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Circuits neuronaux et codage sensoriel

Equipe Circuits neuronaux et codage sensoriel

Notre cerveau subit constamment des changements d’état importants : il peut basculer entre différents niveaux de vigilance ou d’attention. Au niveau cellulaire, ces variations de l’état cérébral se caractérisent par d’importantes fluctuations de l’activité neuronale. Au niveau comportemental, ces variations affectent notre capacité à traiter et à interpréter les informations sensorielles que nous recevons. Par exemple, une personne qui s’endort est moins susceptible d’entendre et de comprendre les sons qui l’entourent. Notre équipe a pour but de comprendre les circuits cérébraux responsables de ce phénomène, en se concentrant sur les effets de l’état de vigilance sur le codage des informations sensorielles.

Notre cerveau est composé de plusieurs dizaines de milliards de neurones qui participent à diverses fonctions cognitives, dont le traitement des cinq sens. Ces neurones sont très divers et possèdent chacun une empreinte moléculaire unique, appelée transcriptome. Comment ces différents types de neurones participent-ils aux effets de l’état du cerveau sur la perception sensorielle ? Quel est le lien entre l’identité génétique et la fonction neuronale dans le cerveau ?

Notre laboratoire utilise des techniques d’imagerie fonctionnelle et de transcriptomique in situ pour répondre à ces questions. Nous utilisons l’imagerie calcique in vivo à 2 photons dans le cortex cérébral pour enregistrer les réponses neuronales aux stimuli sensoriels. Simultanément, nous surveillons des paramètres comportementaux pour estimer la vigilance et l’état cérébral. À la suite de ces enregistrements, nous explorons le transcriptome des neurones enregistrés à l’aide de coppaFISH, une méthode de transcriptomique in situ, capable de lire l’expression de plus de 100 gènes sur des coupes de cerveau à une résolution de cellule unique. Ce pipeline nous permet de relier la fonction des neurones corticaux individuels à leur identité génétique en alignant les mêmes neurones entre les deux modalités.

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Approches expérimentales

Nous combinons des approches d’enregistrement in vivo avec des outils transcriptomiques en cellule unique pour étudier les fonctions des sous-types corticaux.

Transcriptomique in situ – CoppaFISH

Nous utilisons des outils transcriptomiques de pointe pour mieux comprendre l’identité moléculaire des neurones. Notre méthode transcriptomique in situ, appelée coppaFISH, est une méthode sur mesure et entièrement open source qui permet d’identifier des sous-types neuronaux précis grâce à l’expression génique in situ en cellule unique.

Initialement utilisée avec un ensemble de 72 gènes conçus pour les sous-types inhibiteurs, nous utilisons désormais coppaFISH avec un panel étendu de 124 gènes pour explorer les sous-types excitateurs et inhibiteurs.

Imagerie calcique bi-photonique in vivo et optogénétique

Nous utilisons des outils d’imagerie calcique pour étudier la fonction des neurones du cortex cérébral de la souris. Nous enregistrons généralement des milliers de neurones simultanément, lors de comportements spontanés ou de stimulations sensorielles. Nous utilisons l’enregistrement vidéo pour quantifier plusieurs paramètres comportementaux, ce qui nous permet d’estimer la vigilance et l’état comportemental.

Nous associons ces enregistrements à une stimulation optogénétique unicellulaire pour interroger les circuits neuronaux impliqués dans le codage sensoriel.

Alignement des modalités in vivo et ex vivo

Une étape clé de notre pipeline expérimental consiste à aligner les cellules enregistrées in vivo avec celles caractérisées ex vivo par coppaFISH. Pour cela, nous utilisons un algorithme de recalage de nuages ​​de points basé sur la corrélation croisée de Fourier rapide sur les images reconstruites. Grâce à cette méthode, nous trouvons d’abord la meilleure transformation rigide qui aligne les deux modalités d’imagerie. Des transformations non linéaires sont ensuite appliquées pour finaliser l’alignement.

Vie dans l'équipe

Vivre et travailler à Marseille – Campus de Luminy

Notre laboratoire a la chance d’être rattaché à l’Inmed, situé sur le campus de Luminy, au cœur du Parc National des Calanques. L’institut offre un environnement de travail stimulant, accueillant et collaboratif pour s’épanouir en recherche. De plus, la proximité du laboratoire offre de nombreuses possibilités d’activités de plein air !

Initiative SAFE Labs

Stéphane est cofondateur de SAFE Labs, une initiative visant à créer des laboratoires plus conscients, justes et équitables.

Le laboratoire travaille activement à la mise en œuvre de tous les engagements décrits dans le manuel. Vous trouverez plus d’informations ici : Manuel SAFE Labs