Le cortex cérébral est impliqué dans plusieurs fonctions entre autres le traitement des informations sensorielles. Il inclut des zones recevant directement une entrée sensorielle telle que le cortex visuel primaire (V1) qui traite les informations visuelles. Au niveau du V1 des mammifères, chaque neurone présente une combinaison préférentielle de stimuli pour lesquels sa réponse est optimale. Cela dit, chaque attribut de stimulus tel que les fréquences temporelle et spatiale, l’orientation et la direction du mouvement induit une réponse maximale du neurone. Le neurone du V1 est donc sélectif. Cependant, cette sélectivité n’est pas le résultat de l’activité du neurone en question seul, mais plutôt du réseau neuronal dans lequel il est impliqué. L’ensemble des préférences d’un neurone ainsi que le réseau neuronal auquel il appartient demeurent sensiblement inchangés, tant que les facteurs contextuels ne varient que peu ou pas. Toutefois, si les composantes de l’environnement changent de manière imposante, la sélectivité neuronale et l’organisation du réseau original seront modifiées pour induire un nouvel état d’équilibre. C’est la plasticité neuronale. Le but ultime de cette thèse est de comprendre et d’approfondir les connaissances relatives aux mécanismes régissant la sélectivité à l’orientation ainsi que la plasticité dans V1, et ce, par différentes études qui sont organisées, dans cette thèse en trois sections. Les sections (3) et (4) se basent sur une étude pharmacologique qui vise à examiner l’effet de la kétamine sur la sélectivité à l’orientation (section 3) et sur l’adaptation visuelle tout en traitant la connectivité neuronale (section 4). La section (5) vise à examiner l’effet de l’adaptation sur l’affinité des courbes d’accord des neurones. Ce travail a permis d’étudier l’effet de la kétamine et de l’adaptation visuelle sur les propriétés sélectives à l’orientation des neurones ainsi que sur la dynamique des relations fonctionnelles au sein du microcircuit. / The cerebral cortex plays a key role in several functions including the processing of sensory information. It contains areas that receive direct sensory input such as the primary visual cortex (V1) which processes visual information. V1 neurons of mammals are selective for several attributes, such as spatial and temporal frequencies, orientation, and direction of motion. Thus, V1 neurons exhibit selectivities. This neuronal selectivity rests in the convergence of clusters of synapses involved in the network. Neural selectivity and networks are formed during the sensitive period of brain development and is present throughout the animal’s life. However, in V1 during postnatal life, the neuronal selectivity and the neural circuitry are further shaped by experience, thus, rendering it plastic. The main objective of the current thesis is to understand the mechanisms involved in the orientation selectivity as well as the neuroplasticity in V1. To this aim, different investigations, organized in this thesis, in three sections, were carried out. The sections (3) and (4) are based on a pharmacological study that aim to examine the effect of ketamine on orientation selectivity (section 3) and on visual adaptation in relation with neural connectivity (section 4). The study presented in the third section (section 5) investigated the effect of adaptation on the cell’s tuning. Here, we disclose the effects of ketamine and visual adaptation on the cell’s tuning properties as well as on the dynamics of functional relationships between neurons in the microcircuit.

Cette méta-analyse étudie l'impact de la kétamine sur l'activité cérébrale fonctionnelle chez les participants sains, la présentant comme un modèle de psychose étant donné sa capacité à induire des états psychomimétiques à des doses élevées. Les précédentes études de neuroimagerie fonctionnelle ont montré des résultats hétérogènes et des tailles d'échantillon faibles, donc une méta-analyse pour une meilleure compréhension était une lacune importante à combler dans la littérature. Une synthèse complète a été réalisée en utilisant la Cartographie Différentielle Signée, de coordonnées maximales issues d'études de neuroimagerie—10 au repos et 23 basées sur des tâches, dont 9 se concentrent sur les fonctions exécutives, offrant un regard approfondi sur la réaction du cerveau à l'administration de kétamine chez les participants sains. L'analyse basée sur les tâches n'a révélé de résultats que pour les études sur les fonctions exécutives (n=9), ce qui n'était pas surprenant, car différents types de tâches sollicitent l'activité de différentes régions du cerveau. Une analyse statistique rigoureuse a montré une activité accrue dans le cortex cingulaire antérieur dorsal au repos et une activation accrue dans le gyrus de Heschl droit pendant les tâches exécutives après administration de kétamine. De plus, des pics d'activité dans l'insula antérieure droite et le gyrus fusiforme droit au repos, et pour les fonctions exécutives au niveau du cortex cingulaire antérieur rostral ont été trouvés dans nos résultats non corrigés. Les enquêtes en état de repos ont révélé des changements dans les noeuds critiques du réseau de saillance, similaires à ce qui a été observé dans la schizophrénie, tandis que les analyses basées sur les tâches ont indiqué des effets sur les régions cérébrales non pertinentes pour la tâche qui pourraient être expliqués 5 comme des mécanismes compensatoires. L'incapacité potentielle à désactiver le réseau mode par défaut pendant les tâches exécutives, comme le suggère l'activité accrue du rACC, reflète des schémas similaires observés dans la schizophrénie, validant ainsi le modèle kétamine de la psychose. Les résultats soulignent également la nécessité d'examiner davantage les fondements neuronaux de la kétamine en ce qui concerne ses propriétés antidépresseurs. L'une de nos limites est une taille d'échantillon plus faible et les conclusions devraient être mises à jour à mesure que davantage d’analyses cérébrales sous kétamine sont réalisés. / This meta-analysis analysis the impact of ketamine on functional brain activity in healthy participants, showcasing it as a model of psychosis given its capability to induce psychotomimetic states in high doses. Previous functional neuroimaging studies had heterogeneous results and small sample sizes, so a meta-analysis for better understanding was an important gap in the literature to address. A comprehensive synthesis was performed using Signed Differential Mapping, of peak coordinates from neuroimaging studies—10 at rest and 23 task-based, with 9 focusing on executive functions, providing an in-depth look at the brain's response to ketamine administration in healthy participants. Task-based analysis only revealed results for executive function studies (n=9), which was unsurprising as different types of tasks elicit the activity of different brain regions. A stringent statistical analysis reveals heightened activity in the dorsal anterior cingulate cortex during rest and increased activation in the right Heschl's gyrus amid executive tasks post ketamine administration. Additionally, potential activity spikes in the right anterior insula and the right fusiform gyrus at rest, and for executive functions at the rostral anterior cingulate cortex were found in our uncorrected results. Resting-state investigations revealed changes in critical nodes of the salience network, similarly to what has been observed in schizophrenia, while task-based analyses indicated effects on task-irrelevant brain regions that could be explained as compensatory mechanisms. The potential inability to deactivate the default mode network during executive tasks, as suggested by heightened rostral ACC activity, mirrors similar patterns observed in schizophrenia, thereby validating the ketamine model of psychosis. The results also emphasize the need for further examination of ketamine's neural underpinnings pertaining to its antidepressant properties. One of our limitations is a lower sample size and learnings should be updated as more brain scans under ketamine are realized.