Exploration de la connectivité fonctionnelle et de la plasticité multimodale par imagerie mésoscopique chez des souris aveugles depuis la naissance

Abstract

Lors de la perte d’un système sensoriel, on observe une invasion des systèmes résiduels vers les régions déprivées. En dépit du sens perdu, ce phénomène – la plasticité multimodale – permet de renforcer le traitement sensoriel des régions fonctionnelles et ainsi compenser la perte du sens perdu. Ce phénomène est particulièrement présent lorsque la cécité apparaît au début de la vie, lorsque le cerveau est plus susceptible de s’adapter aux changements. Bien que l’existence de cette plasticité soit bien établie, elle a très peu été observée à l’aide d’approches mésoscopiques chez les animaux, permettant d’atteindre une résolution suffisante pour mettre en évidence les cartes corticales. Nos objectifs lors de cette recherche étaient d’explorer les changements de connectivité fonctionnelle des réseaux neuronaux somatosensoriels, moteur et visuel chez les souris aveugles. En outre, pour approfondir nos recherches sur la réorganisation corticale après la perte de vision, nous nous sommes également penchés sur les réponses tactiles évoquées dans le cortex visuel. Nous avons émis l’hypothèse qu’une topographie similaire aux cartes de somatotopie pourrait être observée dans les régions visuelles de niveau supérieur. Nous avons alors mesuré l'activité calcique par imagerie mésoscopique du cortex dorsal de la souris ayant reçu une énucléation binoculaire dès la naissance. Nous avons évalué les changements de connectivité fonctionnelle pendant des périodes de locomotion et d’éveil calme chez la souris fixée et libre de courir sur une roue. De plus, nous avons effectué des stimulations tactiles chez la souris anesthésiée. Nos résultats démontrent que les changements de connectivité pendant la locomotion des souris aveugles sont principalement caractérisés par une suppression entre le cortex visuel et le cortex somatosensoriel primaire ainsi qu’avec les aires visuelles supérieures. Étonnamment, une légère augmentation de la connectivité a été observée entre V1 et le cortex moteur secondaire sans passer par le cortex moteur primaire. Malgré une augmentation de l’activité tactile évoquée dans le cortex visuel primaire, aucune topographie n’a pu être observée. Finalement, notre recherche nous permettra dans le futur d’explorer plus en détail la connectivité locale et les changements topographiques dans les aires visuelles ainsi que l’influence des mouvements sur l’activité spontanée des souris aveugles. When one sensory system is completely lost, the remaining systems invade the deprived regions. Despite the loss of a sense, this phenomenon—multimodal plasticity—enhances sensory processing in functional regions, thereby compensating for the lost sense. This phenomenon is particularly pronounced when blindness occurs early in life, as the brain is more adaptable to change during this period. While the existence of this plasticity is well established, it has rarely been studied using mesoscale approaches in animals, which allow for sufficient resolution to reveal cortical maps. Our objectives in this research were to highlight changes in functional connectivity within somatosensory, motor, and visual neural networks in blind mice. Additionally, to deepen our understanding of cortical reorganization after vision loss, we investigated tactile responses in the visual cortex, hypothesizing that a topography, similar to somatotopic maps, might be observed in higher-level visual areas, particularly in the dorsal pathway. We measured calcium activity using mesoscale fluorescence imaging of the dorsal cortex in mice that had undergone binocular enucleation at birth. We evaluated changes in functional connectivity during sustained locomotion and quiet wakefulness in head-fixed mice free to run on a wheel. Furthermore, we performed tactile stimulation in anesthetized mice. Our results demonstrate that changes following complete vision loss at birth are primarily characterized by a suppression of connectivity during locomotion between the primary visual cortex and both the primary somatosensory cortex and higher-level areas. Surprisingly, a slight increase in connectivity was observed between V1 and the secondary motor cortex, bypassing the primary motor cortex. Despite an increase in tactile-evoked activity in the primary visual cortex, no topography has been observed so far. Finally, our research will enable us to explore in greater detail local connectivity and topographic changes in visual areas, as well as the influence of spontaneous movements on the spontaneous activity of blind mice.