L'influence de l'éveil sur l'activité visuelle thalamique

Le cerveau module les signaux visuels en fonction des états internes, comme le révèle une nouvelle étude de Laura Busse, neuroscientifique au LMU.

Ce que nous voyons n’est pas simplement une représentation neuronale du motif de lumière dans l’œil, mais une interprétation de cette image, à laquelle contribuent nos besoins et nos attentes. Ces facteurs sont façonnés par des expériences antérieures et dépendent également d'états intérieurs tels que notre activité comportementale et notre vigilance ou notre attention – souvent collectivement appelés « éveil ». Dans une nouvelle étude récemment publiée dans la revue PLoS Biologie, des chercheurs du LMU, de l'Université de Fribourg et du Bernstein Center for Computational Neuroscience ont analysé l'activité neuronale dans le thalamus visuel. Il s’agit d’une zone du cerveau qui reçoit les signaux visuels directement de l’œil via le nerf optique avant de les traiter et de les transmettre. Plus précisément, ils ont étudié le noyau géniculé latéral dorsal (dLGN), la principale interface des signaux visuels de la rétine au cortex visuel.

Que se passe-t-il dans le thalamus ?

« On sait depuis longtemps que les neurones du dLGN, comme les neurones d'autres noyaux thalamiques, présentent des schémas d'activité évidents liés à l'éveil », explique le professeur Laura Busse du LMU, chercheuse principale de l'étude et bientôt chercheuse principale dans le pôle d'excellence SyNergy. Deux modes de tir dépendants de l'état ont été décrits en particulier : le tir en rafale, qui a tendance à se produire dans des états de faible éveil et d'inactivité comportementale ; et le tir tonique, qui est observé pendant les états de vigilance. « Cela a conduit à l'hypothèse que les noyaux thalamiques utilisent les modes de tir éclaté et tonique pour contrôler ou modifier dynamiquement le flux d'informations vers et entre les zones corticales en fonction de l'état d'éveil de l'animal. » Cependant, cette proposition n’a pas encore été testée expérimentalement. « Les mécanismes neuronaux par lesquels l'excitation influence le traitement de l'information visuelle restent largement inexpliqués. »

Dans la nouvelle étude, l'équipe de Busse a directement comparé l'activité mesurée dans le thalamus avec le degré d'éveil. « L'excitation se reflète dans le diamètre de la pupille des mammifères, des pupilles plus grandes indiquant un état d'excitation », explique le neurobiologiste. De cette manière, nous pouvons déduire l’état d’éveil d’un animal à partir des changements dans la taille de ses pupilles. L'étude couplée de l'activité thalamique et de l'élève a aidé l'équipe de Busse à obtenir une perspective claire sur le lien entre l'activité thalamique et le degré d'éveil.

Les impressions sensorielles sont modulées

Nous avons découvert que lors de certaines phases de dilatation et de constriction de la pupille, différents modèles d'activation neuronale se produisent. L'activité électrique dans le thalamus visuel est couplée à la dynamique de la pupille sur des périodes allant de quelques secondes à plusieurs minutes. »

Professeur Christian Leibold de l'Université de Fribourg et du Bernstein Center for Computational Neuroscience, l'un des auteurs principaux de l'étude

Cette modulation des modèles d'activité neuronale pendant l'éveil était robuste : elle ne dépendait pas d'autres facteurs, tels que ce que l'animal voyait ou s'il bougeait, restait assis ou bougeait les yeux.

« Notre recherche montre donc que les informations visuelles fondamentales sont transmises avec un codage différentiel vers des zones 'supérieures' du cerveau comme le cortex visuel dans différentes phases d'éveil », résume la neurobiologiste Laura Busse. Cela fournit une première explication mécaniste de la façon dont la perception visuelle peut être influencée par les changements dans l’état d’éveil. « Nos résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle la modulation dépendante de l'excitation n'est pas un processus unique, mais probablement une interaction de changements se produisant sur différentes échelles de temps. »