Plus de 150 millions de personnes souffrent de troubles dépressifs à travers le monde. Malgré le nombre croissant d’études s’intéressant à la physiopathologie de ce trouble, aucune amélioration majeure concernant ses traitements ou la compréhension des mécanismes biologiques sous-jacents n’a été faite. Bien qu’une prédisposition génétique et des évènements stressants aient été proposés comme facteurs de risque, ni les gènes impliqués ni le fonctionnement des interactions gène x environnement ne sont encore connus. Cela peut s’expliquer par le manque de modèles animaux satisfaisants et par le fossé existant entre les connaissances / méthodes de diagnostic appliquées en recherche clinique et celles disponibles en recherche fondamentale. Des manipulations pharmacologiques, lésionnelles, génétiques ou de l’environnement sont quasi exclusivement utilisées chez le rongeur. Certains primates non-humains (PNH), plus proches de nous sur les plans comportementaux et phylogénétiques, montrent pourtant, comme l’Homme, des modifications comportementales et physiologiques atypiques et spontanées en réponse à des conditions de vie stressantes. Malgré les travaux pionniers et prometteurs d’Harlow et de ses collaborateurs dans les années 60, rares sont les équipes qui étudient la dépression chez le macaque aujourd’hui. Nous avons émis l’hypothèse que parmi des grandes populations de PNH captifs, une petite proportion d’individus exprime des comportements atypiques pouvant s’apparenter à des symptômes dépressifs. Mon projet de thèse a eu pour but de proposer une approche novatrice et non invasive d’identification de ces profils « depressive-like » chez le macaque, en combinant les compétences et connaissances de l’éthologie, de la psychiatrie et des neurosciences. L’impact des expériences de vie précoces et de l’espèce a également été abordé. Les comportements, les postures et orientations du corps, les localisations spatiales, les regards et/ou les distances inter-individuelles ont été relevés chez plus de 200 macaques rhésus et cynomolgus d’élevage, nés en captivité ou dans la nature. Des sous-groupes d’individus ont été identifiés à l’aide d’analyses multifactorielles. Dans chaque population observée, un profil « depressive-like » a été mis en évidence par comparaison avec les symptômes décrits dans le Manuel Diagnostique et Statistiques des Troubles Mentaux et avec les modèles animaux existants dans la littérature. La prévalence de ces profils étant supérieure chez les macaques rhésus et chez les animaux nés en captivité, nos résultats concordent avec le rôle suggéré du stress dans l’expression des troubles dépressifs. En plus d’exprimer ce profil comportemental atypique dans leur environnement habituel, les singes « depressive-like » présentaient une réactivité émotionnelle altérée au cours 2 tests comportementaux, associée à des taux élevés de cortisol plasmatique et noradrénaline cérébro-spinale. Pris dans leur ensemble, ces résultats prometteurs confèrent une bonne validité de représentation à notre modèle macaque de symptômes dépressifs. Une caractérisation plus complète de ce modèle est bien sûr nécessaire et pourrait ouvrir de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’étiologie et de la physiopathologie des troubles dépressifs. / More than 150 million people worldwide suffer from major depressive disorder (MDD). Although investigations of its pathophysiology have dramatically increased in the last decade, no substantial improvement has been made concerning the treatments and the understanding of its underlying mechanisms. A genetic predisposition and stressful experiences have been acknowledged as risk factors involved in MDD. However, no specific genes have been identified so far and little is known about the gene x environment interactions. This is likely due to the lack of bona fide animal models of depressive-like symptoms. Indeed, there is a huge gap between the knowledge / diagnostic methodology of clinical research and the animal models used in fundamental research, mainly focusing on environmental, pharmacological, lesional or genetic manipulations. Phylogenetically and behaviourally closer to Humans compared to rodents, non-human primates (NHPs) can show spontaneous behavioural and physiological modifications in response to stressful life events. Although promising results had been reported in the 1960’s by the pioneering studies of Harlow and colleagues, the investigation of depressive-like symptoms in macaques are scarce in the current literature. We hypothesize that, among large captive NHP populations, a few individuals will display atypical behaviours that could mimic depressive symptoms. Combining the skills and knowledge of ethology, psychiatry and neurosciences, my PhD project aimed at proposing an innovative non-invasive detection method of such depressive-like profiles. The impact of birth origin and species was questioned as well. Behaviours, body postures, body orientations, spatial location, gaze direction and/or inter-peer distances were collected among more than 200 rhesus and cynomolgus captive- or wild-born farm-bred macaques. Using multifactorial analyses, clusters of individuals displaying distinct behavioural profiles were identified. In each population, a common depressive-like profile was characterised by its similarities with symptoms described in the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorder and with other animal models of depression. The prevalence of such profiles was increased in the rhesus populations and by captive early life experience, corroborating the role of stress in the development of MDD. In addition to expressing depressive-like features in their home cage, these animals displayed higher levels of plasmatic cortisol and cerebrospinal noradrenaline which correlated with a passive emotional reactivity in 2 behavioural paradigms. Altogether these promising results conferred good face validity to our NHP model of depressive-like symptoms. Further characterization of this model is required and might bring new insights to the understanding of MDD pathophysiology and etiology.

