Imagerie calcique et comportement du poisson zèbre et Danionella Cerebrum

Le poisson zèbre, initialement utilisé comme système modèle pour l'étude du développement embryonnaire, a récemment émergé en tant que système modèle pour les neurosciences. Les larves ont en effet des réponses comportementales stéréotypées à de nombreux stimuli associés à diverses modalités sensorielles (visuelle, hydromécanique, auditive, gustative, olfactive, etc.). Cependant, la plupart des travaux actuels se concentrent uniquement sur la modalité visuelle principalement à cause d'une absence de protocole simple pour délivrer des stimuli controlés et reproductibles dans les autres modalités. En particulier, il n'existe que très peu de données sur le fonctionnement et de traitement neuronal de la ligne latérale, qui est l'organe véhiculant la perception des flux chez les poissons et les amphibiens. Nous élaborons des circuits microfluidiques dédiés à la génération de motifs complexes d'écoulements le long de la ligne latérale de larves de poisson zèbre fixées. Des motifs variés sont produits, allant d'une stimulation très locale jusqu'à des flux complexes couvrant une large portion du corps de l'animal et reproduisant des écoulements naturels. Récemment, nous etudions aussi le Danionella translucida.

Par ailleurs, le développement rapide de l'imagerie calcique – lié aux progrès de la génétique – a permis des améliorations notables sur le nombre de neurones dont l'activité peut être mesurée simultanément. Cependant, les techniques d'imagerie les plus courantes (confocal et deux photons) ont des limitations intrinsèques – liées à leur nature de balayage point à point – qui sont en passe d'être atteintes et qui imposent un difficile compromis entre le nombre de neurones sondés et le taux d'acquisition. Récemment les techniques d'illumination par nappe laser (Single-Plane Imaging Microscopy, ou SPIM), pour lesquelles le sectionnement optique est obtenu via une illumination latérale de l'échantillon avec une fine nappe laser, ont permis des avancées spectaculaires en imagerie structurelle des premières étapes du développement embryonnaire de larves de poisson zèbre. Nous adaptons cette technique à de l'imagerie fonctionnelle sur des larves transgéniques GCaMP pour obtenir, à un taux d'acquisition standard, des enregistrements simultanés d'un nombre de neurones sans précédent. Voici une image d'un cerveau de larve obtenu par SPIM:

 

Figure 1 : Coupe d'une larve GCaMP vivante et intacte à 6 jours après fertilisation obtenue par SPIM. Les noyaux apparaissent en sombre et les cytoplasmes en clair. L'image contient plus de 5000 neurones.

Les enregistrements d'une telle proportion du cerveau ouvriraient la voie à de nouvelles approches pour la compréhension du traitement de l'information perceptive. En particulier, les volumineux jeux de données générés permettraient de chercher des corrélations statistiques entre différentes régions réparties dans tout le cerveau.

Dans la presse

Doctorants (soutenance 2018->)

  • Geoffrey Migault (2020)
  • Sophia Karpenko (2020)
  • Hugo Trentesaux (2020)
  • Guillaume Le Goc (2021)
  • Julie Lafaye (2022)
  • Natalia Beiza Canelo (2022)
  • Hippolyte Moule (2023)
  • Sharbatanu Chatterjee (2024)
  • Matteo Dommanget Kott (2024)
  • Leonardo Demarchi (2024)
  • Monica Coraggioso (2024)

Post-docs

  • Kristen Severie (2020)
  • Thomas Panier (2016 - 2018)
  • Thomas Pujol (2020)
  • Marcus Ghosh (2021 - 2023)
  • Antoine Hubert (2021 - present)

Stagiaires Master

Master 1:

  • 2018 Loann Collet
  • 2018 Sahar Aghakhani
  • 2019 Pierre Tapie  
  • 2020 Muntasir Callachand  
  • 2020 Emile Boré
  • 2023 Elias Benyahia  

 

Master 2:

  • 2018 Julie Lafaye 
  • 2019 Patrik Turzak
  • 2020 Matteo Dommaget-Kott
  • 2020 Alexandre Nauleau

 

Programmes open-source


Offres d'emploi associées

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Master 2
Identification des neurones de la direction de la tête (head-direction cells) dans un poisson en nage fictive

Publications

2024

Structure and individuality of navigation in zebrafish larvae - hal (Feb. 2024)
M. Dommanget-Kott , J. Fernandez-De-Cossio-Diaz, , M. Coraggioso , V. Bormuth , R. Monasson, , G. Debrégeas , S. Cocco,
  URL Full text PDF Bibtex doi:

