Imagerie fonctionnelle chronique du cerveau par ultrasons pendant la navigation spatiale et motifs vasculaires à l'échelle mesoscopique

L'étude de l'activité cérébrale au cours de comportements naturalistes, tels que la navigation spatiale, représente un défi important pour les techniques d'imagerie in vivo couramment utilisées. A la suite des découvertes pionnières de cellules encodant à l'échelle microsocpique la navigation spatiale ayant amené au prix Nobel de 2014 de O'Keefe, Moser et Moser, nous nous sommes posé la question de savoir si ces paramètres pourraient être encoder à l'échelle mesoscopique dans les modifications du flux sanguin et ainsi atteignables par des modalités d'imagerie non invasives a l'échelle du cerveau entier. Bien qu'il existe plusieurs méthodes, il est difficile de les appliquer à des comportements complexes et exigeants en termes de mouvements chez des animaux se déplaçant librement. L'imagerie fonctionnelle par ultrasons (fUS), qui mesure les variations du volume sanguin cérébral (CBV), apparaît comme une alternative prometteuse en raison de sa haute résolution spatio-temporelle et de sa capacité à imager les structures cérébrales profondes chez les animaux qui se déplacent librement. Cependant, l'application de l'imagerie fUS à l'étude de comportements complexes tels que la navigation spatiale chez des animaux lors du mouvement libre est confrontée à des défis techniques considérables qui sont resolu dans cette thèse, notamment la reproductibilité du plan d'imagerie et le placement de la sonde. L'utilisation de l'imagerie fUS chez des rats se déplaçant librement pendant l'exploration spatiale a alors révélé de fortes corrélations entre la dynamique du CBV et la vitesse de l'animal dans les régions hippocampiques et parahippocampiques, mettant en évidence des voies d'information similaires à celles observées dans des enregistrements électrophysiologiques. Bien que plus faible, le signal de vitesse angulaire de la tête a montré des corrélations avec le CBV dans les régions thalamiques de l'animal. Le décodage inter-animal de la vitesse de locomotion à l'aide de données fUS régionales suggère que la dynamique du flux sanguin local code la vitesse de manière stable et universelle chez tous les animaux. Cette signature hémodynamique de la représentation de la vitesse dans le système de navigation suggère une intégration temporelle et spatiale organisée de l’information de vitesse à travers toute la formation hippocampique. Ces résultats soulignent également la capacité de l’imagerie fUS à restituer la chronologie des dynamiques cérébrales avec une précision temporelle bien inférieure aux délais du couplage neurovasculaire et à la pulsation cardiaque.