Le système vibrissal des rongeurs est un modèle très utilisé pour l'étude des processus comportementaux et neurobiologiques qui sous-tendent la perception tactile, en particulier pendant l'exploration de la forme d'un objet, sa localisation, ou la rugosité de sa surface. Le but de cette thèse a été d'explorer les stratégies sensori-motrices impliquées dans une tâche de discrimination tactile, ainsi que l'activité neuronale qui sous-tend ce processus.De façon similaire aux doigts humains scannant un objet, les rongeurs peuvent balayer activement des surfaces avec les vibrisses de leur museau (mouvement appelé «whisking»). En laboratoire, les rats discriminent des niveaux de rugosité en faisant du whisking. D'après leurs conditions de vie naturelles, nous avons fait l'hypothèse que ces animaux peuvent discriminer des motifs spatiaux sans whisking. Pour le démontrer, nous avons développé une nouvelle tâche de discrimination dans laquelle les rats contactent des stimuli en courant à haute vitesse dans un couloir, de sorte à ce qu'il n'y a pas assez de temps pour un cycle de whisking. Les rats ont appris à discriminer des barres verticales régulièrement espacées d'une surface sans barres. Les vibrisses et le cortex somatosensoriel primaire sont impliqués dans la discrimination. Les animaux ont été également capables de discriminer les barres régulières de barres irrégulières. Nous avons montré que les rats ne font pas de whisking sur les stimuli, et qu'ils orientent leurs vibrisses du côté du stimulus récompensé environ 60ms après premier contact (Kerekes et al., 2017). Ces résultats montrent que les rats peuvent discriminer des stimuli sans faire de whisking.Dans une deuxième partie, nous avons analysé les mouvements vibrissaux et réponses neuronales thalamo-corticales évoquées chez le rat anesthésié par le passage des stimuli utilisés pendant la tâche. Les résultats préliminaires révèlent des mouvements vibrissaux à haute accélération, encodés différemment par le cortex selon le type de stimulus (barres régulières ou irrégulières). Quatre rats ont été enregistrés pour cette étude: deux d'entre eux ont été entraînés à la tâche de discrimination, et les deux autres ont été entraînés à une tâche non-tactile sur le même labyrinthe. Grâce à ces expériences, nous allons rechercher les effets potentiels de l'apprentissage sur le traitement neuronal des informations tactiles. Le développement combiné de la tâche comportementale et des enregistrements neuronaux sur rat anesthésié et éveillé vont nous permettre d'explorer de nouvelles questions sur la discrimination tactile, tel que le codage de la régularité de motifs spatiaux, et la modulation de ce codage par l'apprentissage. / The rodent whisker system is a widely used model to study behavioral and neurobiological processes underlying tactile perception, in particular during the exploration of an object shape, localization or surface roughness. The general goal of this Ph.D. work was to explore the sensori-motor strategies involved in a tactile discrimination task, as well as the neuronal activity underlying such ability. Similarly to human fingertips scanning an object, rodents are able to sweep their whiskers against surfaces in a rhythmic fashion (a process called whisking) to analyze spatial details. In most laboratory tasks, rats discriminate spatial patterns by whisking on them successively. Based on the life of these animals in the wild, we hypothesized that rodents could discriminate spatial patterns without whisking. To demonstrate this, we developed a novel task inciting the rats to touch the stimuli by running past them at such high speed that the time needed to complete a whisking cycle is not available. Rats learned to discriminate a surface with a series of vertical bars regularly spaced from a smooth surface. Both whiskers and neural activity in the primary somatosensory cortex were involved during the discrimination process. Rats could also discriminate an irregular series from the regular one. We showed that rats do not whisk on the stimuli, and that they orient their whisker arrays towards the rewarded stimulus as soon as 60ms after the first possible contact (Kerekes et al., 2017). These results demonstrate that rats can discriminate stimuli without actively whisking. A second project of this Ph.D. work focused on the analysis of whisker deflections and thalamo-cortical neuronal responses evoked in the anesthetized rat by the stimuli passing on the whiskers mimicking the tactile condition during the task. Preliminary results show the presence of high-acceleration events occurring during whisker stimulation. These events evoked significant cortical responses, that differed according to the stimulus type (irregular or regular series). Four rats have been recorded for this study, two of them were trained on the discrimination task, and the two others were trained on a non-tactile task on the same maze. With this data, we plan to search for potential effects of learning on neuronal treatment of tactile inputs. Both the development of the novel discrimination task and of neuronal recordings in anesthetized and awake rats will allow to tackle new questions on tactile discrimination processes, such as how spatial regularity or irregularity are encoded and how this encoding can be modulated by learning.

