Imagerie calcique à l’échelle du cerveau entier durant une stimulation vestibulaire chez la larve de poisson zèbre
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The vestibular apparatus provides animals with postural and movement-related information that is essential to adequately execute numerous sensorimotor tasks. In order to activate this sensory system in a physiological manner, one needs to macroscopically rotate or translate the animal’s head, which in turn renders simultaneous neural recordings highly challenging. My thesis work focused on the development of a miniaturized light-sheet microscope that can be dynamically co-rotated with a head-restrained zebrafish larva, enabling control- led vestibular stimulation. The mechanical rigidity of the microscope allows me to perform whole-brain functional imaging with state-of-the-art resolution and signal-to-noise ratio while imposing up to 25◦ in angular position and 6 000◦/s2 in rotational acceleration. I illustrate the potential of this novel setup by producing the first whole-brain response maps to rolling and tilting vestibular stimulation. The responsive population spans multiple brain areas and displays bilateral symmetry, and its organization is highly stereotypic across individuals. Using Fourier and regression analyses, I identified three major functional clusters that exhibit well defined phasic and tonic response patterns to vestibular stimulation. This rotatable light-sheet microscope provides a unique tool for systematically studying vestibular processing in the vertebrate brain and extends the potential of virtual- reality systems to explore complex multisensory and motor integration during simulated 3D navigation.
Abstract FR:
L’appareil vestibulaire fournit aux animaux des informations relatives à la posture et aux mouvements qui sont essentielles pour exécuter correctement les tâches sensori-motrices. Afin d’activer ce système sensoriel de manière physiologique, il est nécessaire d’effectuer une rotation ou une translation macroscopique de la tête de l’animal, ce qui rend les enregistrements neuronaux simultanés très difficiles. Mon travail de thèse a porté sur le développement d’un microscope à feuille de lumière miniaturisé, qui peut être mis en rotation dynamique avec une larve de poisson zèbre retenue par la tête permettant une stimulation vestibulaire contrôlée. La rigidité mécanique du microscope m’a permis d’effectuer une imagerie fonctionnelle de l’ensemble du cerveau avec une résolution et un rapport signal/bruit équivalent à l’état de l’art, tout en imposant jusqu’à 25◦ d’amplitude et 6 000◦/s2 d’accélération angulaire. Le potentiel de ce nouveau système m’a permis de produire les premières cartes de réponses du cerveau entier à la stimulation vestibulaire en roulis et en tangage. Les neurones excités s’étendent sur plusieurs zones cérébrales et présentent une symétrie bilatérale, et son organisation est très stéréotypée d’un individu à l’autre. En utilisant l’analyse de Fourier et de régression, j’ai identifié trois grands groupes fonctionnels qui présentent des schémas de réponse phasique et tonique bien définis à la stimulation vestibulaire. Ce microscope rotatif fournit un outil unique pour l’étude du traitement vestibulaire dans le cerveau des vertébrés.