2023

Multimodal units fuse-then-accumulate evidence across channels - BioRxiv (Jul. 2023)
M. Ghosh , G. Béna , V. Bormuth , D. Goodman
  URL Full text PDF Bibtex doi:https://doi.org/10.1101/2023.07.24.550311
A Versatile and Open Source One- and Two-Photon Light-Sheet Microscope Design - BioRxiv (Jul. 2023)
T. Panier , G. Migault , A. Hubert , H. Trentesaux , B. Beaudou , G. Debrégeas , V. Bormuth
  URL Full text PDF Bibtex doi:https://doi.org/10.1101/2023.07.10.548107
Emergence of time persistence in an interpretable data-driven neural network model - ELIFE (Mar. 2023)
S. Wolf , G. Le Goc , S. Cocco, , G. Debrégeas , R. Monasson,
  URL Full text PDF Bibtex doi:https://doi.org/10.7554/eLife.79541
Neural assemblies uncovered by generative modeling explain whole-brain activity statistics and reflect structural connectivity - ELIFE (Mar. 2023)
T.L. van der Plas , J. Tubiana , G. Le Goc , G. Migault , M. Kunst , H. Baier , V. Bormuth , B. Englitz , G. Debregeas
  URL Full text PDF Bibtex doi:DOI10.7554/eLife.83139

2022

An analysis pipeline to compare explorative locomotion across fish species - STAR Protoc. (Nov. 2022)
G. Rajan , G. Debregeas , M.B. Orger , F. Del Bene
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1016/j.xpro.2022.101850
A scalable assay for chemical preference of small freshwater fish - Frontiers in Behavioral Neuroscience (Sep. 2022)
B. Gallois , L.L. Pontani , G. Debrégeas , R. Candelier
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.3389/fnbeh.2022.990792
Evolutionary divergence of locomotion in two related vertebrate species - Cell Reports (Mar. 2022)
G. Rajan , J. Lafaye , G. Faini , M. Carbo-Tano , K. Duroure , D. Tanese , T. Panier , R. Candelier , J. Henninger , R. Britz , B. Judkewitz , C. Gebhardt , V. Emiliani , G. Debrégeas , C. Wyart , F. Del Bene
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1016/j.celrep.2022.110585

2021

Trans-inhibition of axon terminals underlies competition in the habenulo-interpeduncular pathway - Current Biology (Sep. 2021)
M. Zaupa , S.M. Alavi Naini , M.A. Younes , E. Bullier , E.R. Duboué , H. Le Corronc , H. Soula , S. Wolf , R. Candelier , P. Legendre , M.E. Halpern , J.M. Mangin , E. Hong
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1016/j.cub.2021.08.051
FastTrack: An open-source software for tracking varying numbers of deformable objects - PLOS Computational Biology (Feb. 2021)
B. Gallois , R. Candelier
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1371/journal.pcbi.1008697

2020

2019

A Semi-Automatic Dispenser for Solid and Liquid Food in Aquatic Facilities - Zebrafish (Aug. 2019)
R. Candelier , A. Bois , S. Tronche , J. Mahieu , A. Mannioui
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1089/zeb.2019.1733

2018

Whole-Brain Calcium Imaging during Physiological Vestibular Stimulation in Larval Zebrafish - Current Biology (Nov. 2018)
G. Migault , T.L. van der Plas , H. Trentesaux , T. Panier , R. Candelier , R. Proville , B. Englitz , G. Debrégeas , V. Bormuth
  URL Full text PDF Bibtex doi:https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.10.017

2017

Sensorimotor computation underlying phototaxis in zebrafish - Nature Communication (Sep. 2017)
S. Wolf , A. Dubreuil , T. Bertoni , U.L. Böhm , V. Bormuth , R. Candelier , S. Karpenko , D.G.C. Hildebrand , I. H. Bianco , R. Monasson , G. Debrégeas
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/s41467-017-00310-3

2016

A 2D virtual reality system for visual goal-driven navigation in zebrafish larvae - Scientific Reports (Sep. 2016)
A. Jouary , M. Haudrechy , R. Candelier , G. Sumbre
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/srep34015
Rheotaxis of Larval Zebrafish: Behavioral Study of a Multi-Sensory Process - Frontiers in System Neuroscience (Feb. 2016)
R. Olive , S. Wolf , A. Dubreuil , V. Bormuth , G. Debregeas , R. Candelier
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.3389/fnsys.2016.00014

2015

A microfluidic device to study neuronal and motor responses to acute chemical stimuli in zebrafish - Scientific Reports (Jul. 2015)
R. Candelier , M.S. Murmu , S.A. Romano , A. Jouary , G. Debregeas , G. Sumbre
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/srep12196
Whole-brain functional imaging with two-photon light-sheet microscopy - Nature Methods (Apr. 2015)
S. Wolf , W. Supatto , G. Debregeas , P. Mahou , S.G. Kruglik , J.M. Sintes , E. Beaurepaire , R. Candelier
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/nmeth.3371

2013

Fast functional imaging of multiple brain regions in intact zebrafish larvae using Selective Plane Illumination Microscopy - Frontiers in Neural Circuits (Apr. 2013)
T. Panier , S.A. Romano , R. Olive , T. Pietri , G. Sumbre , R. Candelier , G. Debregeas
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.3389/fncir.2013.00065