L'examen des asymétries oro-faciales fournit un indice indirect et fiable pour déterminer la spécialisation hémisphérique des processus liés à la communication socio-émotionnelle chez les primates non humains. Cependant, à ce jour, peu d'études ont été réalisées et les théories formulées chez l'homme sont peu consensuelles. Afin de contribuer à la question de la latéralisation cérébrale des processus cognitivo-émotionnels chez le primate, quatre études expérimentales ont été réalisées au cours de cette thèse. Tout d'abord, deux méthodes ont été utilisées pour mesurer les asymétries oro-faciales dans une population de babouins adultes (une méthode morphométrique et une méthode dite des « chimères »). Une spécialisation hémisphérique droite dominante pour le traitement des émotions négatives a été notée. Une troisième étude a démontré, pour la première fois, une asymétrie oro-faciale au niveau populationnel chez des jeunes macaques et babouins. Enfin, une dernière étude a été réalisée chez des chimpanzés afin de tester la robustesse d'une recherche qui avait mis en évidence une différence d'asymétrie selon la fonction communicative intentionnelle (hémisphère gauche) vs. émotionnelle (hémisphère droit) des vocalisations. Les résultats ont confirmé ceux de la première étude et permettent de discuter des hypothèses concernant l'origine de l'évolution du langage. Ces travaux sont discutés à la lumière des recherches récentes concernant de nombreuses espèces animales. Ils apportent des connaissances nouvelles pour appréhender la phylogénèse de la spécialisation hémisphérique des processus associés à la communication verbale et non verbale chez l'homme. / The study of oro-facial asymmetries offers an indirect and suitable index to determine the hemispheric specialization of the processes associated to socio-emotional communication in non-human primates. However, few studies have been made in this domain and the available theories in humans are in part contradictory. In order to contribute to this field, i.e., hemispheric specialization of cognitive and emotional processing in primates, four experimental studies have been carried out during this doctorate. Firstly, two methods have been used to assess oro-facial asymmetries in adult baboons (a morphometric one and a free viewing of chimeric faces). A right hemispheric specialization for negative emotions was noticed. A third study demonstrated for the first time a population-level hemispheric specialization for the production of emotions in infant macaques and baboons. A last study tested the robustness of previous findings in chimpanzees concerning differences of hemispheric lateralization patterns depending on the communicative function of the vocalizations: intentional (left hemisphere) vs emotional (right hemisphere). Results confirmed the previous conclusions and allowed to discuss hypotheses about the origin of the evolution of language (speech). These collective findings are discussed within the context of the phylogeny of hemispheric specialization mechanisms underlying verbal and nonverbal communication in humans.

Le macaque rhésus infecté par le virus de l’immunodéficience simienne (SIV) fait l’objet de nombreuses études en tant que modèle de la pathogenèse induite par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Il existe deux sous-espèces de macaque rhésus définies notamment d’après leur origine géographique. Le macaque rhésus indien montre une progression pathologique particulièrement rapide, caractérisée par une déplétion massive de la population lymphocytaire T CD4+ intestinale les jours suivant l’infection. Cette déplétion a été associée à la translocation des bactéries commensales à travers l’épithélium intestinal en phase chronique. En revanche, chez le macaque rhésus chinois la vitesse de développement de la maladie est comparable à celle des patients infectés par le VIH-1. En périphérie, les données virales et immunologiques sont également plus proches de ce qui est documenté chez l’Homme infecté. Toutefois, la cinétique de dégradation de la muqueuse intestinale les jours suivant l’infection reste peu explorée dans ce modèle. Dans un premier temps, mes travaux de doctorat ont permis de confirmer la dissémination rapide du SIV dans le tractus gastro-intestinal du macaque rhésus d’origine chinoise. L’intestin grêle, notamment l’iléon, est la cible d’une réplication virale soutenue et très précoce. Malgré une réplication virale intense, le nombre de lymphocytes T CD4+ dans la muqueuse de l’iléon reste constant durant les deux premières semaines suivant l’infection par le virus dans ce modèle. Nous observons en revanche une augmentation conséquente du nombre de cellules T cytotoxiques et de macrophages, suggérant la mise en place d’une forte réponse immune in situ. Nous démontrons que l’augmentation du nombre de ces cellules et le maintien du nombre de lymphocytes T CD4+ dans la muqueuse iléale sont certainement liés, du moins en partie, au recrutement de cellules circulantes. En effet, nous décrivons pour la première fois une augmentation significative de l’expression de nombreuses chimiokines par cette muqueuse dès les premiers jours suivant l’infection. En parallèle nous décrivons, dans le sang périphérique, une diminution transitoire du nombre de lymphocytes T CD4+ et CD8+. Enfin, nous avons décelé une augmentation de l’expression d’interleukine 7 (IL-7) après infection. Cette augmentation, spécifiquement observée dans la muqueuse de l’intestin grêle, est corrélée à l’expression des chimiokines. Ces résultats apportent de nouveaux éléments sur la contribution de l’IL-7 dans la régulation de l’expression des chimiokines par la muqueuse intestinale suite à l’infection par le SIV. L’ensemble de nos résultats démontre que la population de lymphocytes T CD4+ de l’intestin grêle est préservée au cours de l’infection aiguë par le SIV chez le macaque rhésus chinois. En parallèle, l’exacerbation de l’expression locale de chimiokines laisse supposer une relocalisation des cellules du système