Role of the medial entorhinal cortex in spatial information processing: behavioraland electrophysiological studies

Since the discovery of entorhinal grid cells, the medial entorhinal cortex (MEC) has receiveda major interest in studies on the neural bases of spatial navigation. The multi-positional activityof these neurons forms a universal Euclidian map which can be used to calculate a position, adirection and a distance. The MEC also contains neurons whose firing is correlated with the rathead direction, with both the position and the direction, or with the limits of the environment. Thecurrent hypotheses suggest that the MEC has an important role in processing spatial informationbased on self-motion cues (idiothetic information). Besides, the MEC spatial activity would benecessary for generating the hippocampal spatial representation, which is characterized by thepresence of place cells, that are selectively activated when the animal is at specific locations in agiven environment.The work conducted during my PhD thesis was aimed at understanding the nature of thespatial representation formed by the MEC. First, we show that the MEC codes specificallydistance information which is necessary for a type of navigation based on idiothetic cues, calledpath integration. Then, we observe that the vestibular system, an important source of idiotheticinformation in the brain, influences the MEC theta rhythm and its modulation by the animalvelocity. In addition, we show that MEC activity is necessary for the stability of place cellsactivity. Finally, we observe that entorhinal grid cells activity is modified by the informationavailable in the environment (allothetic information).Together, our results show that the MEC processes and integrates idiothetic information aswell as allothetic information. These data suggest that the entorhinal map is not a universal metricbased on idiothetic information, but is flexible and dependant on the information present in theenvironment. In addition, the entorhinal map is not required for the generation of place cellsactivity, contrary to the dominant hypothesis.Depuis la découverte des cellules grilles chez le rat, le cortex entorhinal médian (CEM) suscite un intérêt majeur dans les études sur les bases neurales de la navigation spatiale. L’activité multi-positionnelle de ces neurones forme un quadrillage unique dans tout environnement, à l’image d’un système de coordonnées universel qui serait utilisé pour calculer une position, une direction et une distance. Le CEM contient également un ensemble de neurones dont la décharge peut être modulée par la direction de la tête, à la fois par la position et la direction, ou par les limites d’un environnement. A la lumière de ces propriétés spatio-sélectives, les hypothèses actuelles suggèrent que le CEM ait un rôle important dans les mécanismes de traitement des informations spatiales liées aux mouvements de l’animal (informations idiothétiques). Par ailleurs, l’activité spatiale du CEM serait nécessaire pour former la représentation spatiale de l’hippocampe, caractérisée par la présence de cellules de lieu qui sont sélectivement activées lorsque l’animal occupe une position spécifique dans l’espace. Le travail de recherche réalisé au cours de cette thèse s’intéresse à la nature des représentations spatiales formées par le CEM. Tout d’abord, nous montrons que le CEM code spécifiquement une information de distance, l’une des composantes nécessaires pour que l’animal puisse réaliser un type de navigation reposant sur les informations idiothétiques, appelé intégration des trajets. Puis, nous observons que le système vestibulaire, une source importante d’informations idiothétiques, influence l’activité thêta du CEM et permet la modulation de ce rythme thêta par la vitesse de déplacement des animaux. Ensuite, nous montrons que l’activité du CEM est nécessaire à la stabilité de l’activité des cellules de lieu. Parallèlement, nous observons que l’activité des cellules grilles du CEM est modifiée par les informations contenues dans l’environnement (allothétiques). Dans leur ensemble, nos résultats montrent que le CEM traite et intègre des informations idiothétiques mais aussi des informations allothétiques. Ces données suggèrent que la carte spatiale du CEM ne fournit pas une métrique universelle reposant sur les informations idiothétiques, mais possède un certain degré de flexibilité en réponse aux changements environnementaux. De plus, cette carte spatiale entorhinale n’est pas requise pour la formation de l’activité spatiale des cellules de lieu, contrairement à ce que suggère l’hypothèse dominante