Le cerveau multidimensionnel

Luc Estebanez

 

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Luc Estebanez
UNIC Unité de Neuroscience, Information & Complexité
Paris-Saclay Institute of Neurosciences (Neuro-PSI)
UMR 9197 / CNRS - Université Paris-Sud
Bâtiment 32, CNRS avenue de la Terrasse 91198 Gif-Sur-Yvette Cedex, FRANCE

 

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Comment s’effectue l’intégration sensori-motrice dans le cerveau ? Comment est-ce que l’information issue de scènes sensorielles complexes est transformé en commandes motrices multidimensionnel ? Pour répondre à cette question, j’ai étudié les aspects sensoriels et moteurs de la boucle sensori-motrice pendant ma thèse et mes post-docs, et je développe actuellement une interface cerveau-machine avec retour sensoriel qui s’appuie sur ce travail.
Pendant ma thèse j’ai étudié l’aspect sensoriel de la boucle sensori-motrice. J’ai étudié le codage d’entrées tactiles complexes par le cortex primaire des vibrisses (« à tonneaux »).

J’ai ainsi pu montrer dans l’équipe de Daniel Shulz que dans ce cortex des neurones répondent spécifiquement certains motifs de stimulations multivibrissale (Figure 1A,B), en particulier des stimulations où toutes les vibrisses reçoivent les mêmes stimulations, versus des stimulations différentes sur chaque vibrisse [Estebanez et al. 2012, Nature Neuroscience]. Plus récemment, durant un post-doctorat en collaboration avec l’équipe de Laurent Bourdieu à l’ENS, j’ai pu montrer que dans la couche 2/3 du cortex à tonneaux ces catégories de neurones sont ségréguées radialement à l’intérieur de chaque barrel (Figure 1C) et forment ainsi une carte fonctionnelle [Estebanez et al. 2016, Nature Communications]. De l’autre côté de la boucle sensori-motrice, j’ai également caractérisé l’activité motrice dans le cortex moteur primaire, pendant un post-doctorat au MDC à Berlin (laboratoire de James Poulet). J’ai développé une tâche de protraction déclenchée chez la souris tête fixée (Figure 2), que j’ai combinée avec des enregistrements extracellulaires avec identification des interneurones parvalbumine-positifs par « optotagging ». J’ai ainsi pu montrer que juste avant une protraction, ces interneurones déclenchent leur activité significativement avant les neurones pyramidaux [Estebanez et al., en révision].Le comportement a déjà été présenté dans une publication en collaboration [Wetzel, Estebanez et al. 2016, Nature Neuroscience].

L’interfaçage chronique entre un dispositif artificiel et un cerveau est un enjeu technologique majeur, entre autre pour permettre une restoration fonctionnelle chez de nombreux patients. C’est également une façon nouvelle d’étudier l’intégration sensori-motrice (Figure 3A). En effet, en fournissant au cortex sensoriel primaire une entrée directe d’information et en lisant les commandes motrices directement au niveau du cortex moteur primaire (Figure 3B), on établit un contrôle reserré sur un sous-ensemble de la boucle sensori-motrice naturelle, ce qui facilite son étude.

Avec deux doctorants de l’équipe — Aamir Abbasi et Dorian Goueytes — je mets actuellement en place une interface cerveau-machine chez la souris tête fixée, basée sur la lecture de l’activité dans le cortex moteur primaire et sur un retour sensoriel par stimulation optogénétique patternée des neurones du cortex somatosensoriel primaire.

 

Articles (10)

2017

- Luc Estebanez, Diana Hoffmann, Birgit C. Voigt and James F A Poulet, Parvalbumin-Expressing GABAergic Neurons in Primary Motor Cortex Signal Reaching, Cell Reports 20 : 308-318, (2017) [pdf]

- Luc Estebanez, Isabelle Ferezou, Valerie Ego-Stengel and Daniel Shulz, Representation of tactile scenes in the rodent barrel cortex, Neuroscience 368 : 81-94, (2017) [pdf]

2016

- Luc Estebanez, Julien Bertherat, Daniel Shulz, Laurent Bourdieu and Jean François Léger, A radial map of multi-whisker correlation selectivity in the rat barrel cortex, Nat Commun. 21 ;7 : 13528, (2016) [pdf]

