Projet ANR-13-BSV4-0014 – BalaV1 : Equilibre d'excitation et d'inhibition, sélectivité à l'orientation, et interactions centre-pourtour dans les couches superficielles de l'aire V1 : une étude combinant modélisation et expérience.
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Lionel NOWAK (Laboratoire Cerveau et Cognition)
Partenaires : Institut de Neurosciences de la Timone; Centre de Recherche Cerveau et Cognition; Centre de Neurophysique, Physiologie, Pathologie
Montant : 511160.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Chez les carnivores et les primates, la sélectivité à orientation (SO) des neurones du cortex visuel primaire (V1) est organisée en cartes dans lesquelles les orientations préférentielles (OP) des cellules changent progressivement, sauf à proximité de singularités appelées “ pinwheels ”, au niveau desquelles toutes les orientations sont présentes. Au cours du dernier demi-siècle, les mécanismes expliquant la SO ont été âprement débattus. Cependant, les théories qui prétendent expliquer la SO considèrent généralement des réseaux corticaux dans lesquels les neurones reçoivent des inputs de cellules présentant préférentiellement des OP similaires. Ces théories peuvent expliquer la SO des neurones dans les domaines d'orientation. Toutefois, au niveau des “ pinwheels ”, les neurones sont entourés par des cellules représentant toutes les orientations. Ainsi, si la probabilité de connexion est uniquement fonction de la distance anatomique, les entrées que ces neurones reçoivent doivent représenter toutes les orientations de manière égale. Ainsi, on s'attendrait à ce que la réponse des cellules à proximité des “ pinwheels ” ne soit pas SO, en contradiction avec les données expérimentales. En conséquence, la croyance commune est que, au moins à proximité des “ pinwheels ”, la connectivité dépend aussi des différences entre orientation préférentielle. 
La situation près des “ pinwheels ” dans V1 des carnivores et des primates est similaire à celui de l'ensemble de l'aire V1 des rongeurs. Chez les rongeurs, les neurones de V1 sont SO, mais le réseau ne présente pas de carte d'orientation ; des cellules voisines présentent des OP différentes. Dans un récent article théorique (Hansel et van Vreeswijk 2012), nous avons démontré que dans cette situation, la réponse des cellules peut cependant être SO, à condition que le réseau fonctionne en régime équilibré.
Ici, nous supposons que l'aire V1 avec des cartes d'orientation fonctionne en régime équilibré, et que donc les neurones peuvent présenter de la SO même au niveau des “ pinwheels ”, et ce même en l'absence de connectivité fonctionnelle spécifique. Le but de ce projet interdisciplinaire est d'étudier si “ l'hypothèse de l'équilibre ” est valable pour la couche 2/3 de V1 et si l'organisation fonctionnelle observée dans cette couche peut être expliqué sans connectivité fonctionnelle spécifique. Nous allons combiner la modélisation et l’expérimentation pour étudier comment la réponse des neurones - le taux de décharge moyen, le voltage moyenne, les conductances inhibitrices et excitatrices, et surtout, le spectre de puissance des fluctuations de leurs potentiel de membrane - varient selon la localisation dans la carte. Nous examinerons aussi comment une population de neurones – potentiel de champ, imagerie par colorant sensible au voltage, imagerie 2 photons - est affectée par les différents paramètres utilisés. Nous testerons aussi le régime équilibré en examinant la réponse du réseau local à des stimuli visuels présentés au-delà du champ récepteur classique. Nous allons étudier cette question dans les modèles de la couche 2/3 représentant plusieurs hyper-colonnes pour caractériser les interactions centre-pourtour et de leur dépendance vis-à-vis de la connectivité à longue distance. Cela nous fournira des prédictions pour les interactions centre-pourtour au niveau des “ pinwheels ” et dans les domaines d'orientation. Ces prévisions seront testées expérimentalement.
Pour atteindre ces objectifs ambitieux, nous proposons une combinaison d'études expérimentales et numériques qui tirent parti des points forts et la complémentarité des compétences des 3 équipes de recherche. L'équipe de Paris possède une vaste expérience en modélisation à grande échelle de V1. Les équipes de Toulouse et Marseille sont expertes dans l'électrophysiologie intra- et extracellulaire. En outre, l'équipe de Marseille présente une grande expertise dans les techniques d'imagerie microscopique et mésoscopique dans V1.