Caractérisation de l’organisation spatio-temporelle de l’entrée cholinergique dans le cortex somatosensoriel pendant la détection tactile

Comprendre comment le cerveau détecte les stimuli sensoriels est un défi majeur en neurosciences. Les états cérébraux exercent une influence puissante et dynamique sur la perception des stimuli sensoriels, les systèmes neuromodulateurs jouant un rôle crucial dans la régulation de ces états. Le seuil de perception, défini comme l’intensité minimale d’un stimulus détectable la moitié du temps, varie en fonction du contexte, de l’état comportemental, de l’expérience et de l’humeur. Cependant, les mécanismes qui contrôlent ce seuil restent largement méconnus.Des études antérieures ont démontré que les entrées cholinergiques modulent l’activité corticale, influençant la détection des stimuli sensoriels. Traditionnellement, on pensait que la neuromodulation avait un impact généralisé et uniforme sur l’ensemble du cerveau. Cependant,des preuves anatomiques récentes suggèrent que les neurones cholinergiques du cerveau antérieur basal offrent une innervation ciblée à différentes régions corticales, ce qui pourrait entraîner des différences dans les schémas cholinergiques entre les différentes sous-régions du cortex.À l’heure actuelle, les preuves concernant la dynamique de la modulation cholinergique dans le cortex et sa pertinence pour la perception sensorielle sont limitées.Dans ma thèse, je cherche à caractériser l’organisation spatio-temporelle de l’activité cholinergique dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) de souris engagées dans la détection tactile,en utilisant une tâche de détection tactile basée sur les moustaches. J’ai testé le rôle de l’activité cholinergique du S1 dans la sensibilité de la souris à détecter les stimuli tactiles. Des injections pharmacologiques locales de bloqueurs des récepteurs de l’acétylcholine montrent que la modulation cholinergique affecte la sensibilité de la détection tactile en agissant par l’intermédiaire des récepteurs muscariniques de l’acétylcholine dans le S1.In utilisant un nouveau capteur cholinergique codé génétiquement et une microscopie à large champ, j’ai pu obtenir des images de l’activité cholinergique dans le S1 pendant la tâche. J’ai observé une diminution de l’activité cholinergique avant l’apparition du stimulus permettant la détection réussie de stimulations proches du seuil. Cette diminution de l’activité cholinergiquepré-stimulus a été observée dans toutes les sous-régions du S1, avec un gradient d’amplitude modéré plus prononcé dans la région du S1 liée à la patte que dans la région liée aux moustaches.Ces schémas spatiaux dans la fenêtre pré-stimulus étaient très prédictifs du résultat comportemental,à savoir si les stimuli étaient détectés ou manqués. Les schémas spatiaux et temporels de l’activité cholinergique sont restés largement inchangés dans toutes les conditions comportementales dans lesquelles les souris ont détecté des stimulations de différentes parties du corps(moustache C2 controlatérale, moustache C2 ipsilatérale ou patte arrière controlatérale), ce qui indique que l’activité cholinergique conduisant à la détection est indépendante de la partie spécifique du corps concernée.Ensemble, ces résultats montrent que la dynamique de l’ACh est assez complexe, suggérant qu’elle fonctionne à l’échelle mésoscopique, non pas comme un signal global unique, mais pas non plus comme un signal entièrement local.