Two-photon Imaging of Cortical Microcircuitry during Multimodal Sensory Integration

Imagerie à deux-photon de la microcircuitreie corticale pendant l'intégration sensorielle multimodale Nos cerveaux combinent des informations provenant de multiples sens pour inférer une représentation du monde. L'intégration d'information sensorielle provenant de différents organes sensoriels est bénéfique, par example pour optimiser la discrimination entre deux stimuli ambigus dans un environnement sensoriellement bruyant. Les aires corticales situées entre différents cortex sensoriels primaires contiennent des neurones qui répondent a des stimulations de différentes modalités sensorielles. Ces réponses neuronales à des stimulations multisensorielles peuvent ètres additives, reflétant la somme linéaire des réponses à chaque modalité unisensorielle, ou sous- ou super-additives, un marqueur de l'intégration sensorielle. Néanmoins, les mécanismes derrière l'intégration multisensorielle restent peu clairs. Chez les rongeurs, le cortex postérieur pariétal, situé entre le cortex somatosensoriel primaire vibrissal et le cortex visuel primaire, est connu pour ses réponses neuronales reflétant l'intégration sensorielle visuo-tactile. Aussi, en tant qu'aire associative, il est impliqué dans des hautes fonctions cognitives dans le comportement orienté vers un but, comme la navigation, la discrimination sensorielle ou l'accumulation de preuves. Néanmoins, la recherche sur les intéractions entre l'intégration visuo-tactile et les corréllats de comportement orienté vers un but dans le cortex pariétal-postérieur est rare, dù à la complexité d'entrainer les animaux à réaliser des tâches opérantes multisensorielles complexes. Dans cette thèse, un nouveau protocole de réalité virtuelle visuo-tactile combiné à de l'imagerie calcique à deux-photon a été développé, pour étudier les méchanismes d'intégration visuo-tactile dans le cortex postéro-pariétal de la souris. Aussi, nous détaillons le développement d'un programme de pré-traitement et d'analyse de données d'imagerie calcique à deux-photons prenant en compte les limitations spécifiques de cette technique de collection de données. Premièrement, nous montrons que ce protocole est proprement contrôllé pour délivrer des stimulations visuelles et tactiles synchronisées dans le temps, une condition sine qua non pour étudier les réponses d'intégration multisensorielle. Nous montrons aussi que ce protocole produit des séries de stimuli visuels, tactiles, ou visuo-tactiles cohérents, qui sont délivrés de façon consistante entre les animaux. Deuxièmement, nous montrons que nous pouvons situer la limite entre le cortex sensoriel primaire et le cortex postérieur-pariétal en appliquant une analyse d'apprentissage machine sur l'activité neuropil, qui est considérée refléter l'entrée d'information dans aires sensorielles. Ceci est utilé pour définir nos régions d'intéret pour analyser les réponses neuronales. Troisièmement, nous montrons que ce protocole évoque des réponses tactiles et visuelles situées principalement dans les aires visuelles et tactiles, respectivement. Surtout, il évoque aussi des réponses multisensorielles intégratives dans une grande proportion de neurones sensoriellement répondants. Finalement, ce paradigme de stimulation peut être utilisé pour entrainer des souris a performer une tâche d'accumulation de preuves visuo-tactile, pour étudier l'influence de l'intégration visuo-tactile sur les coréllats de l'accumulation de preuves dans le cortex pariétal postérieur.