immunitaire vers la muqueuse intestinale. Ces migrations pourraient avoir des effets délétères pour l’hôte en apportant de nouvelles cibles nourrissant la réplication virale. A l’opposé, le recrutement localisé de cellules immunitaires clés pour le déclenchement des réponses antivirales innées et adaptatives pourrait limiter la réplication du virus. Il est donc crucial de mieux définir l’impact de ce recrutement sur l’immunité muqueuse et la progression de la maladie. Nos découvertes apportent également de nouveaux arguments en faveur de l’utilisation du macaque rhésus d’origine chinoise en tant que modèle de choix pour l’étude de la physiopathologie de l’infection humaine par le VIH-1. / As a model to study type 1 human immunodeficiency virus (HIV-1) pathogenesis, rhesus macaques infected with the simian immunodeficiency virus (SIV) are under extensive investigation. Two subspecies of rhesus macaques have been defined, based on a different geographic origin. Indian rhesus macaques exhibit a rapid disease progression and acute infection is characterized by a massive CD4 T-cell loss in the intestinal mucosa. This was associated to the translocation of bacterial products through the gut epithelium during the chronic stage. Contrary to the animals of Indian origin, the pathogenesis of Chinese rhesus macaques infected with SIV is similar to HIV-1 infected patients. Viral and immunological settings in periphery are also closer to what is described in infected humans. However, the kinetics of mucosal disruption is poorly documented in this model. As a first step, I confirmed the rapid SIV dissemination in the gastro-intestinal tract of Chinese rhesus macaques. The small intestine, in particular the ileum, undergoes an early and high viral replication. Despite this high viral load, the numbers of CD4+ T cells in the ileum mucosa remains unchanged during the first two weeks following infection in this model. On the other hand, we noticed a substantial augmentation of cytotoxic T-cell numbers and macrophages, suggesting the establishment in situ of a strong immune response. We demonstrated that this augmentation of CD8+ T cells and macrophages together with the maintenance of helper T-cell numbers in the ileum mucosa are most probably related, at least in part, to the recruitment of circulating cells. Indeed, we describe for the first time a significant augmentation of numerous chemokine expressions by this mucosa the first days post-infection. At the same time, we described a transient diminution of CD4+ and CD8+ T-cell numbers in the blood. Finally, we detected a significant upregulation of interleukine 7 (IL-7) expression after SIV infection. This increase, specifically observed in the small intestine mucosa, is correlated to chemokine expressions. These results highlight new evidences on IL-7 contribution in the regulation of chemokines expression following SIV infection. All together, our results revealed the preservation of CD4+ T cell population in the small intestine mucosa during the acute phase of SIV infection in Chinese rhesus macaques. Furthermore, the exacerbation of local chemokine expressions let us think that immune cells are relocated to the intestinal mucosa the first days after infection. These migrations could have deleterious effects to the host, bringing new targets for viral replication. On the other side, this localized recruitment of immune cells that are key players in intestinal immunity could restrict the replication of the virus. Consequently, it is of major importance to better define the impact of immune cells trafficking on intestinal mucosa integrity and disease progression. Our findings bring new arguments in favor of Chinese rhesus macaque as a suitable model to study HIV-1 pathogenesis.

Pour comprendre comment le cortex cérébral extrait du sens et produit des actions à partir des informations sensorielles, il est nécessaire de comprendre à la fois son architecture et ses états dynamiques. Dans la présente thèse nous avons abordé cette relation structure-fonction au niveau des aires cérébrales, leurs connections et leurs interactions au sein du réseau cortical. Les aires sont connectées entre elles par deux grands types de projections axonales. D'une part, les connections « feedforward » (littéralement « antéroactives ») transmettent l'information des aires sensorielles aux aires de plus haut niveau dans la hiérarchie corticale et dont l'activité sous-tend des représentations plus abstraites. À l'inverse, les connections feedback (rétroactives) relient des aires dans la direction descendante de la hiérarchie corticale, vers les aires sensorielles primaires. Pour explorer les rôles respectifs des connections feedforward et feedback nous avons utilisé une triple approche. Premièrement, nous avons mis en évidence une asymétrie fonctionnelle très nette entre propagation feedforward et feedback grâce à des enregistrements et de la microstimulation électrique dans les aires V1 et V4 de macaques en comportement. D'autre part, nous avons étudié les propriétés globales du réseau cortical grâce à une riche base de données de connectivité basée sur des injections de traceurs fluorescents, et décrit une propriété générale et fondamentale de l'organisation corticale. Enfin, nous avons combiné des propriétés anatomiques des aires corticales et les données de connectivité dans un modèle dynamique à grande échelle du cortex / To understand how the cerebral cortex does what it does, it is necessary to elucidate both how its dynamic states are correlated with the functions it performs, and how it is organised. Many functional and anatomical gradients have been described that reflect the hierarchical abstraction at the heart of cortical computation. It was showed that two flavours of cortical connections exist, and that in the visual cortex they happen to transport information in opposite directions along this gradient. It was also hypothesised that other modalities exhibit the same type of gradient in their respective domains. However, studying