L’information visuelle est transmise de la rétine au cerveau par les cellules ganglionnaires. Il existe plusieurs types de cellules ganglionnaires, chaque type formant une mosaïque qui couvre l’intégralité de la scène visuelle. Comprendre la manière dont ces neurones encodent collectivement la scène visuelle est essentiel pour au moins deux raisons: - La manière dont une population de neurones encodent collectivement une information sensorielle reste jusqu’à aujourd’hui mystérieuse. La rétine est un système idéal pour étudier cette question: elle a en effet une structure en couches 2D qui se prête idéalement à l’enregistrement d’une population complète de neurones à grande échelle, et elle opère une transformation complexe de la scène visuelle. - Certaines maladies qui mènent à la cécité ne connaissent aujourd’hui pas de traitement. Plusieurs stratégies de restauration visuelle basées sur la stimulation directe de cellules ganglionnaires sont le sujet de recherches actives. Il pourrait être nécessaire de reproduire en imitant le code neural produit par la rétine pour optimiser les résultats de ces stratégies thérapeutiques. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur deux questions complémentaires, qui sont liées à ces deux sujets respectivement. / Visual information is conveyed from the retina to the brain through ganglion cells. Ganglion cells are divided in different cell types, and each of them form a mosaic sampling the entire visual scene. Understanding how these neurons encode the visual scene is essential for at least two reasons: -It is still unclear how a population of neurons collectively code sensory information. The retina is an ideal system to study this issue: while it performs complex processing on the visual stimulus, its 2-D structure makes it suitable for large-scale recordings of complete populations of neurons. -Some diseases leading to blindness have currently no cure. Several visual restoration strategies based on the direct stimulation of ganglion cells are currently being investigated. Emulating the retinal code may be necessary to optimize the results of these therapeutic approaches. In my thesis I have worked on two complementary questions, that are related to these two topics.

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain. / Ce travail de thèse s’est intéressé à la plasticité cérébrale associée à la privation/restauration visuelle. A travers deux études transversales utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle auprès d’un groupe de participants présentant une cécité congénitale ou précoce (ainsi qu’auprès d’un groupe contrôle de participants voyants), nous avons tenté de caractériser la manière dont le cortex occipital - typiquement dédié au traitement de l’information visuelle - se réorganise afin de traiter différents stimuli auditifs. Nous démontrons qu’en cas de cécité précoce, différentes régions du cortex occipital présentent une préférence fonctionnelle pour certains types de stimuli non-visuels, avec une spécialisation fonctionnelle qui respecte celle de régions typiquement impliquées dans le traitement d’informations similaires en vision. Ces découvertes constituent une avancée conceptuelle concernant le rôle joué par les contraintes intrinsèques d’une part, et par l’expérience d’autre part, dans l’émergence de réponses sensorielles et fonctionnelles du cortex occipital. D’une part, l’observation de réponses occipitales à la stimulation auditive chez le non-voyant précoce (réorganisation transmodale) rend compte de la capacité du cortex occipital à réorienter sa modalité sensorielle préférentielle en fonction de l’expérience. D’autre part, l’existence de modules cognitifs spécialisés dans le cortex occipital du non-voyant précoce, semblables à ceux du cerveau voyant, démontre les contraintes intrinsèques imposées à une telle plasticité. Dans une étude de cas longitudinale, nous avons également exploré comment les changements plastiques associés à la cécité interagissent avec une récupération visuelle partielle à l’âge adulte. Nous avons réalisé des mesures pré et post-opératoires auprès d’un patient ayant récupéré la vision, en combinant les techniques comportementales ainsi que de neuroimagerie fonctionnelle et structurelle afin d’investiguer conjointement l’évolution de la réorganisation transmodale et de la récupération des fonctions visuelles à travers le temps. Nous démontrons que les changements structurels et fonctionnels caractérisant le cortex occipital du non-voyant sont partiellement réversibles suite à une récupération visuelle à l’âge adulte. De manière générale, ces recherches témoignent de l’importante adaptabilité du cortex occipital aux prises avec des changements drastiques dans l’expérience visuelle. / The present Ph.D. work was dedicated to the study of experience-dependent brain plasticity associated with visual deprivation/restoration. In two cross-sectional studies involving the use of functional magnetic resonance imaging in a group of participants with congenital or early blindness (and in a control group of sighted participants), we attempted to characterize the way the occipital cortex - typically devoted to vision – reorganizes itself in order to process different auditory stimuli. We demonstrate that in case of early visual deprivation, distinct regions of the occipital cortex display a functional preference for specific non-visual attributes, maintaining a functional specialization similar to the one that characterizes the sighted brain. Such studies have shed new light on the role played by intrinsic constraints on the one side, and experience on the other, in shaping the modality- and functional tuning of the occipital cortex. On the one hand, the observation of occipital responses to auditory stimulation (crossmodal plasticity) highlights the ability of the occipital cortex to reorient its preferential tuning towards the preserved sensory modalities as a function of experience. On the other hand, the observation of specialized cognitive modules in the occipital cortex, similar to those observed in the sighted, highlights the intrinsic constraints imposed to such plasticity. In a longitudinal single-case study, we further explored how the neuroplastic changes associated with blindness may interact with the newly reacquired visual inputs following partial visual restoration in adulthood. We performed both pre- and post-surgery measurements in a sight-recovery patient combining behavioral, neurostructural and neurofunctional methods in order to jointly investigate the evolution of crossmodal reorganization and visual recovery across time. We demonstrate that functional and structural changes evidenced in the visually-deprived occipital cortex can only partially reverse following sight restoration in adulthood. Altogether, our findings demonstrate the striking adaptability of the occipital cortex facing drastic changes in visual experience.