The amygdala, in particular its basolateral part (BLA), plays a critical role in binding affective qualities to otherwise neutral stimuli, and in eliciting emotional behaviors. Plasticity of inputs to BLA projection neurons involved in emotional memory has been extensively studied. However, how BLA neurons collectively process sensory information to encode and stabilize emotional memories is unknown. Precise coordination of BLA network activities seems critical. Specifically, timed integration of salient stimuli, and synchrony with hippocampal theta oscillations appear to be important. Recent reports suggest that GABAergic neurons may be instrumental in shaping ensemble activity in the BLA. Studies of neocortex and hippocampus showed that diverse GABAergic interneuron types play highly specific roles in coordinating network operations. The presence of similar interneuron populations in the BLA suggests comparable mechanism may govern its activities. However, GABAergic cell types and their functions have not been characterized.

La navigation spatiale peut être subdivisée en deux processus: la construction d’une représentation mentale de l’espace à partir de l’exploration de l’environnement d'une part, et l’utilisation de cette représentation de façon à produire le trajet le plus adapté pour rejoindre le lieu souhaité d'autre part. Lors de l’exploration de l’environnement, des informations externes et des informations de mouvement propre (i.e. vestibulaires et proprioceptives) sont combinées pour former la carte cognitive. Depuis longtemps des études suggèrent que le cervelet participe à la navigation spatiale mais son rôle a souvent été confiné à l’exécution motrice. Notre équipe a étudié des souris mutantes L7-PKCI présentant un déficit de plasticité synaptique de type dépression à long terme (DLT) au niveau des synapses entre fibres parallèles et cellules de Purkinje du cortex cérébelleux. Ces travaux ont montré que les souris présentent à la fois un déficit dans l'optimisation de la trajectoire mais également dans le maintien de la carte cognitive formée dans l'hippocampe. En effet, les propriétés de décharge des cellules de lieu de l'hippocampe sont affectées chez ces souris exclusivement lorsque celles-ci doivent naviguer en se reposant sur les informations provenant de leur mouvement propre, c'est à dire quand elles explorent l'environnement dans le noir. A ces mêmes synapses, une plasticité de type potentialisation à long terme (PLT) a été observée et permet (avec la DLT) la modulation bidirectionelle de l’efficacité synaptique. La plasticité bidirectionnelle est un processus clé dans les modèles théoriques de type « filtre adaptatif » de traitement de l’information par le cervelet. Selon ces modèles, l’absence de PLT ou DLT devrait affecter de façon similaire la plasticité bidirectionnelle et conduire ainsi à des déficits comparables. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié les conséquences fonctionnelles d’un déficit de type PLT au niveau de la même synapse entre fibre parallèle et cellule de Purkinje. Nous avons utilisé la lignée transgénique L7-PP2B, spécifiquement déficitaire pour cette plasticité.Malgré un léger déficit moteur révélé exclusivement sur le rotarod, les capacités de navigation des souris L7-PP2B ne sont pas affectées dans une tâche de navigation en labyrinthe aquatique de type piscine de Morris. Les propriétés des cellules de lieu de l’hippocampe des souris L7-PP2B ont ensuite été caractérisées lors de l’exploration d’une arène circulaire dans différentes conditions environnementales. Contrairement à celles des souris L7-PKCI, les propriétés des cellules de lieux des souris L7-PP2B ne sont pas affectées lorsque les souris ne peuvent