Interactions entre rythmes rapides et rythmes lents dans la représentation de l’information olfactive dans le réseau bulbaire, Fast and slow rhythms interactions in olfactory information representation in bulbar network

oN d’ordre : 093 - 2009 Année 2009
THÈSE DE L’UNIVERSITÉ DE LYON
Délivrée par
L’UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD LYON I
École Doctorale Neurosciences et Cognition
DIPLÔME DE DOCTORAT EN NEUROSCIENCES
(arrêté du 7 août 2006)
Soutenue publiquement le 3 juillet 2009 par
Tristan CENIER
INTERACTIONS ENTRE RYTHMES RAPIDES ET
RYTHMES LENTS DANS LA REPRÉSENTATION
DE L’INFORMATION OLFACTIVE DANS LE
RÉSEAU BULBAIRE
Directeur de thèse :
Dr. Nathalie BUONVISO
JURY : Pr. Rémi GERVAIS (Président)
Dr. Nathalie BUONVISO (Directeur)
Dr. Catherine TALLON-BAUDRY (Rapporteur)
Dr. Hirac GURDEN (Rapporteur)
Dr. Dominique MARTINEZ (Examinateur)
tel-00543909, version 1 - 6 Dec 2010UNIVERSITÉ CLAUDE-BERNARD LYON I
M. le Professeur L. ColletPrésident de l’Université
Vice-président du Conseil Scientifique M. le Professeur J.F. Mornex
M. le Pr G. AnnatV du d’Administration
Vice-président du Conseil des Etudes et de la Vie Universitaire M. le Professeur D. Simon
M. G. GaySecrétaire Général
UFR SANTÉ
Composantes
Directeur : M. le Professeur P. CochatUFR de Médecine Lyon R.T.H. Laënnec
UFR de Lyon Grange-Blanche Directeur : M. le Pr X. Martin
Directeur : M. le Professeur J. EtienneUFR de Médecine Lyon-Nord
UFR de Lyon-Sud Directeur : M. le Pr F.N. Gilly
UFR d’Odontologie Directeur : M. le Professeur D. Bourgeois
Institut des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques Directeur : M. le Pr F. Locher Techniques de Réadaptation Directeur : M. le Professeur Y. Matillon
DépartementdeFormationetCentredeRechercheenBiologieHumaine Directeur : M. le Professeur P. Farge
UFR SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Composantes
UFR de Physique Directeur : Mme. la Professeure S. Fleck
Directeur : M. le Professeur H. PinonUFR de Biologie
UFR de Mécanique Directeur : M. le Pr H. Ben Hadid
Directeur : M. le Professeur G. ClercUFR de Génie Electrique et des Procédés
UFR Sciences de la Terre Directeur : M. le Pr P. Hantzpergue
Directeur : M. le Professeur A. GoldmanUFR de Mathématiques
UFR d’Informatique Directeur : M. le Pr S. Akkouche
Directeur : Mme. la Professeure H. ParrotUFR de Chimie Biochimie
UFR Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives Directeur : M. C. Collignon
Directeur : M. le Professeur R. BaconObservatoire de Lyon
Institut des Sciences et des Techniques de l’Ingénieur de Lyon Directeur : M. le Pr J. Lieto
Directeur : M. le Professeur M. C. Coulet Universitaire de Technologie A
Institute de T B Directeur : M. le Pr R. Lamartine de Science Financière et d’Assurance Directeur : M. le Professeur J.C. Augros
tel-00543909, version 1 - 6 Dec 2010INTERACTIONS ENTRE RYTHMES RAPIDES ET RYTHMES LENTS DANS LA
REPRÉSENTATION DE L’INFORMATION OLFACTIVE DANS LE RÉSEAU
BULBAIRE.
LaboratoiredeNeurosciencesSensorielles,ComportementetCognition.
UMR5020,CNRS,UCBL
50av.TonyGarnier,69366Lyon.
Une particularité de la modalité sensorielle olfactive est la nature complexe du
stimulus chimique à représenter. Les cellules sensorielles de la cavité nasale sont
sensibles aux traits physico-chimiques des molécules et transmettent cette infor-
mationverslebulbeolfactif,premierrelaiscentraldecettemodalité.L’organisa-
tiondesvoiesdeprojectionverslebulbeentraîneunespatialisationdel’activité
dans cette structure, ce qui constitue un mode de représentation de l’informa-
tionmaisquin’estpassuffisantàluiseul.Lebulbeolfactifestégalementmarqué
par des phénomènes dynamiques prépondérants. Tout d’abord le rythme respi-
ratoire, qui organise temporellement le niveau d’activation de l’appareil senso-
riel, ensuite les oscillations des potentiels de champs locaux, et enfin les oscilla-
tions sous-liminaires des potentiels de membrane des cellules. Ces éléments dy-
namiques pourraient être le support de la formation d’assemblées de neurones,
sous-populationsdecellulessynchroniséestransitoirementetpermettantlarepré-
sentation de l’information suivant un principe spatio-temporel. Les travaux pré-
sentésdanscettethèsesontbaséssurl’enregistrementconjointdesactivitésuni-
taires des cellules du bulbe, des oscillations des potentiels de champs locaux et
de la respiration en réponse à des stimulations olfactives. Nous montrons les re-
lations existant entre les différents phénomènes dynamiques et comment ils per-
mettent d’organiser l’activité des cellules pour aboutir à la formation d’assem-
bléesdeneuronesfonctionnelles.Nousmettonsparticulièrementenévidencele
rôle central de la respiration dans le fonctionnement intégré du bulbe olfactif.