requires knowledge of the architecture at different levels (such as the cortical column) and a causal understanding of the functional properties of these types of connections. First, we have studied the dynamics of both feedforward and feedback propagation in the visual system of awake, behaving macaque monkeys. Using the causal method of electrical microstimulation and recording, we have found a dynamic signature of each type of projections and an asymmetry in the way each type of input interacts with ongoing activity in a given visual area. Secondly, thanks to a rich and systematic data set in the macaque, we have found a fundamental organisational principle of the embedded and weighted cortical network that holds also in the more detailed level of neuronal connections inside an area. Finally, we have combined known anatomical gradients with actual inter-areal connectivity into a dynamic model, and here we show how it relates to both the ordering of areas along a hierarchical gradient and the wiring diagram of the cortical network

Les entrées des projections de dLGN et FB des aires corticales à L1 du V1 de la souris sont discontinues. Elles correspondent à un motif d'expression M2AChR. Ce motif est aussi observé chez le rat et le singe. Les neurones en L2/3 alignés avec les zones M2+ ont une grande acuité spatiale, tandis que dans les zones M2- ont une grande acuité temporelle. Ensemble, les zones M2 + et M2- forment des domaines constants. Ils codent des sous-régions du RF, de sorte que plusieurs domaines contribuent à l'image d'un point du champ visuel.En utilisant des traceurs rétrogrades, nous montrons un principe d'organisation générale fondée sur une règle de la distance exponentielle (EDR) et la géométrie corticale. Nous trouvons des invariants de réseau, mais aussi des différences significatives, telles que des connexions de longue distance beaucoup plus faibles chez le macaque. Une EDR est aussi présente à l'échelle locale, à moins de 1,5 mm, ce qui indique qu'elle pourrait être une propriété universellement applicable à toutes les échelles et chez toutes les mammifères.41 injections avec des traceurs rétrogrades ont été faites dans 22 des 45 régions du néocortex de la souris. Nous avons aplati le cortex et utilisé des critères histologiques et génétiques pour la répartition des neurones marqués dans les aires corticales. Pour chaque connexion, un poids a été déterminé. La cohérence entre les animaux est influencée par le poids moyen et la taille de l'injection. La distribution lognormale des connexions à une aire corticale couvre 5 ordres de grandeur et constitue un profil de connectivité qui est caractéristique de chaque aire. La matrice cortico-corticale présente une densité de 96% / We find that inputs to the non-columnar mouse V1 from the dLGN and FB projections from cortical areas to L1 are patchy. The patches are matched to a pattern of M2AChR expression at ?xed locations of mouse, rat, and monkey V1. Neurons in L2/3 aligned with M2-rich patches have high spatial acuity, whereas cells in M2-poor zones have high temporal acuity. Together M2+ and M2-zones form constant-size domains that are repeated across V1. Domains map subregions of the RF, such that multiple copies are contained within the point image. Using tract tracing data from macaque and mouse, we show a general organizational principle based on an exponential distance rule (EDR) and cortical geometry. We find network invariants between mouse and macaque, but also significant differences, such as fractionally smaller and much weaker long distance connections in the macaque than in mouse. An EDR holds at local scales as well (within 1.5 mm), indicating that it might be a universally valid property across all scales and across the mammalian class.41 injections with retrograde tracers were made in 22 of the 40 areas of the mouse neocortex. Flat mounts of the cortex complete with comprehensive histological and genetic criteria enabled allocation of counts of labeled neurons to individual cortical areas. A weight was determined for each connection. Consistency across animals was systematically influenced by mean weight and injection size. The lognormal distribution of connections to a cortical area spanned 5 orders of magnitude and constituted a connectivity profile that was highly characteristic for each area. The resulting matrix showed that 96% of connections that can exist do exist

Le travail effectué au cours de cette thèse se divise en trois. Pour la première partie, 12 injections de traceurs rétrogrades ont été effectuées chez le macaque cynomolgus à différentes excentricités visuelles de V1, V2, V4 et MT. Nous observons que, si les injections effectuées au sein des territoires correspondant aux représentations centrales (i.e fovéale) de l'hémi-champs visuel reçoivent préférentiellement des projections issues de la voie ventrale, les injections placées au sein des représentations périphériques marques préférentiellement les neurones d'aires connues pour faire partie de la voie dorsale. Les injections excentriques affichent une décroissance exponentielle des poids de connexion avec l'augmentation des distances, comme décrit précédemment (Markov et al. 2014). Ceci plaide en faveur de l'hypothèse que la règle exponentielle de distance (EDR en anglais) (Ercsey-Ravasz et al 2013) est assez puissante pour expliquer la formation des voies fonctionnelles du cortex visuel. De plus, cela suggère fortement que l'EDR s'applique à n'importe quel point du manteau cortical, indépendamment de toutes limites d'aires, et que, par conséquent, le cortex est mieux décrit comme une gradient continu de propriétés progressivement changeantes, au lieu d'une mosaïque de aires corticales bien définies. De plus, cela a de profondes implications concernant l'évolution biologique des aires corticales ainsi que du cortex dans son ensemble. En seconde partie, tractographie et traçage de voies furent comparés, via l'utilisation d'IRM de diffusion. Une analyse en tractographie fut effectuée, et la