utiliser que les informations de mouvement propre pour s’orienter, c'est à dire dans le noir. Par contre, les cellules de lieux des souris L7-PP2B présentent une instabilité en l’absence de toute manipulation d’indice environnemental, dans 23% des sessions d’enregistrement. Cette instabilité, absente chez les souris contrôles, se manifeste de façon imprévisible dans un environnement familier et est caractérisée par une rotation angulaire cohérente de l’ensemble des cellules de lieux enregistrées. Ces données suggèrent qu’en l’absence de PLT cérébelleuse la représentation spatiale de l’hippocampe n’est pas ancrée de façon stable aux indices externes proximaux. Ces résultats, associés à ceux des souris L7-PKCI indiquent que le cervelet contribue de manière complexe à la fois à la représentation spatiale hippocampique et aux capacités de navigation et que DLT et PLT jouent probablement des rôles différents dans ces processus. / Spatial navigation can be divided into two processes: building a spatial representation from the environment exploration and using this representation to produce an adapted trajectory toward a goal. During the environment exploration, external and self-motion information (i.e. vestibular and proprioceptive) are combined to form the spatial map. It has long been suggested that the cerebellum participates in spatial navigation but its role has often been confined to motor execution. Our team has studied L7-PKCI mice which lack a plasticity mechanism (long term depression (LTD)) at parallel fiber-Purkinje cell synapses in the cerebellar cortex. These works have shown that L7-PKCI mice present a deficit in trajectory optimization as well as in the maintenance of the cognitive map in the hippocampus. Indeed in these mice, the firing properties of hippocampal place cells are affected specifically when mice have to rely on self-motion information, i.e. when exploring the environment in the dark.A these same synapses, another type of plasticity (long term potentiation (LTP)) has been described, and allows (with LTD) the bidirectional modulation of the synaptic efficiency. Bidirectional plasticity is a key element of the ‘adaptive filter’ theoretical models of cerebellar information processing. According to these models, a lack of LTP or LTD should similarly affect bidirectional plasticity and result in comparable deficits. To test this prediction, we investigated the functional consequences of a deficit of LTP at parallel fiber-Purkinje cell synapses using the L7-PP2B mice model, specifically impaired for this plasticity.In spite of a mild motor adaptation deficit, revealed on the rotarod task, spatial learning of L7-PP2B mice was not impaired in the watermaze task. Hippocampal place cell properties of L7-PP2B mice were characterized during exploration of a circular arena, following different experimental manipulations. In contrast to mice lacking cerebellar LTD, place cells properties of L7-PP2B mice were not impaired when mice had to rely on self-motion cues, i.e. in the dark. Surprisingly, L7-PP2B place cells displayed instability in the absence of any proximal cue manipulation in 23 % of the recording sessions. This instability occurred in an unpredictable way in a familiar environment and was characterized each time by a coherent angular rotation of the whole set of recorded place cells. These data suggest that, in the absence of cerebellar LTP, hippocampal spatial representation cannot be reliably anchored to the proximal cue. These results along with those from L7­PKCI mice, indicate that the cerebellum contributes to both hippocampal representation and subsequent navigation abilities and that LTP and LTD are likely to play different roles in these processes.