Mots-clefs:
bulbeolfactif,oscillations,représentationspatio-temporelle,potentielsdechamps
locaux,activitésunitaires,respiration.
tel-00543909, version 1 - 6 Dec 2010FAST AND SLOW RHYTHMS INTERACTIONS IN OLFACTORY
INFORMATION REPRESENTATION IN BULBAR NETWORK.
LaboratoryofSensoryNeuroscience,BehaviorandCognition.
UMR5020,CNRS,UCBL
50av.TonyGarnier,69366Lyon,France.
Astrikingfeatureoftheolfactorysensorysystemisitsabilitytodealwithacomplex
multi-dimensionalchemicalstimuli.Receptorcellsinthenasalcavityaresensitive
tospecificfeaturesofmoleculesandtransmitthisinformationtotheolfactorybulb,
firstrelayforolfactioninthecentralnervoussystem.Duetotheorganizationofpro-
jectionpathwaystothebulb,afferentinformationactivatesthestructureinato-
pographicalfashion;althoughthismayconstituteacodingstrategyforolfactory
information it has proven insufficient, and other strategies must be investigated.
Dynamicphenomenonsareapreponderantfeatureoftheolfactorybulb.Theres-
piratory rhythm imposes a sinusoidal level of activation to the system, oscillations
inlocalfieldpotentialsandsubthresholdoscillationsinneuronsmembranepoten-
tials may interact and lead to the transient synchronization of sub-populations of
neurons.Thisparticularmechanism,designatedasneuralassemblies,isintheorya
goodcandidatefortherepresentationofolfactoryinformation.Theworkpresen-
tedhereisbasedonconjointrecordings,inanesthetizedanimals,ofunitaryactivi-
ties,oscillationsintheLFPandrespiration,inresponsetoolfactorystimulation.We
showtherelationshipsexistingbetweenthevariousdynamicphenomenons,and
hypothesize on their functional roles. We propose that a same mechanism may
formdifferentneuralassemblieseachassumingaspecificfunctionalrole.Theres-
piratoryrhythmactsasagatingsystem,organizingtheformationofsuccessiveyet
differentneuralassemblies.
Keywords:
olfactorybulb,oscillations,spatio-temporalrepresentations,localfieldpotentials,
unitaryactivities,respiration.
tel-00543909, version 1 - 6 Dec 2010REMERCIEMENTS
U MOMENT OÙ J’ÉCRIS CES LIGNES,lasoutenancedecettethèseestdéjàunsouvenir.A Un souvenir intense, plutôt plaisant et accompagné d’un fort sentiment de devoir
accompli. Dix ans plus tôt je m’étais promis d’arriver au grade de docteur et si cette pro-
messe est aujourd’hui réalisée, c’est aussi grâce à de nombreuses personnes à qui je tiens
à exprimer une gratitude chaleureuse et sincère.
Tout d’abord bien sûr il me faut remercier les membres de mon jury qui ont accepté
de juger mon travail et d’assister à ma soutenance. Merci à Rémi GERVAIS, président du
jury;aprèsavoirtantaimévousavoircommeprofesseur,celametoucheparticulièrement
que vous soyez le témoin de ce point final. Merci à Catherine TALLON-BAUDRY, j’espère
pouvoir un jour continuer à discuter avec vous du rôle de la respiration et y apporter de
véritables éléments de réponses. Merci à Hirac GURDEN pour un échange très instructif.
Que l’esprit d’Adrian Adrian soit toujours avec vous. Merci à Dominique MARTINEZ,
j’attend avec impatience le jour où nous pourrons ensemble percer le secret du rythme
gamma.
Je ne saurai jamais assez remercier Nathalie BUONVISO. Sous ta houlette, j’ai appris
qu’un chercheur doit rêver ses résultats avant de pouvoir les obtenirs : les réponses sont
là quelque part mais elles ne se livreront qu’à celui qui a suffisamment de souplesse et
d’imagination pour aller les chercher. Tu m’as appris bien plus que tu ne le penses, tant
scientifiquement qu’humainement et tu as maintes fois su me redonner la confiance en
moi nécessaire pour poursuivre. Je suis assez triste de partir sans t’avoir définitivement
Aconvertie à LT X, mais je garde espoir.E
Enfin, si je suis aujourd’hui docteur en neurosciences plutôt que projectionniste, mé-
decin légiste, pilote de ligne ou maçon, je le dois à un nombre de personnes marquantes,
chacune ayant influencé mon parcours d’une façon ou d̵