- Christiane Wetzel, Simone Pifferi, Cristina Picci, Caglar Gök, Diana Hoffmann, Kiran K Bali, André Lampe, Liudmila Lapatsina, Raluca Fleischer, Ewan St John Smith, Valérie Begay, Mirko Moroni, Luc Estebanez, Johannes Kühnemund, Jan Walcher, Edgar Specker, Martin Neuenschwander, Jens Peter von Kries, Volker Haucke, Rohini Kuner, James F A Poulet, Jan Schmoranzer, Kate Pool and Gary R Lewin, Small-molecule inhibition of STOML3 oligomerization reverses pathological mechanical hypersensitivity, Nature Neuroscience : , (2016) [pdf] [abstract]

2015

- Luc Estebanez, Jens kremkow and James F A Poulet, Matching Cell Type to Function in Cortical Circuits, Nature Neuroscience 87 : 249-251, (2015) [abstract]

2014

- Luc Estebanez, Sami El Boustani, Alain Destexhe and Daniel Shulz, What the whiskers tell the tactile brain, Med Sci (Paris) 30(1) : 93-8, (2014)

- Jean Sébastien Jouhanneau, Leiron Ferrarese, Luc Estebanez, Nick J. Audette, Michael Brecht and Alison L. Barth, Cortical fosGFP Expression Reveals Broad Receptive Field Excitatory Neurons Targeted by POm, Neuron 84 : 1065–1078, (2014) [abstract] [PubMed]

2012

- Luc Estebanez, Sami El Boustani, Alain Destexhe and Daniel Shulz, Correlated input reveals coexisting coding schemes in a sensory cortex, Nature Neuroscience 15 No12 : 1691-1699, (2012) [pdf]

2011

- Julie Le Cam, Luc Estebanez, Vincent Jacob and Daniel Shulz, Spatial structure of multi-whisker receptive fields in the barrel cortex is stimulus-dependent, Journal of Neurophysiology 106 : 968-998, (2011) [pdf]

2010

- Vincent Jacob, Luc Estebanez, Julie Le Cam, Jean Yves Tiercelin, Patrick Parra, Gérard Parésys and Daniel Shulz, The Matrix : a new tool for probing the whisker-to-barrel system with natural stimuli, J Neurosci Methods 189 : 65-74, (2010) [pdf] [abstract]

Livres et Thèses (1)

2011

- Luc Estebanez, Caractérisation des traitements sensoriels dans le cortex à tonneaux du rat anesthésié , In : () Thèse , (2011)

Présentations (7)

2010

- Luc Estebanez, Sami El Boustani, Alain Destexhe and Daniel Shulz, Dynamic adaptation of sensory processing as a function of stimulus statistics in the rat barrel cortex, Poster At : 39th meeting of the Society for Neuroscience, (San Diego (USA)) (2010)

- Luc Estebanez, Sami El Boustani, Alain Destexhe and Daniel Shulz, Dynamic adaptation of sensory processing as a function of stimulus statistics in the rat barrel cortex, Poster At : XXIIIrd Barrel meeting, (La Jolla (USA)) (2010)

2009

- Julie Le Cam, Luc Estebanez, Vincent Jacob, Valerie Ego-Stengel and Daniel Shulz, Thalamic and cortical representation of tactile scenes with high dimension spatiotemporal statistics, Talk At : 9e Colloque de la Société des Neurosciences, (Bordeaux (France)) (2009)

2008

- Yves Boubenec, Luc Estebanez and Daniel Shulz, Recording and Replaying Whisker Deflections Induced by Textures in Anaesthetized Rats, Poster At : European Barrel Cortex Meeting, (Alicante) (2008) [pdf] [abstract]

- Luc Estebanez, Yves Boubenec and Daniel Shulz, Recording and replaying whisker deflections induced by textures in anaesthetized rats. , Poster At : ENI-Net symposia in Neuroscience, (Alicante (Espagne)) (2008)

- Luc Estebanez, Julie Le Cam, Vincent Jacob and Daniel Shulz, Generation of complex tactile scenes with a novel stimulator applied to the study of barrel cortex sensory integration, Poster At : FENS, (Genève (Suisse)) (2008)

- Julie Le Cam, Vincent Jacob, Luc Estebanez and Daniel Shulz, Diversity of spatio-temporal receptive fields in the barrel cortex studied with a 25 piezoelectric actuators device. , Poster At : FENS, (Genève (Suisse)) (2008)


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