matrice de connectivité résultante comparée à celle obtenue par traçage de voies (Markov et al., 2014). Les résultats préliminaires de cette thèse tombent dans le même intervalle de succès de détection que les études précédentes : entre 70 et 77 % de la connectivité évaluée par tractographie est correcte (Azadbakht et al 2015, Calabrese et al 2015a, Donahue et al 2016). Cela met également en évidence un problème de spécificité des connexions détectées par la tractographie, qui ne parvient pas à reconnaître les connexions absentes avec précision, un problème particulièrement visible dans le contexte des aires visuelles de bas niveau, chez qui la connectivité est connue pour être très spécifique (Tigges et al 1973, Tigges et al 1974, Martinez-Millan & Hollander 1975, Kaas & Lin 1977, Wong-Riley 1978). En conclusion, les propriétés de connectivité du cortex ne devraient pas, à ce stade, être déduites la tractographie basée sur l'imagerie de diffusion. Pour la dernière partie, 6 injections ont été réalisées chez 3 animaux bilatéralement énucléés (3 dans le « Default Extrastriate Cortex » - DEC ; 1 dans V2 et 2 dans V4) afin d'évaluer comment la connectivité visuelle est affectée par la perte des afférences rétiniennes au thalamus. Comme rapportées antérieurement, des gyri anormaux sont observés sur l'operculum occipital, dont le territoire est dominé par la DEC, un cortex hybride entre cortex strié et extrastrié (Dehay et al 1996a, Dehay et al 1996b). De plus, l'anatomie du LGN est massivement perturbée. Les afférences en provenance du pulvinar et du LGN sont éparses et mal ciblées lors d'injections placées côte-à-côte. La connection du pulvinar au DEC est d'un ordre de grandeur supérieure à une connexion normale du pulvinar à V1, alors que la même comparaison pour le LGN est d'un ordre de grandeur inférieure. Ces changements en matière de connectivité s'amenuisent en allant plus haut au sein de la hiérarchie visuelle corticale. En effet, les changements les plus frappants se produisent dans V1 (aberrant gyri, DEC, ventralisation, etc.) alors que V4 semble être peu perturbé par l'absence d'afférences rétiniennes. Du point de vue du développement du système visuel, cela plaide pour un effet localisé des entrées thalamiques (i.e. seulement V1 et V2) ainsi que pour une absence d'effet domino en cascade compromettant l'ensemble du cerveau / The work performed during this thesis is three fold. In the first part, 12 injections of retrograde tracers were performed in cynomolgus macaques at different visual eccentricities in V1, V2, V4 and MT. We observe that, while injections performed in territories corresponding to the central (i.e. foveal) representation of the visual hemifield preferentially receive inputs from areas belonging to the ventral pathway, injections placed in peripheral representations preferentially labels neurons in areas known to be part of the dorsal pathway. Eccentric injections return an exponential decay of connexion strength with increasing distances, as previously described (Markov et al, 2014). This strongly argues in favour of the Exponential Distance Rule (EDR) being powerful enough to explain the formation of the functional streams of the visual cortex. Firstly, it strongly suggests that the EDR is applicable at any point of the cortical sheet regardless of area boundaries, and that therefore the cortex is better seen as a continuous sheet of gradually changing properties, instead of a mosaic of well-defined cortical areas. Secondly, it helps inform and refine our current definition of an area towards a more comprehensive one which includes topological location. Finally, it has deep implications regarding the evolution of cortical areas as well as the cortex as a whole. In the second part, a comparison was attempted between tractography and tract tracing, with the high definition diffusion MRI scan of one macaque brain. Tractography was computed on it, and the resulting connectivity matrix compared to tract tracing (Markov et al, 2014). The preliminary results obtained in this thesis fall in the same range of detection success than previous studies: between 70 and 77 % of the connectivity assessed by dMRI-based tractography is correct using the same Receiver Operating Charateristic (ROC) approach (Azadbakht et al 2015, Calabrese et al 2015a, Donahue et al 2016). It also highlights a problem of specificity of connexions detected by tractography. It fails to accurately discriminate empty connexions (i.e. absent) as empty, a problem especially salient in the context of early visual areas, the connectivity of which is known to be very specific (Tigges et al 1973, Tigges et al 1974, Martinez-Millan & Hollander 1975, Kaas & Lin 1977, Wong-Riley 1978). Overall, caution is for now warranted and connectivity properties should not at this point be inferred on diffusion MRI based tractography. In the last part, 6 injections were performed in 3 bilaterally enucleated animals (3 in the Default Extrastriate Cortex - DEC, 1 in V2 and 2 in V4) in order to assess how the visual connectivity is impacted by the loss of retinal inputs to the thalamus. As previously reported, abnormal gyri are observed on the operculum, whose territory is now dominated by the DEC, a hybrid cortex combining histological and histochemical feature of striate and exstrastiate cortex (Dehay et al 1996a, Dehay et al 1996b). Also, the LGN anatomy is massively perturbed, losing its heterogeneity of strictly defined layers for a homogeneous structure. Inputs from the pulvinar and the LGN were found to be unfocused, scattered and unsegregated in side-by-side injections. The pulvinar input to the DEC was found to be an order of magnitude higher than a normal pulvinar-to-V1 connexion, when the same comparison for the LGN was found to be an order of magnitude lower. These changes in connectivity appear to diminish in importance as one goes up the visual hierarchy. Indeed the most striking changes are in V1 (aberrant gyri, DEC, ventralisation, etc.) whereas V4 appears to be seemingly unperturbed by the absence of retinal inputs. Regarding the development of the visual system, this fact argues for a localised effect of the thalamic inputs (i.e. only V1 and V2) and an absence of domino-effect cascade that would perturb the entirety of the brain, despite the quite drastic enucleation process

