Towards a unified coding of motion across the senses : study of the neural bases of multisensory integration from rodents to humans

Lors des interactions avec l’environnement, nous percevons le mouvement sur la base de plusieurs sources sensorielles mises en jeu simultanément, dont l’intégration permet d’améliorer la perception résultante. Ce travail vise à explorer les bases neurales de ces processus d’intégration multisensorielle à différentes échelles du système nerveux: à l’échelle méso- et microscopique grâce aux explorations en imagerie optique extrinsèque et en électrophysiologie extracellulaire unitaire chez le rat, et à l’échelle macroscopique grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle chez l’Homme. L’originalité de ce travail réside en l’utilisation, du rongeur à l’humain, d’un dispositif similaire de stimulation délivrant des flux d’air et des flux visuels sur le visage. Chez le rat, nous observons la convergence des entrées visuotactiles au sein du cortex pariétal associatif, associée à une population neuronale diverse comprenant des neurones purement visuels ou tactiles, ou bien bimodaux, capables d’intégrer des informations multisensorielles de directions de flux. Chez l’Homme, nous constatons une capacité de discrimination de la direction des flux tactiles similaire à celle des flux visuels. L’analyse des réseaux cérébraux sous-jacents en IRMf a révélé des régions impliquées dans le codage de la direction d’un mouvement tactile ou visuel, incluant le complexe du mouvement hMT+, suggérant la multimodalité de cette région. L’approche comparative du neurone au réseau cérébral a permis de dévoiler les processus de traitement et d’intégration de flux visuotactiles selon leur relative cohérence directionnelle, responsables du bénéfice perceptif observé de la multisensorialité.While interacting with the environment, we perceive motion from multiple sensory sources that are activated simultaneously and integrated to allow the enhancement of the resulting perception. This work aims at exploring the neural bases of these multisensory integration processes at different scales of the nervous system : at the meso- and microscopic scales with voltage sensitive dye imaging and extracellular electrophysiological unit recordings in the rat, and at the macroscopic scale with functional magnetic resonance imaging in humans. The originality of this work lies in the use, from rodents to humans, of a similar stimulation device delivering air and visual flows on the face. In rats, we observe the convergence of visuo-tactile inputs within the associative parietal cortex, associated with a diverse neuronal population comprising either purely visual or tactile neurons, or bimodal neurons, capable of integrating multisensory information of flow directions. In humans, we find a capacity to discriminate tactile flow directions similar to that of visual flows. The analysis of the underlying cerebral networks in fMRI revealed the regions involved in coding visual and tactile motion directions, including the motion complex hMT+, suggesting the multimodality of this region. The comparative approach from neurons to brain networks revealed the processing and integrative mechanisms of visuo-tactile flows according to their relative directional coherence, responsible of the observed perceptual benefit of multisensoriality