Propriétés neuronales et connectivité synaptique dans le présubiculum de rongeur

Cognitive functions rely on the generation and regulation of information in special- ized neuronal networks. The presubiculum, a cortical area located between the hippocampus and the entorhinal cortex, is involved in signaling the sense of orientation in animals as well as in humans. Most presubicular neurons are Head Direction Cells, that is, they fire as a function of directional heading. The presubiculum constitutes a crucial crossroad for spatial information. Very few data exist on the functional organization of the presubiculum, but its 6-layered cytoarchitecture suggests that signals are not passively relayed but rather actively integrated and refined. During my PhD, I studied the microcircuit elements of rodent presubiculum in the slice preparation, linking structure and physiology using patch clamp records. First, I focused on rat principal neurons and distinguished 3 groups: a homoge- neous population of regular spiking neurons in superficial layers, mostly pyramidal; intrinsically burst firing neurons of layer 4; and a very heterogeneous population of regular spiking neurons in deep layers. These populations constitute the primary elements for information processing in the presubiculum, and their diversity suggests a high computational power. Then, I addressed the question of the inhibitory control in the presubiculum. Recordings were performed from slices of transgenic mouse strains that express fluorescent proteins in interneurons. We showed a continuum of diversity for parvalbumin- (PV) and somatostatin- (SST) containing interneurons, from the archetypical PV- positive fast spiking basket cells to the SST-positive low-threshold spiking Martinotti cells. Regarding the inhibition, the presubiculum seems to possess the complexity of all cortical areas. Finally, I investigated the synaptic interactions of pyramidal cells and Martinotti cells in superficial layers, using dual patch clamp recordings. Martinotti cells provide low amplitude but reliable inhibition onto pyramidal cell dendrites. I found that the strength at the excitatory synapse was enhanced following repetitive stimulation at high frequency. Consequently, dendritic inhibition by presubicular Martinotti cells may act as a homeostatic response to sustained excitation. My PhD work brought essential knowledge about the presubicular microcircuit. It has shed light on the different populations of principal neurons and GABAergic interneurons and has uncovered a feedback inhibitory loop that is recruited during sustained but not transient activity.Les fonctions cognitives dépendent de la génération et du traitement de l’information dans des réseaux neuronaux spécialisés. Le présubiculum, une aire corticale située entre l’hippocampe et le cortex entorhinal, est impliqué dans le sens de l’orientation aussi bien chez l’animal que chez l’Homme. La plupart des neurones du présubiculum sont des cellules de direction de la tête, elles déchargent en fonction de la direction prise par la tête de l’animal. Peu de données existent sur l’organisation fonctionnelle du présubiculum, mais les 6 couches suggèrent que les informations n’y sont pas relayées passivement, mais qu’elles y sont plutôt activement intégrées et raffinées. J’ai étudié les éléments du microcircuit presubiculaire sur tranche aigüe de rongeur, liant structure et physiologie en utilisant la technique de patch clamp. Je me suis d’abord intéressé aux neurones principaux, chez le rat, et j’ai identifié 3 groupes : une population homogène de neurones pyramidaux à décharge régulière dans les couches superficielles ; des neurones pyramidaux à décharge en bouffée dans la couche 4 ; une population hétérogène de neurones à décharge régulière située en couches profondes. Ces populations neuronales constituent la base cellulaire du codage de l’information, et leur diversité suggère une puissance computationnelle avancée dans le traitement du signal nerveux au niveau du présubiculum. Je me suis ensuite intéressé au contrôle inhibiteur dans le présubiculum en étudiant les propriétés des interneurones à partir de souris transgéniques exprimant une protéine fluorescente dans les interneurones. Nous avons montré qu’il existait un continuum au niveau de la diversité des interneurones, depuis des cellules en panier à décharge rapide et exprimant la parvalbumine, jusqu’au cellules de Martinotti à bas seuil d’activation et exprimant la somatostatine. Concernant l’inhibition, le présubiculum semble posséder la complexité de toute aire corticale. Finalement, j’ai étudié les interactions synaptiques entre les cellules pyramidales et les cellules de Martinotti dans couches superficielles, en réalisant des doubles enregistrements en patch clamp. Les cellules de Martinotti procurent une inhibition fiable au niveau des dendrites des cellules pyramidales. L’efficacité de la synapse excitatrice s’améliorait lors de stimulations répétées à haute fréquence. L’inhibition dendritique délivrée par les cellules de Martinotti du présubiculum pourrait constituer un processus homéostatique répondant à une stimulation soutenue. Mon travail de thèse a apporté des connaissances essentielles sur le microcircuit du présubiculum. Il a fait la lumière sur les différentes populations de neurones principaux et d’interneurones et a révélé une boucle de rétrocontrôle inhibiteur qui est recruté préférentiellement lors d’activités maintenues