Traitement prédictif des informations sensorielles tactiles chez des souris engagées dans une tâche de locomotion guidée par les vibrisses

Le cadre du traitement prédictif postule que le cerveau anticipe activement les entrées sensorielles plutôt que de simplement les traiter au fur et à mesure qu'elles lui parviennent. La manière dont ce principe s’applique au cours de sensations actives, en particulier dans le domaine tactile, reste encore largement inexplorée. Cette thèse examine les signatures neuronales mésoscopiques du traitement prédictif dans le cortex somatosensoriel primaire des vibrisses de la souris (vS1) ainsi que dans les régions pariétales associatives, lors d’une tâche de locomotion guidée par les vibrisses.Pour ce faire, nous avons combiné l’imagerie calcique à large champ par fibroscopie des neurones excitateurs des couches 2/3 avec un suivi comportemental haute résolution, en utilisant un nouveau joint optique rotatif motorisé permettant des enregistrements stables chez des animaux en libre déplacement. Les attentes tactiles ont été manipulées en modifiant systématiquement les probabilités de rencontre d’obstacles et en introduisant des indices prédictifs dans une arène spécialement conçue.Nos résultats montrent que les souris présentent des comportements prédictifs robustes, apprenant rapidement les contingences tactiles et adaptant en conséquence leurs stratégies locomotrices et vibrissales. De manière cruciale, les violations de ces prédictions induisent une activation neuronale spatiotemporellement structurée, qui ne peut être simplement expliquée par le comportement moteur. La localisation corticale de ce signal d’omission dépend de la complexité de la tâche : la violation d’une attente sensorielle simple produit une représentation « fantôme » localisée dans les colonnes correspondantes de vS1, précisément synchronisée avec le moment où le contact réel aurait dû se produire, puis se propageant vers les régions voisines du cortex pariétal postérieur. En revanche, la violation d’une règle plus abstraite, fondée sur des indices, déclenche une réponse directement dans le cortex pariétal postérieur, contournant en grande partie vS1. Par ailleurs, nous avons montré que la valeur prédictive d’un indice tactile renforçait son encodage neuronal dans vS1, et modulela stratégie vibrissale active employée pour le toucher, révélant un lien étroit entre modèles internes et sensation active.Ces résultats apportent des preuves solides en faveur d’une mise en œuvre flexible et hiérarchique du codage prédictif dans le système tactile, où le niveau cortical du signal d’erreur s’adapte aux exigences cognitives de la prédiction. Ce travail met en lumière la manière dont le cerveau construit, teste et affine activement un modèle du monde tactile à travers une interaction dynamique entre traitement neuronal et comportement, dans un contexte pertinent sur le plan comportemental.