How does brain size influence the network properties of the cortex?

par Andrei Razvan Gamanut

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Henry Kennedy et de Kenneth Knoblauch.

Soutenue le 20-12-2016

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) , en partenariat avec Institut Cellule Souche et Cerveau (laboratoire) .

Le président du jury était Edmund Derrington.

Le jury était composé de Jeanne Nerbonne, Rosa Cossart, Andreas H. Burkhalter.

Les rapporteurs étaient Kathleen Rockland, Stewart Shipp.

  • Titre traduit

    Quelle est la corrélation entre la taille du cerveau et les propriétés du réseau cortical ?


  • Résumé

    Les entrées des projections de dLGN et FB des aires corticales à L1 du V1 de la souris sont discontinues. Elles correspondent à un motif d'expression M2AChR. Ce motif est aussi observé chez le rat et le singe. Les neurones en L2/3 alignés avec les zones M2+ ont une grande acuité spatiale, tandis que dans les zones M2- ont une grande acuité temporelle. Ensemble, les zones M2 + et M2- forment des domaines constants. Ils codent des sous-régions du RF, de sorte que plusieurs domaines contribuent à l'image d'un point du champ visuel.En utilisant des traceurs rétrogrades, nous montrons un principe d'organisation générale fondée sur une règle de la distance exponentielle (EDR) et la géométrie corticale. Nous trouvons des invariants de réseau, mais aussi des différences significatives, telles que des connexions de longue distance beaucoup plus faibles chez le macaque. Une EDR est aussi présente à l'échelle locale, à moins de 1,5 mm, ce qui indique qu'elle pourrait être une propriété universellement applicable à toutes les échelles et chez toutes les mammifères.41 injections avec des traceurs rétrogrades ont été faites dans 22 des 45 régions du néocortex de la souris. Nous avons aplati le cortex et utilisé des critères histologiques et génétiques pour la répartition des neurones marqués dans les aires corticales. Pour chaque connexion, un poids a été déterminé. La cohérence entre les animaux est influencée par le poids moyen et la taille de l'injection. La distribution lognormale des connexions à une aire corticale couvre 5 ordres de grandeur et constitue un profil de connectivité qui est caractéristique de chaque aire. La matrice cortico-corticale présente une densité de 96%


  • Résumé

    We find that inputs to the non-columnar mouse V1 from the dLGN and FB projections from cortical areas to L1 are patchy. The patches are matched to a pattern of M2AChR expression at ?xed locations of mouse, rat, and monkey V1. Neurons in L2/3 aligned with M2-rich patches have high spatial acuity, whereas cells in M2-poor zones have high temporal acuity. Together M2+ and M2-zones form constant-size domains that are repeated across V1. Domains map subregions of the RF, such that multiple copies are contained within the point image. Using tract tracing data from macaque and mouse, we show a general organizational principle based on an exponential distance rule (EDR) and cortical geometry. We find network invariants between mouse and macaque, but also significant differences, such as fractionally smaller and much weaker long distance connections in the macaque than in mouse. An EDR holds at local scales as well (within 1.5 mm), indicating that it might be a universally valid property across all scales and across the mammalian class.41 injections with retrograde tracers were made in 22 of the 40 areas of the mouse neocortex. Flat mounts of the cortex complete with comprehensive histological and genetic criteria enabled allocation of counts of labeled neurons to individual cortical areas. A weight was determined for each connection. Consistency across animals was systematically influenced by mean weight and injection size. The lognormal distribution of connections to a cortical area spanned 5 orders of magnitude and constituted a connectivity profile that was highly characteristic for each area. The resulting matrix showed that 96% of connections that can exist do exist

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