Présubiculum, Direction de la tête, Neurones, Optogénétique, Électrophysiologie, Connectivité, Synapses

Le présubiculum (PrS) est une structure clé pour le codage de l'orientation spatiale ; il est localisé entre l'hippocampe et le cortex entorhinal. Il fait partie du circuit de direction de la tête, et ses neurones sont sensibles à la direction de la tête. Le presubiculum est stratégiquement positionné pour intégrer des entrées sensorielles vestibulaires et des informations sur les repères visuels de l'environnement, relayées respectivement par le noyau thalamique antérieur (ATN) et le cortex rétrosplenial (RSC). Au cours de mon doctorat, j'ai étudié la connectivité fonctionnelle entre ces deux régions afférentes et le microcircuit du PrS composé de neurones pyramidaux et d'interneurones inhibiteurs. J'ai utilisé des techniques de traçages anatomiques, d'optogénétique et d'enregistrements électrophysiologiques en patch-clamp dans des tranches de cerveau de souris. Mes expériences de traçage rétrogrades ont montré que les neurones de l'ATN et du RSC constituaient les entrées principales du PrS. L'utilisation de vecteurs viraux antérogrades a permis l'expression d'opsines fusionnées à une protéine rapportrice fluorescente dans l'ATN et le RSC, ainsi que la photostimulation des projections axonales de ces régions dans le presubiculum. J'ai pu ainsi montrer que les axones thalamiques ciblaient les couches I et III du PrS, sur l'ensemble de l'axe dorso-ventral. Les axones du RSC se ramifiaient également dans les couches I et III mais uniquement dans la portion dorsale du PrS. La photostimulation des axones ATN et RSC initiaient des évènements postsynaptiques excitateurs dans les neurones pyramidaux de la couche III avec de courtes latences monosynaptiques. Ces évènements étaient médiés par des récepteurs AMPA et NMDA et persistaient en présence de TTX et 4-AP. Les propriétés intrinsèques de ces neurones étaient similaires, indiquant que les afférences ATN et RSC ciblent une même population neuronale. Pour étudier directement la convergence des afférences ATN et RSC sur des neurones uniques, j'ai exprimé des opsines sensibles à la lumières bleue et à la lumière rouge, Chronos et Chrimson, respectivement dans l'ATN et le RSC. La stimulation optique combinée des axones afférents a montré que les neurones de la couche III reçoivent des entrées à la fois de l'ATN et du RSC. Une activation simultanée des afférences a évoqué une sommation supra-linéaire dans ces neurones. Cette non-linéarité pourrait résulter d'une amplification des PPSEs par l'activation de courants intrinsèques ou d'un changement de la balance excitation-inhibition dans les neurones post synaptiques. J'ai cherché à savoir si les interneurones VIP du PrS pouvaient favoriser l'association des signaux de direction de la tête provenant de l'ATN avec les informations de repères visuels du RSC par des motifs de désinhibition. Les propriétés des interneurones VIP ont montré qu'il en existait deux sous-populations. J'ai trouvé que certains de ces interneurones sont connectés de manière directe par les afférences ATN et RSC, ce qui pourrait suggérer qu'ils jouent bien un rôle dans la mise à jour du signal de direction de la tête. Enfin, j'ai enregistré des neurones pyramidaux de la couche IV. Des marquages rétrogrades ont montré qu'ils projetaient vers le noyau mamillaire latéral (LMN). Leur profil de décharge en bouffées de potentiels d'action est dépendant des canaux calciques de type T. Ces neurones étaient principalement connectés de manière indirecte par l'ATN et le RSC, probablement via les neurones de la couche III. Ma thèse de doctorat a permis de démontrer que le microcircuit du PrS est adapté pour l'intégration des signaux de direction de la tête d'origine vestibulaire provenant de l'ATN et des informations visuelles du RSC. Les neurones à décharge en bouffée de la couche IV pourraient transmettre les informations sur les repères visuels pour l'actualisation du signal de direction de la tête en amont, au LMN.