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Laurent Bourdieu

Dynamique corticale et mécanismes de codage

Contexte


L’étude de l’activité neuronale à l’échelle de quelques dizaines à quelques milliers de cellules est un domaine en plein développement, en particulier grâce aux progrès de la microscopie à deux photons. L’objectif de l’équipe animée par Laurent Bourdieu est d’étudier l’organisation spatiale et temporelle de l’activité cérébrale à l’échelle de réseaux locaux de neurones et de comprendre certaines règles qui gouvernent les processus de codage des informations sensorielles dans le cortex du rongeur. Ces questions sont abordées principalement au moyen de la microscopie à deux photons, dont l’équipe cherche à repousser les limites en termes de résolution temporelle, de sensibilité et de profondeur de pénétration.

Résultats marquants


L’équipe a étudié in vivo le codage d’informations sensorielles tactiles dans le cortex du rat. Elle a exploré l’organisation fonctionnelle du cortex somatosensoriel dans lequel est représenté le mouvement des vibrisses, organes tactiles majeurs qui permettent au rat d’explorer son environnement et de palper des textures. Les vibrisses du rat possèdent une représentation corticale organisée en colonnes appelées « tonneaux ». Les neurones d’un tonneau donné répondent préférentiellement à la stimulation d’une seule vibrisse. L’équipe a décrit de façon exhaustive l’organisation fonctionnelle des neurones au sein d’un tonneau en fonction de leur sélectivité (appelée direction préférentielle) à une stimulation directionnelle de la vibrisse correspondante. Mettant fin à une controverse, il a été montré qu’une carte de direction préférentielle émerge très tardivement au cours du développement et serait liée à la plus longue expérience sensorielle des rats adultes. Actuellement, l’équipe s’intéresse à la représentation de mouvements coordonnés des vibrisses, mettant en évidence la présence et l’organisation fonctionnelle dans les couches supragranulaires de cellules sensibles soit à des mouvements corrélés des vibrisses, soit à des mouvements anti-corrélés (détection de contrastes).

Une des originalités de l’équipe réside dans son expertise en imagerie optique, en particulier en microscopie à deux photons. Cette technique permet d’observer in vivo l’activité (enregistrement des potentiels d’action individuels) et la structure spatiale de réseaux locaux de neurones, tout en identifiant certains types cellulaires et leurs projections vers les régions voisines. En collaboration avec l’équipe de Stéphane Dieudonné, l’équipe a introduit en microscopie à deux photons un système de balayage ultrarapide point par point, fondé sur des déflecteurs acousto-optiques, qui permet d’accéder à des résolutions temporelles de l’ordre de la milliseconde. Ces travaux se poursuivent dans le cadre du développement d’un scanner 3D ultrarapide. Dans le but de pouvoir imager à de plus grandes profondeurs dans les tissus, ces chercheurs développent des stratégies d’optique adaptative. Ceci les a amenés à développer un système de mesure de front d’onde par sélection interférométrique des photons, présentant de nombreuses analogies avec la tomographie optique cohérente (OCT). L’équipe s’intéresse également au développement de fibroscopes implantables sur la tête de rongeurs libres de se mouvoir dans leur cage, dans le but d’étudier le codage de l’activité neuronale lors de tâches comportementales complexes.

Luc Estebanez, Julien Bertherat, Daniel E. Shulz, Laurent Bourdieu, and Jean-François Léger, "A radial map of multi-whisker correlation selectivity in the rat barrel cortex", Nat. Commun. (2016) ;7:13528. doi : 10.1038/ncomms13528.

Walther Akemann, Jean-François Léger, Cathie Ventalon, Benjamin Mathieu, Stéphane Dieudonné, and Laurent Bourdieu, "Fast spatial beam shaping by acousto-optic diffraction for 3D non-linear microscopy," Opt. Express (2015) 23(22):28191-28205

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Carte de sélectivité à la direction dans le cortex à tonneau du (...)
Carte de sélectivité à la direction dans le cortex à tonneau du rat