity is organized in reliable spatial sequences which seems necessary to recruit neuronal assemblies in both structures. To explore the dynamics of the hippocampo-thalamo-cortical network in long term consolidation, we have also started to develop a behavioural approach compatible with electrophysiological recordings. Thus, this PhD work provides evidence that the nucleus reuniens acts as functional hub able to finely organize hippocampo-cortical interaction to promote information transfer between the two structures. Such mode of communication may play an important role for long-term memory processes.