Les troubles du spectre autistique sont vraisemblablement liés à des altérations des circuits neuronaux au cours du développement. Des études en imagerie cérébrale ont mis en évidence des anomalies anatomo-fonctionnelles localisées notamment au niveau du sillon temporal supérieur (STS) dans l’autisme. Chez le sujet sain, le STS est impliqué dans la perception et la cognition sociale, dont les dysfonctionnements sont au coeur des symptômes autistiques. En effet, des anomalies de la perception sociale, notamment un manque de préférence par les yeux, ont été mises en évidence dans l’autisme. Dans cette thèse nous avons montré qu’il est possible de moduler l’activité neuronale du STS droit à l’aide de la stimulation magnétique transcranienne (TMS) avec un impact significatif sur la perception sociale, mesurée par l’eye-tracking. En effet, suite à une inhibition du STS, des jeunes volontaires sains regardent moins les yeux des personnages dans les scènes sociales. Par ailleurs, cette perception sociale a été corrélée au débit sanguin cérébral (DSC) au repos, mesuré en IRM avec la séquence arterial spin labelling. Ainsi, les volontaires sains qui regardaient le plus les yeux des personnages étaient ceux chez qui le DSC au repos était plus élevé au niveau des régions temporales droites. De plus, cette corrélation a été également observée chez des enfants avec autisme: les enfants qui regardaient le plus les yeux des personnages étaient ceux chez qui le DSC au repos était plus important au niveau des régions temporales droites. Enfin, les résultats préliminaires concernant l’application de la TMS chez des adultes avec autisme ouvrent des nouvelles perspectives thérapeutiques. / Autism is a pervasive developmental disorder associated with alterations of neural circuits. Neuroimaging studies in autism have revealed anatomo-fonctional abnormalities, particularly located within the superior temporal sulcus (STS). In normal subjects, STS is largely implicated in social perception and social cognition. Deficits in social cognition and particularly in social perception are the core symptoms of autism. Indeed, abnormalities of social perception have been described in adults and children with autism. These abnormalities are characterized by a lack of preference for the eyes. In this thesis, we have shown that it is possible to modulate neural activity within the right STS using a transcranial magnetic stimulation (TMS) protocol, with significant effects on social perception parameters, measured by eye-tracking during passive visualization of social scenes. Furthermore, social perception parameters were correlated with rest cerebral blood flow (CBF), measured with arterial spin labelling (ASL) MRI. We have shown that the healthy young volunteers who looked more to the eyes during passive visualization of social scenes were those who had higher rest CBF values within right temporal regions. In addition, this correlation was also observed in children with autism: children who looked more to the eyes during passive visualization of social scenes were those who had higher rest CBF values within right temporal regions. Finally, preliminary results concerning application of the TMS protocol in adults with autism open up new perspectives on innovate therapeutically strategies.

Les humains doivent sans cesse s’adapter à des environnements incertains, changeants et ouverts. Pour ce faire, il est nécessaire d’explorer, d’ajuster et d’exploiter plusieurs task-sets, c’est-à-dire des associations sensorimotrices flexibles entre des stimuli, des actions et des résultats. Collins et Kœchlin ont proposé un modèle computationnel qui contrôle la création, l’apprentissage, le stockage, la récupération et la sélection de tels task-sets pour guider le comportement (Collins & Kœchlin, 2012, PloS biology). Le modèle met à jour les fiabilités d’un ensemble de task-sets, c’est-à-dire leur capacité à prédire correctement les conséquences des actions. Cette mise à jour des fiabilités est réalisée par inférence bayésienne en intégrant les résultats des actions et l’information contextuelle. Elle permet d’arbitrer entre l’exploitation du task-set le plus fiable et l’exploration de nouveaux task-sets. En l’absence d’information contextuelle, la fiabilité des task-sets appris est maintenue et mise à jour dans le cortex frontopolaire (Donoso, Collins & Kœchlin, Science, 2014). Ce travail de thèse a pour but d’élucider les mécanismes neuraux permettant le