Comment les odeurs contrôlent-elles le comportement animal ? Dans ma thèse, j'ai utilisé des manipulations optogénétiques et chimiogénétiques in vivo de l'activité neurale combinées à des analyses comportementales pour explorer l'organisation de circuits cérébraux impliqués dans des comportements olfactifs chez la souris. J'ai mis au point un test de conditionnement aversif olfactif indépendant de l'intensité des odeurs. J'ai démontré que les souris pouvaient généraliser une réponse aversive en présentant différentes concentrations d'odeurs. J’ai ensuite testé si les souris pouvaient apprendre cette tâche en inactivant les interneurones exprimant la parvalbumine dans le cortex olfactif (piriforme). J'ai trouvé que l’inactivation des cellules PV, n'était pas suffisante pour abolir l'aversion aux odeurs acquise, ce qui suggère que des composants de circuits neuronaux supplémentaires contribuent à la perception de l'odeur indépendamment de sa concentration. Ensuite, j'ai tenté de comprendre la constitution relative des différentes voies neurales du piriforme dans ce comportement d’aversion apprise. À l'aide d'outils génétiques et viraux, j'ai ciblé des sous-populations distinctes de neurones piriformes, et j'ai constaté que l'activité neurale induite par la lumière dans les cellules du piriforme projetant vers le bulbe olfactif et vers le cortex préfrontal, mais pas dans les cellules du piriforme projetant vers l’amygdale corticale et vers le cortex entorhinal latéral était suffisante pour supporter le conditionnement aversif. Ces résultats contribuent à mieux comprendre les propriétés fonctionnelles des circuits neuronaux corticaux pour l'olfaction. / How do odors control animal behavior ? In my thesis, I have used in vivo optogenetic and chemogenetic manipulations of neural activity combined with behavioral analyses to explore the organization of brain circuits involved in olfactory behaviors in mice. In the first part of the thesis, I established an odor intensity-independent olfactory conditioning task. I demonstrated that mice were able to generalize a learned escape behavior across a range of different odor concentrations. I then tested if by silencing Parvalbumin-expressing interneurons in the olfactory (piriform) cortex, a candidate cell population for mediating odor concentration invariance, mice would fail to learn the task. I found that silencing PV cells was not sufficient to abolish learned aversion, suggesting that additional neural circuit components contribute to concentration-invariant odor perception. Next, I asked whether different piriform neural output pathways differed in their ability to support learned aversion. Using viral-genetic tools, I targeted distinct subpopulations of piriform neurons and I found that light-induced neural activity in only piriform principle cells could drive a behavioral response. Furthermore, I tested the sufficiency of subpopulations of piriform projection neurons to drive learned aversion. I found that photostimulation of olfactory bulb- and prefrontal cortex-projecting piriform neurons was sufficient to support aversive conditioning, but not the photostimulation of cortical amygdala- and lateral entorhinal cortex-projecting piriform neurons. Together, these results provide new insights into the functional properties of cortical neural circuits for olfaction.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les études rapportant la présence de comportements d'orientation visuelle suite à la stimulation du champ hémianopsique de sujets hémisphérectomisés ont accentué le débat sur les mécanismes neuronaux de la vision résiduelle. Contrairement au primate déstrié, chez qui la lésion est restreinte au cortex visuel primaire (Vl), les aires corticales extrastriées ipsilésionelles ne peuvent être invoquées comme responsables des fonctions résiduelles chez le sujet hémisphérectomisé. Ainsi, l'étendue et la nature des comportements visuels dans le champ aveugle de sujets hémisphérectomisés doivent dépendre de l'état des voies neuronales sous-corticales échappant aux effets dégénératifs de la lésion. Des études récentes mettent en doute les capacités visuelles de sujets hémisphérectomisés. En effet, en utilisant des méthodes contrôlant plus adéquatement la diffusion de lumière intra- et extraoculaire, on rapporte l'incapacité de ces patients à générer des saccades réflexives en réponse à la stimulation visuelle du champ hémianopsique. Les résultats comportementaux négatifs mettent en doute l'intégrité anatomique du système visuel sous-cortical de ces sujets. De façon à évaluer le potentiel fonctionnel des structures pouvant être à la base de la vision résiduelle suite à une hémisphérectomie, nous avons investigué l'état anatomique de 5 structures sous-corticales chez le singe vert (Cercopithecus Aethipos Sabeus) ayant subi une hémisphérectomie péri-natale. En premier lieu, nos résultats démontrent que la voie rétino-géniculo-striée dégénère massivement suite à l'ablation corticale. La presque totalité des cellules de projection du corps genouillé latéral (CGL) dégénère suite à la lésion tandis que près de 80% des cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR) de type P0 meurent en raison de la perte de leur unique cible synaptique. Malgré cette forte dégénérescence, nous notons la présence d'une population résiduelle d'interneurones et de terminaux rétiniens dans les couches parvo- et magnocellulaires du CGL. Deuxièmement, nos études ont démontré la remarquable préservation de la voie rétino-tectale. Le colliculus supérieur (CS) ipsilatéral à la lésion, malgré une perte neuronale moyenne de l'ordre de 29,9%, conserve une activité métabolique et une densité cellulaire comparables à celles observées dans le CS controlésionnel. De plus, la distribution de terminaisons rétiniennes dans les couches superficielles du CS est similaire à celle d'un singe normal. Nos résultats démontrent aussi la présence d'une distribution nonnale de cellules ganglionnaires rétiniennes se projetant au CS, à savoir les CGR de types Pa et Py. Deux structures sous-corticales reliées au CS et pouvant jouer un rôle dans la vision résiduelle sont peu affectées par la lésion. En effet, le noyau prégéniculé (PGN) subit une faible atrophie en réponse à l'ablation corticale tandis que la surface marquée de terminaux rétiniens diminue de 18.5%. La subtantia nigra (SN), structure impliquée dans la récupération de comportements visuels suite à une lésion corticale massive chez le chat, ne semble pas affectée par la lésion, tant au niveau du nombre de cellules qu'au niveau de l'activité métabolique. Nos résultats suggèrent deux interprétations à la lumière des résultats comportementaux contradictoires: 1) le système visuel sous-cortical rétino-tectal pourrait être à la base des comportements visuels résiduels observés chez le primate hémisphérectomisé 2) malgré un système rétino-tectal conservant des capacités de traitement du signal visuel, l'apport des aires corticales extrastriées est nécessaire à l'expression de comportements visuels résiduels.