Etude de l'inhibition corticale au cours du cycle veille-sommeil

During the sleep-wake cycle, our brain must maintain a balance between excitation and inhibition in order to operate effectively. In the neocortex, inhibition is mainly subtended by parvalbumin (PV), somatostatin (SST) and intestinal vasoactive peptide (VIP) neurons. However, the involvement of these interneurons during sleep remains poorly understood. The first objective of my thesis was therefore to characterize interneurons activity throughout the sleep/wake cycle. Targeted in vivo recordings of genetically-identified GABAergic inhibitory cells in the barrel cortex of naturally-sleeping, head-restrained mice revealed an increase in activity of PV cells in NREM and REM sleep, a modification of pattern discharge of SST neurons in NREM sleep and an activation of VIP cells during REM sleep. In addition, interneuronal activity was also modulated by specific sleep oscillations such as spindles, delta and theta rythms. In a second part, we hypothesized that the integration of sensory information at the level of the cortex during sleep could be modulated by the dynamic interneuronal activity that we had observed. In order to investigate this, we applied small passive whisker deflections during the different states of vigilance. Surprisingly, our results indicate that all of the actors of the excitation-inhibition balance respond with greater intensity to stimulation occurring during NREM sleep. In summary, this thesis provides a better understanding of how the balance between excitation and inhibition can be dynamically maintained in fundamentally different states of vigilance while allowing the local cortical somatosensory circuit to integrate and process incoming sensory and cortico-cortical information in a sleep stage-specific mannerPendant le cycle veille-sommeil, notre cerveau doit maintenir une balance entre excitation et inhibition pour opérer efficacement. Dans le néocortex, l’inhibition est principalement sous tendue par les neurones à parvalbumine (PV), les neurones à somatostatine (SST) et les neurones au peptide vasoactif intestinal (VIP). Toutefois l’implication de ces interneurones dans le maintien de cette balance au cours du sommeil reste mal connue. Le premier objectif de ma thèse a donc été de caractériser l’activité de ces interneurones pendant le sommeil. L’enregistrement ciblé de ces cellules GABAergiques génétiquement identifiées dans le cortex somatosensoriel primaire de souris habituées à dormir tête-restreinte ont révélé une augmentation de l’activité des cellules PV en sommeil lent et en sommeil paradoxal, une modification du type de décharge des neurones SST en sommeil lent et une activation des neurones VIP lors du sommeil paradoxal. De plus, l’activité de ces interneurones est également modulée par les oscillations observées pendant le sommeil, comme les fuseaux du sommeil, le rythme delta et thêta. Dans une seconde partie, nous avons émis l’hypothèse que l’intégration corticale de l’information sensorielle pendant le sommeil pouvait être modulée par l’activité dynamique interneuronale que nous avons observée. Pour cela des déflections légères et passives d’une vibrisse ont été réalisées au cours des différents états de vigilance. De façon surprenante, nos résultats indiquent que l’ensemble des acteurs de la balance excitation-inhibition répondent avec une plus forte intensité à une stimulation ayant lieu pendant le sommeil lent. Pour résumer, cette thèse dans son ensemble permet de mieux comprendre comment la balance entre excitation et inhibition peut être maintenue dans des états de vigilance fondamentalement différents tout en permettant au circuit local du cortex somatosensoriel d’intégrer les informations cortico-corticales et les afférences sensorielles différemment en fonction de l’éta