Dynamiques des circuits neuronaux impliqués dans la détection des mouvements de premier-ordre et dans l'alternation des états perceptifs visuels chez la larve de poisson-zèbre

Neural circuits dynamics underlying Fourier motion detection and the alternation in perceptive visual states in the zebrafish larva

• Auteur / Autrice : Auriane Duchemin
• Direction : Germán Sumbre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 07/02/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Elim Hong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Debrégeas, Aristides Arrenberg
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michael Orger, Melody Ying-Yu Huang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Danio rerio

Perception visuelle du mouvement

Réseaux neuronaux (physiologie)

Mots clés libres

Poisson-zèbre

Mouvements de premier-ordre

Système visuel

Changement de perception visuelle

Imagerie calcique

Dynamique des circuits neuronaux

Zebrafish

Fourier motion

Alternation in visual perception

Résumé

En présence de stimuli visuels en mouvement, les animaux suivent le mouvement de premier-ordre (luminance), indépendamment des autres caractéristiques du signal (de second-ordre, comme le contraste, la texture, etc). La réponse comportementale au mouvement de premier-ordre a été étudiée par le passé, mais sa représentation par les aires sensorielles est encore inconnue. Pour ma thèse, j'ai étudié comment le mouvement d'un stimulus visuel contenant ou non la fréquence fondamentale du signal (donnant la luminance) est représenté dans les principales régions visuelles (toit optique et pretectum) de la larve de poisson-zèbre en utilisant de l'imagerie calcique biphotonique. Mes résultats suggèrent que le toit optique réagit aux différentes caractéristiques du signal mais ne répond pas à la direction du mouvement si l'information contenue dans le signal n'est pas cohérente (si la luminance et les composants de second-ordre vont dans le sens opposé). Le pretectum quant à lui répond principalement au mouvement de premier-ordre. J'ai aussi manipulé la puissance de la fondamentale du signal pour créer un stimulus ambigu, qui crée une alternance d'états comportementaux chez la larve (détectant le mouvement ou non). Par le biais d'imagerie calcique dans le cerveau entier, j'ai obtenu des résultats préliminaires montrant des assemblées de neurones capables de décoder les alternances, avec l'activité de sous-groupes de neurones contenant des informations spécifiques au changement de comportement. Ce travail est une première étape pour comprendre la manière dont plusieurs états cérébraux peuvent alterner pour biaiser la perception visuelle.

In the presence of moving visual stimuli, animals follow the Fourier, or first-order, motion energy (luminance), independently of other stimulus features (second-order motion like edges, contrast, etc). While the behavioral response to Fourier motion has been studied in the past, how Fourier motion is represented and processed by sensory brain areas remains elusive. During my PhD, I investigated how visual moving stimuli with or without the first Fourier component are represented in the main visual regions (pretectum and optic tectum) of the zebrafish brain, thanks to two-photon calcium imaging. My results suggest that the optic tectum responds to the different features of the stimulus (contrast, edges, etc.), but does not respond to the direction of motion if the motion information of the stimulus is not coherent (e.g. the luminance moving in one direction and the second-order components moving in the opposite direction). On the other hand, the pretectum mainly responds to the motion of the stimulus based on the Fourier energy. I also manipulated the power of the first Fourier component to generate a moving ambiguous stimulus, leading to an alternation of behavioral states in the larva (following the motion or not). Using whole-brain calcium imaging, I obtained preliminary results showing particular neuronal assemblies capable of decoding the alternations, with the activity of subgroups of neurons giving information specific to the alternation. This work is a first step to shed light on the mechanisms by which several brain states can alternate with each other to bias sensory perception.