monitorage et la récupération de task-sets stockés en mémoire, que ce soit selon les indices contextuels ou les résultats des actions. Pour ce faire, nous avons élaboré une expérience d’IRM fonctionnelle dans laquelle des sujets sains doivent apprendre, par essais et erreurs, plusieurs task-sets associés à divers indices contextuels, puis réutiliser les task-sets appris. Les conditions expérimentales varient de façon non prédictible de telle sorte que : (i) des task-sets précédemment appris doivent être réutilisés soit avec le même indice contextuel, soit avec un indice contextuel nouveau ; (ii) de nouveaux task-sets doivent être appris soit avec de nouveaux indices contextuels, soit avec des indices connus. Les résultats comportementaux montrent que les sujets apprennent, maintiennent, mettent à jour et réutilisent un répertoire grandissant de task-sets tel que le prédit le modèle computationnel. Plus précisément : (i) les indices contextuels connus sont utilisés de façon proactive (avant l’exécution d’une action) pour sélectionner le task-set correspondant ; (ii) lorsque les indices contextuels sont inconnus, les sujets sélectionnent le task-set de façon réactive, selon les résultats des actions. Les résultats d’imagerie révèlent que la fiabilité des task-sets est mise à jour dans le cortex frontopolaire et le cortex préfrontal dorso-latéral. De plus, le cortex préfrontal latéral est impliqué dans le processus de sélection proactif et réactif. Cependant, les récupérations proactives et réactives dépendent de réseaux distincts : (i) d’une part la récupération proactive repose sur un réseau ventral qui inclut le cortex préfrontal ventro-médian, le striatum et l’hippocampe ;(ii) d’autre part, la récupération réactive repose sur un réseau frontal incluant notamment le cortex frontopolaire. / Humans need to adapt to uncertain, changing, and open-ended environ- ments. In such situations, decision-making involves exploring, adjusting and ex- ploiting multiple task-sets – defined as flexible sensorimotor mappings associating stimuli, actions, and expected outcomes. Collins and Kœchlin proposed a computational model that controls the crea- tion, learning, storage, retrieval, and selection of such task-sets for driving action (Collins & Kœchlin, 2012, PloS biology). The model monitors the reliability of a collection of concurrent task-sets - i.e., the ability of alternative task-sets to correctly predict action outcomes. Task-set reliability is updated in a Bayesian manner according to outcomes and contextual information and arbitrates between exploiting the most reliable task- set or exploring new ones to drive action. It has recently been shown that, without contextual information, the reliability of alternative learned task-sets is monito- red in frontopolar cortex (Donoso, Collins & Kœchlin, Science, 2014). The goal of this study is to investigate the neural mechanisms that subserve the monitoring and retrieval of stored task-sets according to both contextual cues and action outcomes. We designed an fMRI experiment requiring healthy human subjects to learn by trials and errors and to switch between multiple task-sets associated with va- rious contextual cues. Experimental conditions varied unpredictably such that: (i) previously learned task-sets re-occurred with either the same or new contextual cues, (ii) new task-sets that needed to be learned occurred with new cues or pre- viously encountered ones. Behavioral results and model fits show that subjects learned, monitored and switched across an expanding repertoire of task-sets as predicted by the compu- tational model. More specifically : (i) Known contextual cues were used proactively (before performing any action) to select the corresponding task-set ; (ii) When previously learned task-sets re-occurred with unknown contextual cues, subjects selected the stored task-set reactively based on action outcomes. Model-based fMRI results revealed that task-set reliability is updated in the frontopolar cortex and the lateral prefrontal cortex. Moreover, lateral prefrontal cortex is engaged in the selection process in both cases. However distinct networks are involved depending on whether the retrieval is cue or outcome-based: (i) on the one hand, proactive retrieval relies on a ventral pathway including ventromedial prefrontal cortex, striatum and bilateral hippocampus ;(ii) on the other hand, reactive retrieval relies on a frontal network including frontopolar cortex.