L'objectif de cette thèse est d'identifier les bases neurales de la représentation de soi chez le primate non-humain, par une approche d'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle. Nous avons pour cela étudié la convergence multimodale 1) à l'échelle de l'aire par la description de la cartographie du sillon intraparietal dans un contexte de stimulations auditives, tactiles et visuelles et 2) à l'échelle du cerveau entier où nous décrivons précisément les sites de convergence visuo-tactile au niveau cortical. Nous avons également étudié le phénomène d'intégration multisensorielle dans un contexte visuo-tactile dynamique, pour lequel nous montrons que les effets comportementaux (étude psychophysique menée chez l'homme) et le réseau d'activations cortical sont maximisés quand le stimulus visuel prédit le stimulus tactile plutôt que lors de leur présentation simultanée. Enfin, nous avons étudié la représentation de l'espace en caractérisant les bases neurales de l'espace proche et de l'espace lointain à partir d'un dispositif expérimental naturaliste et nous montrons l'existence de deux réseaux corticaux qui traitent séparément les informations appartenant à l'espace proche et à l'espace lointain / The aim of this thesis is to investigate the neural basis of self-representation in the non human primate. We studied the multimodal convergence both 1) at the area level precisely mapping auditory, tactile and visual convergence in the intraparietal sulcus and 2) at the whole brain level capturing the spatial pattern of visuo-tactile cortical convergence. We also investigated the neural network subserving multisensory integration in a dynamical visuo tactile context, showing that the strongest behavioral and cortical are obtained when the visual stimuli is predictive of the tactile stimulus rather than during simultaneous presentations. Finally, we studied the representation of space by characterizing the neural bases of near space and far space in a real naturalistic environment, thus providing the neural grounds for the observed behavioral and neuropsychological dissociation between near and far space processing

Les lymphocytes T CD8+ jouent un rôle prépondérant dans le contrôle de l’infection par le VIH suggérant ainsi qu’un vaccin efficace doit induire une réponse cellulaire T CD8+ robuste et durable.En fournissant une source antigénique importante qui fait défaut chez les patients répondeurs aux poly-chimiothérapies antirétrovirales, la vaccination thérapeutique pourrait favoriser ce type de réponse cellulaire, non restaurée par les seuls traitements antirétroviraux. Les cellules dendritiques (DC) autologues, qu’elles soient chargées en virus inactivé, en peptides viraux ou en ARN messagers (ARNm) sont capables d’induire des réponses robustes des cellules T CD8+ contre les antigènes du VIH, faisant de bons candidats vaccins thérapeutiques.Dans ce projet, nous avons étudié l’efficacité d’une vaccination thérapeutique basée sur l’injection de DC autologues transfectées ex vivo avec des ARNm codant les protéines du VIH (projet initié en collaboration avec Guido Vanham, Institute of Tropical Medicine, Anvers). La composante antigénique du vaccin est fournie par les séquences virales endogènes du patient; ainsi nous espérons adapter la spécificité de la réponse immunitaire aux virus autologues. Nous travaillons avec le Macaque cynomolgus comme modèle animal d’infection par les virus d’immunodéficience (SIV), modèle pertinent dans l’approfondissement des connaissances en pathogénèse et en développement vaccinal, notamment pour tester l’innocuité et l’efficacité des vaccins basés sur l’utilisation des DC. La mise au point un système de culture de DC basé sur la prolifération puis la différenciation des progéniteurs hématopoïétiques CD34+, qui nous a permis de générer in vitro des DC matures en nombre suffisant pour la vaccination (au moins 10.106).Nous avons caractérisé ces DC phénotypiquement, avec une attention particulière vis-à-vis de l’expression de lectines de type C et d’autres récepteurs DC-spécifiques. Nous avons mis en évidence que l’état d’activation des DC définit le niveau d’expression de ces molécules. Ces récepteurs membranaires sont impliqués dans la capture et la présentation des antigènes aux effecteurs, ainsi que dans l’orientation de la réponse immune. Le phénotype des DC générées in vitro a été comparé au phénotype de plusieurs population de cellules présentatrices d’antigène présentes in vivo chez le macaque.La transfection avec des ARNm par électroporation est un moyen sûr et efficace de charger les DC en antigènes. Nous avons étudié dans un premier temps l’immunogénicité du vaccin chez des macaques sains. Les résultats montrent qu’une réponse cellulaire de type Th1 (IFN-gamma et interleukine-2) spécifique à Gag est induite dès la première injection et peut être renforcée après les injections suivantes. Nous avons également mis en évidence l’induction de lymphocytes T CD8+ capables de sécréter en réponse à Gag plusieurs de ces cytokines, IFNg, IL2, TNFa, la chimiokine MIP1b, ou encore le marqueur de dégranulation cytotoxique CD107a. En revanche, aucune sécrétion de cytokine de type 2 ni de réponse anticorps spécifique de Gag n'a pu être mise en évidence.La seconde partie de notre projet a consisté en l’étude d’une stratégie de vaccination par ciblage des DC in vivo avec des protéines de fusion DC-spécifiques associées à des antigènes. Ce travail a été mené en collaboration avec le Baylor Insitute for Immunology Research (BIIR) à Dallas. Nous avons tout d’abord sélectionné les meilleurs clones d’Ac spécifiques de molécules humaines pour leur réactivité croisée avec les molécules du macaque cynomolgus. L’immunogénicité de protéines de fusion (dirigées contre LOX-1 et DC-ASGPR couplées à Gag du VIH ou HA1 de Influenza), a ensuite été évaluée in vivo chez le macaque. Ces travaux ont confirmé in vivo que l’induction de différents profils de réponses immunitaires Ag-spécifiques (Th1 et IL10) est possible par ciblage in vivo des DC avec des protéines de fusion dirigées contre différentes molécules (LOX-1 et DC-ASGPR). / Current treatments against HIV infection would benefit from the development of complementary immunotherapeutic strategies. Dendritic cells (DC) play a major role in the induction of immune responses. In this thesis, we examine the use of the DC in therapeutic vaccination. Ex vivo loading of DC with messenger RNA encoding viral proteins and in vivo loading of DC by targeting antigen to DC-specific endocytic receptors are two strategies evaluated in healthy macaque.

