Thèse Modulation Cholinergique de l'Activité Neuronale Corticale et des Performances Perceptives H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Laboratoire de recherche : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences
Direction de la thèse : Naoya TAKAHASHI ORCID 0000000260084627
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59

Les neuromodulateurs régulent puissamment les états internes du cerveau, tels que l'éveil et l'attention, façonnant ainsi les patterns d'activité neuronale et la perception des stimuli sensoriels. Parmi eux, l'acétylcholine joue un rôle central : le néocortex est densément innervé par des neurones cholinergiques issus du prosencéphale basal, dont les projections à longue distance modulent le traitement sensoriel en agissant à la fois sur les neurones pyramidaux et sur les circuits inhibiteurs locaux. Malgré son importance, l'organisation spatio-temporelle de l'activité cholinergique corticale dans le cerveau intact - et son lien avec le comportement - reste encore mal comprise.
Au cours des dernières années, mon équipe a développé des approches expérimentales et analytiques permettant de suivre l'activité cholinergique corticale chez la souris au cours d'une tâche de détection tactile basée sur les vibrisses. Nous avons mis en évidence des patterns spatio-temporels caractéristiques de l'activité cholinergique dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) et montré que l'activité cholinergique de base prédit l'issue comportementale au seuil perceptif (détection du stimulus versus échec ; manuscrit en préparation). Ces résultats soulèvent des questions fondamentales encore ouvertes : (1) comment l'activité cholinergique influence l'activité neuronale locale dans le cortex, et (2) comment la dynamique cholinergique est liée aux performances perceptives sous différentes exigences ou niveaux de difficulté de la tâche.
Répondre à ces questions est essentiel pour comprendre comment la modulation cholinergique façonne l'état cortical et la perception sensorielle. Dans ce projet, l'étudiant combinera des techniques d'imagerie optique de pointe et des approches électrophysiologiques afin de déterminer l'organisation spatio-temporelle de l'activité cholinergique et son impact sur la dynamique neuronale locale. La signalisation cholinergique sera imagée in vivo à l'aide d'un capteur génétiquement encodé de l'acétylcholine (GACh), exprimé de manière virale à l'échelle du cortex dorsal par injection néonatale. L'imagerie grand champ à un photon permettra de capturer la dynamique cholinergique globale à travers plusieurs régions corticales, notamment le cortex somatosensoriel primaire (S1) et le cortex visuel (V1). Afin d'établir un lien direct entre les signaux cholinergiques et l'activité neuronale, l'imagerie cholinergique sera combinée à des enregistrements Neuropixels dans le cortex sensoriel, permettant de corréler l'activité de l'acétylcholine avec l'activité de décharge neuronale et la dynamique des populations neuronales.
Les expériences seront réalisées chez des souris effectuant des tâches de détection sensorielle dont les exigences seront systématiquement modulées. Le paradigme principal sera une tâche de détection tactile basée sur les vibrisses, dans laquelle l'intensité du stimulus modulera la difficulté de la tâche, complétée par une tâche de détection visuelle afin d'évaluer les dynamiques cholinergiques spécifiques à une modalité sensorielle ou communes à plusieurs modalités. En reliant l'activité cholinergique aux performances comportementales, à la difficulté de la tâche, à la modalité sensorielle et à l'activité neuronale locale, ce projet permettra de mieux comprendre comment la signalisation cholinergique organise les états corticaux dans l'espace et le temps afin de soutenir la perception sous différentes contraintes comportementales.

The PhD student will be part of the Bordeaux Neurocampus international graduate program and will therefore benefit from a variety of educational programs, workshops (e.g., Cajal Advanced Neuroscience Training courses), and international conferences in diverse neuroscience disciplines. The Takahashi team is located in the Interdisciplinary Institute for Neurosciences (IINS) building within the Bordeaux Neurocampus, providing a highly international scientific environment where many researchers, postdocs, and students from abroad are working together. All scientific meetings and discussions are held in English.

The objective of this project is to determine the spatiotemporal organization of cholinergic activity in the cortex and its impact on local neuronal dynamics during sensory perception. By combining large-scale cholinergic imaging with electrophysiological recordings, we aim to link cholinergic signaling to neuronal activity and behavioral performance. We will assess how cholinergic dynamics vary with task difficulty and sensory modality. The ultimate goal is to uncover general principles by which cholinergic modulation organizes cortical states to guide perception.

The student will combine state-of-the-art in vivo recording techniques, including wide-field imaging and Neuropixels electrophysiology, to monitor neuronal activity at both cellular and network levels in the somatosensory cortex of head-restrained mice performing a tactile detection task. Cholinergic activity will be monitored using a virally delivered genetically encoded acetylcholine sensor (GACh), followed by implantation of a chronic cranial glass window over the injection site. High-density electrophysiological recordings will be combined with optical imaging to examine the relationship between cholinergic signaling and local neuronal activity. All techniques and experimental tools required for this project are routinely used in the Takahashi team.