Les cellules de direction de la tête (HD) sont des neurones qui s'activent lorsque l'animal fait face à une direction spécifique dans le plan horizontal. Ensemble, ces neurones forment une boussole neuronale, jouant un rôle central dans la représentation spatiale. Bien que découvertes à l'origine chez les rongeurs [1], les cellules HD ont depuis été identifiées chez diverses espèces, notamment les mouches [2] et plus récemment chez les larves de poisson-zèbre [3]. On pense que les circuits HD ont l'architecture d'un attracteur en anneau, et qu'ils présentent ainsi un continuum en une dimension de configurations stables, chacune correspondant à une orientation distincte [4]. Dans le cadre de ce projet, nous visons à explorer les principes fondamentaux qui sous-tendent l'organisation et le fonctionnement des circuits HD en utilisant le Danionella cerebrum (DC), un système vertébré récemment introduit [5]. Le DC est un petit poisson d'eau douce dont le cerveau reste petit et presque entièrement transparent jusqu'à l'âge adulte. Cette caractéristique exceptionnelle nous permet de surveiller l'activité complète du cerveau avec une résolution cellulaire tout au long du développement en utilisant l'imagerie calcique. Pendant le stage, le candidat utilisera un dispositif de réalité virtuelle développé dans notre laboratoire pour enregistrer l'activité cérébrale alors que le poisson explore fictivement un environnement virtuel (voir figure 1). Le stagiaire concevra et mettra en œuvre des protocoles spécifiques et développera des méthodes d'analyse pour identifier de manière fonctionnelle les cellules HD. Une fois identifié, il/elle étudiera comment le circuit des cellules HD mûrit pendant le développement pour acquérir les propriétés spécifiques d'un attracteur en anneau. Nous visons également à révéler comment de multiples entrées sensorielles, y compris visuelles, vestibulaires et proprioceptives, convergent pour piloter la dynamique du circuit HD, assurant ainsi une représentation précise de l'orientation de l'animal.

Contexte : le Laboratoire Jean Perrin (LJP) est un laboratoire de biophysique situé sur le campus P&M Curie. Notre groupe de recherche, composé actuellement de 3 chercheurs permanents, 4 doctorants et 1 post-doctorant, se concentre sur la compréhension des bases neuronales du comportement sensoriel et spontané en utilisant le poisson-zèbre et le Danionella comme modèles de vertébrés [6]. Nous développons des systèmes optiques pour l'enregistrement fonctionnel de l'ensemble du cerveau et l'activation optogénétique tout en effectuant des analyses comportementales quantitatives. De plus, nous consacrons des efforts importants au développement de méthodes computationnelles, inspirées de la physique statistique et des approches d'apprentissage automatique, pour la modélisation et l'analyse de ces ensembles de données volumineux.

[1] J.S. Taube, R.U. Muller, J.B. Ranck Jr, J. Neurosci. 10(2):420-35 (1990)

[2] Seelig, J.D., and Jayaraman, Nature 521, 186–191 (2015)

[3] Petrucco et al., Nature neuroscience, volume 26, pages 765–773 (2023)

[4] Kim, S.S., Rouault, H., Druckmann, S., and Jayaraman, V.  Science 356, 849–853 (2017)

[5] Schulze et al. Nature Methods volume 15, pages 977–983 (2018)

[6] https://www.labojeanperrin.fr/?article6