Aujourd’hui, plus de 80% des nouvelles infections par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) se produisent au cours d’un rapport sexuel, avec une transmission du virus par voie muqueuse. Le sperme constitue donc une source majeure de virus à l’échelle mondiale. Le sperme d’hommes infectés par le VIH contient le virus sous deux formes : des particules virales libres et des cellules infectées, principalement des leucocytes.Plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’expliquer le passage du virus à travers la barrière muqueuse, qu’il s’agisse d’une muqueuse génitale (cervico-vaginale, pénienne ou urétrale) ou intestinale (muqueuse anale ou rectale). Toutefois, une grande majorité des études qui ont été menées jusqu’à présent se sont concentrées sur le rôle des particules virales libres, et celui des cellules infectées demeure mal compris. Une étude menée dans notre laboratoire a montré que des leucocytes infectés par le virus de l’immunodéficience simienne (VIS) sont capables de transmettre l’infection après inoculation vaginale.Le projet de cette thèse est d’étudier le rôle des leucocytes infectés présents dans le sperme de macaque dans la transmission muqueuse du VIS/VIH. Ainsi, trois axes d’étude principaux ont été définis: 1) l’étude des leucocytes présents dans le sperme de macaque cynomolgus, et de l’influence que peut avoir l’infection par le VIS sur eux ; 2) l’identification des cellules immunitaires infectées présentes dans le sperme de macaque, et l’étude de leur dynamique au cours de l’infection par le VIS. ; 3) l’étude du pouvoir infectieux des deux principales cellules cibles pour le VIS/VIH : les lymphocytes CD4+ (LT CD4+) et les macrophages, in vitro et in vivo, après inoculation rectale et vaginale à des macaques cynomolgus.Le sperme de macaque contient toutes les cellules cibles du VIS/VIH : des lymphocytes T CD4+ (LTCD4+), des macrophages et des cellules dendritiques dans une moindre proportion). Les LTCD4+ et les macrophages du sperme présentent un phénotype d’activation, de différenciation et d’expression de marqueurs de migration typique des leucocytes résidant dans les tissus muqueux. L’infection par le VIS induit des changements significatifs dans leur phénotype et leur dynamique. Ces deux types cellulaires peuvent être infectés de façon productive et sont présents dans le sperme à tous les stades de l’infection. Ces données suggèrent que les LTCD4+ et les macrophages du sperme seraient capables de transmettre l’infection par voie muqueuse.Si le rôle des leucocytes infectés du sperme est confirmé in vivo, il sera important à l’avenir de prendre en compte ce mécanisme de transmission dans le développement de nouvelles stratégies préventives de l’infection par le VIH, notamment les microbicides. / Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection mostly spreads by the mucosal route: sexual transmission is the dominant mode of transmission, responsible for between 85% and 90% of cases of infection worldwide. These epidemiological data indicate that semen is one of the major sources of HIV-1 transmission. Semen, like other bodily secretions involved in HIV sexual transmission, contains the virus as two forms: cell-free viral particles and cell-associated virus, mostly in infected leukocytes. Although cell-to-cell HIV transmission has been extensively described as more efficient, rapid and resistant to host immune responses, very few studies have investigated the role in vivo of infected leukocytes in virus mucosal transmission. One such study has been recently conducted in our lab, and demonstrated that SIV-infected splenocytes are able to transmit infection to female macaques after vaginal exposure. However, all these studies used immune cells from peripheral blood or lymphoid tissues, such as spleen, and none have investigated the capacity of infected leukocytes in semen to transmit the infection in vivo. Indeed, nature, phenotype and infectivity of HIV associated with semen leukocytes may be different from that of HIV from other sources.Therefore, the objectives of this work are, first, to study of semen leukocytes and their dynamics during SIVmac251 infection in detail, then to investigate seminal factors that may influence semen infectiousness, and finally to test semen leukocyte infectivity in vitro and in vivo, using a model of mucosal exposure in cynomolgus macaques.Macaque semen contains all the target cells for HIV/SIV: CD4+ T cells, macrophages and dendritic cells in lower proportions. Semen CD4+ T cells and macrophages display an activation, differenciation and expression of migration markers profile which is typical of mucosal leucocytes. SIV infection induces significant changes in their phenotype and dynamics. Both cell types can be productively infected and are found in the semen at all stages of infection. These observations suggest that semen CD4+ T cells and macrophages may be able to transmit infection after mucosal exposure.If the role of semen infected leukocytes in HIV/SIV mucosal transmission is confirmed in vivo, this mechanism will be important to consider for further preventive strategies design, like microbicides.