D'après le postulat de Hebb, les réseaux neuronaux adaptent leur connectivité sous l'influence des activités pré- et post-synaptiques. La " spike-timing-dependent plasticity " (STDP) est une règle d'apprentissage synaptique de type Hebbien, qui repose sur la structure temporelle précise des patrons d'activités appariées de part et d'autre de la synapse. La plasticité cortico-striatale serait le substrat biologique de l'apprentissage procédural effectué par les ganglions de la base. Les neurones de sortie du striatum agissent comme des détecteurs de coïncidence des activités corticales et thalamiques. La STDP cortico-striatale pourrait donc jouer un rôle crucial dans les processus d'encodage de l'apprentissage et la mémoire procédurale. Nous avons exploré les conditions d'émergence et d'expression de la STDP cortico-striatale. / According to Hebbian theory, neural networks refine their connectivity by patterned firing of action potentials in pre- and postsynaptic neurons. Spike-timing-dependent plasticity (STDP) is a synaptic Hebbian learning rule relying on the precise order and the millisecond timing of the paired activities on either side of the synapse. Temporal coding via STDP may be essential for the role of the striatum in learning of motor sequences in which sensory and motor events are associated in a precise time sequence. Corticostriatal long-term plasticity provides a fundamental mechanism for the function of the basal ganglia in procedural learning. Striatal output neurons act as detectors of distributed patterns of cortical and thalamic activity. Thus, corticostriatal STDP should play a major role in information processing in the basal ganglia, which is based on a precise time-coding process. Here, we explored the conditions required for the emergence of corticostriatal STDP.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη του συγχρονισμού των ηλεκτροεγκεφαλικών σημάτων ως μέθοδος διάγνωσης των μαθησιακών δυσκολιών. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα ηρεμίας και εγκεφαλικά προκλητικά δυναμικά υγιών και ατόμων με μαθησιακές δυσκολίες. Η μεθοδολογία που εξετάζεται βασίζεται στον υπολογισμό γραμμικών και μη γραμμικών μεγεθών. Τα γραμμικά μεγέθη περιλαμβάνουν την ετεροσυσχέτιση (cross-correlation) και τη συνοχή (coherence). Τα μη γραμμικά μεγέθη περιλαμβάνουν πέντε μεγέθη που προκύπτουν από την ανακατασκευή του σήματος στο χώρο των καταστάσεων, και δύο μεγέθη που προκύπτουν από το μετασχηματισμό Hilbert. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δείχνουν ότι ο συγχρονισμός στα άτομα με μαθησιακές δυσκολίες είναι σημαντικά ελαττωμένος σε σχέση με τους υγιείς στο σύνολο των ηλεκτροδίων και των εγκεφαλικών ρυθμών. / The aim of the present thesis is the analysis of the synchronization of the electroencephalogram as a method for the diagnosis of learning difficulties. The utilized data are electroencephalogram and evoked potentials of healthy subjects and subjects with learning difficulties. The method includes the estimation of linear and non linear measures. Two linear measures are used, namely cross-correlation and coherence. Five non linear measures are based on the reconstruction of the state space, and two non linear measures are based on the Hilbert transform. Driver synchronization is observed in subjects with learning difficulties as demonstrated by all the studied measures.

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L’orientation spatiale et la fonction de navigation sont des processus contrôlés par des circuits et éléments neuronaux bien précis. Le présubiculum, aire cortical de transition de la région parahippocampique, est situé entre l’hippocampe et le cortex entorhinal. Le présubiculum est impliqué dans la navigation spatiale à la fois chez l’animal et l’Homme. Plus de la moitié des neurones du présubiculum sont des cellules de direction de la tête qui déchargent en fonction de la direction prise par la tête de l’animal. Le présubiculum est un carrefour majeur pour le transfert d’information de direction de la tête et de l’information visuelle aux régions de la formation hippocampique et parahippocampique et sous-corticale. Malgré son importance fonctionnelle, le traitement de l’information au sein du circuit présubiculaire à 6 couches reste encore peu connu. Au cours de ma thèse, j’ai étudié les éléments inhibiteurs qui composent le microcircuit présubiculaire à partir de tranches aigües de cerveau de souris en utilisant la technique du patch-clamp. J’ai caractérisé les propriétés anatomique et électriques des interneurones ainsi que leur connectivité locale et à distances avec d’autres régions corticales.Dans un premier temps, j’ai étudié la diversité des interneurones exprimant la parvalbumine et la somatostatine à partir de lignées de souris transgéniques exprimant une protéine fluorescente dans les interneurones. J’ai montré l’existence des cellules en panier à décharge rapide exprimant la parvalbumine et des cellules de Martinotti à bas seuil