Collecte d'information tactile chez le rat : biomécanique de la vibrisse et stratégie d'exploration

How the rat gathers tactile information : whisker biomechanics and exploratory strategy

• Auteur / Autrice : Yves Boubenec
• Direction : Daniel Shulz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toucher

Électrophysiologie

Vibrisses des mammifères

Résumé

La connaissance des mécanismes physiologiques de la perception sensorielle nécessite la compréhension de la manière dont le système nerveux central récolte et traite le flux de stimuli sensoriels qui le bombardent en permanence. Il est essentiel de caractériser de manière précise : 1) les stratégies d’exploration qu’utilise le rat pour positionner ses vibrisses par rapport à son environnement et 2) la manière dont ces organes senseurs produisent et transmettent un signal mécanique pertinent pour les mécanorécepteurs situés à la base de la vibrisse. Dans une première partie, nous avons trouvé que l'amplitude du whisking chez le rat en comportement décroit avec la vitesse de locomotion, tandis que les vibrisses sont globalement plus protractées quand l'animal court plus vite. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons validé un modèle de transduction mécanique en comparant des prédictions théoriques avec des mesures expérimentales de déformations vibrissales. Ainsi nous avons pu décrire des événements dynamiques rapides ayant lieu après un choc sur un objet, ainsi que la propagation de ces ondes de déformation le long de la vibrisse jusqu'au follicule. D’autre part nous avons mis en évidence, suite à la stimulation d’une vibrisse, des mouvements d’une adjacente. Dans la dernière partie, nous avons mesuré et caractérisé les oscillations rapides induites par le glissement de la vibrisse sur une texture de topographie contrôlée. Nous avons rejoué ces déformations vibrissales en enregistrant concomitamment l’activité neuronale dans le cortex somatosensoriel. Nous avons montré qu’il existe une corrélation entre l’enveloppe de ces oscillations rapides et la réponse corticale

The comprehension of sensory perception requires studying the way the central nervous system gathers and processes the flow of sensory stimuli that continuously hit it. It is thus necessary to precisely characterize: 1) the exploratory strategies used by the rat to position its whiskers relatively to the environment and 2) the whisker preneuronal processing that produces a mechanical signal relevant to the mechanoreceptors located at the whisker base. In a first part, we found out that, for higher locomotion speed, whisking amplitude decreases and whiskers are more protracted. In a second part of the thesis, we compared theoretical predictions and experimental measurements to validate a model of whisker mechanical transduction. We thus described rapid dynamical events that subsequently occur after a shock onto an object. We also investigated the propagation of those deformation waves along the whisker, down to the follicle. In a last part, we measured and characterized texture-induced whisker oscillations during experiments where vibrissae sweep past topography-controlled texture. We replayed those whisker deformations and simultaneously recorded the neuronal activity in the somatosensory cortex. We showed that the envelope of whisker oscillations is correlated with the neuronal firing rate