Le contrôle moteur fin et précis des doigts est une habileté importante dans la vie quotidienne pour écrire ou manger par exemple. Ce contrôle moteur est pris en charge par le cortex moteur primaire (M1) qui transmet le signal neuronal à la moelle épinière via la voie corticospinale. Le macaque rhésus est un excellent modèle pour étudier ce système moteur car, comme chez l’humain, il possède cette voie cortico-motoneuronale directe. Bien que les déficits du contrôle moteur de la main suite à des inactivations de M1 aient été étudiés sur des modèles de singes, peu d’études ont décrit les changements musculaires sous-tendant ces déficits. Le but de cette étude était d’évaluer les effets d’une inactivation partielle de M1 sur le comportement et l’activation du patron musculaire du membre supérieur chez le macaque rhésus. Pour ce faire, nous avons effectué des injections intra-corticales de Muscimol, un agoniste du GABA, pour inactiver temporairement l’aire de représentation de la main de M1. Des singes ont été entrainés à réaliser une tâche d’atteinte et de préhension qui requière l’utilisation du pouce et de l’index pour attraper une pastille de nourriture. En parallèle, les activités électromyographiques (EMG) des muscles proximaux et distaux du membre supérieur contralatéral aux sites d’injections ont été enregistrées. L’inactivation partielle de M1 entraine différents déficits moteurs comme une diminution du taux de succès, une perte des mouvements indépendants des doigts, une première flexion de l’index plus lente, et l’apparition de nouvelles stratégies de préhension pour attraper la pastille. Dans le cas de trouble sévère, les singes ont présentés tous ces déficits comportementaux. Ces troubles moteurs étaient sous-tendus par des activités musculaires anormales. En effet, les analyses EMG ont mis en évidence des changements dans les latences et les patrons d’activations musculaires des muscles proximaux et distaux au cours de la phase d’atteinte, d’ajustement et de préhension. Dans le cas de trouble modéré, les patrons d’activations musculaires étaient préservés malgré certain déficits visibles. Cependant, les patrons d’activations musculaires étaient altérés si la tâche demandait une rotation de l’avant-bras et de la main. Ces résultats montrent que les déficits comportementaux et les changements musculaires dépendent de la sévérité des troubles moteurs et/ou de la difficulté de la tâche (i.e. une rotation de l’avant-bras). / Fine digit movements contribute to many different aspects of our daily life and require appropriate muscle coordination. The main pathway through which M1 sends motor commands to spinal motor neurons is via the corticospinal tract. The rhesus macaque, like humans, have this direct corticomotoneuronal pathway of M1, making it a useful model to study this system. Although the effect of M1 inactivation on the control of the hand in term of behavioral changes has been studied in monkeys, little is known of how muscle activation patterns of the upper limb during reaching and grasping in monkeys becomes altered. The goal of this study was to evaluate the effect of a partial inactivation of the primary motor cortex (M1) in rhesus macaques on both behavioral performance and muscle activations. To do so we performed intra-cortical injections of Muscimol, a GABA agonist, to inactivate the hand area of M1. Monkeys performed a reach-to-grasp task that required a precision grip to retrieve a food pellet from a well. Electromyographic (EMG) activity of the proximal and distal muscles of the contralateral upper limb were recorded and quantified relative to the behavioral performance. We found that depending on the severity of the impairment, the Muscimol injection could induce several different movement abnormalities, such as decrease in the success rate, loss of independent finger movements, longer duration of the first flexion of the index finger, and use of alternate types of grasp to retrieve the food pellet. In cases of severe impairment, monkeys displayed all these movement abnormalities concurrently. In addition, we observed that behavioral deficits were associated with muscle discoordination. Indeed, EMG analysis revealed that the latencies and the muscle activation patterns were altered during the reach, hand preshaping and the grasp phases of the movement. These inappropriate EMG activities were visible on both proximal and distal muscles of the upper limb. In cases of mild impairment, monkeys had fewer behavioral deficits, but still showed some changes in the temporal muscle activation patterns. In contrast to the severe cases, the muscle activation patterns were more preserved. Interestingly, in the mild cases, the muscle activation patterns were altered if a rotation of the forearm was required by the task. Thus, we found that behavioral and muscular activation changes were dependent on the severity of the impairment and/or the difficulty of the task (i.e. required a rotation of the forearm).