Functional roles of the corticothalamic feedback loop
Rôles fonctionnels de la boucle de rétroaction corticothalamique
par Domenico Giulio GUARINO sous la direction de Yves FRÉGNAC
Thèse de doctorat en Neurosciences
ED 474 Frontières de l'Innovation en Recherche et Education

Soutenue le Friday 12 October 2018 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Aire visuelle
  • Thalamus

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Mots clés
Lateral geniculate nucleus, Peri-ceniculate nucleus, Cortex visuel
Resumé
Le thalamus visuel dorsal des vertébrés reçoit des projections de rétroaction du cortex visuel primaire (V1) qui dépassent largement en densité de connexion la projection directe, que ce soit au niveau du thalamus ou du cortex. De nombreux travaux expérimentaux et de modélisation ont été consacrés à l'étude en boucle ouverte des projections « feedforward » reliant la rétine, le thalamus et le cortex. Mais la relative paucité des conditions expérimentales et leur absence d'homogénéité et de contrôle paramétrique, le manque de reproductibilité des observations fonctionnelles et les données structurelles éparses ont limité jusqu'à présent notre compréhension des fonctions de rétroaction. Pour synthétiser une image globale cohérente qui lie les observations dans toutes les conditions expérimentales de la litérature, nous avons construit un modèle biologiquemeny réaliste, à grande échelle de la boucle corticothalamique chez le chat. Le modèle a été contraint par les études anatomiques pour les statistiques de connectivité, les études d'électrophysiologie pour les paramètres cellulaires et les études de population fonctionnelle pour les statistiques des réponses évoquées. En itérant les procédures d'ajustement des réponses enregistrées expérimentalement à six configurations de stimuli, présentées dans des conditions où la boucle corticothalamique était intacte, inactivée de diverses manières, ou complétement supprimée, nous avons convergé sur un ensemble de paramètres uniques permettant de concilier la plus grande partie d'observations expérimentales. Nous avons étudié l'influence de la réaction corticale sur le traitement du thalamus et du cortex lui-même. En se plaçant d'un point de vue centré sur le thalamus, le modèle souligne le rôle de l'inhibition périgéniculée thalamique et l'antagonisme en miroir de l'organisation spatiale réciproque des champs récepteurs corticaux et thalamiques. En se plaçant d'un point de vue centré sur le cortex, le modèle montre comment la bucle cortico-thalamo-corticale renforce la préférence corticale pour l'orientation et la taille du stimulus, en modulant l'inhibition latérale intracorticale et la cohérence spike-champ. En réunissant ces deux points de vue, nous proposons que la boucle de rétroaction met en œuvre une forme de stratégie « soft » de winner-take-all permettant la fusion et la concurrence entre prédictions fonctionnelles multiplexées temporellement au sein du même réseau cortical.