Soutenance de thèse de Mathilde NORDLUND

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Navigation spatiale,Cellules de lieu,Codage de distance,,
Keywords
Spatial navigation,Place cells,Distance coding,,
Titre de thèse
Codage de distance dans la région CA1 de l’hippocampe : effets d’une inactivation pharmacologique du septum médian
Distance coding in CA1 region of hippocampus: effects of pharmacological inactivation of the medial septum
Date
Mardi 5 Juillet 2022 à 14:00
Adresse
Institut de Neurobiologie de la Méditerranée Parc scientifique de Luminy 163 route de Luminy 13273 Marseille
Salle de conférence
Jury
CoDirecteur de these M. Alfonso REPRESA INMED
CoDirecteur de these Mme Julie KOENIG GAMBINI INMED
Rapporteur M. Romain GOUTAGNY LNCA UMR 7364 CNRS
Rapporteur Mme Gabrielle GIRARDEAU INSTITUT DU FER-A-MOULIN UMR-S 1270 Inserm
Examinateur M. Jean-Christophe CASSEL LNCA UMR 7364 CNRS
Examinateur Mme Francesca SARGOLINI LNC UMR 7291 CNRS

Résumé de la thèse

Naviguer de façon flexible vers des buts imperceptibles et pouvoir s’adapter aux contraintes environnementales supposent l’existence d’une représentation interne de notre environnement, aussi appelée carte cognitive. Les cellules de lieu de l’hippocampe, par leur activité spatialement modulée, sont de bons candidats pour fournir un substrat neuronal aux cartes cognitives. Ces cellules intègrent au moins deux sources d’information : des informations externes ou allothétiques (données par l’environnement) et des informations internes ou idiothétiques (générées par nos mouvements). L’objectif de ce travail de thèse est de caractériser les mécanismes permettant aux cellules de lieu d’intégrer les informations idiothétiques. Pour ce faire, nous avons étudié un type de codage spatial présent chez les rongeurs effectuant des allers-retours dans des environnements virtuels linéaires : le codage de distance. En réalité virtuelle, les cellules de lieu bidirectionnelles (spatialement modulées dans les deux directions) peuvent manifester un codage de distance défini par un champ de lieu situé à la même distance du point de départ dans le sens de l’aller et du retour. Ce type de codage diffère du codage de position caractérisé par un champ de lieu situé à la même position (par rapport au référentiel externe) dans les deux directions. Nous montrons dans un premier temps, que la disponibilité en indices visuels proximaux (objets 3D situés dans le couloir virtuel) influence le codage spatial des cellules bidirectionnelles. Un environnement dépourvu d’indice visuel favorise un codage de distance alors que la présence d’objets nous permet d’observer à la fois un codage de distance et un codage de position. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux mécanismes permettant de générer le codage de distance. Par les nombreuses projections que reçoivent les cellules de lieu des cellules de grille du cortex entorhinal médian, nous émettons l’hypothèse que les cellules de grille sont fortement impliquées dans l’activité des cellules de lieu sous influence des indices internes. Pour tester cette supposition, nous avons effectué des inactivations pharmacologiques du septum médian, connues pour affecter l’activité spatiale des cellules de grille, et enregistré l’activité de CA1 dans un environnement virtuel favorisant le codage de distance. Nous observons, après inactivation du septum médian, une diminution drastique du nombre de cellules bidirectionnelles codant la distance en l’absence d’indice visuel. De façon intéressante, l’ajout d’indices visuels, malgré l'effet de l’inactivation, n’empêche pas la présence de cellules codant pour la position. Ces résultats suggèrent que le codage de distance des cellules de lieu de l’hippocampe serait dépendant de l’activité des cellules de grille du cortex entorhinal médian.

Thesis resume

Navigating flexibly towards imperceptible goals and being able to adapt to environmental constraints presupposes the existence of an internal representation of our environment, also called a cognitive map. The place cells of the hippocampus, through their spatially modulated activity, are good candidates to provide a neural substrate for cognitive maps. These cells integrate at least two sources of information: external or allothetic information (given by the environment) and internal or idiothetic information (generated by our movements). The aim of this thesis is to characterise the mechanisms by which place cells integrate idiothetic information. To this end, we studied a type of spatial coding present in rodents moving back and forth in linear virtual environments: distance coding. In virtual reality, bidirectional (spatially modulated in both directions) place cells can exhibit distance coding defined by a place field located at the same distance from the starting point in both directions. This type of spatial coding differs from position coding characterised by a place field located at the same position (relative to the external reference frame) in both directions. We first show that the availability of proximal visual cues (3D objects placed in the virtual corridor) influences the spatial coding of bidirectional cells. An environment devoid of visual cues favours distance coding, whereas the presence of objects allows us to observe both distance and position coding. Subsequently, we were interested in the mechanisms by which distance coding is generated. From the numerous projections that place cells receive from grid cells in the medial entorhinal cortex, we hypothesize that grid cells are strongly involved in the activity of place cells under the influence of internal cues. To test this hypothesis, we performed pharmacological inactivations of the medial septum, which are known to affect the spatial activity of grid cells, and we recorded CA1 activity in a virtual environment promoting distance coding. We observe, after inactivation of the medial septum, a drastic decrease in the number of bidirectional distance coding cells in the absence of a visual cue. Interestingly, the addition of visual cues, despite the effect of inactivation, does not prevent the presence of position coding cells. These results suggest that the distance coding of hippocampal place cells is dependent on the activity of grid cells in the medial entorhinal cortex.