d’activation exprimant la somatostatine. J’ai également décrit un troisième groupe atypique avec des propriétés électriques intermédiaires et des morphologies hétérogènes. L’existence de ce groupe transitionnel pourrait s’expliquer par la présence d’interneurones exprimant à la fois la parvalbumine et la somatostatine. Ainsi, le microcircuit inhibiteur du présubiculum semble partager toute la complexité des autres aires corticales. Dans un second temps, je me suis intéressée à l’intégration des entrées thalamiques par les neurones excitateurs et inhibiteurs dans les couches superficielles du présubiculum à l’aide de la technique du double patch-clamp. J’ai montré que les axones thalamiques innervent sélectivement les couches superficielles et plus particulièrement, contactent directement les cellules de projection vers le cortex entorhinal ainsi que les interneurons exprimant la parvalbumine dans la couche 3 du présubiculum. En revanche, les interneurons exprimant la somatostatine sont indirectement recrutés par les cellules pyramidales du microcircuit. Ces interneurones joueraient un double rôle à la fois dans l’inhibition latérale et le maintien d’une décharge soutenue des cellules principales. Du fait de la forte probabilité de connexion entre les cellules principales et les interneurones exprimant la parvalbumine, ces derniers seraient impliqués dans l’inhibition de type feed-forward. Mon travail de thèse a permis d’apporter des connaissances fondamentales concernant l’inhibition au sein du présubiculum. Il a permis de dévoiler une diversité d’interneurones GABAergiques et de montrer l’existence de circuits neuronaux canoniques de type « feedforward » et « feedback » qui seraient recrutés à différents moments de la signalisation de la direction de la tête. / Spatial orientation and navigation are controlled by specific neuronal circuits and elements. The presubiculum, a transitional cortical area of the parahippocampal formation, is located between the hippocampus and the entorhinal cortex, and it participates in spatial navigation in animals and humans. More than half of presubicular neurons are head direction cells that fire as a function of the directional heading. The presubiculum is thought to be a crucial node for transferring directional heading information to the entorhinal-hippocampal network, and feeding back visual landmark information to upstream regions of the head directional circuit. Despite its functional importance, information processing within the 6-layered presubicular microcircuit remains not completely understood. During my PhD, I studied inhibitory neurons of the presubicular microcircuit in the slice preparation using patch-clamp recordings. I characterized their anatomo-physiological properties as well as their functional connectivity with local principal neurons. In the first part, I examined the diversity of two major populations of GABAergic neurons, the parvalbumin (PV) and somatostatin (SOM) expressing interneurons in mouse presubiculum. Using transgenic mouse strains Pvalb-Cre, Sst-Cre and X98, where interneurons were fluorescently labeled, I showed the existence of typical PV fast-spiking basket-like interneurons mainly in the Pvalb-Cre line and SOM low-threshold spiking Martinotti cell-like interneurons in the X98 and Sst-Cre line. Unsupervised cluster analysis based on electrophysiological parameters further revealed a transitional group containing interneurons from either Pvalb-Cre or Sst-cre lines with quasi-fast-spiking properties and heterogeneous morphologies. A small subpopulation of ~6% of interneurons co-expressed PV and SOM in mouse presubiculum. The presubiculum appears to share the whole complexity of other cortical areas in term of inhibition. In the second part, I investigated the integration of thalamic inputs by principal neurons as well as PV and SST interneurons in the presubiculum using double patch-clamp recordings. I found that thalamic axons selectively innervated superficial layers and made direct synaptic contacts with pyramidal neurons that project to medial entorhinal cortex and also with PV interneurons in superficial layer 3. In contrast, SST interneurons were indirectly recruited by presubicular pyramidal cells in a facilitating and frequency dependent manner. They may mediate lateral inhibition onto nearby principal cells, and at the same time, preserve sustained firing of principal neurons. In paired recording experiments, I found that PV cells inhibit neighboring pyramidal neurons with a high connection probability. PV interneurons are rapidly recruited by thalamic excitation and mediate feed-forward inhibition in presubicular pyramidal neurons. My PhD work brought fundamental knowledge about the presubicular inhibitory microcircuit. It has unraveled different populations of GABAergic interneurons and revealed canonical feedforward and feedback inhibitory motifs that are likely to be recruited at different times during head direction signaling.